土壤重金属污染来源及修复技术研究

土壤是生态环境的重要组成部分,与人类的生存和健康密切相关。土壤重金属污染问题是环境和土壤科学研究者关注的热点问题。对土壤重金属污染物来源的鉴别是准确、有效控制和治理污染源的前提。根据近年来国内外对土壤重金属污染的相关研究报道,综述了土壤中污染物的工业、农业和交通因子三大主要来源。目前重金属污染土壤修复主要采用工程技术、物理化学技术和植物修复技术。在此就修复技术的原理、适用范围以及研究现状与发展动态等方面进行了综述与分析。     

淋洗修复后残留土壤中重金属的再释放及环境风险

淋洗修复后残留土壤中的重金属会因外界环境的改变可能会发生再释放过程而使环境风险增加,淹水是农田土壤常见的管理模式之一,然而淹水介导的土壤环境条件的改变对淋洗修复后残留农田土壤中重金属的再释放和环境风险的变化影响尚不清楚.因此,本研究开展了持续淹水培养（180 d）对经柠檬酸（CA）、EDTA、FeCl₃和HCl淋洗修复后残留土壤中Cd、Pb和Zn的有效性、形态分配和环境风险的影响研究.结果表明随着培养时间的延长,经CA、EDTA和HCl淋洗后土壤中有效态Cd含量呈先增加后减少的趋势,有效态Pb含量增加,有效态Zn含量减少.经FeCl₃淋洗后土壤中有效态Cd、Pb和Zn含量随培养时间延长而增加.形态分析结果表明,淹水会使土壤E_h降低而致使铁锰氧化物的溶解,因此导致可还原态Pb含量向弱酸提取态Pb转移是有效态Pb含量增加的原因;土壤弱酸提取态Cd含量变化与土壤有效态Cd含量变化基本一致;淹水对淋洗修复后Zn形态的影响较小.基于改进的潜在生态风险指数法评价结果表明淹水使CA、EDTA和HCl淋洗后土壤Cd、Zn环境风险和重金属环境总风险减少,使Pb的环境风险增加.淹水后FeCl₃淋洗后土壤Cd、Pb和Zn环境风险及重金属环境总风险增加.由于FeCl₃淋洗后的土壤重金属污染状况较低且环境总风险（低风险）明显小于其它3种淋洗剂淋洗的土壤,因此,FeCl₃可成为Cd-Pb-Zn复合污染土壤的淋洗剂选择,但是需关注其淋洗修复后残留土壤中重金属的再释放并采取调控措施.本研究结果可为农田重金属污染土壤合适淋洗剂的选择和淋洗法修复重金属污染农田土壤的效果评估提供更为合理的指导思路.     

垃圾填埋场污染土的电性与磁性响应研究

以武汉市二妃山垃圾填埋场为研究对象,运用污染土的电性、磁学以及地球化学等分析手段,借助多元统计方法,研究土壤剖面电性、磁学参数与元素含量之间的关系,探讨土壤电阻率法和环境磁学方法在城镇垃圾填埋场污染土快速监测中应用的可行性.研究表明,电磁法测深技术可获得污染土壤地层的垂向电阻率分布情况,污染后的地层电阻率呈现阶梯变化,具有明显分层现象.说明了电阻率法在污染区域划分具有一定的可能性.根据电阻率垂向特征,对剖面进行了环境磁学和重金属分析的样品采集和测定分析,发现土壤的磁学参数与电阻率、重金属含量具有良好的一致性.污染后土壤具有电阻率减小,磁化率增大,重金属含量升高等特点,证明了电阻率和磁化率都能较好反映出土壤的污染程度.污染土典型样品的热磁曲线表明,污染后的土壤比未受污染的土壤含有更多的铁磁性矿物.由此表明利用土壤电性和磁性对污染程度的指示作用都具有良好的响应,可替代繁琐的重金属检测.     

提高植物修复效率的技术途径与强化措施

通过物理、化学或生物学手段,从土壤、植物及其生境3个方面着手来提高植物去除土壤重金属能力是植物修复技术应用研究的重要方向.对国内外植物修复过程中所应用的强化手段与辅助措施进行了一定的研究,分别阐述了施肥、水分管理、耕作栽培、修复剂、生物技术等方法的作用机制及应用效果.今后,植物修复技术需针对有应用前景的超富集植物进行生境特征的系统研究,并着重开发高效、低风险的土壤修复剂,注重植物修复成套技术的工程应用研究.     

