Effects of urbanization on heavy metal accumulation in surface soils, Beijing

Urbanization processes affect the accumulation of heavy metals in urban soils. Effects of urbanization on heavy metal accumulation in soils were studied using Beijing as an example. It has been suggested that the ecological function of vegetation covers shifting from natural to agricultural settings and then to urban greenbelts could increase the zinc(Zn) concentrations of soils successively. The Zn concentration of urban soils was significantly correlated to the percentage of the impervious land surface at the500 m × 500 m spatial scale. For urban parks, the age or years since the development accounted for 80% of the variances of cadmium(Cd) and Zn in soils. The population density,however, did not affect the heavy metal distributions in urban soils. To conclude, the urban age turned out to be a notable factor in quantifying heavy metal accumulation in urban soils.     

基于UNMIX模型的北京城区公园土壤重金属源解析

城市公园是城市环境中重要的生态功能区和人们的主要公共娱乐休闲场所.为了分析北京城区公园的土壤环境质量,采集了北京城区121个公园土壤样本,分析了5种重金属（Cr、Cu、Pb、Zn、Cd）的含量水平,并采用UNMIX模型对上述重金属进行源解析.结果表明:①北京城区公园土壤中w（Cr）、w（Cu）、w（Pb）、w（Zn）、w（Cd）的平均值分别为63.57、35.49、36.43、145.68、0.49 mg/kg.除w（Cr）外,w（Cu）、w（Pb）、w（Zn）、w（Cd）的平均值均高于区域背景值.5种重金属含量均未超过GB 36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》中的筛选值,说明北京城区公园土壤环境质量整体状况良好.②城市化时间和公园存续时间是影响重金属累积的重要因素.城市中心区重金属积累是历史和高负荷交通共同影响的结果.③源解析分析显示,北京城区公园土壤重金属存在三大污染源,其中,源1对w（Cr）的贡献占主导作用,为土壤母质和特殊工业源,贡献率为21.38%;源2对w（Cd）的贡献高于其他重金属,为工农业混合源,贡献率为35.43%;源3对w（Cu）、w（Zn）、w（Pb）的贡献较高,为交通源,贡献率为43.19%.研究显示,历史上的工农业活动是北京城市公园土壤重金属的重要来源.      

青藏高原路侧土壤重金属含量分布规律及影响因素研究

以青藏高原G214、S308和G109国(省)道的部分路段为研究对象,采集了这3个路段不同位置处距路侧不同距离的100个表层土壤样品,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了各样品中重金属元素Cu、Zn、Cd、Pb的含量.同时,用非线性回归法拟合了Cu、Zn、Cd、Pb元素含量随距路侧距离变化的曲线,并用CHAID决策树分析法分析了影响路侧土壤Cu、Zn、Cd、Pb元素含量的主导因素.结果表明:3个研究路段路侧土壤重金属平均含量均超过土壤背景值,已产生一定的富集;Cu、Zn、Cd、Pb 4种重金属元素含量随距路侧距离的增加均呈指数型下降趋势;影响研究路段重金属含量的主导因素因不同的元素各异,影响Cu、Zn、Pb、Cd含量的主导因素分别为海拔、土壤类型、车流量和路侧距离.     

Factors influencing the contents of metals and As in soils around the watershed of Guanting Reservoir, China

Topsoil samples from 61 sites around the Guanting Reservoir,China,were measured for Cu,Zn,Cr,Ni,Cd,Pb and As concentrations.The mean concentrations of Cu,Zn,Cr,Ni,Cd,Pb and As were 16.8,59.4,37.8,18.3,0.32,20.1 and 8.67 mg/kg dry weight,respectively.Factors that influence the dynamics of these metals in soils around the watersheds of Beijing reservoirs were examined.The influence of atmospheric deposition,land use,soil texture,soil type and soil chemical parameters on metal contents in soils was investigated.Atmospheric deposition,land use and soil texture were the important factors affecting heavy metal residues.Soil type and soil chemical parameters were also involved in heavy metal retention in soils.The data provided in this study are considered crucial for reservoir remediation,especially since the Guanting Reservoir will serve as one of the main drinking water sources for Beijing in the foreseeable future.     

