基于正定矩阵因子分析模型的城郊农田土壤重金属源解析

选取南京城郊农田为研究对象,通过正定矩阵因子分析法(PMF)探究表层土壤重金属主要来源,将预测值和实测值进行线性拟合,讨论该方法的准确性,并利用Pb稳定同位素比值结果进行对比分析,进一步验证该方法的可行性.结果表明,农田表层土壤Cd、As、Hg、Pb、Cu、Zn和Cr的平均含量远远超过背景值,部分土壤样点Cd和Cu超过国家土壤环境质量标准的二级标准.常年大量施用肥料等农业投入品进行高强度农业活动、周边工业生产、交通污染和自然母质均对研究区土壤重金属的累积产生一定的贡献.PMF模型模拟的Cd、Hg和Cr预测值与实测值线性拟合r2均大于90%,其余元素r2均大于70%,呈现很好的相关性,满足研究需要.PMF模型和Pb稳定同位素比值法计算大气降尘对土壤Pb累积的贡献率分别为32.1%和36.8%,结果比较接近,表明PMF模型可以很好地应用于土壤重金属源解析研究.     

大气颗粒物对水芹和白菜可食部位铅镉砷累积的影响

近年来京津冀地区雾霾天气频发,大气颗粒物聚集为其主要原因之一.细颗粒物负载的重金属一定程度上会影响叶菜类蔬菜可食部位重金属的积累.本研究以水生和旱生叶菜类蔬菜水芹、白菜为主要对象,采用营养液培养和土壤培养试验,探索了不同生长环境下(生活区和工业区,以室内培养箱作为对照)蔬菜可食部位铅(Pb)、镉(Cd)、砷(As)的累积特征及大气颗粒物的贡献程度.结果表明,水芹、白菜可食部位Pb、Cd、As含量呈现工业区生活区对照的趋势(p0.05),其中工业区生长的水芹、白菜中Pb含量分别为对照的49.1倍和20.0倍,均超出我国食品安全标准中叶菜蔬菜铅的安全限值(GB 2762-2012).经分析工业区大气颗粒物对水芹、白菜Pb累积贡献率分别高达98%和93%,工业区大气PM_(2.5)中Pb质量浓度显著高出生活区24.3倍(p0.01),且土培白菜与大气PM_(2.5)中Pb含量呈极显著的正相关关系,这些均表明大气颗粒物对叶菜类蔬菜中铅富集的直接影响.此外,尽管大气颗粒物对水芹和白菜中Cd、As的累积贡献高达78.3%~99.3%,但工业区大气PM_(2.5)中Cd、As的质量浓度相对较低,因此,所有水芹、白菜样品中Cd、As含量均符合我国食品安全标准.综上所述,大气颗粒物直接影响着露地叶菜类蔬菜可食部位重金属的富集.     

福建省泉州湾大气降尘中的重金属元素的沉降特征

2004年7月-2005年7月分季度对泉州湾大气降尘样品进行采集.利用ICP-AES对降尘中重金属元素含量进行了测定并利用ICP-MS对样品中Pb同位素组成进行了分析.通过对不同重金属元素的年沉降通量的计算及与国内外其他研究区的对比发现,泉州地区大气降尘已经受到一定程度的重金属污染,但与国内经济发达地区相比空气质量相对较好.Pb同位素研究表明,人们的生产活动可能是大气沉降中Pb污染的主要来源.富集因子的计算表明,Cd,Pb,Zn,Cr,Cu和Ni明显受到人为活动的影响.人们的生产活动、化石燃料的燃烧、污染土壤风化过程等可能是大气降尘中重金属的主要来源.      

