土壤中金属的生物可给性及其动态变化的研究

土壤中金属的生物可给性常应用于人体健康风险评价,如能准确地判定土壤中金属在胃肠阶段不同时间的溶出动态,研究者就可以更好地分析其对人体的健康风险。本文采集5种不同地区的重金属污染的土壤,利用改进的PBET方法,分别在胃阶段的20、40、60、80 min以及小肠阶段的1、2、3、4、5 h时取样并分析,探究土壤中8种金属元素（As、Al、Cd、Cr、Fe、Mn、Ni、Pb）的生物可给性和溶出动态,探讨造成金属溶出动态变化的影响因素,对其溶出机理进行初步探究。研究结果表明,Fe、Al的生物可给性较低,并且在胃肠阶段差异较小。与胃阶段相比,土壤中Pb、Cd的生物可给性在小肠阶段明显降低,而As、Mn、Cr、Ni的生物可给性在小肠阶段均升高。升幅最大的两个元素是Ni、Cr,其小肠阶段的平均生物可给性分别升高61.4%、29.9%。在溶出量随时间变化方面,在胃阶段,假定1 h时溶出率为100%。20 min时,土壤中Fe、Ni的平均溶出率较低,分别为59.3%、56.8%,其他6种金属元素的平均溶出率在71.2%~79.5%。As、Cd、Pb的溶出速率是先快后慢,Cr和Ni的溶出速率是先慢后快,而Fe、Mn、Al的溶出速率基本保持不变。在小肠阶段,假定4 h时溶出率为100%。Al、As、Cd、Mn的溶出率基本不变。1 h时,土壤中Cr（土壤A除外）、Ni的平均溶出率最低,分别为31.5%、32.7%,而5 h时,Fe、Cr、Ni的溶出率还在升高。由此可见,土壤中不同金属元素的生物可给性以及溶出动态是有明显差异的。     

Bioaccessibility of metals in soils: comparison between chemical extractions and in vitro tests

It is well-known that the total metal content in soils is not a good indicator of their harmful effects, leading to an overestimation of risks. Toxicological and environmental hazards depend on the chemical species and on its bioavailability to target organisms. Because a good estimation of bioavailability is difficult, a good compromise is to assess bioaccessibility, defined as the maximum amount of a pollutant which is potentially absorbable by a target organism. This study presents a comparison of different strategies to measure metal bioaccessibility in soils. Three procedures were applied to real soil samples with different levels of metal contamination: pseudo-total metal attack, selective sequential extractions and in vitro tests (deliberately developed to simulate human or mammals digestion). Considering the first step of the selective extraction procedure, which can provide the bioaccessible fraction for deposit-feeder organisms, data obtained for each metal were lower than those obtained from in vitro tests. Therefore, it is possible to highlight that this extraction tends to underestimate metal bioaccessibility in soils for humans, while in vitro tests certainly will overestimate bioaccessibility for organisms as invertebrates. If the sum of first and second step of sequential procedure is considered, results are quite similar to those obtained from in vitro tests, but this kind of procedure would require two days of work rather than a few hours required to perform an in vitro test. Results highlight the diversity among the differently defined bioaccessible fractions and the need to apply the most suitable procedure depending on the target organism.     

Assessment of heavy metals contamination in soils surrounding a gold mine: comparison of two digestion methods

This study investigated two digestion methods (USEPA 3051: microwave, HNO₃ or Hossner: hot plate, HF–H₂SO₄–HClO₄) for heavy metals analysis in contaminated soil surrounding Mahad AD'Dahab mine, Saudi Arabia. Moreover, contamination metal levels were estimated. The Hossner and USEPA 3051 methods showed, respectively, average total contents of 17.2 and 18.1 mg kg^?1 for Cd, 11.6 and 10.6 mg kg^?1 for Co, 45.7 and 34.7 mg kg^?1 for Cr, 1030 and 1100 mg kg^?1 for Cu, 33,300 and 27,400 mg kg^?1 for Fe, 963 and 872 mg kg^?1 for Mn, 33.2 and 22.8 mg kg^?1 for Ni, 791 and 782 mg kg^?1for Pb, and 6320 and 2870 mg kg^?1 for Zn. A lack of significant differences and a high correlation coefficient (>90%) for Cd, Pb and Cu between the two digestion methods suggest that the total-recoverable method (USEPA 3051) may be equivalent to the total-total digestion method (Hossner) for determining these metals in the studied soil. However, significantly higher concentrations of Cr, Fe, Ni and Zn were found by the Hossner method comapred with the USEPA 3051 method. The soil samples have very or extremely high levels of Zn, Cu, Cd and Pb contamination, indicating very high potential ecological risk.     

