土壤环境标准值及制订研究:服务于管理需求的土壤环境标准值框架体系

环境标准是实施环境管理的重要依据。我国现行土壤环境质量标准(GB 15618—1995)已不能满足土壤环境管理的实际需求,研究提出我国适宜的土壤环境标准值体系显得十分迫切和必要。结合国家关于"严格控制新增土壤污染"、"确定土壤环境保护优先区域"、"强化被污染土壤的环境风险控制"和"开展土壤污染治理与修复"的土壤环境政策,分析了我国土壤环境保护和综合治理重点任务及对土壤环境标准值的迫切需求,调研综述了发达国家和地区土壤环境法规及标准值体系现状和经验,初步提出了包括土壤环境质量标准、土壤环境风险管控标准和针对特定污染土壤的治理修复标准的标准值体系,提出了针对"老污染"和"新污染"土壤分别建立不同的土壤环境监管制度,该研究可望为完善和建立我国土壤环境标准值框架体系提供参考。     

广东地区芸薹类叶菜-土壤镉污染相关性分析及土壤镉限量值研究

由于不同区域土壤理化性质存在差异以及不同蔬菜种类对重金属的吸收能力不同,利用我国现行的土壤环境质量标准进行评价时发现,土壤与蔬菜重金属超标情况往往存在不一致的现象,使得我国现行的土壤环境质量评价标准并未能切实保证蔬菜安全生产需求。因此,有必要针对特定区域的特定种类的农作物进行蔬菜-土壤重金属累积相关性研究,并据此建立更符合实际且科学合理的产地环境土壤重金属限量值。本研究以芸薹类叶菜中在广东地区种植较为普遍的菜心(Brassica campestris ssp.chinensis var.utilis Tsen et Lee)和小白菜(Brassica campestris ssp.chinensis Makino)为代表,大量采集广东地区镉污染呈不同程度的蔬菜产地原状土壤开展盆栽实验,分别建立了芸薹类叶菜类蔬菜可食用部分镉含量与土壤镉全量及土壤有效态镉含量的相关关系,并建立蔬菜镉含量与土壤镉全量及有效态镉的最优回归方程。然后,依据《食品中污染物限量》(GB2762─2012)中叶菜的镉限量值推算出广东地区芸薹类叶菜安全种植的产地土壤镉全量和有效态镉含量限量值分别为1.22和0.43 mg·kg-1。最后,结合大田采样中大量的土壤-蔬菜对应数据对该限量值进行了验证,证明盆栽试验所得结果与大田采样数据具有较好的一致性,对指导当地农产品安全生产和农田土壤有效利用具有较强的针对性和准确性。     

基于普通克里格和投影寻踪模型的城市土壤重金属污染评价

作为城市生态环境的重要组成部分,城市土壤对城市的可持续发展具有重要意义。然而,随着人类活动加剧,重金属元素成为城市土壤中具有重大影响的有毒污染物,尤其是铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)及其复合物在城市土壤污染中较为突出。为了探讨城市土壤中重金属的含量及污染空间分布特征,为城市环境治理和环境保护提供客观依据,以内江市城区为例,采集了203个表层土壤样本,利用单因子污染指数法、GIS技术结合投影寻踪模型评估了研究区不同土地利用方式下表层土壤铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)的污染特征及其空间污染程度。结果表明:(1)与国家二级标准限定值比较,镉元素的富集程度最大,锌元素次之,铜元素富集程度最小,铅元素无富集;(2)4种元素变异系数属于高度变异,其含量均受到人类活动的强烈影响;(3)土壤重金属综合污染指数均值表现为公共用地商业用地住宅用地工矿用地农业用地交通用地;(4)内江市城市土壤重金属污染程度的克里格插值评价等级为较清洁、轻污染,在空间展布上二者的面积比例为1.2∶1,内江市重金属综合污染水平较轻。投影寻踪模型为涉及多因素的城市土壤重金属污染评价提供了新思路。     

浙北地区农用地和建设用地土壤重金属污染及潜在生态风险评价

为了研究浙北地区农用地和建设用地2种不同土地利用方式下土壤重金属污染情况,采集并分析了159个表层(0～20 cm)土壤样品中的Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni 8种重金属含量,采用主成分分析法(PCA)进行来源解析,并运用单因子污染指数法、污染负荷指数法、潜在生态风险及预警指数法进行综合评价。结果显示,农用地和建设用地8种重金属元素的平均质量分数均未超过相关评价标准筛选值,但均超过浙江省土壤环境背景值,其中农用地中Cd和Hg污染,建设用地Cd、Cu、Pb和Zn污染明显。研究区农用地和建设用地土壤重金属综合污染负荷指数(PLI)均为轻度污染状态,且对土壤污染贡献率最大的重金属元素均为Cd,可为研究区土壤重金属的污染防治、风险管控提供依据。研究区农用地除Cd为中度污染外,其他7种重金属均为轻微污染;建设用地Cd为重度污染,Cu、Zn、Pb为轻度污染,Cr、Hg、As、Ni为轻微污染。研究区农用地土壤Ni、Zn、Cu、Cr主要受土母质影响,Cd和Pb主要来源可能为交通运输,Hg和As主要受人类活动影响;建设用地Cd、Hg、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni可能具有不同程度的相同来源...     