北京市凉凤灌区小麦重金属含量的动态变化及健康风险分析 --兼论土壤重金属有效性测定指标的可靠性

通过对北京市凉凤灌区小麦籽粒及其相对应土壤样品的调查发现,小麦籽粒中的Ni、Pb、Zn超标率分别为38.1%、28.6%、4.8%;Hg、Cd虽然未发现超标现象,但也有部分样品接近国家食品卫生标准（GB2762-1994和GB 15201-1994）;与1976年的调查结果相比,在过去的30年中,小麦籽粒中Hg、Pb、Cu含量呈显著增加的趋势.研究结果表明,北京凉凤灌区的小麦存在Hg、Pb、Zn等污染的潜在风险.无论是测定的土壤重金属全量,还是测定的土壤重金属的可提取态含量,都与小麦籽粒的重金属含量无显著的相关性.因此,在评价土壤重金属污染是否对农作物（小麦籽粒）影响时,采用目前通用的土壤可提取态重金属并不一定会优于土壤重金属全量.     

北京市土壤重金属含量背景值的系统研究

在大规模、系统取样布点的基础上,从803个土壤样品中选出其中120个的"清洁"土壤样品,分析统计后提出了北京市土壤重金属的背景值.研究结果表明,北京市土壤As含量的背景值为7.09 mg/kg、Cd为0.119 mg/kg、Cr为29.8 mg/kg、Cu为18.7 mg/kg、Ni为26.8 mg/kg、Pb为24.6 mg/kg、Zn为57.5 mg/kg.与以前研究中所提出的背景值相比,本研究新提出的土壤Cd背景值提高125%,Pb和Ni的背景值没有明显的差异,但是As、Cr、Cu、Zn的土壤背景值则降低19%～55%.     

包头城区土壤重金属空间分布特征及污染评价

为考察包头城区土壤重金属污染现状,在包头城区范围内布设88个采样点,测定土壤中Cd、Pb、Cu、Zn、Cr的含量,并分析其空间分布特征及相关关系,评价其污染状况。结果表明:人类活动强烈干扰了包头城区土壤,Cd、Pb、Cu、Zn普遍超标,且均在冶金工业区出现极大值;城区土壤重金属呈现由工业生产、交通运输及燃煤活动共同作用的复合污染态势;5种重金属综合评价结果为重度污染,其中Cd的单因子指数均值达到7.05,已对居民健康造成威胁和危害。     

宁夏干旱地区工业区对农田土壤重金属累积的影响

随着我国东部沿海地区产业向中西部地区转移,曾经被冠以"净土"的西北干旱地区受到了工业排放污染的威胁.本文以宁夏某县枸杞种植地为研究对象,采用GIS技术,以工业区为中心,结合当地主导风向,沿着黄河进行带状布点采样,分析工业区的建立对农田土壤重金属Zn、Cr、Ni、Mn、Co、Cu、Cd、Pb污染的影响.结果表明,研究区农田土壤重金属累积程度较轻,只有少数样点发生人为Zn和Cd累积;工业区土壤中除了Ni元素以外,其它7种元素都有累积,其中Cd元素浓度达到污染水平的样点占总样点数三分之一.空间分布格局分析结果表明,枸杞地土壤中Cd、Zn、Cu、Mn和Pb等5种元素的分布与工业区位置有较强的相关性.从土壤重金属含量的角度来看,研究区的工业区影响还未造成枸杞地土壤重金属污染,并且由于该区域土壤的pH值普遍较高(平均pH值为8.54),因此,可以认为目前还不存在农田土壤重金属污染问题.但是工业区对农田土壤中重金属累积趋势的影响较为明显.此外,工业区对灌溉水中重金属元素的浓度也有一定影响.     

