贵州黔西北铅锌矿区土壤重金属污染及生物有效性研究

对贵州省黔西北铅锌矿区18个矿渣和污染土壤样品中Zn、Pb、Cu、Cd 4种重金属的总量、生物有效态含量以及对应的植物样(根和茎叶)中的重金属含量分别进行了测定,其测定结果表明:土壤中除Cu污染较轻外,Zn、Pb、Cd均大大超过了土壤环境阀值;土壤中重金属生物有效态含量最高为Cd,占总量的50%,对环境构成了潜在威胁;植物中重金属含量与土壤中重金属总量、有效态重金属含量呈现很好的正相关性,植物根中的重金属含量与土壤中有效态重金属含量之间的相关性更为显著,分别为 RZn=0.871 3、 RCu=0.883 3、R Pb=0.783 2、RCd =0.893 7,说明土壤中的重金属已经威胁到植物生长,且在植物中产生了富集,因此在评价土壤重金属的生物有效性和环境效应时,应将重金属总量和生物有效态含量结合起来加以研究,并对土壤中重金属的含量与植物中该元素含量之间作相关分析,根据其相关系数的大小来判断其生物有效性的程度.     

西南典型碳酸盐岩高地质背景区农田重金属化学形态、影响因素及回归模型

土壤重金属化学形态是决定重金属生物活性和生物毒性的重要因素,是科学评价西南碳酸盐岩高地质背景区土壤重金属生态风险的关键.为了探明碳酸盐岩高地质背景区土壤重金属化学形态分布情况,选择贵州省典型碳酸盐岩分布区,以第二次全国土壤普查图斑为采样单元,在农田中采集土壤表层样品309件,利用改进的Tessier七步顺序提取法,分析了As、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn等7种重金属的水溶态（F1）、离子交换态（F2）、碳酸盐结合态（F3）、弱有机结合态（F4）、铁锰氧化物结合态（F5）、强有机结合态（F6）和残渣态（F7）这7种化学形态.结果发现,土壤中重金属As、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn残渣态比例均超过50%,有效组分（F1~F3）比例均小于5%,潜在生物有效组分（F4~F6）比例低于45%,活性较低,生态风险不高.Cd的有效组分和潜在生物有效组分占比分别为55.49%和29.37%,远高于其他重金属,基于土壤重金属形态的生态风险远小于基于土壤总量的生态风险.逐步回归方程可以有效建立Cd、Cu和Pb生物有效组分与影响因素之间的关系.重金属全量和pH值是影响碳酸盐岩高地质背景区土壤重金属化学形态的重要因子,受研究区长期土法炼锌活动和碳酸盐岩风化成土过程中重金属元素倾向于在残渣态中富集的影响,土壤有机质（OM）和氧化物含量对土壤重金属化学形态影响相对较小.     

水稻秸秆生物炭对镉、铅复合污染土壤中重金属形态转化的短期影响

用生物炭修复重金属污染土壤已有广泛研究.本文采用水稻秸秆在500℃下制成的生物炭,施入Pb、Cd复合污染的土壤中培养30 d,探讨重金属化学形态变化,以期为生物炭修复重金属污染土壤提供科学依据.结果表明:生物炭添加后,黄棕壤的pH升高,弱酸提取态、可还原态及可氧化态Pb含量降低,残渣态Pb含量极显著增加,土壤Pb活性降低;与未加生物炭处理相比,添加生物炭后高浓度Cd污染土壤中弱酸提取态Cd含量极显著降低,可氧化态Cd含量增加,而残渣态Cd含量变化不显著,表明添加生物炭可以促进弱酸提取态Cd向可氧化态Cd转化.Pb、Cd复合污染土壤中Pb-Cd交互作用极显著,添加生物炭减弱了交互作用对弱酸提取态Pb的影响.     

广西典型酸性火成岩地质低背景区土壤-水稻重金属积累特征及生态风险

为了解地质低背景区农田土壤-作物系统中重金属的富集及迁移特征,采集了广西钦北区878km2酸性火成岩出露区的30套水稻籽实及根系土样品作为研究对象,研究酸性火成岩地质低背景区土壤和水稻中重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)分布特征、土壤Cd等重金属的赋存状态及其生物有效性。结果显示:研究区土壤呈酸性,pH值为4.66～5.36;Cd、As、Cr等重金属元素含量较低,均低于或远低于我国土壤环境质量标准规定的风险筛选值,水稻籽实中As、Cr、Hg和Pb均未超标,但Cd超标率为16.7%。土壤中As和Pb主要以残渣态存在,Hg主要以残渣态和强有机结合态存在,而Cd的生物富集系数和生物有效性最高,水溶态、离子交换态和碳酸盐结合态的比例总和为32%。水稻籽实吸收Cd等重金属主要与土壤pH值、Fe、Mn和土壤质地有关。酸性火成岩地质低背景区农田酸性、强酸性土壤Cd等重金属元素含量低,但生物有效性高,其生态风险值得关注。     

