农田土壤中铜的来源分析及控制阈值研究

农田土壤重金属污染直接危及到生态安全、食品安全和人体健康.从源头上控制农田土壤重金属污染是农业可持续发展和保障农产品质量安全的首要措施.本文采用物质流分析法与情景分析法,以水稻(双季稻、单季稻)、小麦-玉米、蔬菜(叶菜、根菜和果菜)的产地农田生态系统为研究对象,研究农田土壤中重金属铜的输入途径(大气沉降、磷肥、有机肥以及灌溉水)和输出途径(籽粒/可食部位、秸秆/残余物以及地表排水),并通过文献查阅和采样分析建立数据库,在平衡分析基础上为了保障100年土壤铜累积不超过设定的情景水平,当土壤铜背景值含量分别增加50％,100％和150％时,推导出磷肥、有机肥以及灌溉水的重金属含量安全阈值,磷肥中铜含量应控制在65～175 mg·kg-1范围内;畜禽粪肥中铜含量应控制在35～95 mg· kg-1范围内.灌溉水质标准应控制在40～70 μg·L-1范围内.这将为我国农产品产地安全管理和源头预防控制,保障我国农产品质量安全提供一定的技术指导作用.     

我国设施农田土壤重金属污染评价与空间分布特征

收集了1997年以来我国设施农田土壤重金属研究文献的数据并对其进行统计分析,评价我国设施农田土壤重金属污染现状及空间分布。结果表明我国设施农田土壤重金属含量呈现一定的空间分布规律,南部地区土壤Cd、Pb和Hg含量最高,北部地区土壤As、Cu、Zn和Cr含量最高,西北部地区土壤Ni含量最高。与HJ/T 333—2006《温室蔬菜产地环境质量评价标准》相比,设施农田土壤Cd含量超标最严重,其在南部、北部和西北部地区的超标率分别为41. 7%、54. 5%和11. 1%;其次是Pb,在3大区域的超标率分别为33. 3%、18. 2%和0。地累积指数评价结果显示我国设施农田土壤Cd污染最严重,其次为Hg污染。另外,随种植年限的延长,设施农田土壤重金属累积明显,且土壤重金属的累积量随土层加深呈下降趋势。就重金属的来源而言,我国设施农田土壤重金属来源以肥料,尤其是畜禽粪便有机肥为主。     

有机肥对土壤肥力和土壤环境质量的影响研究进展

施肥是农业生产中补充养分的重要措施,但过量施用化肥的现象越来越严重,导致肥料利用率低,引起土壤肥力下降,破坏农田生态环境。目前,化肥减量和增施有机肥逐渐成为被人们普遍接受和提倡的施肥方式,但仍然存在对有机肥的认识不全面,利用不合理的现象。文章综述了国内外有机肥施用对农田土壤肥力和土壤环境质量的影响效应及作用机理,并对有机肥的合理利用提出了对策。研究表明,有机肥含有丰富的有机质,有机质对土壤肥力水平、土壤重金属有效性和温室气体排放均有至关重要的作用。有机肥能显著改善土壤物理性状,缓解土壤酸化,增加土壤有效养分,维持土壤养分平衡,提高土壤生物和生物化学特性,优化土壤微生物群落的结构组成;然而有机肥(主要来源于畜禽粪便)的长期过量施用会增加土壤重金属含量,加大作物吸收积累重金属的风险,另外,有机肥还可能促进土壤温室气体(CO2,CH4等)的排放,加重温室效应。因此,在农业生产中应加强有机肥的管理,选择安全优质的有机肥(重金属和持久性污染物含量低),建立有机肥施用的配套技术,改革施肥方式,适时适地施肥,有机与无机相结合,尽量降低有机肥施用所带来的环境风险。     

