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。     

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.     

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.     

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。     

底泥生长基质中重金属的迁移特征及生物有效性

河道底泥中重金属含量较高,重金属的迁移性及生物有效性是限制疏浚底泥土地施用或用作废弃场地修复基质资源化利用途径的主要因素。以沈阳细河待疏浚底泥为材料,通过盆栽实验的方法研究了河道底泥与碱性粉煤灰、炉渣和锯木屑配比基质中重金属在紫花苜蓿体内累积、迁移及生物有效性的变化。结果发现,配比底泥基质上紫花苜蓿生物量、株高及株径均好于纯底泥处理,其中底泥、粉煤灰、炉渣、锯木屑以2：0．5：0．5：0．5配比的s2处理中紫花苜蓿生物量是纯底泥处理的11．7倍。与底泥对照相比,配比底泥基质上植株体内重金属含量极显著降低,而且地上部重金属含量显著低于根部含量;底泥基质中紫花苜蓿地上部和根部对Cd、Cu、Pb、Zn的富集系数（BCF）显著低于底泥处理,但转移系数（TF）无显著变化,富集系数（BCF）和转移系数（TF）均小于1．0。紫花苜蓿种植后底泥基质中重金属含量显著低于农用污泥重金属控制标准,除Cd含量略高外,Cu、Pb和Zn含量低于土壤环境质量三级标准。这些结果表明,城市重污染河道底泥经过合理处置后,重金属浓度、活性及生物有效性降低,在其土地施用或废弃地修复中可以用作一些耐性植物的生长基质。     

污染土壤中重金属生物有效性的植物指示法研究

污染土壤中重金属生物活性的判断是污染土壤修复的关键所在。植物指示法是近年来发展起来的判断污染土壤中重金属生物可利用性的一种经济简便且可靠的方法。综述了近年来国内外科研工作者在重金属污染程度的植物指示方面所做的工作，重点阐述了用指示植物监测环境污染以及指示植物的选择问题。     

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。     

施用典型有机固废生物炭对土壤重金属生物有效性的影响

将有机固废经热解转化为生物炭,具有改良土壤、促进碳固定、钝化重金属等优点,但有机固废生物炭中被钝化重金属进入土壤后生物有效性尚不明确。采用盆栽方法评估了施用市政污泥、中药渣等典型有机固废生物炭对受纳土壤中重金属有效性及植物吸收、传输重金属的影响。结果表明,施用污泥炭、中药渣炭显著增加了土壤中As、Zn的化学提取有效态含量,从而降低了Cr、Pb有效态含量(P < 0.05),对Cd、Cu、Ni有效态含量也有不同程度的降低趋势;同时,抑制了除Zn以外As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb等6种重金属从土壤向植物的传输、累积,降幅最高达30%。中药渣炭联合污泥炭施用可进一步抑制7种重金属在植物地上部分以及除As、Cr外其他重金属在根中的吸收、累积。本研究结果可为评估有机固废生物炭土地利用的环境风险提供参考。     

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。     

白云石和硫酸亚铁复配对城市污泥中重金属形态分布及生物有效性的影响

以合肥市某污水处理厂污泥为研究对象,研究白云石、硫酸亚铁以及白云石和硫酸亚铁复合物作为改良剂对污泥重金属形态和生物有效性的影响,并对其钝化机理进行了初步研究。结果表明:白云石可以提高污泥pH,硫酸亚铁则降低污泥的pH,白云石和硫酸亚铁复配添加时,污泥pH变化并不显著。白云石对污泥中Cu和Cd有较好钝化作用,硫酸亚铁对污泥中As具有显著钝化作用,白云石和铁盐复配对污泥中重金属Cu、Zn、Cd和As均有显著钝化作用。白云石和硫酸亚铁处理可显著降低污泥中重金属有效态含量,其中以5%白云石和5%硫酸亚铁复配处理的效果最好,与对照相比,污泥中的有效Cu、Zn、Cd和As分别减少了59.58%、42.26%、40.93%和55.68%。SEM-EDS和Visual MINTEQ模拟结果显示,白云石中的碳酸根离子能够与重金属发生沉淀反应。盆栽实验结果显示,污泥中加入白云石和硫酸亚铁后,青菜地上部和根部重金属含量降低,地上部Cu、Zn、Cd和As最大降低程度分别为53.56%、34.51%、57.29和77.04%。     

Vertical distribution of acid-volatile sulfide and simultaneously extracted metals in mangrove sediments from the Jiulong River Estuary,Fujian, China