土壤-蔬菜中重金属生物可利用性及迁移系数

农田土壤重金属污染不利于农产品质量以及人群健康,土壤重金属的生物可利用性揭示了重金属在土壤-农作物间的迁移信息,该文以广东省顺德市农田土壤为研究对象,通过分析土壤-蔬菜系统的重金属含量与化学形态,并利用相关性分析和聚类分析对土壤-蔬菜系统的重金属生物可利用性及迁移系数进行研究。结果表明:研究区As、Cu、Hg、Mn、Ni、Pb的平均含量均大于广东省背景值的2倍,尤其是Hg,86.2%超过国家农田土壤环境质量二级标准,而蔬菜重金属含量大多数低于卫生部颁布的最新食品卫生标准。土壤重金属可利用态含量表现为:Mn>Cu>Pb>Hg>Ni>As,表明Mn、Cu、Pb和Hg具有更强的活性,同时,土壤属性(pH值和OM值)对重金属的生物可利用性和环境毒性具有影响意义。相比于土壤重金属全量,土壤中重金属的生物可利用态与蔬菜中重金属含量之间具有更显著的相关性,表明土壤重金属可利用态较全量更适合表征重金属对环境的毒性效应。基于重金属可利用态的土壤-蔬菜迁移系数(TF_(avail))表现为:Hg>As>Ni≥Mn≥Cu≥Pb,表明可利用态Hg、As和Ni更容易被蔬菜吸收,并且随着土壤重金属可利用态含量的升高,重金属的迁移富集程度呈幂函数式降低,这可能是缘于植物生理学自我保护机制,使蔬菜对重金属的吸收富集量保持在可控制范围内。     

四川铅锌冶炼工业区周边土壤重金属地球化学特征及源解析

本文对处于元素地球化学高背景值,地理位置特殊的铅锌冶炼区进行研究。选取四川省某铅锌冶炼区为研究对象,对土壤和大气降尘中的8种重金属含量进行分析。利用改进的BCR形态提取法进行形态提取,应用潜在生态危害指数法开展生态风险评价,利用相关性分析、主成分分析(PCA)和正定矩阵因子分析(PMF)对土壤重金属进行来源解析。结果表明,土壤中除Cr、Cu和Ni外,其余重金属平均含量均高于研究区土壤地球化学参比值;大气降尘中的重金属平均值是土壤平均值的几倍至几十倍。土壤与大气降尘重金属元素含量高值主要分布在铅锌冶炼厂周边,受工业活动影响大。As、Cu、Ni和Pb在土壤中以残渣态为主,稳定性好;Cd以酸可提取态为主,稳定性差。潜在生态危害指数法评价发现,研究区整体处于很强风险等级,Cd和Hg是主要贡献因子,分别达到了极强风险和很强风险等级。相关性分析、PCA和PMF源解析显示研究区土壤重金属受铅锌冶炼工业源、煤燃烧源、自然来源和其它来源的共同影响。     

生物炭对土壤有效态重金属的作用机制进展

为了深入探究生物炭对土壤有效态重金属变化的影响,研究重点从生物炭的直接和间接作用两个方面对重金属有效态的影响机制进行了归纳概述。直接作用是指生物炭利用自身较大比表面积、疏松孔隙、丰富官能团和矿物质来吸附固定重金属,进而影响重金属形态转化的过程,包括物理吸附、静电吸引、官能团络合、离子交换、阳离子-π、化学沉淀等多种机理;间接作用是指生物炭通过改变土壤理化性质或者微生物群落多样性来影响有效态重金属含量变化的过程,以化学和微生物机制为主。最后提出结论与展望,以期为土壤重金属污染生物炭修复技术的潜在应用提供理论基础。     

含磷物质与活性炭复配稳定土壤重金属研究

利用含磷物质、活性炭及两者复配组合对污染土壤中的重金属进行稳定化处理,根据稳定效率对稳定剂进行筛选,并分析稳定前后土壤重金属的生物有效性、赋存形态变化。结果表明:经磷矿粉+5%煤基活性炭稳定7 d后,土壤中Pb、Zn、Cu、Cd稳定效率分别达75.85%、61.03%、52.80%、49.92%,土壤重金属的DTPA和PBET生物有效态均降低。BCR形态分级实验表明:该复合稳定剂对土壤重金属的稳定化效应较好,重金属的酸可提取态均有所减少,转化为其他难以分解转移的形态。结果表明,磷矿粉和煤基活性炭可作为资源回收利用,应用于土壤重金属污染修复。     