不同酸化体系测定中国不同地区土壤重金属的比较研究

本文采用硝酸-氢氟酸-盐酸-过氧化氢(5∶1∶1∶1)的消解体系和硝酸-过氧化氢(6∶2)消解体系,均通过微波消解法和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定土壤中的铬、镍、铜、锌、砷、镉、铅等7种元素.分析了来自全国不同地区的9种土壤与水系沉积物的质控样品,研究了全量微波消解酸体系对土壤中7种重金属测定的影响.结果表明,对于Cr和Pb元素,硝酸-过氧化氢消解体系可溶态元素的结果显著低于元素全量的结果,未加入氢氟酸,难以将硅晶格中的Cr和Pb析出.对于As元素,硝酸-氢氟酸-盐酸-过氧化氢消解体系的回收率略有偏高,推测其原因为盐酸引入的氯离子对ICP-MS的测定产生了质谱型干扰,因此消解体系应尽量避免引入氯.对于Ni、Cu和Zn的结果,硝酸-过氧化氢消解体系的回收率在75%—110%的范围,两种消解体系结果的偏差较小,硝酸-过氧化氢法测定的可溶态元素的结果可以较好的反映元素全量的水平.对比不同地区土壤的结果发现,除水系沉积物和砖红壤中的Pb及砖红壤中的Cr,土壤中部分Cr和Pb难以被硝酸-过氧化氢体系消解出来,在环境中处于稳定的状态,因此采用硝酸-过氧化氢体系能更准确地评估Cr和Pb对环境的危害.     

污染土壤中有机质结合态重金属的研究

用物理与化学相结合的方法研究了2个污染土壤剖面中有机质结合重金属（Cd、Cu、Pb和Zn）的分布，把有机质相结合态重金属分为颗粒状有机质（POM）结合的重金属和与细土腐殖质结合的重金属。结果表明，土壤POM对重金属有明品的富集作用，其中〉2mmPOM重金属Cd、Cu、Pb和Zn的富集系数分别在1．4～3．2、2．5～2．6、2．8—3．9和3．0～3．9之间；而0．05～2mmPOM重金属Cd、Cu、Pb和Zn的富集系数分别在2．7～7．8、3．2～6．4、3．2～9．3和3．2～5．6之间，0．05～2mmPOM组分中重金属的平均富集高于〉2mmPOM组分。POM中重金属的富集程度与土壤重金属的积累呈正相关。有机质结合态重金属占土壤重金属总最的比例随土壤有机质积累而增高，表土层约40％以上的重金属以有机质结合态存在。     

重金属污染土壤植物修复研究进展

土壤重金属污染是当今世界面临的主要环境问题之一.植物修复定义为利用绿色植物去除环境中的污染物或使其无害化的生物技术.与传统环境修复技术相比,植物修复技术具有治理成本的低廉性,环境美学的兼容性,治理过程的原位性.本文主要对超富集植物的概念和特征、土壤重金属污染植物修复的方法和原理以及土壤重金属植物修复技术的强化措施进行了综述,并对植物修复的近期研究工作进行了展望.     

不同类型土壤对重金属的吸附特性

为了解重金属在土壤中的迁移转化规律,为确定土壤环境容量和治理土壤重金属污染提供理论依据,采用室内试验方法研究了采自山东的棕壤、黑龙江的黑土、陕西的黄棕壤和山西的褐土吸附Cu2 、Pb2 和Cd2 的特性及溶液pH、外加腐殖酸、溶液中重金属初始含量对吸附的影响.由振荡平衡法进行吸附试验,原子吸收分光光度法测定平衡溶液中重金属的吸光度值.试验结果表明:随着溶液中Cu2 、Pb2 和Cd2 含量的增大,4种土壤对Cu2 、Pb2 和Cd2 的吸附量逐渐增大.溶液pH值对土壤吸附重金属的影响因土壤性质和重金属特性的不同而不同.加入腐殖酸,4种土壤对Cu2 、Pb2 和Cd2 的吸附量明显减少.不同吸附模型拟合结果表明,4种土壤对Pb2 的吸附等温线都符合 Langmuir 方程和Freundlich方程,对Cu2 吸附等温线拟合的Langmuir 方程和Freundlich方程的相关性不理想,对Cd2 吸附等温线拟合符合Freundlich方程.     

