南方中稻区镉累积特征及土壤安全阈值研究

系统研究中稻镉（Cd）富集特征及其影响因子，推导相应土壤风险阈值是安全利用Cd污染稻田的有效手段.以湖南攸县中稻田为例，在区域调查的基础上，应用正定矩阵因子法（PMF）明晰研究区土壤Cd污染来源.同时，结合Freundlich回归方程和Monte Carlo随机模拟方法，预测不同场景下稻米Cd超标风险并推导土壤Cd风险阈值.结果显示，大气沉降和灌溉用水是区域中稻田土壤Cd污染的主要来源.区域稻米Cd超标率为78.9%，土壤pH、无定形锰（Mnox）和土壤Zn是影响稻米Cd富集的关键因子，Freundlich回归方程对中稻Cd富集因子（BCF-Cd）的解释率为48.0%.区域中稻田土壤Cd风险阈值呈动态变化且随土壤pH和Mn含量升高而升高，在土壤酸化严重且Mn含量较低区域稻米Cd超标风险较高.综合考虑区域土壤因子动态变化，完善土壤环境质量标准将有助于稻田Cd污染风险的有效管控.     

基于贝叶斯理论的小麦籽粒镉铅超标风险预测

对农作物污染风险进行预测具有重大意义.基于贝叶斯定理及数据分布特征,建立了贝叶斯风险预测模型,并使用区域大田调查土壤-小麦重金属含量数据,预测小麦籽粒Cd和Pb超标风险并验证该模型的准确度.结果表明,该模型预测小麦籽粒Cd超标风险时相对偏差较小,以小麦籽粒Cd含量为变量的预测相对偏差仅为(2.66±1.87)%,以土壤DTPA-Cd含量和土壤Cd全量为变量时预测相对偏差则分别为(5.11±3.77)%和(5.88±3.87)%, 3个变量均能使预测结果与真实超标概率的平均相对偏差小于10%.预测小麦籽粒Pb超标风险时,仅小麦籽粒Pb含量的预测相对偏差小于10%.数据来源、数据分布特征和变量的选择是影响贝叶斯风险预测模型预测相对偏差的重要因素.该模型基于大田数据的先验分布,能够有效反映大田生产条件下小麦籽粒重金属与土壤因子间的相互关系,预测较准确,具有应用潜力.     

济源市平原区农田重金属污染特征及综合风险评估

铅锌冶炼区农田重金属污染问题受到广泛关注.本研究通过区域调查和空间分析明确济源市东部平原区农田土壤-小麦重金属污染特征,应用富集因子、潜在生态风险指数法和Monte Carlo模拟方法评估区域土壤重金属生态风险以及小麦Cd和Pb健康风险.结果表明：土壤Cd、Pb、Cu和Zn平均含量分别为1.51、97.1、29.0和79.5 mg·kg^-1,均高于河南省土壤元素背景值.其中74.2%和10.8%的样点Cd、Pb含量分别超过农田土壤风险筛选值,61.3%和40.9%的样点小麦Cd、Pb含量分别超过国家食品安全限量标准.富集因子研究结果表明土壤Cd污染程度最高.高风险区主要分布在西南部、西北部和中东部以铅锌冶炼为主的工业区.健康风险评估结果显示研究区小麦Cd非致癌风险和致癌风险高于国际推荐安全值的概率分别高达27.5%和100%.济源市小麦田Cd、Pb累积显著,需引起当地有关部门足够关注.空间分析与风险评价结果相结合,可以有效辨识高风险区域,进而为研究区污染防治和管控提供理论依据.     

基于不确定性分析的土壤-水稻系统镉污染综合风险评估

从不确定性角度评估土壤-水稻系统镉(Cd)累积风险有助于风险决策的科学性和合理性.本研究应用物种敏感性分布模型(SSD)、健康风险评价模型及Monte Carlo模拟方法分析湖南省攸县土壤-水稻系统Cd富集特征,土壤Cd累积风险和稻米Cd健康风险.结果表明攸县稻米Cd富集因子(PUF)平均水平为1.86,多数Cd超标稻米样品来自土壤酸化严重的区域;土壤Cd污染负荷系数为2.4,隶属于强污染水平;在当前土壤Cd累积条件下,10年后研究区土壤Cd含量处于中度污染水平的概率达到90.4%;健康风险评价显示研究区成人经食用大米Cd平均摄入量(以BW计)为2.9μg·(kg·d)-1,有93.9%的概率高于WHO推荐标准.稻米Cd健康风险指数(HRI)主要集中在2.1~4.7之间,健康风险水平较高.当土壤pH5.5时,HRI1的概率为95.3%,土壤pH6时,HRI1的概率降为68.1%.     

