土壤/沉积物中重金属生物有效性和生物可利用性的研究进展

土壤/沉积物中重金属的污染问题越来越引起重视,而重金属在环境中的生态风险与其生物可利用性和生物有效性密切相关。在总结国内外研究的基础上,明确了重金属生物有效性和生物可利用性的定义;概述了用于研究土壤/沉积物中重金属生物有效性的生物模型(小鼠、猪、兔子等);总结了用于研究土壤/沉积物中重金属生物可利用性的几种体外方法,包括模拟人类肠胃消化(PBET、SBRC、UBM等)和底栖生物消化;分析了土壤/沉积物中重金属生物有效性和生物可利用性的关键影响因素(土壤/沉积物理化性质和分析方法)。提出了未来土壤/沉积物中重金属生物有效性和生物可利用性的研究方向,以期为重金属生态风险的评价和控制提供参考。     

新疆某矿冶区周边土壤重金属生物有效性与生态风险评价

矿业活动对土壤系统良性运转带来较大的环境负荷,矿区周边土壤重金属污染风险评估是土壤污染防治和资源可持续开发的关键。在应用单因子污染指数法、潜在生态风险指数法、风险评价编码法(RAC),并结合空间分析和冗余分析手段的基础上,对新疆某矿冶区周边土壤重金属生物有效性和生态风险进行了系统研究。结果表明:研究区土壤As、Cu、Mn和Cd超标率分别为88%、38%、49%和24%;土壤Mn、Zn、As和Cd弱酸可溶态高值区主要集中在尾砂库和收砷房的附近区域。单因子污染指数评价揭示As和Cu污染累积较为严重。潜在生态风险评价显示,As、Cd和Cu生态风险较高,Mn为低生态风险。风险编码法(RAC)评价结果进一步揭示Mn和Cd具有显著的土壤迁移风险。冗余分析结果显示,空间异质性是影响土壤重金属弱酸可溶态含量变异的主要因素。土壤pH和重金属弱酸可溶态是影响潜在生态风险指数(RI)的2个重要因素。综合风险评价手段与多尺度分析方法的联合应用有助于提高区域风险评价的准确性。     

五台山土壤重金属污染及潜在生态风险评价

为全面了解五台山地区土壤重金属的污染状况,利用电感耦合等离子体质谱法对五台山台顶和北部山区3条河流的49个土壤样品进行测试,运用地积累指数和潜在生态危害指数开展污染评估和生态风险评价,并通过相关性分析方法探究污染来源。结果表明:(1)台顶土壤重金属富集相对较少,山区富集较明显;山区农田重金属含量高于河漫滩。重金属高值区主要出现在中部羊眼河流域。(2)地积累指数表明,台顶重金属污染整体轻微,山区重金属污染受矿产开采活动影响明显。Hg在台顶和山区污染均较严重。(3)生态风险评价表明,台顶和山区均受到土壤重金属的威胁。Hg是主要生态风险贡献因子。(4)相关性分析表明,5种重金属元素的来源除Cr是自然界产物外,其余4种均与矿产资源的开发利用有关,其中Hg受金矿开采影响明显。     

1991—2022年全球土壤重金属污染评价研究热点及演变

为了解近30年国内外土壤重金属污染评价领域的研究状况,利用VOSviewer、CiteSpace及HistCite等文献计量工具对Web of Science核心合集数据库中该领域研究结果进行知识图谱分析。结果表明：中国是土壤重金属污染评价研究领域的主要发文国家,该领域研究重点关注健康风险评价、生态风险评价、污染物空间分布、源解析等;常用评价方法为地积累指数、污染指数、基于地理信息系统(GIS)的地统计学评价。其中,地积累指数与污染指数的评价结果受背景值准确性影响较大,基于GIS的地统计学评价方法受限于变量相关性;评价指标呈现从土壤中重金属含量向生物有效性发展的趋势,不同形态重金属的毒性等相关研究仍呈上升趋势;土壤铅、镉的污染评价相关研究最多,近些年对于砷、锌与铜等的污染评价逐渐受到更多关注;源识别、空间分析、生态风险仍将是近期内研究热点。     