我国城市土壤重金属的污染格局分析

收集了国内43个大中城市的3688个城区土壤重金属数据,通过描述性分析、评价分析、聚类分析等,初步确定了我国城市土壤重金属的污染格局.结果表明,我国城市土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的平均赋存量分别为13.39、0.68、63.04、38.17、0.31、26.18、47.34、137.72 mg·kg-1.Nemerrow指数、地质累积指数和潜在生态危害指数评价表明,污染最严重的城市是太原、南京、开封,主要污染重金属是Hg、Cd、Pb.43个城市中,上海、武汉、淄博、昆明、抚顺、昌吉、郑州、贵阳、成都、攀枝花、天津、珠海、大庆、北京、南宁、广州、香港、长春、太原等19个城市属于Cd强度污染;徐州、长沙、开封、重庆、乌鲁木齐、沈阳、西安、杭州、南京、兰州、洛阳等11个城市属于Hg-Cd强度污染、Pb中度污染;其余13个城市属一般轻度污染.长江以南城市土壤重金属污染比长江以北城市严重,中小城市土壤重金属污染低于特大城市.     

风险评价代码法对农田土壤重金属生态风险的评价

为揭示矿区周边农田土壤中重金属分布特征及其潜在生态风险,于2013年在云南省某铅锌矿周边的农田土壤共布设68个采样点,分析土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu和Zn的含量及污染程度,并采用改进的BCR法测定了各重金属形态分布特征,在此基础上运用风险评价代码法评价了重金属的潜在风险程度.结果表明,7种重金属都存在不同程度的超标,其中超标最严重的是Cd和Zn,超标率分别达到92.6%和75%.7种重金属化学形态也不尽相同:在重金属有效态中,Cd的水溶态和可提取态较高(平均值达到31.2%);Pb、Cu和Zn可还原态、可氧化态这两部分含量较高,两部分之和的平均值分别可达到27.9%、30%和29.2%;Hg、As和Cr的残渣态含量较高,平均值分别为90.4%、72.9%和76.8%.风险评价代码评价结果表明,54.4%的样点Cd为高生态风险,45.6%的样点Cd为中度生态风险;100%的样点Zn为中度生态风险;Cu有41.2%的点位属于低生态风险,58.8%的点位属于中度生态风险;As和Pb主要以低生态风险为主(所占比例分别为92.6%和91.8%);Hg主要以无生态风险为主(所占97.1%).综上,该矿区周边农田土壤受到了严重的重金属污染,其中土壤中Cd的生态风险最高,同时,Zn和Cu的生态风险也不容忽视.     

典型铜尾矿库周边土壤重金属复合污染特征

应用了Hakanson潜在生态风险指数法、相关分析法、主成分分析法对德兴铜矿尾砂库周边土壤Cu、Zn、Ni、Pb、Cr和Cd复合污染特征进行研究,定量确定了铜尾矿库潜在生态风险程度、主要污染因子和潜在生态风险因子。结果表明:铜矿尾矿库周边土壤受到不同程度的重金属污染,该地区平均潜在生态风险污染指数超过600,具有极高的潜在生态风险;各重金属潜在生态风险参数由高至低顺序为Cd、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn,其中Cd为主要潜在生态风险因子。进一步通过主成分分析法研究了重金属的污染特性,发现前3个主成分贡献率分别为:65.033%、18.825%、6.243%,第一主成分反映了Zn、Ni、Cr的信息,第二主成分反映了Cu和Cd的信息,第三主成分反映Pb的信息。     

典型铜尾矿库周边土壤重金属复合污染特征

应用了Hakanson潜在生态风险指数法、相关分析法、主成分分析法对德兴铜矿尾砂库周边土壤Cu、Zn、Ni、Pb、Cr和Cd复合污染特征进行研究,定量确定了铜尾矿库潜在生态风险程度、主要污染因子和潜在生态风险因子。结果表明：铜矿尾矿库周边土壤受到不同程度的重金属污染,该地区平均潜在生态风险污染指数超过600,具有极高的潜在生态风险;各重金属潜在生态风险参数由高至低顺序为Cd、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn,其中Cd为主要潜在生态风险因子。进一步通过主成分分析法研究了重金属的污染特性,发现前3个主成分贡献率分别为：65．033％、18．825％、6．243％,第一主成分反映了Zn、Ni、cr的信息,第二主成分反映了Cu和Cd的信息,第三主成分反映Pb的信息。     