石家庄农田区土壤重金属Cd、Cr、Pb、As、Hg形态分布特征及其影响因素

土壤重金属污染是国内外亟待解决的环境问题。随着重金属元素迁移和转化的深入研究,重金属的毒性不仅与其全量有关,而且在更大程度上受形态分布所控制。本文选择石家庄农田区为研究区,采集了31个根系土样品,对土壤中的Cd、Cr、Pb、As、Hg等5种重金属进行了形态分析,并探讨了影响重金属化学形态的影响因素。研究表明:Cd的有效态含量占全量比重最大,40.94%,其次是Pb的12.73%,Cr、Pb、As、Hg均以残渣态为主;5种重金属各形态和全量的相关程度较高,尤其是Pb;土壤pH值与Cd、Cr、Pb元素碳酸盐结合态、强有机结合态和腐植酸结合态均呈显著负相关关系,受pH值的影响顺序为:CrPbCd;各重金属元素的残渣态含量与Fe2O3含量均呈显著的正相关关系;5种重金属的离子交换态与TOC均呈负相关关系;CEC和重金属元素的水溶态和残渣态均呈正相关关系;粘粒的含量与Cr的离子交换态呈显著负相关关系,与各元素残渣态呈正相关关系。     

安溪铁观音茶园土壤重金属赋存形态及生态风险评价

用改进的BCR连续提取法提取安溪铁观音茶园土壤中重金属元素(Li、Fe、Zn、Ba、Sr、Ti、Co、Cr、Cd、Mn、Ni、Pb、V、Mg、Cu)的赋存形态,分析其生物有效性并作出生态风险评价。重金属赋存形态研究结果表明,Cd的形态总体分布为弱酸溶态残渣态可还原态可氧化态,Pb的形态总体分布为可还原态可氧化态弱酸溶态残渣态,Cu的形态总体分布为可还原态可氧化态残渣态弱酸溶态,其余重金属皆以残渣态为主。生物有效性分析结果表明,Pb、Cd、Cu、Mn、Ni、Sr等重金属的潜在生物可利用性较高,其所占百分比分别为90.4%、73.0%、36.6%、32.8%、23.8%、22.9%。对茶园土壤中的重金属作生态风险评价,地累积指数法和潜在生态危害指数法结果均表明,大部分土壤样品是清洁安全的,部分土壤受到Cd元素污染,污染程度达到中度污染级别。     

不同施磷量(KH2PO4)作用对Cu、Zn在红壤中的迁移转化

为了比较不同施磷量对土壤中重金属Cu、Zn迁移转化的影响,采用土壤柱进行室内淋溶实验,研究常见的磷肥磷酸二氢钾在少量5 mg·kg-1,适量15 mg·kg-1以及过量25 mg·kg-1条件下对Cu、Zn在红壤中的淋溶效应.结果表明土壤施用磷酸二氢钾降低了土壤渗滤液的pH,不同施磷量对土壤渗滤液pH影响不大,在整个淋滤过程,渗滤液pH呈现上升的趋势.磷酸盐作用下重金属Cu在土壤中的迁移主要集中表层土壤中,而Zn逐渐向深层土壤中迁移.土壤深层渗滤液中Cu、Zn浓度均比较低,对浅层地下水的危害性不大.淋滤结束后,重金属主要以残渣态存在土壤中,重金属Cu残渣态的比例为60%左右,重金属Zn残渣态比例为40%左右.高浓度磷酸二氢钾作用下有利于重金属Zn从残渣态及有机结合态向交换态转化.     

生物炭和磷肥复合修复有色矿区重金属污染土壤的效果

以有色矿区污染土壤为研究对象,考察了生物炭和磷肥单施及复合施用对土壤重金属的钝化修复效果。单施生物炭或与磷肥复合处理土壤pH显著升高。单施磷肥及与生物炭复合处理显著提高了土壤TCLP提取态磷。生物炭和磷肥是较好的钝化土壤中Pb、Zn和Cd的修复材料,尤以P+HB处理的效果最好,使土壤TCLP提取态Pb、Zn和Cd分别降低39.4%、18.3%和41.8%,降低了重金属的迁移性和生物有效性。Pb的酸可提取态和可还原态主要向残渣态转化,而Zn和Cd主要向可氧化态转化。生物炭和磷肥复合对污染土壤中Pb、Zn和Cd的钝化有协同作用。     