泉州市大气降尘中金属元素污染特征及来源解析

测定了泉州市不同功能区大气降尘中23种金属元素的含量,采用多种方法对其富集程度、污染水平及生态风险进行评价,并用多元统计分析法结合Pb、Sr同位素示踪对污染来源进行解析.结果表明:泉州市大气降尘中不同金属含量空间分布差异较大;富集因子和地累积指数表明,Cd、Hg、Zn、Ca、Pb、Cu、Ni、Sr的富集程度及污染水平相对较高;生态风险指数显示,所有功能区的多元素综合潜在生态风险程度极高,由高到低顺序为工业区交通繁忙区商业区居住区风景区农业区;Cd和Hg的潜在生态危害程度极高,二者对综合潜在生态风险指数的贡献达95.56%.多元统计分析结果表明,V、Fe、Ba、Bi、Ni、Sr、Pb、Cs、Sc、Zn、Cd主要来源于工业污染和交通排放,Th、U、Rb、Y、Ti主要来源于土壤尘,Li、Mn、Cu、Hg、Cr、Co、Ca主要来源于燃煤.铅同位素三元混合模型计算得到降尘中铅来源主要为土壤母质(29.41%~64.00%)、燃煤尘(22.53%~60.48%)和汽车尾气(3.13%~13.47%);87Sr/86Sr和1/Sr分布图显示降尘中锶来源主要为燃煤尘和汽车尾气.     

南京市大气沉降中重金属特征及对土壤环境的影响

为明确城市大气重金属沉降对土壤环境的影响,在对南京市6个典型城市功能区连续4a大气(干、湿)沉降中重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Ni)含量、通量、时空变异等方面研究的基础上,结合不同功能区表土重金属含量与土壤剖面206Pb/207Pb特征,分析其在城市土壤的累积特征.研究显示,Cu、Zn和Pb在大气沉降中强烈富集,其中又以Cu和Pb为潜在生态危害的关键元素.大气沉降导致除在相对未受城市人为活动影响的风景区外各功能区表土重金属均有明显富集,这种富集受大气沉降重金属含量和沉降量的共同影响.土壤累积模式预测钢铁工业区表土受大气重金属沉降影响的长期累积增量最大,以Zn和Pb最明显.钢铁工业区土壤剖面Pb含量和同位素特征显示表层20cm土体受大气沉降影响明显,206Pb/207Pb二元模型与预测模式对定量大气Pb沉降的土壤影响结果较一致,表明土壤中某些重金属的累积与大气沉降密切相关.     

南京市大气沉降中重金属特征及对土壤环境的影响

为明确城市大气重金属沉降对土壤环境的影响,在对南京市6个典型城市功能区连续4a大气(干、湿)沉降中重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Ni)含量、通量、时空变异等方面研究的基础上,结合不同功能区表土重金属含量与土壤剖面206Pb/207Pb特征,分析其在城市土壤的累积特征.研究显示,Cu、Zn和Pb在大气沉降中强烈富集,其中又以Cu和Pb为潜在生态危害的关键元素.大气沉降导致除在相对未受城市人为活动影响的风景区外各功能区表土重金属均有明显富集,这种富集受大气沉降重金属含量和沉降量的共同影响.土壤累积模式预测钢铁工业区表土受大气重金属沉降影响的长期累积增量最大,以Zn和Pb最明显.钢铁工业区土壤剖面Pb含量和同位素特征显示表层20cm土体受大气沉降影响明显,206Pb/207Pb二元模型与预测模式对定量大气Pb沉降的土壤影响结果较一致,表明土壤中某些重金属的累积与大气沉降密切相关.     