刁江沿岸土壤重金属污染特征研究

受上游矿山开发的影响，刁江沿岸存在明显的As、Pb、Zn、Cd复合污染带，其污染区与洪水淹没区呈现高度的一致性；水田的犁底层对重金属具有明显的隔断作用，而旱地的淀积层中的重金属质量分数依然很高；上游地带土壤污染呈显性状态，土壤中尾砂沉积现象十分明显，而下游地带的土壤污染呈隐性状态，土壤中尾砂沉积现象不明显；蜈蚣蕨可以作为刁江沿岸土壤污染区的指示植物；土壤中Zn与Cd质量分数存在显著相关关系，表层土壤As与Pb质量分数呈现较好的相关性，而土壤垂直剖面中As与Pb质量分数除个别剖面外，相关关系不显著。     

神木煤矿区土壤重金属污染特征研究

通过对神府煤田开采区3个煤矿区周围土壤Cu、Cd、Cr、Mn、Ni质量分数进行测定及分析,评价了煤田开采对周围土壤的污染程度。结果表明,长期的煤炭资源开发、运输等活动,已导致周围土壤受到重金属不同程度的累积性污染,土壤中Cd、Ni质量分数高于陕西省土壤背景值,且Cd污染程度较高,Ni污染程度较低,而Cu、Cr、Mn基本不受污染。3个煤矿表层土壤各重金属元素质量分数均表现出污染区大于对照区,但这种变化幅度存在一定差异;Cu、Cr、Mn 3种重金属元素虽没有超出背景值,但已表现出一定程度的累积;煤矿周围土壤重金属污染受到开采年限、土壤质地、风向等因素的影响。3个煤矿污染区土壤剖面样品中,5种重金属元素质量分数基本上随着土壤深度的增加呈现降低的趋势,且这种趋势具有波动性。     

神木煤矿区土壤重金属污染特征研究

通过对神府煤田开采区3个煤矿区周围土壤Cu、Cd、Cr、Mn、Ni质量分数进行测定及分析,评价了煤田开采对周围土壤的污染程度。结果表明,长期的煤炭资源开发、运输等活动,已导致周围土壤受到重金属不同程度的累积性污染,土壤中Cd、Ni质量分数高于陕西省土壤背景值,且Cd污染程度较高,Ni污染程度较低,而Cu、Cr、Mn基本不受污染。3个煤矿表层土壤各重金属元素质量分数均表现出污染区大于对照区,但这种变化幅度存在一定差异;Cu、Cr、Mn 3种重金属元素虽没有超出背景值,但已表现出一定程度的累积;煤矿周围土壤重金属污染受到开采年限、土壤质地、风向等因素的影响。3个煤矿污染区土壤剖面样品中,5种重金属元素质量分数基本上随着土壤深度的增加呈现降低的趋势,且这种趋势具有波动性。     

工业城市不同功能区土壤和蔬菜中重金属污染及其健康风险评价

为了研究和评价工业城市不同功能区的土壤和蔬菜中重金属污染和健康风险状况,以株洲市为例,在工业区（石峰区）、农业区（芦淞区）和旅游区（大京风景区）分别采集土壤和蔬菜样品,分析重金属Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu的质量分数,并采用地质累积指数法（Igeo）和健康风险评价模型分别对土壤和蔬菜中重金属进行评价。结果表明：工业区、农业区和旅游区土壤中Cd、As、Pb、Hg、Zn、Cr和Cu的平均质量分数都超出湖南省土壤背景值,部分重金属甚至超出国家土壤环境质量二级标准。不同功能区土壤中重金属的地质累积指数（Igeo）表明：工业区、农业区和旅游区土壤受到不同程度的重金属污染,其中Cd和Hg的污染最为严重,污染程度依次是工业区〉农业区〉旅游区。不同功能区蔬菜中Cd、As、Pb和Zn的危害商（HQ）值都大于1.0,而Cu和Cr的危害商（HQ）都小于1.0。不同功能区蔬菜中重金属危害指数（HI）都大于10.0,尤其是工业区蔬菜的危害指数（HI）〉100.0,当地成年人食用受到重金属污染的蔬菜会导致严重的健康危害,其中Cd和As,是危害指数（HI）的主要贡献者,两者贡献率之和的范围为75%~89%,而Cr的贡献率几乎为0。     

