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<正>本期"专论与综述"栏目刊发了由中国科学院生态环境研究中心、中国科学院大学唐文忠、孙柳、单保庆撰写的《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》一文。土壤是社会经济可持续发展的重要自然资源,沉积物是水环境的重要组成部分,故土壤/沉积物中重金属的污染问题已引起人们的高度重视。该文系统梳     

土壤中重金属的生物有效性分析方法及其影响因素综述

土壤环境质量关系着粮食安全和生态安全。对土壤环境质量进行正确的评价尤为重要,而重金属的生物有效性对于揭示环境污染程度和评价生态风险具有重要意义,因此探寻土壤中重金属生物有效性的分析方法是目前国内外研究的热点。主要介绍了化学试剂提取法、薄膜扩散梯度技术(DGT)、道南膜技术(DMT)和同位素稀释法在重金属生物有效性分析方面的应用,并归纳了影响重金属生物有效性的主要因素,为重金属生物有效性分析方法的统一提供参考。     

阳宗海沉积物中重金属生物有效性评估

通过测定和分析阳宗海表层沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)和同步提取重金属(SEM)的含量和分布特征,采用SEM/AVS方法对阳宗海表层沉积物中重金属的生物有效性进行评估;同时,采用生物有效阈值法评估了单一重金属的生物有效性。研究得出以下结论:阳宗海表层沉积物中AVS含量为15.09~149.74μmol/g,平均值为49.42μmol/g,从南向北呈递减趋势;AVS在南部和中部均与湖泊水深呈现正相关关系;∑SEM(包括Cu、Cr、Pb、Zn、Mn、As、Cd)含量分布波动较小,其范围为4.84~16.10μmol/g,平均值为10.28μmol/g,其分布规律为北部大于南部;阳宗海各采样点SEM/AVS1,说明阳宗海表层沉积物中重金属不会对生物产生不良影响;从单一重金属来看,Pb可能经常产生生物毒性,Cu有可能产生生物毒性,其他金属除部分点可能产生生物毒性外,整体上几乎不会产生生物毒性。     

水体沉积物重金属生物有效性及评价方法

在研究以重金属为主要污染物的水体中,通常把沉积物视为探索环境重金属污染的工具。由于沉积物中重金属化学行为和生态效应的复杂性,对沉积物中重金属生物有效性的研究是当前学术界的热点研究课题。本文就沉积物中重金属的生物有效性及沉积物质量评价方法作了简要评述。包括沉积物对水生生物的作用机理,孔隙水重金属浓度的估算,沉积物质量评价方法,沉积物质量基准。     

生物炭对土壤中铁生物还原作用和重金属分布的影响

构建厌氧精瓶培养实验体系,探讨生物炭对土壤中铁的生物还原和其他重金属形态转化的影响。结果表明:生物炭会影响铁还原菌希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1)对土壤中铁矿物的还原溶出,降低亚铁离子浓度。培养70d后,土壤-希瓦氏菌(SR)处理组亚铁离子摩尔浓度为(291.0±58.0)μmol/L,土壤-希瓦氏菌-生物炭(SRB)处理组亚铁离子摩尔浓度降为(94.7±32.4)μmol/L。同时,生物炭改变了铁生物还原作用对土壤中重金属迁移性的影响。SRB处理组土壤中可交换态锌、钴和镍含量低于土壤-生物炭(CB)处理组,而铁锰氧化物结合态含量增加;与SR处理组相比,SRB处理组可交换态和铁锰氧化物结合态锌、钴、镍含量均有所增加。因此,在稻田等厌氧环境下应用生物炭修复重金属污染土壤时,生物炭对铁矿物生物还原、重金属形态转化的影响需要引起关注。     

生物炭吸附重金属的研究进展

生物炭是一种废弃物资源化利用的产物。作为新型环境功能材料,生物炭以其优良的环境效应和生态效应成为环境科学等学科研究的前沿热点。因其孔隙结构发达、比表面积巨大和独特的表面化学性质,对环境介质中的重金属离子有很强的吸附作用,进而影响了重金属离子的迁移与归宿。主要从生物炭的材料来源、吸附重金属离子的机制、影响因素以及对土壤中重金属生物有效性的影响等方面进行综述,并提出生物炭吸附重金属离子的未来研究方向。     