济宁市近地表大气降尘地球化学特征及污染来源解析

在济宁城区采集近地表大气降尘及不同污染端元样品,系统分析了大气降尘和污染端元元素含量特征,并对降尘空间分布及污染来源进行研究.结果表明:燃煤、汽车尾气、交通、建筑等不同污染端元中元素含量差别明显,燃煤尘中As、Cd、Cu、F、Pb、S、Se等元素含量高于其他端元尘,且明显高于降尘,对环境影响最大,而建筑尘对环境影响相对较小.济宁市近地表大气尘中Cd、Pb、Se、Zn、Hg、CaO受到不同程度人为活动影响,相关分析和因子分析结果表明,Cd、Pb、Se、Zn主要来源于企业燃煤,贡献率26.32%,这些元素高含量区与燃煤污染源空间分布相吻合;CaO与交通扬尘产生的二次污染有关,贡献率10.06%,Hg主要源于汽车尾气排放,贡献率8.12%;而降尘中As、Cr、F、Ni基本没有受到人类活动影响,主要来源于土壤粉尘的沉降(自然源),贡献率30%,这4种污染源是济宁市大气降尘的主要来源.自然来源的As、Cr、F、Ni具有较小的富集系数,且相关性较好;而受人类活动影响的Cd、Pb、Se、Hg等元素具有较大富集系数或变异系数,在空间分布上与污染源较为一致.     

济宁市近地表大气降尘地球化学特征及污染来源解析

在济宁城区采集近地表大气降尘及不同污染端元样品,系统分析了大气降尘和污染端元元素含量特征,并对降尘空间分布及污染来源进行研究.结果表明:燃煤、汽车尾气、交通、建筑等不同污染端元中元素含量差别明显,燃煤尘中As、Cd、Cu、F、Pb、S、Se等元素含量高于其他端元尘,且明显高于降尘,对环境影响最大,而建筑尘对环境影响相对较小.济宁市近地表大气尘中Cd、Pb、Se、Zn、Hg、CaO受到不同程度人为活动影响,相关分析和因子分析结果表明,Cd、Pb、Se、Zn主要来源于企业燃煤,贡献率26.32%,这些元素高含量区与燃煤污染源空间分布相吻合;CaO与交通扬尘产生的二次污染有关,贡献率10.06%,Hg主要源于汽车尾气排放,贡献率8.12%;而降尘中As、Cr、F、Ni基本没有受到人类活动影响,主要来源于土壤粉尘的沉降(自然源),贡献率30%,这4种污染源是济宁市大气降尘的主要来源.自然来源的As、Cr、F、Ni具有较小的富集系数,且相关性较好;而受人类活动影响的Cd、Pb、Se、Hg等元素具有较大富集系数或变异系数,在空间分布上与污染源较为一致.     

福建九龙江下游潮间带沉积物铅污染及同位素示踪

通过分析九龙江下游潮间带23个表层沉积物及周边地区典型端元组分的铅含量和铅同位素组成(206Pb/207Pb和208Pb/206Pb),以评估铅的空间分布,并采用铅同位素二元和三元混合模型探讨铅来源及各源的相对贡献率.结果表明,九龙江下游潮间带表层沉积物中铅含量范围为38.50~128.50mg/kg(平均80.60mg/kg),地质累积指数法、富集系数法和潜在生态危害指数法评价结果表明研究区沉积物中的铅为轻度~中等污染与轻度潜在生态危害.沉积物铅同位素组成中206Pb/207Pb和208Pb/206Pb的范围分别为1.1651~1.1924和1.9640~2.1071,大多数采样点处沉积物中的铅主要来源于九龙江上游铅锌矿和土壤母质,受汽车尾气的影响很小;九龙江河口上端沉积物Pb主要来源为铅锌矿、土壤母质和燃煤,相对贡献率范围分别为26.74%~56.61%、18.85%~19.91%和24.20%~58.53%;九龙江河口外端沉积物Pb主要来源有铅锌矿、土壤母质、燃煤和船舶油漆,相对贡献率分别为20.06%、13.75%、7.52%和58.67%;其余采样点处Pb主要来源为铅锌矿和土壤母质,相对贡献率范围分别为20.00%~95.62%和4.38%~80.00%.     