水体沉积物重金属生物有效性及评价方法

在研究以重金属为主要污染物的水体中,通常把沉积物视为探索环境重金属污染的工具。由于沉积物中重金属化学行为和生态效应的复杂性,对沉积物中重金属生物有效性的研究是当前学术界的热点研究课题。本文就沉积物中重金属的生物有效性及沉积物质量评价方法作了简要评述。包括沉积物对水生生物的作用机理,孔隙水重金属浓度的估算,沉积物质量评价方法,沉积物质量基准。     

土壤-植物系统中磷对重金属生物有效性的影响机制

磷对植物吸收重金属元素的影响作用属于植物营养和重金属污染生态研究的前沿.污染土壤中施入磷是否能够降低重金属离子的生物有效性,除了与重金属离子本身特性有关外,还与含磷化合物的性质及土壤环境条件有关.在分析中,就土壤中磷与重金属离子间交互作用机制、土壤中影响磷降低重金属离子生物有效性的环境因子及磷与重金属交互作用的国内外研究进展作了简要综述,并对今后的研究提出了展望.     

土壤-植物系统中磷对重金属生物有效性的影响机制

磷对植物吸收重金属元素的影响作用属于植物营养和重金属污染生态研究的前沿。污染土壤中施入磷是否能够降低重金属离子的生物有效性，除了与重金属离子本身特性有关外，还与含磷化合物的性质及土壤环境条件有关。在分析中，就土壤中磷与重金属离子间交互作用机制、土壤中影响磷降低重金属离子生物有效性的环境因子及磷与重金属交互作用的国内外研究进展作了简要综述，并对今后的研究提出了展望。     

有机肥料联合东南景天修复重金属污染土壤的研究

将两种有机肥料黄腐酸钾和紫云英(Astragalus sinensis)分别与重金属超积累植物东南景天(Sedum alfredii)联用修复重金属污染土壤,研究有机肥料对污染土壤重金属生物有效性、形态以及东南景天重金属积累量的影响。结果显示,修复0～4个月,施加有机肥料对土壤重金属生物有效性均有一定的促进作用;而修复4～8个月,土壤重金属向可氧化态和残渣态转化,生物有效性受到抑制。从东南景天地上部重金属积累量看,修复0～4个月,施加0.3%(质量分数)黄腐酸钾促进东南景天对锌、镉的吸收积累,锌、镉积累量分别比对照提高了280.37%、265.44%;而修复4～8个月,东南景天地上部重金属积累量相较对照均下降。由此可见,提升重金属污染土壤的植物修复效果,还需考虑修复周期的影响。     

生物有机肥在土壤改良和重金属污染修复中的研究进展

生物有机肥兼具有机肥料和微生物肥料的性质,可以培肥土壤、调控土壤微生态平衡、改善农产品品质、控制土壤中重金属的有效性,也是农业废弃物资源化利用的重要手段。综述了生物有机肥的主要特征、生物有机肥在土壤重金属污染中的修复作用,重点介绍了生物有机肥在改良土壤性质和修复重金属方面的优越性能,指出生物有机肥领域当前存在的问题,并提出未来在肥源监管、标准修订和品种研发等方面进行改进,为保障农产品的质量安全、有机肥料的资源化利用提供参考。     

生物炭吸附重金属的研究进展

生物炭是一种废弃物资源化利用的产物。作为新型环境功能材料,生物炭以其优良的环境效应和生态效应成为环境科学等学科研究的前沿热点。因其孔隙结构发达、比表面积巨大和独特的表面化学性质,对环境介质中的重金属离子有很强的吸附作用,进而影响了重金属离子的迁移与归宿。主要从生物炭的材料来源、吸附重金属离子的机制、影响因素以及对土壤中重金属生物有效性的影响等方面进行综述,并提出生物炭吸附重金属离子的未来研究方向。     