长株潭典型污染区稻田剖面土壤重金属的累积及形态特征

为探究长株潭地区不同污染源影响下稻田土壤中重金属的分布特征,对该区有机肥施用区、沼液灌溉区、铅锌矿污染区以及工业污染区剖面土壤中重金属的总量和形态进行分析,采用单项污染指数和综合污染指数进行风险评价,并利用已知污染源区的土壤重金属形态特征对未知污染源区的土壤进行污染源解析. 结果表明:①研究区表层(0~10 cm)土壤中Cd、Pb、Cu、Zn、Cr和Ni的平均含量分别为0.8、54.5、43.6、158.6、106.2和23.3 mg/kg. 相对于长株潭地区土壤背景值,表层土壤中Cd、Pb和Zn均有累积,且Cd平均含量超过《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中农用地土壤污染风险筛选值;随着土壤深度增加,Cd、Pb、Zn和Cr在次表层(10~20 cm)土壤也有累积,其平均含量分别比当地背景值高出6.9%、19.8%、101.4%和67.0%;在深层(80~100 cm)土壤中,Zn和Cr的平均含量仍分别比当地背景值高出30.4%和48.4%. ② Cd、Pb的单项污染指数高值集中在表层土壤,部分采样点呈轻微或轻度累积,少数采样点呈中度累积;Zn以轻微累积和中度累积为主,极少数采样点为重度累积,个别采样点存在污染风险;综合污染指数显示,研究区内表层土壤为重度或中度累积. ③有机肥施用区TOC含量与可氧化态Cu、Zn含量呈显著或极显著相关;沼液灌溉区TOC含量则与可氧化态Cu、Zn含量均呈极显著相关;铅锌矿污染区可交换态Pb含量与可交换态Cd、Zn含量均呈极显著相关;而工业污染区则只有可交换态Pb含量与可交换态Cd含量呈极显著相关. 研究显示,污染源的不同造成长株潭地区稻田土壤中不同重金属的累积程度及其主要赋存形态间的相关性存在明显差异,因此,可以借助土壤中重金属的累积程度、主要赋存形态及其相关性对土壤中重金属的主要来源进行初步识别,为源头防治污染土壤提供理论依据.      

2种组配改良剂对稻田土壤重金属有效性的效果

为研究2种组配改良剂LS(碳酸钙+海泡石)和HZ(羟基磷灰石+沸石)对土壤重金属的生物有效性以及水稻吸收累积重金属的影响,在湘南某矿区附近污染稻田中施用了不同添加量(0,2,4,8g/kg)的两种组配改良剂,并进行了水稻种植的田间试验.结果表明,施用2~8g/kg组配改良剂LS和HZ均能使土壤pH值和CEC含量显著增加,有机质含量变化不明显,LS比HZ更能提高土壤pH值和CEC含量.施用2~8g/kg组配改良剂LS能使土壤中Pb、Cd、Cu和Zn的TCLP提取态含量分别降低25.7%~52.2%、12.7%~25.7%、6.4%~17.2%和8.6%~23.4%,施用2~8g/kg HZ使土壤中Pb、Cd、Cu和Zn的TCLP提取态含量分别降低57.6%~80.1%、7.0%~40.9%、2.3%~22.7%和4.5%~33.2%.两种组配改良剂能显著降低土壤中Pb、Cd、Cu和Zn的生物有效性,抑制水稻植株对Pb和Cd的吸收,土壤Pb、Cd和Cu的TCLP提取态含量与水稻根系和糙米中Pb、Cd和Cu的含量之间存在显著或极显著的正相关关系,TCLP提取态含量能较好的表示重金属在土壤中的生物有效性.     

吉林四平设施土壤和蔬菜中重金属的累积特征

选取吉林四平市典型设施蔬菜生产系统为研究对象,采集不同土地利用方式下的设施菜地、玉米地和森林土壤样本124份进行比较分析,同步采集设施蔬菜(81份)、肥料(50份)及灌溉水样品(10份),利用电感耦合等离子体质谱技术检测重金属含量,以揭示设施土壤及相应蔬菜中重金属的累积特征.结果表明,研究区域设施菜地中除铅(Pb)以外的重金属元素含量显著高于玉米地和林地,设施土壤重金属镉(Cd)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、锌(Zn)均出现了不同程度的累积,研究区域不同类型土壤Cd平均含量为0.45 mg·kg-1,约42.8%的样本Cd超过温室蔬菜产地环境质量评价标准(HJ 333-2006),其他重金属均未出现超标现象;不同类型蔬菜比较,叶菜类Cd含量(以鲜重计)为0.033 mg·kg~(-1),明显高于果菜类,2.5%的蔬菜Cd超标,1.2%蔬菜存在Pb超标,其他重金属均未出现超标现象;随着设施利用年限的增加,土壤酸化愈加明显,设施土壤和蔬菜中重金属呈同步累积趋势;设施蔬菜重金属含量受土壤pH、有机质的显著影响;含高量重金属有机肥和化肥的大量施用是设施土壤重金属累积及设施蔬菜风险增加的重要原因.     