抗铅、镉菌株对土壤铅、镉生物有效性的影响

将从土壤中分离到的2株能同时耐铅(Pb)、镉(Cd)的抗性菌株(编号为H1和H2)分别接种至Pb、Cd污染的土壤中进行小白菜盆栽试验,研究2株抗性菌株对土壤Pb、Cd生物有效性的影响。结果表明:H1菌株可专一性的钝化交换态Cd,降幅为43.78%,并能显著促进小白菜地上部生长,与对照相比增产79.62%;H2菌可同时降低交换态Pb、Cd的比重,降幅分别为30.31%和27.61%,但小白菜产量与对照无显著差异。此外,与对照相比,接菌处理均能显著降低小白菜地上部Pb、Cd含量。     

地质高背景区外源污染叠加条件下大白菜对Cd、Pb、Zn累积途径探究

黔西北是喀斯特重金属地质高背景区,受历史上土法炼锌影响,区域内大气降尘重金属含量高,土壤污染严重.为探究叶菜类蔬菜重金属的累积途径,以大白菜为供试作物,选择Cd、 Pb和Zn含量一致的地质高背景土壤和锌冶炼污染土壤,在锌粉厂污染区和无污染对照区进行盆栽试验,研究露天、覆膜和大棚栽培条件下大白菜重金属含量、富集系数(BCF)和转运系数(TF).结果表明,污染区和对照区大白菜ω(Cd)范围分别在0.10～1.01 mg·kg^-1和0.10～0.91 mg·kg^-1,ω(Pb)为0.31～0.62 mg·kg^-1和0.23～0.37 mg·kg^-1,ω(Zn)为7.50～32.74 mg·kg^-1和4.88～21.79 mg·kg^-1,总体上污染区重金属含量偏高,在地质高背景土壤上种植的大白菜,Cd和Pb基本达到国家食品安全标准限值的要求.受大气沉降的影响,污染区大白菜Pb和Zn含量显著高于对照区,Cd差异不明显.污染土壤弱酸溶态Cd、 Pb和Zn占比分别为48...     

模拟酸雨对钝化剂修复镉污染土壤效果研究

采用土柱试验和盆栽试验方法,研究模拟酸雨淋溶和水淋溶1a期间,海泡石、生物炭和有机肥对四川(SC)和湖南(HN)镉(Cd)污染农田土壤稳定效果及小白菜富集Cd的影响.结果表明:与水淋溶相比,酸雨淋溶降低SC和HN土壤淋出液pH值,增加淋出液电导率(EC)、可溶性有机碳(DOC)和Cd含量,其中SC和HN土壤淋出液Cd含量增加幅度分别为48.85%~77.16%和50.92%~73.44%;而且酸雨淋溶降低两种土壤有机碳(SOC)含量,增加土壤Cd有效态含量(CaCl₂-Cd)和溶出量(TCLP-Cd),促进土壤Cd由残渣态向酸溶态转化,SC和HN土壤残渣态Cd含量平均降低3.61%和2.81%.无论是水淋溶还是酸雨淋溶,海泡石和生物炭均能显著降低两种土壤CaCl₂-Cd和TCLP-Cd含量(P<0.05),但有机肥仅对HN土壤Cd的固定效果显著.与水淋溶相比,酸雨淋溶后抑制小白菜的生长,促进小白菜对Cd的富集.添加海泡石和生物炭后两种土壤的小白菜产量显著增加(P<0.05),且小白菜可食部位Cd含量平均降低58.85%和43.08%.酸雨淋溶后SC土壤加海泡石和生物炭处理,小白菜可食部位Cd含量均满足国家安全食用标准(GB2762-2017) (Cd≤0.2mg/kg),HN土壤仅海泡石处理的小白菜可食部位Cd含量满足国家安全食用标准.本研究表明酸雨淋溶影响钝化剂对Cd的固定效果,进行污染土壤原位修复时要关注酸雨的影响,根据污染土壤性质选择合适的钝化剂.     