土壤pH和Cd全量对伴矿景天修复效率的影响

修复效率是影响植物修复周期和技术推广的主要因素之一.采用不同pH和不同程度Cd污染农田土壤进行盆栽试验,其中,重度Cd污染土壤（简称"SKS处理"）中w（Cd）（Cd全量）高于GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》中的风险管控值,中度Cd污染土壤（通过人为调节并稳定其pH为3.97、4.97、6.03、6.90和7.93）中w（Cd）介于GB 15618-2018风险筛选值和管控值之间,轻度Cd污染土壤（简称"YH处理"）中w（Cd）略高于GB 15618-2018风险筛选值;比较修复前后不同pH和不同程度Cd污染对土壤Cd有效性、形态分配及w（Cd）的影响,并结合PCA（主成分分析）和Pearson相关性分析等方法深入研究影响植物修复效率的主控因素.结果表明:①与修复前相比,不同pH处理修复后土壤中w（有效态Cd）、w（弱酸提取态Cd）、w（可还原态Cd）、w（可氧化态Cd）和w（Cd）的减少量均随pH的降低而增加,土壤pH ≤ 6.0时,伴矿景天修复效率显著高于土壤pH>6.0的处理（P <0.05）.②修复后,轻度Cd污染土壤中w（Cd）降至GB 15618-2018风险筛选值以下,中度Cd污染土壤pH ≤ 6.0的处理中w（Cd）降至0.60 mg/kg左右,而pH>6.0的处理中w（Cd）仍高于1.00 mg/kg.③重度Cd污染土壤中w（有效态Cd）最高,其伴矿景天生物量与轻度Cd污染土壤处理无显著差异,w（Cd）达681.5 mg/kg,但修复效率显著低于其他处理（P <0.05）.综合PCA和Pearson相关性分析发现,影响伴矿景天修复效率的主控因素除土壤pH、Cd有效性和伴矿景天生物量外,伴矿景天的BCF（富集系数）对修复效率也具有重要作用.因此,伴矿景天更适用于弱酸性、中度Cd污染和轻度Cd污染土壤;而对碱性或重度Cd污染土壤进行植物修复时,可适当延长修复周期或联合修复以提高其修复效率.      

铜陵某废弃硫铁矿区土壤重金属污染特征及来源解析

为弄清铜陵市某硫铁矿开采对周边土壤重金属污染影响,在露天采矿场、农田、山林、村庄和河道等,采集50个点位表层土壤和沉积物样,分析Zn、 Cr、 Cu、 Pb、 Ni、 Cd和As含量,解析土壤重金属空间分布特征,评估重金属污染程度和潜在生态风险水平,并识别土壤重金属污染来源.结果表明,矿区土壤呈弱酸性（pH均值为6.32）,除Ni元素外,其他重金属含量都超过铜陵市土壤背景值,且河流沉积物中Ni和Cd富集较为明显.根据内梅罗污染指数,判定Pb和As总体处于重度污染,Cu和Cd为中度污染,其他元素为轻污染或无污染;不同用地类型综合污染指数排序为：采矿场>河道>山林>农田>村庄,其中采矿场和河道属于重度污染,林地以中度污染为主,农田和村庄以轻度污染为主.Pb、 As和Cd均属于中等生态风险,潜在生态风险指数贡献率分别为33.27%、 27.39%和20.22%,远大于其他4种元素;不同用地类型潜在生态风险指数排序结果与综合污染指数相同,其中采矿场和河道属于高风险水平,林地为中等风险,其余为轻微风险.相关性分析、主成分分析（PCA）和正定矩阵因子分解模型（PMF）所得结...     

