关中平原畜禽粪便重金属农用风险估算

通过在关中平原畜禽养殖集中的县区采集畜禽粪便和饲料样品,测定其中Cr、Cu、Pb、Zn等重金属元素含量,以评估施用畜禽粪便造成的土壤重金属累积速率和安全使用年限.结果表明,牛粪、鸡粪、猪粪样品中Cr超标率分别为7.69%、4.35%和8.00%,而猪粪中Cu、Zn超标率分别达到76.00%和8.00%.饲料样品中Cu、Zn含量高于Cr、Pb含量,且与畜禽粪便Cu、Zn含量呈极显著正相关关系,结合主成分分析可知,畜禽粪便中Cu、Zn主要来源于饲料.形态分析结果显示,畜禽粪便中Cu、Zn的有效性很高,尤其是鸡粪中Cu、Zn的有效态含量最高.若畜禽粪便施用量保持在当前水平,则施用畜禽粪便24.4~131.0年和69.7~91.9年后,大棚土壤中Cu、Zn含量即可从土壤背景值分别达到安全临界值,因此,畜禽粪便农用时,不仅要控制其施用量,还应适当减少饲料中Cu、Zn添加量.     

畜禽粪便有机肥中重金属在土壤剖面中积累迁移特征及生物有效性差异

通过田间小区试验,定量化研究连续4 a施用不同量猪粪、鸡粪有机肥后不同重金属在土壤剖面中迁移积累特征及生物有效性差异,为科学确定农田土壤重金属的环境容量提供依据.结果表明,连续4 a施用猪粪显著增加了耕层土壤中Cu、Cd的含量,与对照比增幅分别是43.8%~118.6%和28.2%~44.9%.施用鸡粪显著增加耕层土壤Cu、Zn、Cd、Cr、As、Pb含量,增幅分别为29.7%~48.5%,239%~456%,19.9%~80.8%,40.4%~163%,11.8%~22.0%和80.3%~95.0%.猪粪带入的Cu、Zn在耕层土壤中的积累率分别为76.4%~119%和14.2%~20.4%,鸡粪带入Cu、Zn在耕层土壤中的积累率分别为72.1%~88.7%和63.9%~78.9%.施用高量的猪粪、鸡粪Cu、Zn存在明显向土壤深层迁移现象,连续4 a施用60 t·hm^-2的猪粪,Cu迁移到了15~30 cm土层.连续4 a施用60 t·hm^-2鸡粪,Zn迁移到了30~60 cm土层.但连续4 a施用不同量猪粪和鸡粪,土壤剖面中耕层以下土层中Cd、Cr、As、Pb含量均没有显著增加.连续4 a施用鸡粪显著降低小麦籽粒中Cu、Cd含量,显著增加了小麦籽粒中Zn、Cr含量和小麦秸秆中Zn含量,连续4 a施用猪粪显著降低了小麦籽粒中Zn含量,60 t·hm^-2猪粪显著增加了小麦子粒中As含量,猪粪处理还显著增加了秸秆中Cu、As含量.4 a小麦收获累计对有机肥带入重金属的携出率小于6%.小麦籽粒对Cu、Zn的累计携出量高于秸秆,对Cd、Cr、As、Pb携出量低于秸秆,有机肥用量越高,小麦收获对有机肥带入重金属的携出率越低.确定农田土壤重金属环境容量时应考虑不同有机肥中重金属在土壤剖面中积累特征和向下迁移量.     

中国农田土壤重金属空间分布特征及污染评价

土壤是农业生产过程中不可或缺的自然资源,掌握农田土壤重金属的空间分布特征及污染水平,对于农田生态系统安全及人类健康具有重要意义.基于2002年来中国各行政区农田土壤重金属实测数据,探讨了农田土壤Cr、Cd、Pb、Zn、Cu、As和Hg等7种重金属的空间分布特征,并采用地累积指数法对污染状况展开评价.结果表明中国农田土壤重金属的空间分布特征差异较为明显,南方农田土壤重金属含量明显高于北方;平均值统计结果表明,湖南、云南、贵州、四川、福建、广西以及上海的农田土壤重金属含量较高;污染评价结果显示7种重金属的污染程度大小依次为Cd>Hg>Pb>Cu>Zn>As>Cr,其中福建、广东、海南、浙江、湖南、陕西、甘肃、河南、重庆、山西、天津、内蒙古和安徽的富集程度较高.     