上海农田土壤重金属的环境质量评价

对上海市农田土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As进行测定分析,利用不同的评价方法和标准来评价土壤重金属的环境质量状况,并在GIS软件支持下,通过空间插值分析了研究区重金属含量的空间分布特征.结果发现,除As外,各重金属平均含量均高于其背景含量;Cu、Zn、Cd、Cr、Hg和As的浓度均有个别地方的含量超过了国家<土壤环境质量标准>(GB 15618-1995)二级标准限值;从土壤重金属空间分布来看,农田质量整体尚好,土壤优良率为71.4%,合格率为94.9%,不合格率为5.1%;土壤质量受到各种重金属不同程度的影响,存在显著的空间分异,而Zn、Cd、Hg的污染是引起上海地区土壤质量下降的主要原因;各级土壤以城镇建设用地为中心,圈层状分布特征明显,随着上海地区城镇化空间扩展的推进与土地利用方式的变化,可能会导致新污染区的出现与土壤质量的下降.     

A meta-analysis of heavy metals pollution in farmland and urban soils in China over the past 20 years

A total of 713 research papers about field monitor experiments of heavy metals in farmland and urban soils in China, published from 2000 to 2019, were obtained. A meta-analysis was conducted to evaluate the level of China's heavy metal pollution in soils, mainly focusing on eight heavy metals. It was found that the average concentrations of cadmium (Cd), lead (Pb), zinc (Zn), copper (Cu), mercury (Hg), chromium (Cr), nickel (Ni), and arsenic (As) in China were 0.19, 30.74, 85.86, 25.81, 0.074, 67.37, 27.77 and 8.89 mg/kg, respectively. Compared with the background value (0.097 mg/kg), the Cd content showed a twofold (0.19 mg/kg) rise in farmland soils and a threefold (0.29 mg/kg) rise in urban soils. The decreasing order of the mean I_geo was Cd (1.77) > Pb (0.62) > Zn (0.60) > Cu (0.58) > Hg (0.57) > Cr (0.54) > Ni (0.47) > As (0.28). Nearly 33.54% and 44.65% of sites in farmland and urban soils were polluted with Cd. The average concentrations of eight heavy metals were not sensitive change in recent two decades in farmland and urban soils. The average P_n values for urban (2.52) and farmland (2.15) soils showed that heavy metal pollution in urban soils was more serious than that in farmland, and the middle Yangtze River regions, where industrial activity dominates, were the most polluted. The meta-analysis comprehensively evaluated the current pollution situation of soil heavy metal, and provided important basis for soil management and environment prevention in China.     

湘西花垣矿区土壤重金属污染及其生物有效性

以花垣矿区4个锰矿点、5个铅锌矿点为现场,对湘西花垣矿区的土壤重金属总量及有效态含量进行了测定,采用污染指数法对矿区土壤重金属污染状况进行了评价,在此基础上,结合主成分分析和线性回归分析等统计学方法,探讨了该矿区重金属污染的主要因子,重金属有效态含量与其对应总量的关系.结果表明:①两矿区土壤Mn、Pb、Cd含量较高,分别为湖南省土壤背景值的8.7、21.5和2.9倍,且大多数土样Pb、Cd含量超过国家土壤环境质量三级标准,对矿区土壤造成污染.②重金属污染评价结果显示,目前两矿区土壤受到轻度的Pb污染,中-重度Cd污染.综合污染指数显示锰矿区为轻-中度污染;铅锌矿区为中-重度污染.③两矿区土壤中Pb、Cd有效态含量相对较高,占总量的比例>10%,且DTPA提取态Mn、Pb、Zn、Cd含量与其总量呈极显著正相关(P<0.01).主成分分析结果显示,Mn、Pb、Zn、Cd和DTPA-Mn、DTPA-Pb、DTPA-Zn、DTPA-Cd是导致花垣两矿区重金属污染的主要因子.因此,应采取一定措施对矿区土壤重金属污染进行治理.     