华南电子垃圾回收区农田土壤重金属污染及其化学形态分布

广东清远龙塘镇作为电子垃圾回收地区,已从事电子垃圾处置超过30年,可能给当地的农田土壤带来了严重的风险。为评价龙塘农田土壤中重金属污染程度,采集28个农田土壤样品,用于研究As、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Sn、Zn10种重金属含量及其不同存在形态。结果表明,与中国食用农产品产地环境质量标准比较,大多数当地农田土壤已在不同程度上受到重金属污染,85.7%的土壤样品中有一种或多种重金属的含量超过了相应的评价标准值。化学形态分析结果表明,除Hg外,人为来源的其她重金属更多地进入了可迁移形态部分(弱酸可溶态+可还原态+可氧化态),从而具有更高的毒害性和生物有效性,该电子垃圾处置区农田土壤已基本不适于食用农产品种植。大多数重金属在0.05或0.01水平上具有显著的相关性,这表明龙塘镇土壤重金属污染主要来源于不受控制的电子垃圾回收活动。对中国或其他国家具有类似的粗放式电子垃圾回收处置地区来说,有关龙塘镇农田土壤中重金属污染水平及其潜在的生物毒害性研究具有代表性意义。     

中国城市污泥应用对作物产量、品质和土壤质量的影响

为了消减污泥对环境的污染,中国在污泥利用方面采用了多种制肥技术,采用单独使用、堆肥、有机无机肥、生物有机肥等处理方式制成产品,而且在各种农作物上的试验越来越多。文章探讨了污泥施用对作物生长的效果和对土壤质量的影响。研究表明,施用污泥对作物生长发育都有良好的作用,相关的生理生化指标有一定程度提高;明显促进土壤速效养分的吸收,提高收获物产量和生物产量,改善品质。作物重金属的吸收积累量除个别例外都能达到国家食品卫生标准,但污泥施用超过一定量对有些作物品种的种子发芽率有抑制作用。城市污泥富含有机质、大中微量矿物质元素等,但不同来源、不同品质和不同用量的污泥对土壤质量的影响有所差异。土壤有机质、pH、大中微量元素、团粒结构、容重、电导率,以及土壤酶和微生物活性等土壤质量指标有所提高。污泥含有重金属、有机污染物等污染物,一般而言重金属超标是不常见的。按照资源化利用的原则,污泥施用既要有利于消化污泥量又要不造成环境污染,污泥中重金属含量比原始土壤中的高,施用量越多重金属含量也越高,所以在适宜的范围内才是安全的。许多试验证明,重金属含量除某些条件下极个别超出安全指标外,基本都能达到农用污泥污染物控制标准。综合来看,在正确处理下污泥是可以用于作物生产的。     

云贵地区磷矿分布区农田土壤重金属污染特征及对农产品质量的影响

为了解云贵地区磷矿背景下农田土壤重金属污染和生物有效性特征,对云贵地区重点磷矿分布区玉米、水稻和设施蔬菜3种农田土壤和作物可食部分重金属(Cd、Cu、Pb和Zn)含量进行测定,分析农田土壤重金属污染特征,并探究其对农产品重金属含量的影响。结果表明,云贵地区磷矿分布区农田土壤普遍富集Cd和Pb,与当地背景值相比,Cd和Pb的平均富集系数分别达到2.31和2.39;玉米、水稻和大棚青菜可食部分中Cd的生物富集因子平均值分别为0.09、0.17和0.32,而Pb的生物有效性水平较低;磷矿分布区不同类型农作物对土壤重金属的吸收能力不同,大棚青菜对重金属的富集能力最强,水稻对Cd和Pb的吸收能力高于玉米;回归模型结果表明,土壤有效态重金属含量以及pH、有机质和MgO等理化性质显著影响3种农作物可食部分重金属含量(P0.05)。     