土壤耕作方式对双季稻镉积累分配特性的影响

为探讨镉污染稻田双季稻最优土壤耕作方式,于2015年～2017年,以陵两优211与威优46为材料,在湖南湘潭中度镉污染稻田开展定位试验,比较研究了双季免耕(G1)、双季翻耕(G2)、双季旋耕(G3)、早旋晚免(G4)、早翻晚免(G5)等5种土壤耕作方式下双季稻镉积累分配特性.结果表明:(1)晚稻根镉含量以成熟期最高,但早稻规律不明显.土壤耕作方式明显影响根镉含量,免耕处理最高,翻耕处理最低;(2)翻耕可降低早稻成熟期茎镉含量,但晚稻成熟期茎镉含量的处理间差异存在年际间差异;(3)早、晚稻叶镉含量随生育进程推进表现持续增长趋势,不同土壤耕作方式间叶镉含量差异显著,多年免耕可降低叶镉含量,而多年旋耕可提高叶镉含量;(4)水稻齐穗至成熟期穗镉含量一般呈持续增长趋势,其增幅以翻耕处理最大,免耕处理最小;(5)3年早稻地上部镉累积量均以G5处理最高,而晚稻地上部镉累积量2015年以G5处理最高,2016和2017年以G2处理最高,3年均以G1、G4、G5处理较低.可见,土壤耕作方式对双季稻镉积累分配有明显影响,翻耕促进水稻地上部镉积累,而免耕可降低水稻穗部镉含量和地上部镉累积量.     

镉污染农田土壤修复技术及安全利用方法研究进展

作物镉(Cd)超量累积是人体中镉的主要来源。研究镉污染农田土壤修复技术及安全利用方法对保护生态环境及保障食品安全具有重大意义。镉对植物的毒性效应与其生物有效性密切相关,且土壤镉的生物有效性决定其植物根系吸收量,因而基于土壤镉生物有效性调控原理的修复技术是农业环境领域近年来的研究热点。此外,植物镉含量也与植物自身特性密切有关,故筛选不同镉累积特性的植物可为镉污染土壤修复和安全利用提供重要生物质资源。文章综合评述了镉生物有效性的物理和化学调控方法,并分别就超累积植物和低累积作物介绍镉污染农田土壤的植物修复技术和安全利用方法。物理方法如水分管理主要通过改变土壤环境的Eh等理化性质从而影响土壤镉的形态转化过程,进而影响植物镉的吸收量;化学方法如施用钝化剂主要通过改变土壤的pH及土壤镉吸附特性,从而改变土壤镉的生物有效性。低镉累积作物通过减少根系镉吸收或降低地上部镉转运的方式减少可食部镉累积量;镉超累积植物的修复效率主要取决于其镉富集系数的高低及生物量的大小。化学和生物联合调控方法主要通过降低土壤镉含量或阻止镉进入作物可食部,实现"边生产边修复"。农田土壤镉污染修复技术及安全利用方法存在效率低、体系不稳定等问题,探究土壤镉生物有效性关键调控因子及其作用机制、充分挖掘特殊镉累积特性的植物资源并探寻改造植物镉耐性的方法以提高镉污染农田土壤修复效率将是今后该领域的研究热点。     

部分国家农用地土壤环境质量标准体系研究

中国、德国、加拿大、英国、日本和荷兰等国家已有较为完整的农用地土壤环境质量标准体系.笔者在分析这些国家农用地土壤环境质量标准体系的基础上,梳理了各国制定农用地土壤环境质量标准的方法、考虑因素以及标准的含义,比较得出各国农用地土壤环境质量标准的异同,以期为我国农用地土壤风险管控标准的优化提供参考和借鉴.参考各国农用地土壤...     

双季翻耕与免耕条件下水稻产量与镉累积特性比较

在湖南省湘潭县镉污染稻田开展定位试验,连续4 a比较了双季翻耕与双季免耕对双季稻产量与镉积累分配特性的影响.结果表明:(1)实施不同土壤耕作方式1 a～2 a的情况下,翻耕处理具有显著增产优势,但其产量优势随年限延长而逐渐削弱,至第4 a翻耕处理已无显著增产优势;(2)翻耕与免耕处理穗和籽粒各部位镉含量差异明显,且年际间也有差异,连续2 a以上免耕处理可降低糙米镉含量;(3)早、晚稻地上部镉累积量均表现为茎穗叶,但水稻镉累积量在年际间、早晚稻间差异极大.可见,镉污染稻田连续2 a以上双季免耕可以获得与翻耕产量相当、米镉含量更低的稻谷.     

棉秆炭对镉污染土壤的修复效果

采用盆栽方法,研究了棉秆炭对镉污染土壤的修复效果及对镉污染土壤上小白菜(Brassica chinensis)镉吸收的影响.结果表明:以微孔为主的棉秆炭能够通过吸附或共沉淀作用降低土壤中镉的生物有效性.在轻度镉污染时,棉秆炭处理土壤对镉的吸附速率较快,随着镉污染程度的增加.吸附速率逐渐减慢,吸附量逐渐增加.棉秆炭能够明显降低镉污染土壤上小白菜可食部和根部的镉积累量,可食部镉质量分数降低49.43%～68.29%,根部降低64.14%～77.66%,说明棉秆炭具有修复土壤镉污染,降低蔬菜镉含量的作用,可提高蔬菜品质.     

三种稻田粮食作物种植模式的土壤镉动态与镉移除效果比较

为明确不同种植模式(全年休闲、双季稻、双季玉米、双季高粱)对镉污染稻田土壤镉动态的影响,并比较各种植模式对土壤镉的移除效果,于2016年在湖南湘潭县中度镉污染稻田开展了大田试验.结果表明:各处理间土壤全镉含量差异不明显;与全年休耕处理相比,双季稻收获后土壤有效镉含量降低,而双季玉米与双季高粱处理有所提高,以双季高粱处理表现更明显.稻米镉含量明显超标,而玉米与高粱籽粒镉含量低于国家标准.作物全年镉累积量呈现双季高粱双季水稻双季玉米趋势.可见,双季高粱(头季+再生季)对土壤镉的活化与移除效果最好,且其籽粒镉含量低于国家标准,是中度镉污染稻田的理想替代种植模式.