城-郊区域土壤铅(Pb)累积过程时空模拟:以中部某大城市为例

城-郊区域类型众多的高强度人类活动导致土壤Pb累积过程复杂、时空异质性高,使得揭示该类区域土壤Pb累积过程的时空变化特征十分困难.以国内中部某大城市典型城-郊区域为研究区,构建土壤Pb累积过程单元模型,基于土地利用分类和模拟结果,建立土壤Pb累积过程时空模拟方法,模拟研究区2013~2040年土壤Pb累积含量,阐明土壤Pb含量未来时空变化特征.结果表明,研究区2013年Pb含量平均值约为其所在省份表层Pb含量背景值的1.77倍,土壤Pb污染较重.2013~2040年Pb含量将持续增加,增加量较低（0.53~2.25 mg·kg^-1）的区域位于研究区西部、北部和南部,占总面积的25.46 %,增加量较高（3.98~5.70 mg·kg^-1）的区域位于其东部,占总面积的17.14 %.研究区东部林地面积的增加、水域和草地面积的减少导致了该区域土壤Pb含量较大幅度地上升;此外,土壤Pb含量的空间分布还同重要工厂和交通设施的分布高度相关.通过突破以往研究中将土地利用视为静态不变的局限,能够在一定程度上反映区域土地利用变化对重金属累积过程的影响,可为城-郊区域土壤Pb累积过程模拟提供方法,并为该城市城-郊区域土壤Pb污染管控提供依据.     

乌鲁木齐市表层土壤Pb的化学形态分布及潜在生态危害评价

研究了乌鲁木齐市不同功能区表层土壤Pb 的含量及其化学形态分布,并采用Hakanson的潜在生态危害指数法对土壤中Pb的潜在生态危害进行评价.结果表明:土壤中w（Pb）的平均值为50.9 mg/kg,变幅为27.9～113.7 mg/kg.w（Pb）在各功能区表现为商业区（65.5mg/kg）>交通密集区（61.0 mg/kg）>工业区（55.6 mg/kg）>居民区（45.9 mg/kg）>文教区（41.2 mg/kg）>绿化风景区（35.9 mg/kg）;不同功能区表层土壤Pb化学形态存在差异,Pb 元素的化学形态总的分布趋势是残渣态>铁锰氧化物结合态>有机结合态>碳酸盐结合态>可交换态.其中,工业区和交通密集区是以铁锰氧化物结合态和残渣态为主,分别占52.33%,28.59%和42.96%,38.69%;居民区、商业区、文教区和绿化风景区主要以残渣态和铁锰氧化物结合态为主.各功能区土壤中Pb的金属活性表现为工业区＞交通密集区＞文教区＞商业区＞绿化风景区＞居民区.乌鲁木齐市土壤的Pb污染处于中等到强污染之间,达到轻微生态危害水平.      

Differences of cadmium absorption and accumulation in selected vegetable crops

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣａｄｍｉｕｍｉｓｐｒｉｎｃｉｐａｌｌｙｄｉｓｐｅｒｓｅｄｉｎｎａｔｕｒａｌａｎｄａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｔｈｒｏｕｇｈｖａｒｉｏｕｓａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ,ｍｉｎｉｎｇａｎｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｃｔｉｖｉｔｉｅｓａｓｗｅｌｌａｓｒｅｓｕｌｔｉｎｇｆｒｏｍｔｈｅｅｘｈａｕｓｔｇａｓｅｓｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓ(Ｄａｓ,1 997) .Ｔｈｉｓｔｒａｃｅｍｅｔａｌｉｓｔｈｅｐｏｌｌｕｔａｎｔａｎｄｐｏｔｅｎｔｉａｌｔｏｘｉｎｔｈａｔｈａｓｕｎｋｎｏｗｎｆ…     