负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤的稳定化机制研究

为探讨负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤中共存重金属的稳定化效果和迁移转化特征,以玉米秸秆和小麦秸秆为原材料,负载磷酸盐后在600 °C下无氧热解制备两种生物质炭材料,并将其用于重金属复合污染土壤中进行稳定化批处理试验. 结果表明:负载磷酸盐的玉米秸秆和小麦秸秆生物质炭材料可通过增加土壤中无定形铁、铝氧化物的含量而促进其对Cd的吸附,且负载磷酸盐后玉米秸秆生物质炭材料对土壤中无定形氧化物含量的增幅和游离态氧化物含量的降幅高于小麦秸秆生物质炭;同时,两种生物质炭材料均显著提高了土壤铁的活化度,进而有效控制了土壤重金属的生物有效性. 添加不同比例(如5%、10%和15%)的负载磷酸盐生物质炭均可降低土壤中Pb、Cd、Zn和Cu的迁移风险,并促进Pb的酸可提取态、铁锰结合态向有机结合态和残渣态转化,以及Cd、Zn和Cu的酸可提取态向残渣态转化. 两种负载磷酸盐生物质炭材料均可有效降低重金属的浸出浓度,10%及以上的添加量均可使Pb的浸出浓度降低98%以上. 15%的负载磷酸盐玉米秸秆生物质炭可使Cd和Zn的浸出浓度分别降低89%和47%,而15%的负载磷酸盐小麦秸秆生物质炭可使Cu的浸出浓度降低56%. 研究显示,施用10%~15%的负载磷酸盐生物质炭材料可显著降低重金属复合污染土壤中Pb和Cd的潜在环境风险,对矿区重金属污染土壤的安全利用具有参考和指导意义.      

土壤重金属污染危害及生物修复技术研究

文章阐明了土壤重金属污染的危害与污染土壤的生物修复技术研究现状扣国外生物修复技术的最新研究内容和方法。系统介绍了重金属污染土壤生物修复的概念、生物修复特点及其机制、类型,重点论述了植物、微生物、动物对重金属污染土壤的修复技术方面的研究进展。最后对生物修复的发展前景进行展望,并在此基础上提出了一些见解和看法,为今后该方面的研究提供参考。     

滇西地区土壤重金属来源解析及空间分布

以滇西重金属地质高背景区为研究区,系统采集了4193件表层土壤样品,分析测试了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn 8种重金属元素的含量,综合运用相关分析、主成分分析和单因素方差分析等经典统计方法探讨了土壤重金属来源和土壤重金属含量与成土母质、土地利用方式之间的关系,并利用地统计方法对重金属的空间分布特征进行了分析.结果表明：①研究区8种重金属含量平均值均超过全国土壤背景值,但是低于农用地污染风险筛选值;与云南省土壤背景值相比,As、Cd、Cu、Ni、Pb和Zn含量平均值与云南省背景值相当,Hg和Cr的平均含量分别是其背景值的2.35和1.60倍,土壤重金属存在不同程度累积现象.②Cr、Cu和Ni主要受成土母质的控制;Cd、Zn和Pb主要受人类活动影响,人为来源主要为铅锌矿开采选冶、交通运输和煤炭燃烧,Cd、Zn在一定程度上受成土母质的影响;As和Hg以人为来源为主,受汞矿采选、农业活动及煤炭燃烧的影响.③不同成土母质和土地利用方式的土壤中重金属含量差异显著.Cd、Cr、Cu、Hg和Ni在沉积岩母质区土壤中平均含量最高;草地中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn平均含量最高.④Cu、Ni、Cr高值区与沉积岩母质区及区内分布的铜矿和铁矿空间耦合性良好;Pb、Cd和Zn的高值区与区内的铅锌矿分布范围基本一致;As和Hg高值区与区内汞矿等热液型金属矿的分布具有较高的空间一致性,在人类活动密集地区也呈高背景分布.     