书讯

正施肥与土壤重金属污染修复——当代土壤与环境科学专著作者:徐明岗出版时间:3/1/2014内容简介《施肥作为农业增产的主要措施,也能显著影响土壤重金属的生物有效性。《施肥与土壤重金属污染修复》论述了通过合理施肥,在实现作物养分供应的同时,又实现土壤重金属钝化修复的原理与技术,包括不同形态化肥、有机肥和改良剂及其组合修复土壤重金属特别是铅、镉污染土壤的原理与技术。主要内容包括:铅、     

广东省有机肥产业化的发展前景与策略

反复的农业生产实践证明,有机肥料在当今农业生产及今后可持续农业的发展中起到了不可替代的作用。众所周知,重施偏施化肥,一是导致土壤板结,耕性不良,地力下降;二是降低农产品品质,污染环境,从而影响人体健康;三是降低肥料的利用率。而施用有机肥不仅能增加作物产量,改善作物品质,提高农产品市场竞争力和效益,而且能保养和提高地力,保护农业生态环境和促进农业可持续发展。这种作用是化学肥料所不能替代的。传统有机肥腐熟周期长,养分损失多,体积大,肥料质量低。如何克服使用有机肥料的缺点,是有机肥料工作迫切需要解决的…     

畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属与抗生素分布的影响

采集不同类型的畜禽有机肥及施用后的土壤,测定其重金属浓度,同时利用超声波提取-SPE—LC／MS／MS方法分析土壤中14种抗生素的污染特征,研究长期施用畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属与抗生素分布的影响。结果表明,猪粪、羊粪、鸡粪3种畜禽有机肥中最易造成土壤污染的是猪粪,Cu、Zn和Cd含量分别为197．0、947．0和1．35mg·kg-1。不同土地利用方式下,施用有机肥均使重金属在土壤剖面呈现表聚现象,以设施菜地最为突出,Zn和Cd积累明显,0—20cm土层含量分别为203和0．48mg·kg-1。不同土地利用方式下,14种抗生素的含量与组成在土壤剖面上存在明显分异,随土层深度增加含量迅速下降,但在〉80～100cm土层仍有检出;设施菜地表层土壤抗生素含量为39．5μg·kg-1,积累和残留明显高于林地和果园,特别是四环素类和氟喹诺酮类,含量分别为34．3和4．75μg·kg-1。可见,农田土壤长期大量施用畜禽有机肥可引起重金属和抗生素的复合污染,具潜在生态风险。     

典型医药企业聚集区土壤重金属污染特征及成因分析

为探究湖北省某地典型医药化工企业腾退地块土壤污染状况及对周边环境介质的影响并量化土壤重金属的来源贡献,系统采集地块内及其农田影响区的土壤样品592个、水稻样品23个、河流沉积物样品11个,测定了As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni等重金属含量,分别运用地累积指数法、生态风险评估法、土壤污染风险评价法分析了地块内及其周边农田土壤重金属的污染特征,并探究了土壤重金属来源.结果表明,医药企业地块内土壤中重金属含量均值显著高于周边农田土壤,土壤重金属As地累计指数最高,是地块内土壤生态风险的主要污染元素,最大污染深度达4.5m.地块周边农田土壤重金属As、Cd、Pb、Hg超过标准筛选值,水稻重金属含量未超食品安全标准限值.地块内重金属主要来源于历史生产企业生产活动,地块内地表径流对其周边河流水质造成了影响,河流作为周边农田的灌溉水,长期的灌溉活动和可能的淤泥回填已经对农田土壤环境安全产生了威胁.医药企业聚集区及其影响区的重金属源汇关系应得到重视,相关部门应针对不同介质和区域的污染现状加强重金属的污染防治和风险管理,并对企业聚集区腾退地块土壤污染进行源头管控.     