基于Kriging插值的路旁土壤重金属含量空间分布 ——以310国道郑州-开封段为例

分别在G310国道郑州-开封段的杏花营路段两侧150m×150m范围内布设7条垂直于公路的采样子断面,从路肩向两侧每隔10m采集1个表土混合样,共采集226个样品（包括2个对照样品）.用ICP-MS测定了土壤重金属（Pb、Cu、Zn、Cd、Cr和Ni）含量,并用Universal Kriging插值法分析路旁土壤重金属空间分布特征.结果表明,路旁土壤重金属呈与道路平行的带状分布,表明6种重金属含量均受公路交通影响,属于公路源重金属.土壤Cr和Cu含量在路基处含量最高,向两侧逐渐下降,呈指数分布;土壤Pb、Zn、Cd和Ni含量在距路基30～50m处出现峰值,呈偏态分布.路旁土壤Pb、Cu、Zn、Cd、Cr和Ni均为交通源重金属.     

设施菜地土壤重金属累积及影响因素研究

为了解设施菜地土壤重金属累积规律及影响因,通过在全国8个省具有代表性的设施蔬菜产区采集土壤和肥料样品,系统研究了设施栽培年限、肥料施用、土壤性质对设施菜地土壤重金属Cu、Zn、Cd累积量及活度的影响.结果表明:与露天栽培相比,设施条件下随着栽培年限的延长,土壤Cu、Zn和Cd的全量和有效态浓度均呈明显的累积趋势,栽培年限>15a时的设施土壤Cu、Zn和Cd的全量和有效态浓度分别是露天栽培土壤的1.57、2.16、1.67、3.28、1.96、2.00倍.Pearson分析表明设施菜地土壤Cu、Zn、Cd均与土壤SOM呈极显著相关,说明其在来源上较强的相似性,进一步对设施栽培土壤主要投入品中Cu、Zn、Cd含量分析表明,猪粪、商品有机肥及土壤调理剂中Cu、Zn均超过了100mg/kg,Cd超过了1.0mg/kg,且投入量较大,是设施栽培土壤中Cu、Zn、Cd的主要贡献者,而秸秆和部分化肥(如尿素、硫酸钾)中的Cu、Zn、Cd含量均极低,对设施栽培土壤累积贡献微乎其微.pH值和CEC是影响Cu、Zn、Cd在土壤中累积活度的关键因素,其中随着pH值的升高土壤Cu活度表现了先升高后下降的趋势,而土壤Cd活度则表现了持续下降的趋势,仅在pH<6.26时达到了显著相关水平;土壤CEC的升高对土壤Cu活度表现了先下降后升高再下降的趋势,土壤Cd活度表现了先升高后缓慢下降再升高的趋势,而土壤Zn活度仅在CEC<5.83时随着CEC升高表现下降显著线性相关趋势.因此,防止设施栽培土壤Cu、Zn、Cd的累积与污染,选择重金属含量低的肥料和调控土壤理化特性(尤其是pH值、CEC)则是缓解设施栽培土壤重金属累积速率进而确保蔬菜质量安全的有效途径.     