海南省畜禽粪便分布特征及耕地负荷研究

通过利用国内较通用的经验系数计算以及利用耕地负荷分级方法,了解海南省畜禽粪便分布特征及耕地负荷情况。海南省畜禽粪便产生量最多的市县是海口市和儋州市、文昌市,分别达到244.45万t/a和214.89万t/a、211.26万t/a;畜禽粪便耕地负荷量最大的是文昌市、琼海市,分别为61.29 t/(hm.2a)、61.19 t/(hm.2a),属于对环境威胁严重;有3个市县畜禽粪便耕地负荷量属于对环境威胁较严重,7个市县属于对环境有威胁,4个市县对环境稍有威胁,2个市县对环境无威胁。     

热解温度对畜禽粪便生物炭重金属特征变化的影响

为了揭示畜禽粪便生物炭中重金属的特征变化,以鸡粪、猪粪渣和牛粪为原料,采用低氧控温法制备生物炭,研究了不同热解温度（350、450、550、650和750℃）的畜禽粪便生物炭产率、重金属（Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和Ni）含量和相应富集系数的变化,以及原料来源、热解温度和重金属特征的相关性.结果表明,随着热解温度的升高,畜禽粪便生物炭产率逐渐下降,各重金属元素含量（Cd除外）逐渐增加,多数重金属富集系数呈降低的趋势,总体上高温热解虽增加了畜禽粪便生物炭的重金属含量,但也利于炭化过程中重金属的挥发迁移.畜禽粪便生物炭中重金属含量与热解温度、原料来源密切相关,其中与热解温度的相关性均显著,各生物炭的重金属富集能力表现为鸡粪＞猪粪渣＞牛粪.综合分析发现,热解温度对畜禽粪便生物炭的重金属特征变化有显著影响,选择低重金属含量和低富集系数的畜禽粪便可避免高温制备的生物炭在实际应用中由自身重金属可能带来的二次污染.     

河南省典型工业区周边农田土壤重金属分布特征及风险评价

为深入探讨典型工业区周边农田土壤重金属分布的特征,以河南省新乡市凤泉区大块镇工业区周边农田土壤为研究对象,对表面和剖面方向上土壤As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等7种重金属污染的空间分布和污染风险进行分析,并使用主成分分析进行污染源解析,为该类工业区周边农田重金属污染治理与防控提供理论基础.结果表明,该工业区内...     

宿南矿区土壤重金属含量特征及其来源解析

为研究淮北煤田宿南矿区土壤重金属含量特征,测试了土壤中重金属Fe、Mn、Cd、Cr、Pb、Ni、Zn和Cu的含量,采用地累积污染指数法和潜在生态风险指数法对土壤重金属污染进行评价,并运用多元统计分析对重金属污染来源进行解析。结果表明,Cd、Cr、Pb、Ni、Zn和Cu的均值含量不超过土壤环境质量二级标准;综合评价结果显示,Cd污染累积程度明显,且Cd是最主要的生态风险因子;聚类分析将重金属划分为具有相似地球化学过程的3组,即Ⅰ类(Fe、Ni和Pb)、Ⅱ类(Mn、Cu和Cd)和Ⅲ类(Zn和Cr);主成分分析从重金属元素中筛选出3个主成分(PC1、PC2和PC3),PC1(Mn、Cu和Cd)表示为煤矿开采与道路煤尘扩散污染,PC2(Fe、Ni和Pb)解析为土壤母质与尾气排放作用,PC3(Zn和Cr)表示交通运输与农业生产活动污染。     

典型流域农田土壤重金属污染特征及生态风险评价

采用野外采样和室内分析相结合的方法,以原有工业污染较严重的某流域农田表层土壤为研究对象,分析了土壤中重金属Hg,Cr,Cd,As,Pb,Cu,Zn和Mn的含量及污染特征,并采用地累积指数法和潜在生态危害指数法对农田土壤重金属污染进行了生态风险评价. 结果表明:研究区农田土壤中各元素的含量均高于背景值,仍存在一定程度的污染,其污染程度由强至弱依次为Cd＞As＞Zn＞Cu＞Pb＞Cr＞Hg＞Mn;研究区农田土壤存在较高的潜在生态风险,在8种重金属中镉的风险指数最高. 表明流域内历史工业污染对农田土壤环境仍具有一定的生态危害性.      