底泥疏浚对五里湖沉积物生物毒性的影响

为评价疏浚对太湖五里湖沉积物毒性的影响,采用淡水沉积物重金属质量基准和发光细菌试验法对疏浚前后太湖五里湖沉积物的生态毒性风险进行了分析.结果显示,疏浚后,尽管沉积物中Cu和Zn的总体含量降低至毒性效应低值(TEL/TEC)以下,Cr、Pb和Ni等重金属的总体含量降低至毒性效应最高值(PEL/PEC)以下,但沉积物提取液对发光菌的毒性却显著增加,且在疏浚后1个月时毒性最大,其EC25和EC50最小,分别仅为0.51%和9.16%.这表明,疏浚尽管可有效减少沉积物中重金属污染物总体含量,但并不能完全消除沉积物的生态毒性风险;相反,还有可能导致其生态毒性的风险性进一步增加.     

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.     

淋洗对污染土壤重金属形态分布及生物可利用性影响研究

淋洗是一种快速高效的土壤重金属修复技术,淋洗条件的选择对不同土地利用类型的重金属污染修复具有重要意义。以Ni、Cu、Cd复合污染土壤为研究对象,在不同淋洗条件(液固比和pH)下考察6种淋洗剂(去离子水、模拟酸雨、柠檬酸、草酸、乙二胺四乙酸二钠(Na2EDTA)和氨三乙酸(NTA))对Ni、Cu、Cd的淋洗效果、形态分布及生物可利用性影响。结果表明:(1)当液固比5∶1mL/g时,柠檬酸、Na2EDTA、NTA表现出良好的淋洗效果,对建设用地土壤Ni、Cu、Cd的去除率分别达到84.53%、92.30%、56.00%以上。(2)淋洗后土壤中可交换态、可还原态Ni、Cu、Cd浓度均明显降低。(3)总体上,淋洗使残余指数升高、迁移系数降低,重金属离子在液固比20∶1 mL/g时生物可利用性最低。(4)根据实际污染土壤效果,pH 5.2的柠檬酸或pH 7.5的Na2EDTA在液固比20∶1mL/g时可降低农业土壤的风险;建设用地土壤使用液固比5∶1mL/g、pH 7.5的Na2EDTA或pH 7.5的NTA对3种重金属的去除率达80.43%以上。     

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。     

南京玄武湖沉积物生物可利用磷的研究

采用连续提取法(SMT法)和化学提取法,研究了南京玄武湖5个采样点的沉积物中TP、各组分磷及生物可利用磷的垂向分布,探讨了玄武湖不同深度沉积物的潜在释磷能力和生物可利用磷的来源.结果表明,玄武湖5个采样点的沉积物中TP含量分布差异较大,且与人类活动密切相关.沉积物中铁磷(Fe-P)和钙磷(Ca-P)对生物可利用磷的贡献巨大,这部分磷具有较大的潜在释放风险.     

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。     

新疆某矿冶区周边土壤重金属生物有效性与生态风险评价

矿业活动对土壤系统良性运转带来较大的环境负荷,矿区周边土壤重金属污染风险评估是土壤污染防治和资源可持续开发的关键。在应用单因子污染指数法、潜在生态风险指数法、风险评价编码法(RAC),并结合空间分析和冗余分析手段的基础上,对新疆某矿冶区周边土壤重金属生物有效性和生态风险进行了系统研究。结果表明:研究区土壤As、Cu、Mn和Cd超标率分别为88%、38%、49%和24%;土壤Mn、Zn、As和Cd弱酸可溶态高值区主要集中在尾砂库和收砷房的附近区域。单因子污染指数评价揭示As和Cu污染累积较为严重。潜在生态风险评价显示,As、Cd和Cu生态风险较高,Mn为低生态风险。风险编码法(RAC)评价结果进一步揭示Mn和Cd具有显著的土壤迁移风险。冗余分析结果显示,空间异质性是影响土壤重金属弱酸可溶态含量变异的主要因素。土壤pH和重金属弱酸可溶态是影响潜在生态风险指数(RI)的2个重要因素。综合风险评价手段与多尺度分析方法的联合应用有助于提高区域风险评价的准确性。     