骨炭修复重金属污染土壤和降低基因毒性的研究

采用分级提取的方法研究了施加骨炭对污染土壤重金属的固定效果,结果表明,土壤施加10 mg·kg^-1骨炭后水溶态、交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb的浓度都显著下降;而加入骨炭后土壤有机结合态Pb的浓度显著上升,表明骨炭可以吸附、固定土壤中的Pb,改变Pb的化学形态,降低Pb的生物可利用性.加入骨炭后土壤中水溶态和交换态Cd的浓度都显著下降,残渣态Cd的浓度明显上升.骨炭处理对土壤中Cu化学形态的影响和Pb相似,表明骨炭可以吸附固定土壤中的Cu.骨炭处理对Zn也有一定的固定效果,降低了土壤中水溶态的Zn.采用植物彗星实验研究了施加骨炭对土壤基因毒性的影响,表明加入骨炭后减轻了污染土壤对洋葱根尖细胞的DNA的损伤,降低了土壤污染对植物的基因毒性.生物评价和化学评价的结果均表明骨炭是重金属污染土壤的有效修复剂,能有效降低污染土壤中重金属的生物有效性和对植物的毒性.     

鄱阳湖湿地重金属形态分布及植物富集研究

研究了鄱阳湖湿地土壤中Cu,Zn,Pb和Cd形态与植物富集的关系. 结果表明:鄱阳湖土壤中Cu,Pb和Zn主要以有机态和残渣态为主,水溶态和离子交换态等生物有效性态含量很少;而Cd则主要以水溶态和离子交换态等生物有效性态为主,因此Cd的生态危害较大. 相关分析和偏相关分析均显示:植物中重金属含量与其生存环境中重金属水溶态或离子交换态含量直接相关,这与理论上植物只能吸收重金属水溶态相符. 植物对重金属的富集能力表现出Zn＞Cu＞Cd＞Pb的趋势. 用重金属水溶态或离子交换态进行植物富集研究,更具有可比性和科学性.      

黄石沿江土壤镉的形态特征及生物可利用性

为了解黄石市沿长江冲积土壤中重金属镉直接和潜在的危害程度,为重金属污染防治提供科学依据,采用总量测定、Tessier连续提取法,分析研究了湖北黄石市沿江冲积土壤中重金属镉的总量及不同形态含量,镉含量采用火焰原子吸收分光光度法测定。结果表明,研究区土壤Cd全量都大于2mg/kg,不同形态Cd含量相对大小依次为残渣态铁锰氧化物结合态碳酸盐结合态有机物结合态离子交换态。其中残渣态占全量比例为58%,铁锰氧化物结合态为26%,碳酸盐结合态、有机物结合态、离子交换态分别为8%、4%和3%。可见研究区Cd的生物可利用态含量低,生物潜在可利用态较高,生物不可利用态含量最高;现有环境条件下的土壤Cd比较稳定,生物可利用性较低,对农作物的危害性较小。     

生物炭负载铁前后对复合污染土壤中Cd、Cu、As淋失和形态转化的影响研究

复合污染土壤中Cd、Cu等阳离子重金属与As具有不同的化学性质和迁移转化行为.本研究以负载铁前后的小麦秸秆生物炭作为修复材料,研究酸雨淋溶条件下两者对复合污染土壤中Cd、Cu、As淋失量及赋存形态的影响;通过分析淋滤液pH值、电导率和溶解性有机碳含量等,探讨其可能的作用机制.结果表明,生物炭和负载铁生物炭均显著提高了淋滤液pH值和电导率.溶解性有机碳淋失量在生物炭处理中较对照(CK)处理提高3.4%~15.9%,而在负载铁生物炭处理中则降低27.3%~60.8%.与生物炭不同,负载铁生物炭能够不同程度地降低Cd、Cu和As的淋失,5%施用量下累积淋失量较CK处理分别降低85.7%、19.0%和62.1%.对淋溶后土壤中重金属和As赋存形态进行分析发现,施用生物炭促进了土壤中Cd和Cu由酸提取态向残渣态转化,却使As由无定形及弱结晶铁铝氧化物结合态向专性吸附态转化.负载铁生物炭能够降低土壤中有效态Cd、Cu和As含量,相较于CK处理酸提取态Cd、Cu和非专性吸附态As含量分别减少3.6%~13.4%、7.5%~24.4%和19.0%~58.8%,而可还原态Cd和残渣态Cu、As含量分别增加4.3%~43.3%、2.2%~18.1%和44.9%~53.5%,其中,5%施用量下差异达到显著水平.综合而言,在5%施用量下,生物炭能够降低土壤中有效态Cd、Cu含量,却提高了As的迁移性和有效性;而负载铁生物炭既降低了酸雨淋溶条件下Cd、Cu、As的淋失,还促进了土壤中Cd、Cu、As由有效态向潜在有效态或稳定态转化,是修复重金属和砷复合污染土壤的有效材料.     