农田土壤重金属污染状况及修复技术研究

重金属污染因具有毒性、易通过食物链在植物,动物和人体内累积,对生态环境和人体健康构成严重威胁。随着工业快速发展、农药及化肥的广泛使用,农田土壤重金属污染越来越严重,研究农田土壤重金属污染现状及修复技术对农产品安全具有重要意义。综合国内外农田土壤重金属污染状况,农田土壤重金属污染主要来源于固体废弃物堆放及处置、工业废物大气沉降、污水农灌和农用物质的不合理施用。该文综述了国内外有关农田重金属污染土壤修复技术（物理修复、化学修复、生物修复、农业生态和联合修复）的研究进展,并针对各种修复方法,阐述了其原理、修复条件、应用实例及其优缺点,重点论述了植物修复的机理和应用,提出了草本与木本联合修复可有效提高农田土壤重金属复合污染的修复效率,为农田土壤土壤重金属复合污染修复提出了新的途径。最后在对已有研究分析的基础上,提出了联合修复技术（如生物联合技术、物理化学联合技术和物理化学-生物联合技术）可以在一定程度上克服使用单一修复手段存在的缺点,可提高复合污染的修复效率、降低修复成本,未来应深入探索联合修复技术间的相互作用机理,以期为农田土壤重金属综合治理与污染修复提供科学依据。     

外源铅铜镉在长三角和珠三角农业土壤中的转化

选择了我国经济发达地区的长江三角洲和珠江三角洲10个代表性农业土壤，采用室内培养和化学分级方法研究了加入外源铅、铜、镉在土壤中的动态变化及转化趋势，探讨了碳酸钙、粉煤灰、猪粪和钢渣等土壤改良剂对土壤重金属形态的影响。结果表明，随着土壤重金属负荷的提高，土壤中交换态重金属的比例增大，残余态比例下降，有效性提高，对环境威胁增大。当重金属加入最较低时，重金属优先向氧化物结合态、有机质结合态转化；而当加入最较高时，向交换态和碳酸盐结合态转化的比例明皿增加。pH和土壤组分对重金属在土壤中的转化有显著的影响，土壤pH下降可使交换态Cd、Cu、Pb的比例递增。加入碳酸钙、粉煤灰、猪粪和钢渣等改良剂可显著地降低土壤中交换态重金属比例，增加其它形态的重金属比例。     

农田重金属污染原位钝化修复研究进展

污染土壤重金属原位钝化修复是通过向土壤中施加一些活性钝化修复材料,通过溶解沉淀、离子交换吸附、氧化还原、有机络合等反应来改变重金属在土壤中的赋存状态,降低土壤中重金属的有效浓度、迁移性和生物有效性。这种方法成本较低、操作简单、见效快且适合大面积推广,在重金属污染土壤修复中有着不可替代的作用。尤其对主要由污水灌溉、大气沉降等造成的农田土壤面源污染,一些具有吸附固定土壤中重金属离子特性的天然物质和工业副产品都可运用在实地的钝化修复中,且不同类型的钝化修复剂对重金属污染土壤的钝化修复效果各不相同。采用实验室评价和实地应用评价,一方面可以评估钝化修复材料对污染土壤中重金属离子的固定效率;另一方面可以评估钝化修复材料对土壤理化性状、养分状况和生物活性的影响。对重金属污染土壤原位钝化修复中不同来源的钝化剂进行了分类,目前广泛使用的钝化修复剂主要包括硅钙物质、含磷材料、有机物料、黏土矿物、金属及金属氧化物、生物碳及新型材料等,概述了它们各自对重金属污染土壤的钝化修复效果。从研究方法、评价指标、环境影响因子、钝化机制以及环境风险评价等方面分析了该领域的研究现状以及存在的主要问题,今后应重点关注钝化修复剂对土壤-作物系统的潜在环境风险以及钝化材料修复效果的田间长期稳定性评价。     