福建省龙海市南部表层土壤重金属元素累积特征研究

基于2004年和2015年福建省龙海市南部表层土壤获得的重金属元素和pH值测试数据,采用数理统计方法分析该区土壤Cd、Hg、Pb、As、Cu、Zn及pH值等指标的累积变化特征及影响因素。龙海市南部表层土壤Cd、Cu、As等重金属元素呈一定程度的正累积趋势,其中As和Cu的平均相对累积率分别为4.943%和5.486%;Hg呈明显贫化趋势,平均相对累积率为-12.833%;pH值呈显著酸化趋势,在研究区不同土壤中具有一定的差异性;Pb、Zn变化不显著。研究区玄武岩地质背景区平均累积率较高的元素最多,主要为Cd、Pb、As;中酸性火山岩地质背景区平均累积率较低的元素最多,主要为Cu、Pb、Zn、As;园地土壤平均累积率总体较高的元素最多,主要为Cd、Pb、As、Hg;耕地土壤平均累积率较低的元素最多,主要为Cd、Cu、As、Hg。此外,人类活动也是造成龙海市南部土壤重金属元素累积或贫化的重要因素。     

畜禽粪便污染负荷及风险评估——以杭州市为例

针对规模化畜禽养殖业发达地区畜禽粪便引发的重金属和可溶性盐污染负荷重等问题,以杭州市为例,分析了杭州市各区县由畜禽粪便引起的氮、磷污染负荷.同时,通过空间分析与基于土壤盐分和重金属累积模型的模拟预警分析,评估了畜禽粪便农用过程中对温室土壤次生盐渍化和重金属累积的潜在影响.结果表明,杭州市畜禽粪便氮磷污染负荷分布不均,以...     

铅锌冶炼厂周边农田土壤重金属污染空间分布特征及风险评估

以焦作某铅锌冶炼厂为例,采用网格布点法在冶炼厂周围64 km2范围内采集表层农田土壤样品135个.在实验室测定了土壤重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni、V、Co)含量,利用Arcgis 10.1进行克里格插值分析研究区域农田土壤中重金属的空间分布特征,并利用富集因子法、潜在生态风险以及健康风险模型对研究区域农田土壤中重金属污染状况及潜在风险进行评价.结果表明,研究区域农田土壤中Cd、Pb、Cr、Zn的平均值均高于河南省A层土壤元素背景值,Cd的平均值为国家土壤环境质量二级标准的2.8倍;研究区域内总体污染分布呈西高东低,中部冶炼厂附近为Pb、Cd重度污染区,在3 km范围内距离工厂越近污染越严重.在研究区域内,Cd为重度污染,部分样点Pb、Cu、Zn污染较严重,Cr、Co为轻度污染,Ni和V几乎不受工厂影响.风险评估结果显示,研究区域内Cd存在严重的潜在生态风险和健康风险,Pb、Cu存在较严重潜在生态风险,Cr存在较严重的致癌风险.     

中国农田土壤重金属富集状况及其空间分布研究

在统计有关我国农田土壤重金属相关文献数据的基础上,探讨了我国农田土壤重金属Pb、Cd、Cu、Zn和Cr的空间富集现状.收集到有关土壤Pb、Cd、Cu、Zn和Cr含量的研究分别为173、138、156、139、140个.首先剔除异常值,然后利用剩余样本进行克里金插值,并统计各省地区重金属含量平均值.结果表明我国重金属空间分布具有明显的区域特征,西南地区土壤重金属含量较高,其他地区相对较低;与分省的土壤背景值相比较,农田土壤Pb和Cd的含量明显高于背景值.土壤Pb在云南省超出背景值最高,为背景值的1.91倍;Cd在辽宁省超出背景值最高,为23.02倍;Zn在云南省富集最为严重,是背景值的1.55倍,Cu最高的是广东省,达到背景值的2.92倍.     

