典型硫铁矿区农田土壤-作物系统重金属生态风险及迁移富集特征

为揭示硫铁矿区地质高背景和人为活动影响叠加区下土壤-作物系统重金属生态风险,分析测试了某硫铁矿区农田土壤-作物系统中重金属含量及其赋存形态,利用生物富集系数(BFC)、潜在生态风险指数(RI)、风险评估指数(RAC)和相关分析等方法开展了重金属生态风险评估及迁移富集影响因素研究.结果表明,土壤中Cd、 Cu、 Pb和Zn含量均值均显著高于浙江省和全国表层土壤背景值.土壤中Cd单指标潜在生态风险危害最大,其次是Hg;重金属综合潜在生态风险(RI)以轻微等级为主,占比为52%.土壤中Cd的生物有效组分和潜在生物有效组占比分别为46%和33%,生物有效性相对较高;Cu和Pb以潜在生物有效组分为主,占比分别为60%和73%; As、 Cr、 Hg、 Ni和Zn均以残渣态为主(残渣态占比>60%).RAC评价显示,元素风险等级大小依次为：Cd>Zn>Cu>Pb>Ni>As>Cr>Hg,土壤Cd潜在生态风险最大,以高和极高风险等级为主,其他各元素RAC均为无风险或低风险.与土壤中Cd含量相比,研究区作物中Cd含量超标率明显较低,仅8件水稻籽实样品Cd...     

广西典型岩溶区农田土壤-作物系统Cd迁移富集影响因素

为揭示岩溶区农田土壤-作物系统Cd迁移富集主要影响因素,选择广西典型岩溶区根系土-水稻籽实Cd含量及土壤pH值、有机质(OM)、氧化物含量和质地数据,通过Spearman相关性分析和主成分分析(PCA),开展了土壤理化性质对土壤和水稻籽实Cd含量的影响研究.结果表明,相比于全国土壤背景基准值,研究区土壤中总氧化铁(TF...     

广东鼻咽癌高发区土壤-作物系统重金属迁移特征及健康风险评价

为揭示广东鼻咽癌高发区土壤-作物系统重金属迁移特征及健康风险,选择鼻咽癌高发区四会市农田系统为研究对象,采集了稻谷和油麦菜样品及对应的土壤样品,在分析土壤和农作物样品中As、Cu、Hg、Mn、Ni、Pb和Cd这7种重金属含量及化学形态的基础上,采用统计学分析、污染指数评价法、迁移系数法和健康风险评价法等开展土壤-作物系统重金属的迁移特征及健康风险评价.结果表明,研究区农田土壤基本清洁(P_综=0.43);土壤中Cd和Mn主要以生物可利用态存在,Hg主要以潜在可利用态存在,As、Cu、Ni和Pb主要存在于残渣态中.研究区油麦菜基本安全(P_综=0.48),稻米污染指数(P_综=7.66)高于油麦菜,主要污染元素为Pb (PI=10.25).研究区土壤中Cd和Cu更容易被油麦菜吸收富集,Cd、Cu和As更容易被稻米吸收富集,农田土壤重金属污染防治工作应特别关注Cd和Cu污染,对于稻田应同时关注As的污染.研究区成人和儿童食用油麦菜的非致癌风险指数(HI)均小于1,总致癌危害指数(Risk)均值小于1×10^-4...     

钒钛磁铁矿尾矿库复垦土地及周边土壤-玉米重金属迁移富集特征

选取承德中部典型钒钛磁铁矿集中区为研究区,分尾矿库复垦土地、尾矿库周边农用地和对照区农用地系统采集了土壤样品和玉米样品各86件,尾矿砂样品50件,矿石和矿石围岩样品33件.在分析土壤和玉米籽实样品Fe、Cu、Ni、Cd、Cr、Pb、Zn、Hg、Ti、Mn和Mo元素含量和土壤、尾矿砂和矿石围岩重金属赋存形态基础上,采用描...     

典型碳酸盐岩区耕地土壤剖面重金属形态迁移转化特征及生态风险评价

碳酸盐岩土壤母质区是我国耕地土壤重金属高含量的主要分布区,且耕地重金属迁移转化受到自然过程与人为活动的交互影响.以广西碳酸盐岩母质水田9条土壤剖面为研究对象,在分析测试土壤Cd、As、Zn、Cr、Cu、Hg、Ni和Pb含量、pH、Corg含量等土壤性质指标以及Cd、As、Zn和Cr赋存形态基础上,重点探讨了研究区耕地土...     