银川市黄河滩区土壤重金属污染特征、生态风险评价与来源解析

为了解银川市黄河滩区土壤重金属污染现状及来源,采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定了银川市黄河滩区共92个采样点土壤样品中Zn、Cu、Cr、Pb、Ni、Cd、As和Mn这8种重金属的含量,采用富集因子、地累积指数法与潜在生态风险指数法对重金属污染特征进行分析和评价,并结合相关性分析、绝对主成分-多元线性回归受体模型（APCS-MLR）、正定矩阵因子分解（PMF）模型和地统计学对土壤重金属进行来源解析.结果表明,Cu和Pb含量平均值低于银川市土壤背景值,Zn、Cr、Ni、Cd、As和Mn含量平均值分别是背景值的1.28、1.06、1.08、1.79、1.11和1.19倍,所测8种重金属元素含量平均值均低于农用地土壤污染风险筛选值;不同用地类型之间重金属含量平均值表现为：荒地>退耕地>林地>耕地;研究区Zn和Cd呈轻微富集,其余6种元素无富集;Cd属于中度潜在生态风险水平,其余重金属处于轻度水平;联合受体模型表明交通和农业等人为活动来源对Zn和Cd的贡献较大,其余重金属受土壤母质等自然源影响较大.研究结果可为银川市黄河生态保护与可持续发展提供科学依据.     

Soil heavy metal pollution from Pb/Zn smelting regions in China and the remediation potential of biomineralization

Smelting activities pose serious environmental problems due to the local and regional heavy metal pollution in soils they cause. It is therefore important to understand the pollution situation and its source in the contaminated soils. In this paper, data on heavy metal pollution in soils resulting from Pb/Zn smelting (published in the last 10 years) in China was summarized. The heavy metal pollution was analyzed from a macroscopic point of view. The results indicated that Pb, Zn, As and Cd were common contaminants that were present in soils with extremely high concentrations. Because of the extreme carcinogenicity, genotoxicity and neurotoxicity that heavy metals pose, remediation of the soils contaminated by smelting is urgently required. The primary anthropogenic activities contributing to soil pollution in smelting areas and the progressive development of accurate source identification were performed. Due to the advantages of biominerals, the potential of biomineralization for heavy metal contaminated soils was introduced. Furthermore, the prospects of geochemical fraction analysis, combined source identification methods as well as several optimization methods for biomineralization are presented, to provide a reference for pollution investigation and remediation in smelting contaminated soils in the future.     

上海农田土壤重金属的环境质量评价

对上海市农田土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As进行测定分析,利用不同的评价方法和标准来评价土壤重金属的环境质量状况,并在GIS软件支持下,通过空间插值分析了研究区重金属含量的空间分布特征.结果发现,除As外,各重金属平均含量均高于其背景含量;Cu、Zn、Cd、Cr、Hg和As的浓度均有个别地方的含量超过了国家<土壤环境质量标准>(GB 15618-1995)二级标准限值;从土壤重金属空间分布来看,农田质量整体尚好,土壤优良率为71.4%,合格率为94.9%,不合格率为5.1%;土壤质量受到各种重金属不同程度的影响,存在显著的空间分异,而Zn、Cd、Hg的污染是引起上海地区土壤质量下降的主要原因;各级土壤以城镇建设用地为中心,圈层状分布特征明显,随着上海地区城镇化空间扩展的推进与土地利用方式的变化,可能会导致新污染区的出现与土壤质量的下降.     

The influence of sewage sludge properties on sludge-borne metal availability

With the advent of more stringent controls on wastewater treatment, sewage sludge production in Europe and many parts of the world is increasing. With this increase comes the problem of sludge disposal, and recycling to land arguably offers an economically and environmentally sustainable option. However, a major limitation of sewage sludge reuse is the potential release of heavy metals from the sludge and heavy metal accumulation to toxic levels in topsoils. The properties of the sludge play a crucial role in determining the initial release and subsequent availability of heavy metals in amended soils. Bioavailable forms of heavy metals in recently amended soils are most likely to be those that are bioavailable in the sewage sludge. In this paper, published research on the importance of sewage sludge characteristics on metal release and bioavailability will be reviewed and contrasted with original research. A selection of sludges from around Australia has been collected for this purpose. Through the use of incubation studies, isotope dilution techniques, ion-selective electrode measurements and ¹³C-NMR spectroscopy, the importance of a range of sludge properties on heavy metal behaviour in sludges and sludge-amended soils is addressed.     