吉林四平设施土壤和蔬菜中重金属的累积特征

选取吉林四平市典型设施蔬菜生产系统为研究对象,采集不同土地利用方式下的设施菜地、玉米地和森林土壤样本124份进行比较分析,同步采集设施蔬菜(81份)、肥料(50份)及灌溉水样品(10份),利用电感耦合等离子体质谱技术检测重金属含量,以揭示设施土壤及相应蔬菜中重金属的累积特征.结果表明,研究区域设施菜地中除铅(Pb)以外的重金属元素含量显著高于玉米地和林地,设施土壤重金属镉(Cd)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、锌(Zn)均出现了不同程度的累积,研究区域不同类型土壤Cd平均含量为0.45 mg·kg-1,约42.8%的样本Cd超过温室蔬菜产地环境质量评价标准(HJ 333-2006),其他重金属均未出现超标现象;不同类型蔬菜比较,叶菜类Cd含量(以鲜重计)为0.033 mg·kg~(-1),明显高于果菜类,2.5%的蔬菜Cd超标,1.2%蔬菜存在Pb超标,其他重金属均未出现超标现象;随着设施利用年限的增加,土壤酸化愈加明显,设施土壤和蔬菜中重金属呈同步累积趋势;设施蔬菜重金属含量受土壤pH、有机质的显著影响;含高量重金属有机肥和化肥的大量施用是设施土壤重金属累积及设施蔬菜风险增加的重要原因.     

基于PMF模型的农田土壤重金属源暴露风险综合评价:以浙江省某电子垃圾拆解区为例

为探究农田土壤重金属污染特征、来源及其人体健康风险,为农田污染治理提供重要科学依据,采集了浙江省典型电子垃圾拆解区周边农田133个表层（0~20 cm）土壤样本,测定了土壤Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、As和Hg含量,运用多种方法评价重金属污染程度及生态风险,采用正定矩阵因子分解法（PMF）融合地统计学,解译污染来源及定量各个污染源的贡献度,将源解析结果和人体健康风险评价模型相结合,从来源暴露角度评价了各个污染源对人体健康的风险.结果表明,ω（Cd）、ω（Pb）、ω（Cr）、ω（Cu）、ω（Zn）、ω（Ni）、ω（As）和ω（Hg）平均值：0.76、65.22、92.02、103.92、198.49、36.65、5.97和0.20 mg ·kg^-1,Cd和Cu含量平均值均高于农用地土壤污染风险筛选值,点位污染占比分别为85.71%和96.24%.Pb、Cr、Zn和Ni含量平均值超过浙江省温黄平原土壤背景值,As和Hg在限值内.污染评价结果表明,土壤综合潜在生态风险以轻-中度为主,占比达90.98%,较高和高度风险占比都为4.51%,Cd为主要潜在生态风险元素.研究区重金属污染来源主要为电子垃圾拆解工序污染源（26.82%）、燃煤及交通排放混合源（34.50%）、自然母质及农业投入混合源（25.59%）和电子垃圾酸洗径流及固废淋溶来源（13.09%）.儿童重金属暴露健康风险显著大于成年人,自然母质和农业投入混合源对人体健康风险贡献最多,Cr是对人体健康风险影响最大的元素.     