不同改性生物炭对农田土壤理化性质及铅、镉钝化的影响机制研究

改性生物炭是良好的重金属钝化剂。但针对不同生物炭,联合多种方法进行改性后生物炭的吸附性能尚待深入研究,其对土壤理化性质和重金属铅(Pb)、镉(Cd)长期钝化效果的影响也有待研究。选取水稻秸秆、木屑和椰壳为生物炭材,经硝酸-高锰酸钾联合改性后进行表征,明确改性前后生物炭理化性质。开展室内培养实验,将改性生物炭按质量比为2.5%、5%和10%加入受试土壤,培养6个月后,测定土壤理化性质、Pb、Cd形态分布及钝化效率,探讨改性生物炭钝化土壤Pb、Cd的作用机制。结果表明：改性后,不同生物炭的比表面积、孔隙结构和含氧官能团数量均得到不同程度的改善,重金属吸附性能有效增强,以改性椰壳炭最为显著。添加改性生物炭能提高土壤pH并改善土壤结构,当其用量>5%时,土壤阳离子交换量和有机质含量分别提高了15.89 g/kg和5.28 cmol/kg,土壤自身对养分及重金属的固定能力得到了显著提升。改性生物炭-土壤体系主要通过离子交换、络合反应和共沉淀反应等促使土壤有效态Pb、Cd向其潜在活化形态和残渣态转化,转化程度与钝化培养时间和改性生物炭用量呈正相关。受元素特性和竞争吸附作用的影响,土壤Pb     

生物炭去除土壤重金属的研究进展

生物炭作为一种新型的吸附材料,具有比表面积大、官能团丰富、稳定性高等特点,施入土壤后可影响重金属在土壤中的迁移性和生物有效性。从生物炭对重金属的吸附机制、生物炭还田应用效果进行了概述,在此基础上分析了生物炭推广应用的限制因素,并从生物炭与土壤的相互作用、生物炭的制备工艺完善等方面进行了展望。生物炭施入土壤后可通过阳离子-π作用、离子交换、络合、共沉淀、氧化还原和静电吸附作用降低重金属有效态含量,减少作物对重金属的累积。但生物炭在实际应用中仍存在作用效果不稳定、价格高昂难以大面积推广应用等问题,未来有必要进一步探明生物炭与土壤互作关系、完善生物炭制备工艺,为生物炭的广泛高效利用提供支撑。     

江西赣州梓山地区富硒土壤重金属元素安全性评价

在江西梓山地区采集土壤样712件、水稻样46件,分析该区土壤、水稻中As、Cd等重金属元素含量及其在土壤—水稻系统中的安全性。研究区土壤环境质量总体优良,清洁和较清洁土壤图斑面积为11 883.06hm2,占全区面积的96.82%;轻微污染的土壤图斑面积为368.66hm2,占全区面积的3.00%;重金属污染的土壤图斑主要分布于富硒土壤区。水稻中As等重金属元素含量较低,均符合国家食品安全标准。水稻对As等元素的吸收富集能力受其土壤总量及其有效性制约,而重金属元素的生物有效性主要受重金属总量与TFe2O3的控制。研究区土壤脱硅富铁铝的特征表明,该区土壤As等重金属元素的生物有效性较低,可开发富硒水稻。     

铅锌矿区土壤中有效态重金属的稳定化研究

为研究铅锌矿区土壤中重金属的稳定化方案,实地采集了四川省攀枝花市米易县某铅锌矿区污染土壤,采用稻壳、秸秆-木材和动物粪便3种不同来源的生物炭对土壤中弱酸提取态Pb、Zn、Cd、Cu和水溶态Zn进行了静态实验,并在此基础上选择动物粪便炭添加到污染土壤中进行了35 d的培育实验。结果表明:动物粪便炭对矿区污染土壤中弱酸提取态Zn、Cd、Pb、Cu稳定化性能最好,去除率分别为13.16%、15.68%、96.33%、65.39%,3种来源生物炭对水溶态Zn去除率均>90%;培育实验中施用30%动物粪便炭的土壤中弱酸提取态Pb降低了97.36%,水溶性Zn也得到了有效降低。因此动物粪便炭的施加可降低矿区污染土壤中重金属的迁移能力,对于铅锌矿区土壤重金属污染的防范与治理提供了参考。