土法炼锌区生态退化与重金属污染

土法炼锌致使冶炼区大量重金属的累积以及生态环境的严重破坏.研究以土法炼锌的集中点妈姑为例,探索了土法炼锌区的土壤和植被退化现状,以及重金属的分布规律,为废弃地的生态重建与污染修复提供科学依据.冶炼造成大面积的植被破坏,成为裸地,停止冶炼后,植被自然恢复极为缓慢,特别是废渣堆放处.冶炼残渣具有较高的pH值和EC值、低CEC,有机质极为缺乏,含N量低.冶炼区污染土壤明显酸化,导致P有效性降低.冶炼废渣具有高的孔隙度和良好的通气性,但持水保水能力差.冶炼废渣的Pb、Zn、Cd含量分别为4 632 mg/kg、8 968 mg/kg、58 mg/kg.污染土壤的Pb、Zn、Cd含量分别为234 mg/kg、400 mg/kg、9.6 mg/kg.污染土壤中Pb、Zn、Cd的DTPA提取态百分比分别为6.8%、19.97%、29.72%.废渣中Pb、Zn、Cd的DTPA提取态百分比分别为0.44%、1.36%、4.80%,但其绝对含量接近于污染土壤,具有较大环境风险性.     

Sorption of heavy metals in strongly weathered soils: an overview

Current knowledge of sorption processes in tropical soils is reviewed. Landscapes throughout the tropics are dominated by oxisols which occupy extensive areas of potentially highly productive soils. These soils are dominated by low-activity sesquioxide minerals and clays that have variable charge surfaces. The limited information on tropical soils available suggests that the composition of the ambient soil solution can influence sorption through changes in particle surface-charge density. Thus the observed decrease in sorption in the presence of divalent index cations may be related to the effect of ionic charge on the double-layer thickness which is manifested through a change in surface-charge characteristics. However, much work needs to be done to differentiate the effect of cation charge on surface-charge density from the competitive effect between the index cation and heavy-metal ions for the sorption sites. The effects of inorganic and organic ligands on adsorption of Cd by variable charge surfaces are also reviewed.     

森林土壤对几种重金属污染的"记忆"效应

采用一定浓度(40～120 mg·L-1)Cd、Cr、Pb的氯化物溶液多次浇灌森林土壤,研究受以前污灌影响而导致某次污灌后土壤对重金属的吸持率下降的效应--"记忆"效应.结果表明土壤对Cr和Pb环境容量大,"记忆"效应不明显.多次浇灌CrCl3溶液后,土壤剖面20 cm以下采样点约99%的Cr被土壤吸持;3次浇灌PbCl2后各采样点Pb浓度下降率维持在85%以上,但污灌次数进一步增加,则土壤的吸持率下降.Cd的环境容量较小,增加投入会很快使土壤上层对其吸附达到饱和,吸附带随之下移,对地下水的安全构成威胁.     

几种萃取剂对土壤中重金属生物有效部分的萃取效果

采用6种萃取剂:pH=7的0.01mol/L CaCl_2、pH=7.3的0.005mol/L DTPA+0.1mol/L TEA(三乙醇胺)+0.01mol/L CaCl_2O.1mol/L NaNO_3、0.43mol/L HOAc、pH=7的0.05mol/L EDTA和pH=4.65的0.5mol/L NH_4OAc+0.02mol/L EDTA浸取液.对污染土壤中的重金属Cu、Zn、Cd、Pb、的进行了萃取,并比较了萃取剂的萃取能力。实验结果表明,HOAc、EDTA以及NH_4OAc-EDTA萃取各种重金属的能力远远大于其它几种萃取剂的萃取能力,是比较理想的萃取剂。     

南昌地区不同企业周边重金属分布及影响规律

结合GIS技术和主成分分析方法,综合评价南昌地区钢铁、化工、电镀和塑料4种类型6个不同企业周边红壤-蔬菜系统的环境质量.结果表明,4种元素的污染程度依次为:Cd>Cu>Zn>Pb,其中Pb含量未超过土壤环境质量二级标准.重金属Cd、Zn和Cu具有良好的同源性,其分布均呈辐射状,从南到北逐渐降低,东南方向的电镀厂和钢铁厂2周边区域为最高浓度区.企业周边蔬菜地中白菜(Brassica chinensis)未受Pb污染,Cu、Zn和Cd已在白菜体内达到了一定程度的积累.白菜中重金属与土壤中对应重金属全量极显著相关.说明蔬菜中重金属主要来源于表层土壤中所积累的重金属.