中国农田畜禽粪尿氮负荷量及其还田潜力

为准确掌握中国各省区畜禽粪尿及氮负荷量,以及还田利用潜力,本研究基于统计数据和已有资料,利用猪粪当量(N)估算了1978年以来中国畜禽粪尿量的变化规律,以及各类畜禽粪尿的构成比例,分析和评价了2016各省份畜禽粪尿、纯氮负荷量的空间分布和污染风险,并估算了各省份畜禽粪尿的还田潜力.结果表明,中国畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分量总体上呈\"快速增加(1978~2005年)-保持稳定(2006~2016年)\"的变化态势,到2016年,分别达到366 822.01×10~4t和2 024.10×10~4t,均增长了105.78%,94.03%~98.34%的粪尿量来源于家禽、羊、猪和牛.畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分量最大的区域是华北地区,其中河南省为最,分别占全国的22.25%和8.81%.其次是四川,占8.14%.按耕地、作物播种面积和农用地面积分别计算单位面积上的畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分量,并进行r值分级和环境风险评价.如果承载场所为耕地,负荷量较大的是西南和东南地区,污染风险较严重的是华北地区,为Ⅳ级;若按农作物种植面积,西北和西南地区负荷量较大,西北和华北地区为Ⅲ级有污染风险;若按农用地计算,华北和东南地区负荷量较大,华北地区Ⅲ级有污染风险,湖南负荷量最大,北京、山东和河南为Ⅳ级较严重污染风险.全国畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分还田量分别为113 480.75×10~4t和626.15×10~4t,按单位农用地面积分别相当于3.07 t·hm~(-2)和16.92 kg·hm~(-2),华北地区最大,为8.27t·hm~(-2)和45.62 kg·hm~(-2).若按50%的粪尿N养分环境容量(85 kg·hm~(-2))计算,全国可增加粪尿N养分还田量为2 520.21×10~4t,粮食主产区黑龙江还田潜力最大,其次是四川.     

汾河水库周边土壤重金属含量与空间分布

基于95个表层土壤样品重金属实测含量,运用多元统计和地统计相结合的方法,对汾河水库周边土壤重金属含量的分布特征和来源进行分析.结果表明,研究区土壤重金属Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的平均含量分别为38.45、19.09、24.02、11.98、55.01 mg.kg-1,均没有超过国家土壤环境质量一级标准和山西省土壤背景值,但各元素均有部分样品含量超过山西省土壤背景值,其中Pb、Cr和Cu的超标率较为显著,分别为28%、14%和13%.相关分析和因子分析结果显示,各元素超标部分的来源可分为三类,Cu、Ni和Zn为一类,Cr和Pb分别单独为一类.分析各重金属空间分布图发现,第一类元素的超标部分主要来源于城镇区域内的日常生活和生产活动,Cr和Pb的超标部分则分别主要来源于农业生产活动和交通运输等.Cr和Pb元素的高值区分别位于汾河水库的上游和下游区域.     

湖南省某典型流域农用地土壤重金属污染及影响因素

农田土壤环境直接关系到农产品质量安全,是维系“菜篮子”工程、保障“吃的放心”的重要基础,近年来受到广泛关注.为探明农田土壤重金属污染分布特征及主要影响因子,以污染问题突出、地势起伏较大、水网密布的我国湖南省某典型流域为研究区,以流域主干河流沿线的农田土壤为研究对象,借助单因子指数、内梅罗指数和潜在生态危害指数,综合评价土壤Cd、Hg、As、Pb、Cr这5种重金属的污染状况;结合多元统计分析与地统计分析的方法,分析土地利用类型、地形因子与重金属含量的关系,并对土壤重金属空间分布和污染来源进行探究.结果表明:①研究区土壤Cd、Hg、As、Pb、Cr的平均含量分别为1.59、0.19、33.01、229.95、72.78 mg/kg.其中,Cd、As、Pb的平均含量均超过研究区土壤背景值.②内梅罗指数分析显示,研究区中77.16%的土壤点位评价结果为重度污染;与GB 15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》中农用地土壤污染风险管制值相比,土壤点位中Cd、As、Pb超标现象突出,主要分布于流域上游西部;综合潜在生态危害评价结果表明,3.05%的土壤点位表现为强生态风险及以上.③不同土地利用类型中,土壤重金属含量存在显著差异.旱地、水田、果园土壤中Cd、Hg、As、Pb的含量依次降低.高程与各重金属（除Hg外）含量均呈显著相关（P < 0.05）,坡度、坡向与各重金属含量的相关性均不显著（P < 0.05）.④源解析结果表明,流域农田土壤中Cd、As、Pb受到工业生产活动、交通运输、农业活动的综合影响,Hg、Cr主要来源于成土母质等自然因素.研究显示,研究区土壤中重金属存在一定程度的污染,重金属富集受土地利用类型、高程及人为因素的影响较明显.