皖江经济带耕地重金属健康风险评价及环境基准

以皖江经济带耕地为研究区对象,采集了水稻和小麦及其根系土样品338组,测定了5种重金属含量(As、 Cd、 Cr、 Hg和Pb),采用地累积指数法和综合污染指数法评价了土壤-农作物污染特征,进行摄入农作物重金属对人体健康风险进行评估,并基于物种敏感分布模型(SSD)反演了区域耕地土壤环境基准值.结果表明,研究区水稻和小麦土壤受到不同程度重金属(As、 Cd、 Cr、 Hg和Pb)污染,其中Cd为水稻首要污染因子,超标率在13.33%,Cr为小麦的主要超标因子,超标率达11.32%;地累积指数显示水稻Cd污染比例达80.7%,小麦Cd污染率为35.85%.与土壤重金属高污染水平相反,仅有17.19%和7.55%的水稻和小麦中Cd超过国家食品安全限量标准,重金属Cd的累积能力为水稻>小麦.健康风险评价表明重金属对研究区成人和儿童具有较高的非致癌风险和不可接受的致癌风险,水稻摄入的致癌风险高于小麦,儿童的健康风险均高于成人.SSD反演得出研究区水稻田土壤的As、 Cd、 Cr、 Hg和Pb基准值HC₅为6.24、 0.13、 258.27、 0.12和53.61m...     

地质高背景区土壤-玉米重金属综合质量评价

为了研究地质高背景区土壤及农产品的污染程度及原因,为农产品安全生产及土壤重金属风险管控提供依据,在重庆市巫山县抱龙镇耕地区采集了土壤-玉米协同样品36套,分析了土壤-玉米中重金属(Cd、 Hg、 Pb、 As和Cr)含量及土壤pH,利用内梅罗综合污染指数法(P_N)和综合质量影响指数(IICQ)对土壤-玉米中重金属的污染程度进行了评价,并分析了土壤重金属来源及玉米重金属超标的影响因素.结果表明,研究区土壤重金属含量的平均值高于全国及重庆土壤背景值,土壤重金属富集效应明显.Cd是土壤-玉米超标的主要因子,土壤和玉米Cd的总体超标率分别为91.67%和30.55%.内梅罗综合污染指数评价结果显示,土壤以重度污染为主,占比63.89%,玉米轻度污染、中度污染和重度污染的占比分别为5.56%、 11.11%和11.11%.土壤-玉米综合质量影响指数以中度和重度污染为主,分别占比44.44%和47.22%.从重金属污染空间分布来看,玉米与土壤污染区域不一致.土壤重金属污染主要受到二叠系和三叠系地层的影响,与黑色岩系和灰岩区次生富集作用有关.玉米Cd含量主要受到土壤pH的影响,...     

河北省典型污灌区农田镉污染特征及环境风险评价

以河北省石家庄市典型历史污灌区农田为研究对象,对污灌区内土壤和小麦、玉米植株内Cd的含量进行分析,评价污灌区农田Cd污染程度、潜在生态风险和潜在健康风险.结果表明,上游污灌区和中下游污灌区土壤表层Cd含量分别为ND～3.88、0.10～2.30 mg·kg~(-1),明显高于清灌区(0.13～0.23 mg·kg~(-1))及河北土壤背景值(0.094 mg·kg~(-1)),超农用地土壤污染风险筛选值(0.3 mg·kg~(-1))点位分别达42.9%和35.2%;小麦和玉米籽粒平均Cd含量均未超标,小麦籽粒富集浓度高于玉米,污灌区小麦和玉米籽粒已出现明显累积现象.潜在生态风险表明上游污灌区和中下游污灌区表层土壤基本处于轻度～中度风险,部分区域生态风险较高～极高.健康风险评价结果表明Cd通过皮肤、呼吸、经口摄入暴露途径对人体健康造成的风险在可接受范围内.研究结果为污灌区农田土壤的安全利用和管理决策依据,并为开展农田土壤修复工程提供科学参考.     