Background Acid-volatile sulfide (AVS) is operationally defined as sulfides in sediment, which are soluble in cold acid, and is reported as the most active part of the total sulfur in aquatic sediments. It is a key partitioning phase controlling the activities of divalent cationic heavy metals in sediment. Methods In order to examine this in mangrove environments, six sites were selected along the Jiulong River Estuary in Fujian, China, which had previously been reported to be polluted by heavy metals. Sediments were sampled from 0–60 cm depth at each site, and the spatial distribution of AVS and SEM (simultaneously extracted metals: copper, cadmium, zinc, and lead) were determined. Results and Discussion The results indicate that the AVS concentrations had a spatial variation, ranging from 0.24 to 16.10 μmol g⁻¹ sediment dry weight. The AVS concentration in the surface layer is lower than that of the deeper sediment, with peak values in the 15–30 cm horizon. There was no correlation between the AVS value and organic matter content or total dissolved salts, but a significant positive correlation of AVS with surface sediment (0–5 cm) moisture content was found. This indicates that water logged sediments tend to have a high AVS value. The amount of SEM was within the range of 0.33–2.80 μmol g⁻¹ sediment dry weight and decreased with sediment depth. Conclusions There was a marked variation in AVS and SEM among different sites studied. AVS concentrations were generally lower in the surface sediments, while SEM concentrations slightly decreased with the depth. Higher concentrations of SEM found in the upper layers of the sediments confirm the earlier suggestions that this study area may suffer from increasing heavy metal pollution. Recommendations and Perspectives When monitoring environmental impacts by using AVS, the micro and large-scale spatial variation as well as vertical distribution need to be estimated to avoid misleading results. Both AVS and SEM concentrations in different sediment layers should be taken into account in assessing the potential impact of heavy metals on the biotic environment.     

Vertical Profile of Acid Volatile Sulfide (AVS) and Risk Assessment of Sediments from Baihua Lake,China

Acid volatile sulfide (AVS), simultaneously extracted metals (SEMs), and total concentrations of trace elements (Cu, Cd, Pb, Zn, Ni, Hg, As, and Cr) were studied in sediment cores from Baihua Lake in southwest China. The molar ratios of SEMs to AVS for all samples were lower than 1.0 except for the 25- to 30-cm layer of the sample collected at location YPZ, indicating that the heavy metals were currently not significantly bioavailable as a whole to benthic organisms. Based on the sediment quality guidelines and the potential ecological risk assessment, Hg presented a high ecological risk for the water body.     

乌梁素海表层沉积物重金属分布特征及生态风险评价

采样分析了内蒙古乌梁素海表层沉积物中Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg和As的含量、分布特征和富集状况,分别以现代工业化前正常颗粒沉积物中重金属含量的最高背景值和河套地区土壤中重金属含量背景值为参照,采用瑞典科学家Lars Hakanson的潜在生态危害指数法对7种重金属的富集系数和生态危害系数以及各采样点的生态危害指数进行了评价。结果表明,乌梁素海表层沉积物中As和Pb的空间变异性较大;以2种背景值为参比得出的重金属污染水平顺序相近,Hg和As为对乌梁素海生态环境具有潜在影响的主要重金属元素;同时表明,以河套地区土壤重金属背景值为参照更能直观地反映出乌梁素海表层沉积物中重金属的污染程度。     

乌梁素海表层沉积物重金属与营养元素含量的统计分析

对乌梁素海表层沉积物营养盐与重金属的分布情况进行研究,应用SPSS统计分析软件对乌梁素海表层沉积物重金属与营养元素进行相关分析和因子分析,并对重金属元素进行聚类分析。营养元素与重金属间的相关分析表明：重金属元素Cu、Cr、Pb和Cd相互间具有极显著的正相关性;有机质与As和Hg呈极显著的正相关;总氮与Hg呈极显著相关,与As呈显著相关,而与Pb呈极显著负相关,与Cd呈显著负相关;总磷与As呈显著负相关。重金属元素间的R-型聚类分析结果将本论文研究的9种金属元素分为3类。采用主成分分析法对乌梁素海表层沉积物重金属与营养元素进行因子分析,得到4个因子,并进一步分析讨论了各主成分的科学内涵。     

巢湖表层沉积物中重金属的分布特征及其污染评价

以巢湖表层沉积物为研究对象,利用BCR连续提取法研究了沉积物中Cr、Co、Ni、Cu、Cd、Zn、V和Pb等8种重金属元素的分布特征,同时运用潜在风险指数法和地累积指数法综合评价了巢湖沉积物中重金属的生态风险。结果表明,巢湖沉积物中的重金属含量在空间上表现出东西高、中间低的分布特征。巢湖表层沉积物中Cr、Co、Ni、V和Cu 5种重金属都主要以残渣态为主,Zn和Cd主要以弱酸提取态为主,Pb以可还原态为主,同时,Co和Cu 2种元素的可交换态及可还原态含量占有较高比例,具有潜在危害性。相关性分析显示,Cr、Cu、Pb、Ni、Zn和Cd 6种重金属元素的来源和分布可能具有相似性,Co和V 2种重金属元素具有相似的地球化学行为且其主要来源可能与其他几种重金属不同。潜在生态风险指数评价结果表明,巢湖表层沉积物中8种重金属元素构成的生态危害顺序为:Cd>Pb>Co>Cu>Ni>Zn>V>Cr,Cd具有高的生态危害等级,其他7种重金属元素均为低生态危害等级。地累积指数法评价结果表明:巢湖沉积物重金属元素的富集程度为Cd>Zn>Pb>Co>Cu>V>Ni>Cr,Cr属于清洁级别,Co、Cu、V和Ni处于轻度污染水平,Zn和Pb处于偏中度污染,Cd达到了重污染水平。     

鄱阳湖流域重金属污染评价与分析

为分析评价鄱阳湖流域重金属积累污染情况,采集流域内沉积物及土壤样品,测定其Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As、Hg含量以及pH、氧化还原电位(Eh)、有机质(SOM)以及黏粒含量等理化参数,采用地累积指数法、潜在生态危害指数法评价流域内沉积物及土壤的重金属污染水平,利用相关性分析法及主成分分析法解析重金属污染的影响因素...