土壤重金属污染的调控机理及应用研究

土壤重金属物污染的调控机理和应用研究,是国内外重金属污染土壤修复技术研究的热点和前沿领域。通过利用生物作用、理化措施等调控技术,可降低土壤中重金属的有效态浓度,降低其生物有效性及迁移性。文章阐述了利用植物、微生物、化学改良剂等修复土壤重金属污染的调控机理、影响因素、应用技术等方面的研究现状,讨论了植物修复、微生物作用、固定沉淀、吸附络合、有机络合及螯合、离子拮抗等原理与措施,并提出了其研究应用的发展趋势和展望。     

长沙市乔口镇土壤重金属地球化学基线值的厘定及应用

随着工业化和城市化等人类活动影响的加强,土壤表层重金属含量趋于上升.作为区分自然背景和人为影响的指标,土壤重金属地球化学基线为土壤的污染评价提供了重要的参考依据.本研究以湖南省长沙市乔口镇为研究区域,利用标准化方法和累积频率曲线法两种方法,计算了这一区域土壤重金属的地球化学基线值,并利用富集因子来评价当地的重金属污染状态.结果表明,除极少数样品外,这一区域绝大多数样品并未受到明显的人为污染.乔口镇地处湘江下游,其地球化学基线值可以为长沙-株洲-湘潭(简称长-株-潭)经济区的土壤重金属污染提供参考.     

改良剂对污染土壤上蔬菜生长及吸收重金属的影响

通过盆栽试验研究了石灰、钙镁磷肥、海泡石3种改良剂对重金属As、Cd、Pb和Zn复合污染土壤上蔬菜生长及其吸收重金属的影响,并表征了土壤有效态重金属含量、pH及脲酶活性等指标变化。研究结果表明,施加石灰和钙镁磷肥可以促进蔬菜生长,其中,石灰处理下小白菜生物量较对照提高了99.0%;石灰和钙镁磷肥处理下,西红柿茎叶生物量分别比对照提高了80.7%和82.3%。施用改良剂提高了土壤pH和脲酶活性,土壤有效态重金属含量不同程度降低,特别是海泡石的后期修复效果明显。与对照相比,石灰和钙镁磷肥处理显著降低小白菜叶中As含量,明显抑制西红柿茎叶对As、Cd和Pb的吸收(p<0.05);施加石灰明显降低小白菜叶中Cd和Pb含量(p<0.05)。然而,海泡石对抑制蔬菜吸收重金属的效果不明显。石灰和钙镁磷肥能有效抑制重金属从蔬菜根部向地上部转运,可作为重金属污染土壤上种植农作物优先考虑施用的改良剂。     

A meta-analysis of heavy metals pollution in farmland and urban soils in China over the past 20 years

A total of 713 research papers about field monitor experiments of heavy metals in farmland and urban soils in China, published from 2000 to 2019, were obtained. A meta-analysis was conducted to evaluate the level of China's heavy metal pollution in soils, mainly focusing on eight heavy metals. It was found that the average concentrations of cadmium (Cd), lead (Pb), zinc (Zn), copper (Cu), mercury (Hg), chromium (Cr), nickel (Ni), and arsenic (As) in China were 0.19, 30.74, 85.86, 25.81, 0.074, 67.37, 27.77 and 8.89 mg/kg, respectively. Compared with the background value (0.097 mg/kg), the Cd content showed a twofold (0.19 mg/kg) rise in farmland soils and a threefold (0.29 mg/kg) rise in urban soils. The decreasing order of the mean I_geo was Cd (1.77) > Pb (0.62) > Zn (0.60) > Cu (0.58) > Hg (0.57) > Cr (0.54) > Ni (0.47) > As (0.28). Nearly 33.54% and 44.65% of sites in farmland and urban soils were polluted with Cd. The average concentrations of eight heavy metals were not sensitive change in recent two decades in farmland and urban soils. The average P_n values for urban (2.52) and farmland (2.15) soils showed that heavy metal pollution in urban soils was more serious than that in farmland, and the middle Yangtze River regions, where industrial activity dominates, were the most polluted. The meta-analysis comprehensively evaluated the current pollution situation of soil heavy metal, and provided important basis for soil management and environment prevention in China.     