长三角和珠三角农业土壤对Pb、Cu、Cd的吸附解吸特性

研究了长江三角州和珠江三角州10种代表性农业土壤对重金属Pb、Cu和Cd的吸附与解吸特性。结果表明:大多数土壤对重金属有较强吸附能力,土壤性质对重金属吸附与解吸行为有很大影响。其中,pH值是影响土壤对重金属吸附与解吸的最重要因素,土壤重金属吸附量随pH值增加而增加。土壤pH值和有机质或粘粒含量较高的土壤(如乌栅土、青紫泥田、黄斑田),其对重金属吸附能力高于pH值和有机质或粘粒含量较低的土壤(如黄筋泥、粉泥田)。重金属解吸量随重金属吸附量和土壤重金属饱和度增加呈指数增加趋势;土壤对重金属的吸附能力从强至弱依次为Pb、Cu、Cd;当3种重金属共存时,重金属之间竞争能力强弱顺序与吸附能力顺序相同。重金属之间竞争作用随土壤酸度和重金属污染程度的增加而增强。     

土地利用/覆被变化（LUCC）与土壤重金属积累的关系研究进展（Research Review of the Relationship between Land Use/Cover Change and Heavy Metal Accumulation in Soil）

土壤重金属污染是世界性环境问题之一.土地利用/覆被变化(LUCC)是最主要的环境演变驱动因子之一.为明晰LUCC对土壤重金属积累和污染的影响,根据前人研究,从场地、县域和流域/区域尺度总结了LUCC和土壤重金属污染的关系.研究发现,三个尺度上土地利用方式和覆被类型/格局是控制土壤重金属空间积累和分布的重要因子,土地利用/覆被可以直接吸纳或吸附重金属,亦能通过改变土壤物理、化学和生物性质从而控制重金属在土壤中的移动性和活性,造成土壤中重金属的积累直至污染.此外,论文阐明了LUCC在土壤重金属污染风险预测、规避和污染土壤修复中的重要作用,最后提出了在实践中通过调整土地利用/覆被类型进行污染土壤修复的建议.寓景观生态学思想于土壤重金属污染防治过程是一种新的有效途径.     

Role of plant growth promoting rhizobacteria in the remediation of metal contaminated soils

Pollution of the biosphere by the toxic metals is a global threat that has accelerated dramatically since the beginning of industrial revolution. The primary source of this pollution includes the industrial operations such as mining, smelting, metal forging, combustion of fossil fuels and sewage sludge application in agronomic practices. The metals released from these sources accumulate in soil and in turn, adversely affect the microbial population density and physico-chemical properties of soils, leading to the loss of soil fertility and yield of crops. The heavy metals in general cannot be biologically degraded to more or less toxic products and hence, persist in the environment. Conventional methods used for metal detoxification produce large quantities of toxic products and are cost-effective. The advent of bioremediation technology has provided an alternative to conventional methods for remediating the metal-poisoned soils. In metal-contaminated soils, the natural role of metal-tolerant plant growth promoting rhizobacteria in maintaining soil fertility is more important than in conventional agriculture, where greater use of agrochemicals minimize their significance. Besides their role in metal detoxification/removal, rhizobacteria also promote the growth of plants by other mechanisms such as production of growth promoting substances and siderophores. Phytoremediation is another emerging low-cost in situ technology employed to remove pollutants from the contaminated soils. The efficiency of phytoremediation can be enhanced by the judicious and careful application of appropriate heavy-metal tolerant, plant growth promoting rhizobacteria including symbiotic nitrogen-fixing organisms. This review presents the results of studies on the recent developments in the utilization of plant growth promoting rhizobacteria for direct application in soils contaminated with heavy metals under a wide range of agro-ecological conditions with a view to restore contaminated soils and consequently, promote crop productivity in metal-polluted soils across the globe and their significance in phytoremediation.     