酸雨区不同用地类型土壤有效态Cd含量季节变化及关键影响因子

探明污染土壤重金属有效态含量的季节变化特征及其敏感影响因子,对农业生产过程中减低重金属生态风险具有重要的参考价值.研究于湘江中下游典型Cd超标农业小流域中选取稻田、旱作蔬菜地、丘陵林地这3类主要用地类型,分析不同用地类型Cd活性的季节变化特征及其与土壤基本理化参数的关联.为期1 a的原位监测结果显示,研究区为典型酸雨区,雨水p H值呈现冬、春季节低于夏、秋季.稻田土壤总Cd含量显著高于旱作蔬菜地,菜地显著高于林地,3种用地类型土壤总Cd含量季节特征相似,均为夏秋季节略低于冬春两季.3种用地类型Cd有效态季节变化与总Cd含量无明显的相关性,稻田土壤有效态Cd含量在5~9月的作物生长季明显低于其他月份,而菜地和林地则恰好相反.稻田土壤Cd有效性的最关键影响因子为Eh,呈显著正相关,与土壤p H负相关,菜地土壤与土壤TOC明显负相关,而林地土壤Cd有效性与水溶性有机碳、TOC呈现明显的正相关关系.研究可为Cd超标土壤污染阻控与农业安全生产提供一定的数据参考.     

雄安新区企业周边农田土壤-作物系统重金属污染风险及累积效应

为评估雄安新区企业密集区工业生产经营活动对其周边农田土壤和农作物中重金属污染风险的影响程度,系统分析企业周边农田区小麦籽实及其根系土壤重金属含量特征与超标情况,利用地累积指数(Igeo)和潜在生态风险指数(RI),采用主成分分析和相关分析等统计方法开展重金属污染风险评估和源解析.结果表明,根系土壤96.67％的样品存在1种以上重金属含量超出农用地土壤污染风险筛选值(GB 15618-2018),小麦籽实96.67％的样品Pb含量和16.67％的样品Cd含量超出食品安全国家标准(GB 2762-2017).根系土壤Cd和Pb污染相对严重,Igeo呈中～重污染以上等级状态的样品数占比分别为83.33％和53.33％,Cu、Hg和Zn处于轻污染和中污染状态的样品数占比90％以上,As和Ni呈现轻污染状态,Cr处于无污染状态.根系土壤样品RI介于212.69～1 022.69之间,73.33％的样品RI为强生态风险等级,Cd潜在生态危害最大,其次为Hg和Pb元素.土壤重金属Cd、Zn和Cu的富集主要受周边企业生产活动的影响,As、Hg和Pb除受企业生产活动因素影响外,还可能受汽车尾气、燃煤等人为源影响,Cr和Ni主要受自然地质背景因素影响.企业周边农田土壤-农作物系统重金属元素的累积与其距离企业距离(H)均呈负相关关系,距离企业越近,周边土壤-农作物系统重金属元素累积效应越显著.     

Source-specific risk assessment for cadmium in wheat and maize: Towards an enrichment model for China

Cadmium (Cd) pollution of agricultural soil is of public concern due to its high potential toxicity and mobility. This study aimed to reveal the risk of Cd accumulation in soil and wheat/maize systems, with a specific focus on the source-specific ecological risk, human health risk and Cd enrichment model. For this we investigated more than 6100 paired soil and grain samples with 216 datasets including soil Cd contents, soil pH and grain Cd contents of 85 sites from China. The results showed that mining activities, sewage irrigation, industrial activities and agricultural practices were the critical factors causing Cd accumulation in wheat and maize cultivated sites. Thereinto, mining activities contributed to a higher Cd accumulation risk in the southwest China and Middle Yellow River regions; sewage irrigation influenced the Cd accumulation in the North China Plain. In addition, the investigated sites were classified into different categories by comparing their soil and grain Cd contents with the Chinese soil screening values and food safety values, respectively. Cd enrichment models were developed to predict the Cd levels in wheat and maize grains. The results showed that the models exhibited a good performance for predicting the grain Cd contents among safe and warning sites of wheat (R² = 0.61 and 0.72, respectively); while the well-fitted model for maize was prone to the overestimated sites (R² = 0.77). This study will provide national viewpoints for the risk assessments and prediction of Cd accumulation in soil and wheat/maize systems.     