生物有机肥在土壤改良和重金属污染修复中的研究进展

生物有机肥兼具有机肥料和微生物肥料的性质,可以培肥土壤、调控土壤微生态平衡、改善农产品品质、控制土壤中重金属的有效性,也是农业废弃物资源化利用的重要手段。综述了生物有机肥的主要特征、生物有机肥在土壤重金属污染中的修复作用,重点介绍了生物有机肥在改良土壤性质和修复重金属方面的优越性能,指出生物有机肥领域当前存在的问题,并提出未来在肥源监管、标准修订和品种研发等方面进行改进,为保障农产品的质量安全、有机肥料的资源化利用提供参考。     

耕作土壤中钒的形态特征研究

利用改进的BCR法对不同类型、不同粒径耕作土壤中重金属钒(V)的含量及化学形态特征进行研究。结果表明,红壤中V达到264.9mg/kg,对环境及生物安全具有潜在风险;褐土和黑钙土中V含量相对较低,且褐土中V具有明显的粒级效应,即细颗粒中V含量较高。土壤中V(Ⅳ)占比明显高于V(Ⅴ),V主要以残渣态存在,但环境条件改变时,V(Ⅳ)易氧化为毒性更高的V(Ⅴ),可还原态和可氧化态能转化为弱酸提取态,导致生物有效性增强,对环境构成潜在威胁。因此,针对耕作土壤应加强V的重金属环境风险评价和监控。     

模拟生物体液中污染物生物可利用性研究进展

模拟生物体液实验是一种评估有毒物质(包括有机污染物和无机污染物)对人体危害的重要手段,该方法通过模拟人体消化及呼吸等过程评估经各种暴露途径进入人体的污染物的生物可利用性。综述了近年来在污染物生物可利用性领域所取得的最新研究进展,介绍了模拟生物体液实验建立的背景,分析了影响污染物生物可利用性的主要因素,最后对现阶段利用模拟胃肠液及肺液估算污染物生物可利用性的研究方向进行了展望。     

潮间带沉积物中酸可挥发性硫化物提取方法的优化研究

沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)对某些重金属(如Cd、Pb等)的生物有效性具有强烈影响,因此沉积物中的AVS已成为水环境中重金属研究和质量评价的热点.通过改变实验装置,对实验中的吸收液、N2流量、反应酸量、水浴温度和反应时间进行对比研究且作出了优化选择,并利用优化方法分析了渤海湾天津段潮间带沉积物中AVS的含量.结果...     

1991—2022年全球土壤重金属污染评价研究热点及演变

为了解近30年国内外土壤重金属污染评价领域的研究状况,利用VOSviewer、CiteSpace及HistCite等文献计量工具对Web of Science核心合集数据库中该领域研究结果进行知识图谱分析。结果表明：中国是土壤重金属污染评价研究领域的主要发文国家,该领域研究重点关注健康风险评价、生态风险评价、污染物空间分布、源解析等;常用评价方法为地积累指数、污染指数、基于地理信息系统(GIS)的地统计学评价。其中,地积累指数与污染指数的评价结果受背景值准确性影响较大,基于GIS的地统计学评价方法受限于变量相关性;评价指标呈现从土壤中重金属含量向生物有效性发展的趋势,不同形态重金属的毒性等相关研究仍呈上升趋势;土壤铅、镉的污染评价相关研究最多,近些年对于砷、锌与铜等的污染评价逐渐受到更多关注;源识别、空间分析、生态风险仍将是近期内研究热点。     

热解条件对硫酸钙/污泥基生物炭中Pb、Ni形态分布及生态风险的影响

以污泥为原料,硫酸钙为添加剂,采用热解法制备了硫酸钙/污泥基生物炭,考察了硫酸钙添加量、热解温度、升温速率及保温时间对生物炭中Pb、Ni形态分布的影响,并利用生态风险评价指数(RAC)对优化热解条件下制备的硫酸钙/污泥基生物炭中的Pb、Ni进行了生态风险评价。结果显示,优化热解条件为:硫酸钙添加量2.5%(质量分数)、热解温度750℃、升温速率2℃/min、保温时间15min。该优化热解条件下制备的硫酸钙/污泥基生物炭中的重金属Pb、Ni的生态风险分别为无风险、低风险,相对于污泥(低风险、中等风险)明显降低。