外源Cd在不同类型土壤中的稳定化特征

为明晰镉(Cd)在不同类型土壤中的稳定化特征和有效性差异,以四川省6种主要的农耕土壤酸性紫色土、中性紫色土、石灰性紫色土、灰潮土、典型黄壤和漂洗黄壤为研究对象,通过土壤培养试验,对外源Cd进入土壤后的稳定化时间、化学形态和有效Cd含量进行了对比分析,进一步结合盆栽试验下各土壤中小白菜生物量和Cd含量,探讨了外源Cd在6种土壤中的化学行为和污染效应.结果表明：(1)6种土壤的有效Cd含量在外源Cd添加后的15 d内迅速降低,后趋于平稳.稳定后,漂洗黄壤和酸性紫色土的有效Cd含量显著高于其他4种土壤,石灰性紫色土最低(1.01 mg·kg^-1);(2)6种土壤中的Cd均以可交换态的占比最高(42.51%～56.07%),其次,漂洗黄壤和典型黄壤中的铁锰氧化物结合态Cd,石灰性紫色土中的碳酸盐结合态和灰潮土中的有机络合态Cd的占比相对较高;(3)低含量Cd处理下(0.5 mg·kg^-1),6种土壤中小白菜的生长均无明显抑制,生物量与对照无显著差异,但可食部位Cd含量却有不同程度地富集,表现为典型黄壤和漂洗黄壤显著高于其他4种土壤;高含量Cd处理下(...     

产脲酶细菌矿化修复Cd和Pb污染土壤效应和机制

为了修复重金属污染土壤,保障蔬菜品质安全,利用产脲酶筛选培养基从重金属污染生菜根际土壤中筛选产脲酶细菌.通过溶液吸附和土壤静置培养试验研究功能菌株对Cd和Pb的固定钝化机制;利用水培试验研究功能菌株对不同品种蔬菜生长及吸收Cd和Pb的影响.结果显示,从生菜根际土壤中共分离到10株产脲酶细菌,其中菌株Microbacterium foliorum CH6和Bacillus thuringiensis N3的产脲酶能力（分别为62.6,59.6mS/（cm·min））和吸附钝化Cd和Pb （84.6%~91.3%）的能力最高.扫描电镜-能谱、傅里叶红外光谱和X衍射分析表明,菌株CH6和N3能够通过细胞壁吸附和诱导重金属成矿反应,降低溶液中的Cd和Pb含量.土壤静置试验表明,与不接种菌株对照相比,菌株CH6和N3均能降低土壤中可交态Cd和Pb （46.3%~66.7%）的含量,增加碳酸盐结合态及残渣态Cd和Pb （40%~95.4%）的含量.砂培试验表明,菌株CH6和N3均能显著降低生菜、上海青和空心菜可食用部分中Cd （39.2%~81.4%）和Pb （27.4%~82.3%）的含量.产脲酶细菌CH6和N3能够矿化土壤中的Cd和Pb,降低土壤中重金属有效态含量,阻控生菜、上海青和空心菜对Cd和Pb的吸收.     

产脲酶细菌矿化修复Cd和Pb污染土壤效应和机制

为了修复重金属污染土壤,保障蔬菜品质安全,利用产脲酶筛选培养基从重金属污染生菜根际土壤中筛选产脲酶细菌.通过溶液吸附和土壤静置培养试验研究功能菌株对Cd和Pb的固定钝化机制;利用水培试验研究功能菌株对不同品种蔬菜生长及吸收Cd和Pb的影响.结果显示,从生菜根际土壤中共分离到10株产脲酶细菌,其中菌株Microbacterium foliorum CH6和Bacillus thuringiensis N3的产脲酶能力（分别为62.6,59.6mS/（cm·min））和吸附钝化Cd和Pb （84.6%~91.3%）的能力最高.扫描电镜-能谱、傅里叶红外光谱和X衍射分析表明,菌株CH6和N3能够通过细胞壁吸附和诱导重金属成矿反应,降低溶液中的Cd和Pb含量.土壤静置试验表明,与不接种菌株对照相比,菌株CH6和N3均能降低土壤中可交态Cd和Pb （46.3%~66.7%）的含量,增加碳酸盐结合态及残渣态Cd和Pb （40%~95.4%）的含量.砂培试验表明,菌株CH6和N3均能显著降低生菜、上海青和空心菜可食用部分中Cd （39.2%~81.4%）和Pb （27.4%~82.3%）的含量.产脲酶细菌CH6和N3能够矿化土壤中的Cd和Pb,降低土壤中重金属有效态含量,阻控生菜、上海青和空心菜对Cd和Pb的吸收.