Heavy metals and soil microbes

Heavy metal pollution is a global issue due to health risks associated with metal contamination. Although many metals are essential for life, they can be harmful to man, animal, plant and microorganisms at toxic levels. Occurrence of heavy metals in soil is mainly attributed to natural weathering of metal-rich parent material and anthropogenic activities such as industrial, mining, agricultural activities. Here we review the effect of soil microbes on the biosorption and bioavailability of heavy metals; the mechanisms of heavy metals sequestration by plant and microbes; and the effects of pollution on soil microbial diversity and activities. The major points are: anthropogenic activities constitute the major source of heavy metals in the environment. Soil chemistry is the major determinant of metal solubility, movement and availability in the soil. High levels of heavy metals in living tissues cause severe organ impairment, neurological disorders and eventual death. Elevated levels of heavy metals in soils decrease microbial population, diversity and activities. Nonetheless, certain soil microbes tolerate and use heavy metals in their systems; as such they are used for bioremediation of polluted soils. Soil microbes can be used for remediation of contaminated soils either directly or by making heavy metals bioavailable in the rhizosphere of plants. Such plants can accumulate 100 mg g^?1 Cd and As; 1000 mg g^?1 Co, Cu, Cr, Ni and 10,000 mg g^?1 Pb, Mn and Ni; and translocate metals to harvestable parts. Microbial activity changes soil physical properties such as soil structure and biochemical properties such as pH, soil redox state, soil enzymes that influence the solubility and bioavailability of heavy metals. The concept of ecological dose (ED₅₀) and lethal concentration (LC₅₀) was developed in response to the need to easily quantify the influence of pollutants on microbial-mediated ecological processes in various ecosystems.     

沪宁高速公路两侧土壤和小麦重金属污染状况

以沪宁高速公路为研究对象,分路段采集公路两侧土壤及小麦样品进行重金属污染监测。结果表明,沪宁高速公路两侧距路肩250m范围内土壤和小麦已受不同程度铅污染。土壤中铅最大污染指数达3.26,铜、镍、铬、镉污染不显著。公路两侧小麦籽粒中铅含量超标率99%以上,最大超标倍数达1.73倍,锌有部分样品超标,镉及铜无超标现象。多数地段土壤铅含量在距路肩100m处较高,而小麦籽粒铅含量则多以距路肩50m和100m处较高。公路交通铅污染仍然是影响公路两侧农产品质量安全的重要因子之一。     

中国城市土壤重金属污染研究现状及对策

中国城市土壤重金属污染的主要来源是工业“三废”排放，金属采矿和冶炼，家庭燃煤，生活垃圾，汽车尾气排放。重金属在城市土壤中的分布规律表现为城市土壤重金属含量高于郊区，人类活动密集区和交通拥挤区重金属含量较高；人类活动的干扰导致土壤剖面重金属污染特征不明显。应采取预防与治理相结合的措施综合控制土壤重金属污染，并加紧制定我国的城市土壤健康评价标准。     

北京市水溶肥料重金属元素分析与评价

研究分析北京地区水溶肥料中的重金属元素,为农产品质量安全生产提供基础依据。对2012—2019年水溶肥料样品中Hg、As、Pb、Cr和Cd等有害元素进行调查统计,参照中国农业行业标准和内梅罗综合污染指数法进行分析与污染评价。结果表明,水溶肥料中Hg、As、Pb、Cr和Cd平均质量分数分别为0.04、3.8、3.9、4.3和1.2 mg·kg^?1,均符合农业行业标准NY/T 1110—2010限量要求。水溶肥料样品中的Hg、As、Cr和Cd存在超标现象,As超标率为2.5%,Cd超标率为0.5%,超标情况为:As>Cd>Cr=Hg>Pb=0,超标现象主要分布在大量元素水溶肥料、微量元素水溶肥料和含腐殖酸水溶肥料中。5种重金属单因子污染指数均小于0.7,全部为清洁等级,其中As污染程度最高,其次是Cd;综合污染指数在0.11—0.51之间,全部为安全等级,微量元素水溶肥料综合污染程度最大,含氨基酸水溶肥料综合污染程度最小。总体而言,北京市水溶肥料重金属状况整体良好,环境污染风险较小,但同时应加强关注As和Cd在水溶肥料长期应用中的安全性问题。