喀斯特高原石漠化治理示范区土壤和农作物重金属含量特征

通过采集贵州毕节撒拉溪石漠化治理示范区土壤和主要农作物样品,分析了土壤和农作物样品中重金属Cr,Co,Cu,Cd, Pb,Zn,As和Ni含量,采用富集因子评价了土壤中重金属的污染状况,并分别采用潜在生态风险指数(RI)和生物富集系数评价了示范区土壤重金属的潜在生态风险和农作物对重金属的富集特征.结果表明,示范区土壤中Cr,Co,Cu,Cd,Pb, Zn,As和Ni平均含量分别为123,28.0,67.8,1.52,32.7,132,25.6和56.5mg/kg,除Cd外,其他均低于农用地土壤污染风险筛选值;其中森林土重金属污染程度的评价等级均为无污染-轻度污染,旱地土中Cd和Cu个别样点存在中度污染,其他均为无污染-轻度污染.潜在生态风险评价结果表明,示范区土壤重金属Cr,Co,Cu,Pb,Zn,As和Ni的单项潜在危害指数分别为1.23,4.67,3.39, 1.36, 0.53,8.54和2.83,潜在危害等级均为轻微生态危害,Cd的单项潜在危害等级为中等生态危害,8种重金属的综合生态危害等级为轻微生态危害.Cd在土豆中的生物富集系数为4.05,其他重金属的富集系数均小于2.不同农作物对土壤中不同重金属的富集能力有较大差异,其中Cd,Zn,Co,Cu, Pb和Ni在土壤-土豆系统中的迁移富集能力相对较高,Cr和As在土壤-玉米系统中的迁移富集能力相对较高,其他农作物对重金属的迁移富集能力较弱.     

湖南攸县稻米镉（Cd）富集特征及原因解析

攸县大米富镉(Cd)问题受到社会的广泛关注.通过实地调查和采样分析,应用路径分析模型(PA),多元回归分析和K-means聚类方法分析Cd在土壤-稻米系统中的富集特征,潜在风险和主要影响因子.结果显示攸县稻米Cd平均含量为0.47 mg·kg~(-1),约为国家粮食安全质量标准的2.5倍.稻米Cd富集因子(PUF)服从自然对数分布,变化范围较大.回归分析和PA分析显示土壤pH、土壤Mn和土壤Zn含量为影响PUF变化的主要环境因子,其中土壤Mn对PUF的影响主要体现在对稻米Cd的直接作用,土壤pH和土壤Zn对PUF的影响主要是通过影响土壤Cd含量而间接影响稻米Cd含量.K-means聚类分析显示土壤pH=5.6和土壤Mn含量=333 mg·kg-1可作为研究区对生产严重超标Cd米的土壤进行治理的初步调控阈值.     

SSD法对西南碳酸盐岩母质区稻田土壤镉污染类型划分研究

在我国西南地区典型碳酸盐岩母质区域存在现行农用地土壤镉（Cd）污染风险管控标准值偏严的现象,表现为土壤中Cd含量超标而农产品中Cd无安全风险.针对该现实问题,在基于该地区稻米-土壤协同调查数据的基础上,充分考虑了土壤理化性质,通过分析样品中Cd的富集系数（BCF）并利用物种敏感性（SSD）分布模型,对Cd毒性剂量-效应关系进行拟合,最终反推出在不同pH下适用于典型碳酸盐岩类成土母质农用地土壤Cd污染的风险筛选值和管控值.结果表明:当土壤pH在5.5 < pH ≤ 6.5范围时,基于保护90%及10%的水稻品种安全所得的土壤Cd毒性阈值分别为HC₁₀=0.34 mg/kg和HC₉₀=2.00 mg/kg;在pH ≤ 5.5、6.5 < pH ≤ 7.5、pH > 7.5这3个pH条件下,HC₁₀分别为0.22、0.68和0.80 mg/kg,HC₉₀分别为1.64、4.80和9.20 mg/kg,当土壤中Cd含量低于HC₁₀时,表明稻米安全风险较低;当土壤中Cd含量介于HC₁₀~HC₉₀之间时,表明稻米安全具有一定风险,应对稻田土壤采取安全利用措施;当土壤中Cd含量超过HC₉₀时,表明稻米安全具有极高风险,应对稻田土壤采取严格管控措施.研究显示,我国西南地区典型碳酸盐岩母质区域农产品超标点位主要集中于5.5 < pH ≤ 6.5范围内,表明土壤pH对稻米Cd的富集效应有较大影响,在酸性条件下其富集效应更为显著.      