贵州铅锌矿区土壤和作物重金属生态风险与迁移特征

土壤中积累高含量的重金属对生态环境和人体健康存在潜在风险.以贵州省某铅锌矿区农田土壤和作物为研究对象,运用GIS空间制图分析了重金属的分布与来源,采用潜在生态风险指数(RI)评价了重金属的潜在生态风险,利用美国环保署(USEPA)推荐的人体健康风险评估方法量化了居民暴露于铅锌矿周围土壤重金属的健康风险.结果表明,土壤中ω(As)、ω(Cd)、ω(Cr)、ω(Cu)、ω(Hg)、ω(Ni)、ω(Pb)和ω(Zn)平均值分别为：58、7.9、175、64、0.461、65、1 539和2 513 mg·kg^-1,均显著高于贵州省表层土壤元素背景值.土壤As、Cd、Cu、Hg、Pb和Zn含量在空间分布上极不均匀,其受到了强烈的铅锌矿冶炼等人为扰动.RI评价显示,土壤重金属存在极强、较强等级为主的综合潜在生态风险,Cd为主要的生态风险因子. 22%和10%的玉米籽实样品中Pb和As分别超过了食品安全国家标准中的重金属污染阈值.人体健康风险评价显示,暴露于土壤重金属对成人和儿童存在非致癌健康风险,对儿童存在一定的致癌健康风险.土壤pH值是影响Cd生物有效性和土壤-作物系统C...     

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。     

典型地质高背景区土壤硒-镉迁移累积特征及其生物有效性

地质高背景区土壤中普遍存在的硒-镉（Se-Cd）共生现象直接影响富Se土地资源的安全利用.为探究西南地质高背景区土壤-作物系统Se-Cd迁移累积特征及生物有效性,实现地质高背景区天然富Se土地资源的安全利用,系统采集分析84件农作物（玉米）及其配套根系土壤样品中Se-Cd含量及理化性质,采用地统计、生物富集因子及地理探测器等分析方法,开展土壤-作物系统中Se-Cd累积特征、影响因素及生物有效性评价.结果表明,研究区土壤Se-Cd含量显著高于全国和云南省土壤背景值,受地质背景、成土过程中次生富集作用和农业活动的影响呈现不同程度的积累富集特征,根系土壤Se地累积指数等级为无富集到轻微富集等级,赋存形态以残渣态为主;土壤Cd地累积指数等级以中度污染等级为主,赋存形态以残渣态和铁锰结合态为主.作物籽实富Se率达98.8%（DB 50/T 524-2013）,生物富集因子均值为5.8%;作物籽实Cd含量超标率仅1.19%（GB 2762-2022）,Cd生物富集因子平均值为2.11%,作物籽粒Cd的生态风险相对较低.地质背景成因的Se-Cd共生区,土壤弱碱性环境能有效降低区内作物籽实Cd的生物有效性,土壤富Se对于作物吸收Cd有一定抑制效果.相关分析显示,土壤-作物系统中Se和Cd从土壤向作物籽实的迁移累积受元素赋存形态和土壤理化性质（pH）等因素的影响,同时,土壤-作物系统中Se与Cd相互之间也存在一定的拮抗作用.     

江浙地质高背景区土壤-水稻系统重金属迁移富集特征研究

为了解地质高背景区农田土壤的重金属富集及迁移特点,该文对2种不同地质高背景（江苏玄武岩区和浙江黑色页岩区）农田土壤及水稻籽实中元素（Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As）分布特征进行分析;研究2个地区土壤-水稻系统中重金属迁移富集差异及主要影响因素,并结合土壤基本理化性质和有效态重金属建立对水稻籽实中主要重金属含量的预测模型。研究结果表明,Cd是江浙地质高背景区农田土壤中暴露风险最高的重金属元素,其中重金属元素Zn、Cu、Cd的生物富集因子最高,Ni和As相对较高,Cr和Pb最低,江苏玄武岩区农田土壤中Ni的迁移能力较强而浙江黑色页岩区Cd的迁移能力较强。土壤pH、CaO和Fe2O3等理化性质是影响农田土壤中重金属迁移能力的关键因素。回归预测模型表明,水稻籽实中重金属累积受到pH、CEC、黏土矿物和碳酸盐矿物的显著影响,而EDTA提取的有效态重金属更容易在水稻籽实中迁移富集。     

土壤中重金属生物有效性研究

土壤重金属污染问题是当前主要的环境问题,结合中国人多耕地少的国情,中国面临的土壤环境安全问题更加严峻.已有大量实验研究表明,土壤环境中能被生物吸收利用的重金属才是衡量重金属元素对生态环境影响的关键参数.文章在分析国内外土壤重金属生物有效性相关文献的基础上,介绍了生物有效性的定义以及影响土壤重金属生物有效性的因素,讨论了两种常用研究土壤有效态重金属方法(化学提取法和生物学评价法)的原理和优缺点,在此基础上,提出今后的研究方向,以供研究者参考.     