基于GCM_CB模型的土壤重金属污染评价

灰色聚类法已经运用于土壤重金属污染评价中,然而此法在确定聚类权重时仅考虑重金属浓度,忽略了衡量重金属毒性强弱的重要指标生物毒性指数。为了更客观和准确地反映土壤重金属的污染程度,将生物毒性指数引入到聚类指标权重中,构建GCM_CB(grey clustering method_concentration and biotoxicity)土壤重金属污染评价模型。通过对华东某地区的10个区域土壤重金属污染进行分析评价,并与常用评价方法对比研究,表明:其多数样点的评价结果基本一致,但针对样品4和样品9中的元素Hg,因其强毒性,使得评价等级由I级定为II级,从而提高了评价方法的灵敏度,更加符合该区域的实际土壤污染情况。     

百花水库消落带及库岸土壤重金属空间分布和风险评价

为研究百花水库消落带及库岸土壤重金属的空间分布特征和风险水平,于2015年5月(丰水期)采集百花水库库岸区、消落区和淹没区的土壤样品,并分析了Hg、As、Cd、Pb、Cr 5种重金属的浓度。采用地质累积指数法和潜在生态危害指数法对土壤中重金属的风险程度进行评价。结果表明,不同重金属的污染程度空间分布差异较大。从同一采样点的不同区域分析,5种重金属的各个分区平均浓度均表现为淹没区库岸区消落区,因此各个分区的潜在生态危害指数平均值也表现出同样的规律。地质累积指数法和潜在生态危害指数法的评价结果存在一定偏差,但可以确定Hg和Cd为百花水库消落带及库岸的主要风险重金属。     

热改性坡缕石对土壤镉污染的钝化效果及对土壤镉生态毒性的影响

Cd在土壤中易被农作物吸收和富集,使农作物产量、品质降低,进而造成食品安全威胁.通过钝化实验与盆栽实验,研究了热改性坡缕石对土壤中重金属Cd的钝化效果与植物富集的影响;并结合重金属生物有效态、修复效率和植物内重金属生物吸收因子对Cd钝化效果和Cd生态毒性进行了评价.结果 表明,添加4％热改性坡缕石可显著改善土壤理化性质...     

调理剂对堆肥产品重金属生物有效性的影响

城市污泥中重金属含量及其生物有效性是限制污泥农用的主要因素,因此,研究污泥堆肥化处理过程中重金属生物有效性,对污泥的农用具有重要意义。实验以城市污泥为原料,以菌菇渣和秸秆为调理剂,设置4个处理:A(污泥∶菌菇渣∶秸秆=1∶0.4∶0.025)、B(污泥∶菌菇渣∶秸秆=1∶0.3∶0.025)、C(污泥∶秸秆=1∶0.12)和D(污泥∶秸秆=1∶0.09),进行好氧堆肥实验,采用BCR顺序提取法测定各种形态的重金属,研究堆肥前后重金属形态的变化规律。结果表明,城市污泥中Cu、Ni、Pb和Cr主要以可氧化态及残渣态存在,生物有效性较低,而Zn和Cd主要以酸溶态和可还原态存在,生物有效性较高;堆肥过程显著降低了Cu、Zn、Ni和Pb的生物有效性,并改变了Cu、Zn、Ni、Pb、Cr和Cd的形态分布,使污泥中的Cu、Zn、Ni、Pb和Cd向着更稳定的可氧化态或残渣态转变;污泥经过堆肥处理后,Cu、Zn和Ni 3种重金属生物有效性关系为:ABCD,与其他处理相比,处理A残渣态的Pb和Cr增加比例较多,综合来看,处理A对重金属生物有效性的降低最为明显,重金属钝化效果最佳。     

土壤重金属钝化材料生物炭的研究进展

原位钝化法作为一种快速有效的土壤重金属污染治理方法得到了广泛的应用。生物炭是由生物质在缺氧环境下热解而成的一种含碳材料,具有精细的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面官能团,能够有效地钝化土壤中的重金属,降低其生物有效性,是一种应用前景广阔的钝化材料。综述了影响生物炭对土壤重金属钝化效果的主要因素、钝化机制以及生物炭的改性方法。寻找钝化持效性好的生物炭材料,深化研究生物炭与不同形态重金属的作用机制,有利于更好地将生物炭钝化材料应用于重金属污染土壤的修复。     