基于EBK插值预测和GDM模型的襄州区耕地土壤重金属时空分布及来源变化分析

为探讨襄州区重金属空间格局时空变化及其来源变化,于2009年11月和2019年11月分别在襄州区耕地土壤采集395个和326个土壤样品,测得两年铬（Cr）、铅（Pb）、砷（As）、汞（Hg）和镉（Cd）含量,采用经验贝叶斯克里金法（EBK）得出两年5种土壤重金属含量空间格局情况及变化量分布情况,并利用地理探测器模型（GDM）计算19种环境因子和5种重金属含量q解释力并比较两年变化情况.结果表明,与2009年相比,2019年襄州区Cr、Pb、Hg和As这4种土壤重金属含量整体趋于降低,Cd整体含量增加;2019年襄州区土壤重金属含量空间分异情况较2009年趋于复杂,Pb、Hg和Cd在南部、Hg在中部市区及周边地区也表现为含量增加;各元素向北及西北部地区表现为含量降低.2019年自然因子和污染企业距离对5种土壤重金属含量单因子解释力均有所下降,且单因子主控下对其含量的影响力显著性降低,而人类活动因子尤其是居民点用地距离、道路距离、污染企业用地和环境因子对土壤重金属元素的叠加影响力增强.说明2019年土壤重金属来源变化由以结构性因素为主要影响因素趋于复杂,污染企业的排放对重金属元素影响力降低,而人类活动对重金属含量影响增加.     

岩溶区不同母质土壤Cd地球化学特征及玉米籽实Cd含量预测

碳酸盐岩风化形成的Cd自然高背景值区一直以来都备受关注,但由于岩溶区不同母质土壤的理化性质、 Cd含量和生物有效性存在显著差异,导致利用土壤Cd总量对耕地进行环境质量分类存在一定的局限性.通过系统采集典型岩溶区残坡积母质和冲积母质表层土壤及玉米样品,分析玉米Cd、土壤Cd、 pH和氧化物等指标,揭示了不同母质土壤Cd地球化学特征及其生物有效性的影响因素,并基于预测模型提出科学有效的耕地利用区划建议.结果表明,岩溶区不同母质土壤理化性质分异明显,冲积母质土壤Cd含量较低,但生物有效性高,玉米籽实Cd超标率高.玉米籽实Cd生物富集系数与土壤CaO、 pH、 Mn和TC呈极显著负相关关系,相关系数分别-0.385、-0.620、-0.484和-0.384.与多元线性回归预测模型相比,采用随机森林模型预测玉米Cd富集系数的准确度更高.研究结果提出了一种基于土壤Cd和预测农作物籽实Cd含量的地块尺度耕地安全利用新方案,充分利用耕地资源,确保农作物安全.     

地块尺度重金属污染风险耕地安全利用区划方法

耕地安全利用是保证粮食安全,实现生态文明建设的重要举措之一.为解决污染风险耕地安全利用与修复治理过程中技术措施选择盲目的问题,在重庆市黔江区鹅池镇采集表层土壤样品244件和水稻-根系土样品100套,在分析土壤和水稻中Cd、Hg、Pb、As和Cr这5种重金属含量及土壤中氧化物、有机质和pH等指标的基础上,利用多元回归和地统计分析法建立预测模型,并为地块赋值,结合地块中土壤和水稻中重金属全量、土壤重金属有效态及土壤pH,给出相应的地块尺度耕地安全利用建议.结果表明,研究区土壤以酸性和强酸性为主,Cd超过土壤污染风险筛选值和管制值的比例分别为33.61%和2.05%,Cd有效态占比为60%,水稻Cd超标率为28%,研究区存在明显Cd的生态风险.土壤Cd有效态主要受到土壤Cd全量和pH的影响,水稻中Cd的富集主要受到土壤有机质、Mn和CaO含量的影响.区划结果显示,研究区土壤以优先保护类为主,占比为59.30%;安全利用类占比为40.44%,其中安全利用（IAa）、安全利用（IAb）、安全利用（IBa）、安全利用（IIAa）、安全利用（IIAb）、安全利用（IIBa）占比分别为19.49%、8.01%、1.43%、7.04%、1.41%和3.06%;严格管控类占比为0.26%.该方法将土壤及农产品的安全风险相结合,并针对性给出安全利用建议,为因地制宜地开展受污染耕地安全利用工作提供了方法参考.