湖南安化下寒武统黑色页岩土壤元素地球化学特征

本研究对湖南安化县东坪、烟溪两地发育于下寒武统黑色页岩上的6个土壤剖面进行系统采样,并利用ICP\|MS等分析技术对土壤和相应岩石样品的主量元素和微量元素（包括重金属和稀土元素）含量进行了分析.主量元素A-CN-K(Al2O3-CaO+Na2O-K2O)图解显示,黑色页岩土壤的形成是黑色页岩化学风化的结果,经历了早期的Ca、Na淋失和后期的Al、Fe富集过程后,土壤具有贫Ca、Na而富Al、Fe的化学组成特征.多因子分析和相关性分析结果表明,成土过程中,微量元素可分为稳定元素（Ti、Zr、Nb、Hf、Ta、W等）、次稳定元素（Be、Sc、Ga、Ge、Rb、Cs、Pb、Th、Ba等）、活动性较强的元素（REE、Y、P、Sn等）和强活动性元素（Mn、Co、Ni、Zn、Cd、Tl、V、Mo、Sb、U等）.富集因子重金属污染评价显示,V、U仅在烟溪土壤剖面达到显著污染程度,Sn、Ba在东坪土壤剖面达到显著污染.Mo、Cd、Sb等重金属则在东坪和烟溪土壤均达到显著污染程度,其中,Cd在东坪可达到高度污染水平,而Mo在烟溪可达到极度污染水平.微量元素及稀土元素地球化学示踪分析显示,黑色页岩土壤没有受到外来物源的干扰,土壤重金属污染为来自黑色页岩的自然污染源.     

螯合剂在植物修复重金属污染土壤中的应用

向土壤中添加螯合剂促进植物对重金属的吸收是目前一项比较有发展前景的土壤修复技术。本文通过对植物修复技术的机理和特点,即对超累积植物对重金属的富集机理及植物修复技术的局限性的讨论,介绍了螯合剂在植物修复重金属污染土壤中的应用,其中详细介绍了螯合剂强化植物修复技术的机理、螯舍剂的使用方式,以及它的外部影响条件。最后对螯合剂在植物修复重金属污染土壤应用中存在的问题进行了讨论,并对未来螯合刺在该领域的研究重点进行了展望。     

我国几个工矿与污灌区土壤重金属污染状况及原因探讨

对我国几个重工业区、矿区、开发区以及污灌区土壤重金属污染状况的调查结果表明，土壤重金属含量绝大部分高于土壤背景值，Cd、Zn等明显超标，某些重金属元素含量间还存在着一定的伴生规律。土中浸提态Cd、Zn含量与土壤pH值呈负相关。土壤中的重金属主要来自于污灌、金属矿藏开采、污泥利用以及大气飘尘等。金属冶炼厂附近土壤中Pb、Zn、Cd含量皆与离污染源距离呈密切的指数相关（R^2＞0.9）。     

南京城市边缘带化工园区土壤重金属污染评价

为揭示城市边缘带强烈人为活动对土壤环境质量的影响,以南京化工园附近20km^2区域为研究区,网格化精确布点,采集表层土壤样品共计54个,并对其重金属Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg、As含量进行了测定分析.结果表明,研究区表层土壤中除Hg外的其它6种重金属含量均未超过国家二级标准;Hg是本区表层土壤重金属污染的主要因子.另外,应用地统计学的克里格方法对研究区内表层土壤污染的空间变异特征进行了分析,并讨论了研究区域的潜在污染源及其污染途径.结果表明,研究区内局部土壤重金属污染主要由蔬菜土壤高强度利用及农化产品投入所致,同时不排除污染水灌溉的影响.     

内蒙古包头铁矿区土壤重金属污染特征及其评价

对位于内蒙古草原生态系统的包头尾矿库区和白云鄂博铁矿开采区土壤中重金属的污染状况进行了调查研究,旨在为治理草原矿区的土壤重金属污染提供理论依据.结果表明,包头尾矿库区周围不同方向的土壤都受到了重金属Pb、Cu、Zn和Mn的污染,单项污染指数法评价表明各重金属污染程度为Mn〉Zn〉Pb〉Cu;内梅罗综合污染指数法评价表明...