铁改性生物炭的制备及其在重金属污染土壤修复技术中的应用进展

生物炭已被广泛应用于修复重金属污染土壤,但粒径大、力学性能差、吸附点位较少等缺点限制了其应用。由铁基化合物和生物炭制备的铁改性生物炭,可优化生物炭的性能,弥补生物炭修复能力的不足,表现出良好的重金属钝化效果。综述了铁改性生物炭的制备方法,以及该材料对重金属污染土壤修复的研究进展：介绍了铁改性生物炭的制备方法和常用表征手段;总结了制备及修复过程中的主要影响因素(原材料、温度、投加量、修复时间等);从静电作用、离子交换、络合、氧化还原、共沉淀作用等方面阐明了铁改性生物炭对重金属的固定化机制;分析了施用铁改性生物炭对土壤微生态的影响;最后指出了铁改性生物炭材料在应用中可能存在的问题。以期为铁改性生物炭在重金属污染土壤修复中的应用提供理论依据。     

土壤胶体对重金属迁移及生物有效性影响的研究进展

土壤中重金属能够通过土壤孔隙迁移至地下水中,对生态环境造成污染,对人体健康构成威胁。土壤胶体因其巨大的比表面积和特殊的双电层结构能够对土壤中重金属的迁移和生物有效性产生影响。总结归纳了pH、离子强度、水动力作用、胶体粒径和孔隙尺寸等因素对重金属迁移行为的阻滞和促进作用。探讨了土壤胶体对重金属生物有效性的影响机制,并对今后的研究方向进行了展望。     

应用化学提取法评价大气颗粒物中重金属的生物有效性

以广州市楼顶降尘为研究对象,在分析其粒度分布和重金属总量的基础上,采用单一化学提取法(DWLP、TCLP)和多级化学提取法(SEP)研究了大气颗粒物中4种重金属元素的生物有效性.结果表明:样品中96%以上颗粒小于100 μm,其中10 μm和2.5 μm以下颗粒分别占33%和11%.大气颗粒物中重金属含量很高,Cu、Pb、Zn和Cd的平均含量分别为362.43、1 033.81、830.32和5.80 mg/kg,是广东省环境土壤背景值的17～64倍.单一提取法中,TCLP的提取效率明显高于DWLP,表明pH值是影响大气颗粒物中重金属释放的主要因素.SEP法结果显示,Zn和Cd的生物可利用态比例远高于Cu和Pb.经DWLP和TCLP法提取后,颗粒物中重金属的总含量有不同程度的降低,生物可利用态所占比例明显增加.通过综合分析,发现SEP比其他两种方法更适用于评价大气颗粒物中重金属的生物有效性.     

铜陵某富硫尾矿库周边土壤重金属污染特征及风险评价

铜陵某尾矿库堆积大量富硫尾矿,为研究其氧化状况及对周边土壤的污染情况,在尾矿库和周边采集尾矿及土壤样品,测试分析尾矿及土壤样品典型重金属(Hg、As、Cr、Cd、Pb、Zn)含量和赋存形态,并基于单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对土壤污染状况进行了评价。结果表明:(1)尾矿中Fe_2O_3平均占比达到38.08%(质量分数,下同),S平均占比达到5.34%;(2)尾矿库周边土壤中Cd、As、Zn、Hg严重超标,分别为《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)风险筛选值的6.3、3.7、1.8、1.5倍;(3)土壤中重金属主要以残渣态形式存在,但Cd、Hg、Zn的非残渣态平均占比均达到25%以上,生物有效性较高,对周边环境存在潜在危害;(4)两种污染指数法评价结果表明,尾矿库周边土壤以Cd、As、Zn污染为主,该富硫尾矿库已对周边环境造成重度污染。     

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<正>本期"专论与综述"栏目刊发了由中国科学院生态环境研究中心、中国科学院大学唐文忠、孙柳、单保庆撰写的《土壤/沉积物中重金属生物有效性和生物可利用性的研究进展》一文。土壤是社会经济可持续发展的重要自然资源,沉积物是水环境的重要组成部分,故土壤/沉积物中重金属的污染问题已引起人们的高度重视。该文系统梳