老工业城市土壤-作物系统重金属的迁移累积及风险协同评价

为查明老工业城市土壤-作物系统的重金属环境地球化学特征,测试和分析石嘴山市水稻、小麦和玉米籽实及其根系土重金属含量和形态,利用统计学方法、风险评价编码法(RAC)、生物富集系数法(BCF)、土壤和农产品综合质量影响指数法(IICQ)及ArcGIS空间插值法开展土壤-作物系统重金属的迁移累积特征剖析及风险协同评价.结果表明,根系土中重金属ω(As)、ω(Cd)、ω(Cr)、ω(Cu)、ω(Hg)、ω(Ni)、ω(Pb)和ω(Zn)均值分别为12.56、 0.19、 63.48、 23.52、 0.038、 28.86、 21.68和69.47mg·kg^-1,与宁夏土壤背景值相比呈一定程度的累积,其中以Cd和Hg累积效应最为显著,但均低于农用地土壤污染风险筛选值;配套作物中上述8种重金属含量均值分别为0.014 9、 0.011 2、 0.075、 6.7、 0.001 5、 0.67、 0.042 7和20.48mg·kg^-1,与食品中污染物限量相比,作物中As、 Pb和Cr点位超标率分别为4%、 3%和1%,其余元素均未超标;相比水稻和小麦,...     

基于成土母质分区的土壤-作物系统重金属累积特征与健康风险评价

滇东北是中国西南典型的土壤重金属高背景地区,土壤中重金属普遍富集,土壤重金属分布和区域内农作物的安全性值得关注.根据滇东北土壤成土母质分区,以1137组农作物和对应的根系土壤为研究对象,采用元素赋存形态分析和慢性健康风险评价法开展土壤-作物系统重金属累积特征和农作物健康风险评价.结果表明,铅锌矿集区土壤Cd和Pb重金属均高于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)土壤污染管制值,其余母质区土壤Cd介于筛选-管制缓冲区内,Pb则低于最低土壤风险筛选值.依据《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2017),区内土豆和黄豆中重金属Cd超标严重,苦荞和核桃中重金属Pb超过限量值,农作物重金属Cd超标率为:碎屑岩母质区＞玄武岩母质区＞铅锌矿集区＞碳酸盐岩母质区≈第四系沉积物区＞砂(泥)岩母质区.同时,根据美国环保署对于人体摄入重金属慢性健康风险评估方法可知,谷薯类主食和水果类均存在重金属摄入慢性健康低风险,其中碎屑岩母质区、砂(泥)岩母质区、第四系沉积物区和铅锌矿集区这4个区域内农作物显示较高的人体健康风险,且随着土壤理化性质改变和食用农作物种类的增加,风险将逐渐增大.     

不同碳酸盐岩对铅锌冶炼废渣-黑麦草体系中重金属迁移的影响

为探究岩溶环境制约下贵州喀斯特地区广泛存在的碳酸盐岩对铅锌冶炼废渣-黑麦草体系中重金属生物有效性的影响,本文以黔西北土法炼锌废渣为研究对象,通过盆栽实验向改良后的废渣中施加两种典型天然碳酸盐岩(石灰岩、白云岩)及其主要成分的化学品(碳酸钙、碳酸镁),经种植黑麦草培育3个月后分析废渣基质中Cu、Pb、Zn、Cd等重金属的形态变化与植物富集转运系数。结果表明:处理前铅锌废渣中Pb、Zn、Cu、Cd的总量分别为17 682、8 427.2、2 066、174.8 mg/kg,Cd的酸溶态比例最高,环境风险较大。与对照相比,施用天然碳酸盐岩(石灰岩、白云岩)或其主要化学成分的化学品(碳酸钙、碳酸镁)后均显著降低了铅锌废渣中酸溶态Cu、Pb、Cd的比例并增加了残渣态Zn的比例,5种添加物(石灰岩、白云岩、钙盐、镁盐、混合碳酸钙镁)施用均不同程度地增加了铅锌废渣中残渣态Cd的含量。添加量为4g/kg(即0.4%)时,与对照相比,5种添加物使黑麦草根和叶片中重金属Cd分别降低了3.62%～29.54%和28.21%～43.59%。冗余分析表明,根中Ca、Mg与酸溶态Cu、Pb、Zn、Cd呈显著性负相关;两种典型碳酸盐岩(石灰岩和白云岩)及其主要成分的化学品添加形成的岩溶环境制约下,铅锌冶炼废渣-黑麦草体系中多种重金属的生物有效性受到明显抑制,可有效减弱其上所种植物黑麦草对重金属的吸收。相关结果对喀斯特地区矿冶废渣堆场重金属污染的原位控制、矿山复垦及生态修复具有一定的理论参考和实践价值。     