“中心城-郊区-卫星城”梯度带绿地土壤重金属的空间分布特征

城市化导致城市面积扩张和土地利用方式改变,从而影响了土壤重金属空间分布.本文以成都-温江这一典型"中心城-郊区-卫星城"梯度带为研究区,探讨绿地表层土壤重金属Cu、Pb和Zn的空间分布特征及其影响因素,以期为城市土壤重金属污染治理提供帮助.结果表明,研究区内土壤Cu、Pb和Zn含量均值分别为47.77、39.98和89.65 mg·kg~(-1),其中土壤Cu和Pb含量均值超过土壤背景值.3种重金属含量在"中心城-郊区-卫星城"梯度带呈现先降低后增加的趋势.方差分析表明,区内不同绿地类型土壤Cu和Zn含量差异显著(p0.05),Pb含量在各个绿地类型下无显著性差异(p0.05);回归分析显示3种重金属含量随距城市中心距离增加而极显著降低(p0.01);缓冲区分析表明,土壤Cu、Pb和Zn含量受局部范围内的建筑密度和道路密度影响,且随局部范围内建筑密度和道路密度的增加而显著增加(p0.05).逐步回归分析显示,土壤Cu含量主要受建筑密度影响,Pb含量主要受道路密度和绿地类型影响,Zn含量则受绿地类型、道路密度和建筑密度的共同影响.研究结果显示城市化造成土壤重金属在一定程度上累积,距城市中心距离、绿地类型、建筑密度和道路密度均会影响土壤重金属的空间分布.     

泰州市区重金属污染的藓袋法与路尘法评价研究

以泰州市区为例,分别用藓袋法和路尘法对城市近地面空气与道路灰尘中As、Cd、Cr、Cu、Mn、Pb、V、Zn等8种重金属污染物的含量与污染特征进行了分析,并用潜在生态危害指数法评价了其生态危害程度.结果表明,泰州市城区重金属污染较为严重,存在较高的潜在生态风险.近地面空气中Cd、Zn和Pb这3种重金属的平均含量分别达到了土壤背景值的8.41、6.94和5.85倍,道路灰尘中Zn、Cd、Pb和Cu的平均含量是背景值的22.63、6.58、5.13和4.45倍.重金属潜在生态危害评价结果表明,Cd是近地面空气与道路灰尘重金属潜在生态风险偏高的主要因子,其生态危害贡献率分别达到了92.43%和72.46%.相关性分析表明,近地面空气中的重金属来源相对单一,各重金属之间表现出较高的相关性.汽车尾气是泰州市城区重金属污染的主要来源,客运车站是重金属潜在生态风险最高的地区.     

辽宁省阜新市主城区表土磁化率与重金属特征及关系的定量分析

煤炭城市表土的磁学特征与重金属累积存在密切联系,但其确切的数量关系仍然模糊.以阜新市主城区表土（0~20 cm）为研究对象,通过对磁化率及重金属（Cu、Zn、Cd、Hg）含量的测试以及空间插值分析,系统分析了表土的磁化率特征、重金属富集特征,并运用通径分析明确了二者的数量关系.结果表明:①阜新市主城区表土质量磁化率（χ_lf）、频率磁化率（χ_fd）平均值分别为196.88×10-8 m3/kg、2.41%,二者变异程度均较高;χ_lf高值主要集中在主城区的中心（围绕海州露天煤矿）及西北部,而χ_fd高值区则大体与χ_lf低值区对应,且呈斑状分布的格局特点.②Cu、Zn、Cd、Hg的平均含量分别为45.13、107.96、0.13、0.11 mg/kg,且点源污染特征明显;其中,Cu、Zn、Cd的富集多集中于经济活动频繁的主城区中心区域及海州露天矿的周边地带,Hg含量的高值区主要沿着细河呈东北-西南方向的带状分布特征.③主城区表土χ_lf与Cu、Zn、Cd的含量均呈显著正相关,且χ_lf与Zn、Cu含量存在χ_lf=-161.122+1.437[Zn]+4.729[Cu]的数量关系;χ_fd与Zn、Cd含量均呈显著负相关,且χ_fd与Cd含量存在χ_fd=3.720-10.154[Cd]的线性关系.研究显示,阜新市主城区表土重金属存在明显富集,其中,Cu、Zn、Cd的累积程度与磁化率呈显著相关,在城市表土环境的监测治理工作中,宜采用简便快捷的磁化率测试以指示相应重金属的富集状况.      

Heavy metal distribution of natural and reclaimed tidal riparian wetlands in south estuary, China

The characteristics of heavy metals in water, soils and plants of NRWs are significantly different from those in the RTRWs which are strongly affected by human activities.