厦门某国道旁土壤重金属赋存形态及生物有效性

采用改进的BCR提取法结合ICP-MS测定厦门某国道旁土壤中重金属Fe、Mn、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、V、Sr的赋存形态,分析其形态与土壤性质之间的相关性,运用风险评价编码(RAC)法和次生相与原生相分布比值(RSP)法评估重金属生物有效性。结果表明:表层土壤重金属含量随路基距离的增加先降低后增高,在距路基0～1 m处含量最高,说明国道旁重金属受交通运输影响较大;垂直剖面土壤中Cu、Zn、Mn、Pb、Sr含量随土壤深度的增加而降低,其含量峰值主要出现在表层0～10 cm处。表层土壤中Pb、Cu、Zn、Mn、Sr的可提取态比例随距路基距离增加先降低后升高; Ni、Zn、Cu、Sr、Mn和V可提取态比例随垂直剖面深度增加而降低。元素各形态含量随元素总量的增加而增加,各形态间存在一定的相关性,重金属化学形态受土壤性质的影响。表层土壤中大部分重金属RAC值呈两端高中间低的趋势。其中Zn、Sr和Mn在距路基0～1m处风险较高,以交通活动来源为主;其余重金属在低风险范围内,但Cu受到交通活动、水泥厂的显著影响; Fe、V和Pb以自然来源为主。垂直剖面土壤重金属的RAC值呈整体下降趋势,Cu、Sr、Ni和Zn的高风险主要发生在表层,受到交通源的影响,其它重金属的风险低且以自然源为主。     

湖北省铜绿山矿区农业土壤重金属形态及生物有效性

以铜绿山矿区农业土壤为研究对象,采用BCR连续提取法提取并测定了土壤中Cu、Zn、Pb、Cd四种重金属的形态和含量,分析了重金属各形态、土壤p H和有机质之间的相关性;并对重金属分布特征和有效性进行了分析,探究土壤本身性质对矿区农业土壤重金属及其生物有效性的影响因子。结果表明:矿区农业土壤受到重金属不同程度的污染,重金属的污染程度大小为:CuZnPbCd;各重金属之间存在不同程度的相关性,Pb和Zn之间显著相关,二者可能属于同源污染物;四种重金属总量与土壤的p H和有机质不存在相关性;Pb与Cu、Zn和Cd有效态含量之间有显著相关性,表明矿区农业土壤中重金属Pb与Cu、Zn和Cd有效态含量之间相互促进、相互影响的作用较强;矿区农业土壤p H值与Pb_(可还原态)、Cd_(可还原态)、Cd_(弱酸提取态)、Cd_(可氧化态)之间均存在显著相关关系;有机质含量与Pb_(可还原态)、Pb_(残渣态)、Cu_(残渣态)、Cd_(弱酸提取态)、Cd_(可还原态)、Cd_(可氧化态)之间相关性显著,可见土壤的p H值、有机质都会对土壤中重金属的化学形态产生一定的影响;土壤中Pb、Cd的生物有效性主要受其全量、土壤p H和有机质的影响,而Zn和Cu受其全量、土壤p H和有机质的影响较小。     

重金属形态与生物毒性及生物有效性关系的研究进展

简要介绍了近年来环境化学中与生物毒性有关的重金属化学形态分析研究。同时归纳了环境因素对形态分布及生物毒性影响的研究进展,如何建立起形态和毒怀两者间的联系,即由物理化学测试给出生物毒性和生物有效性信息,是形态分析的发展方向,在形态与生物毒性上建立起飞析的水质标准,是目前研究的重点。