锌冶炼地块剖面土壤对镉、铅的吸附特征及机制

采用静态批实验,研究了不同初始Cd/Pb浓度、温度（288~308 K）和pH值（2~6）条件下,湖南省株洲市某关停锌冶炼厂地块垂直剖面土层杂填土（S1）、素填土（S2）、粉质黏土（S3）和全风化板岩（S4）对Cd和Pb的吸附特征.结果表明,各土层土壤对Cd和Pb的吸附平衡过程较快,准一级动力学模型更适合描述其动力学过程.土壤对Cd和Pb的吸附量随初始溶液pH值和温度的增加而增加,Freundlich方程能较好描述其等温吸附特征,且为自发进行的吸热物理化学过程.Langmuir方程拟合发现,剖面土壤对Cd和Pb的滞留能力较大,298 K下Cd吸附量为2097~4504 mg·kg^-1,Pb吸附量高达4376~10564 mg·kg^-1,Cd和Pb吸附量均呈现出全风化板岩（S4）>杂填土（S1）>粉质黏土（S3）>素填土（S2）趋势.土层土壤理化性质差异影响Cd和Pb在土壤上的吸附行为,Fe/Al含量和阳离子交换量是其主要影响因子.扫描电镜（SEM-EDS）和傅里叶变化（FTIR）结果表明,Cd和Pb与土壤中Fe和Al发生交换,土壤中羟基（—OH）、羧基（C＝O）的位点是Cd和Pb的主要吸附位点.锌冶炼活动排放的Cd和Pb进入地块后大部分滞留在土壤表层,随着土壤深度增加含量逐渐降低,研究结果可为冶炼地块土壤及地下水重金属污染防治提供科学依据.     

DGT和CaCl2提取下冶炼场地及周边土壤Cd固液分配特征

通过梯度扩散薄膜(DGT)和CaCl₂等提取方法,研究了典型冶炼场地及周边多种类型土壤中Cd有效态含量和固液分配特征,并构建回归预测模型.结果表明:场地渣土混合土壤、林地表层和深层土壤中Cd有效态含量较高,DGT提取结果分别为23.2,1.90和2.53μg/kg,农田深层土壤、杂填土和素填土较低,分别为0.03, 0.05和0.03μg/kg.土壤Cd固液分配系数(Kd)在杂填土、素填土、渣土混合土壤中最高,黏土、农田土壤次之,全风化土和林地土壤最低.总体上DGT测定的Kd值高于Ca Cl₂测定结果,CaCl₂土液比、提取液pH值显著影响Kd值结果(P<0.05). CaCl₂提取结果能够通过线性回归有效预测DGT测定的K_d (R²=0.89～0.93).     

湖南省稻田土壤硫素状况研究

采集湖南省主要母质类型的稻田土壤,进行土壤全硫、有效硫及其相关性质的分析研究。结果表明,（1）供试耕层土壤全硫含量在0.266～0.885 g/kg 之间,平均0.539 g/kg。土壤有效硫变动范围为17.7～135.1 mg/kg,平均56.7 mg/kg。土壤全硫和有效硫之间有极显著的相关性,相关系数为0.423**(n =40）。（2）随着土壤剖面层次的加深,土壤有效硫和全硫含量逐渐减少。（3）耕层土壤C∶N,C∶S,N∶S比率分别为9.3～14.5,34.5～62.8和3.1～6.3;土壤C∶N∶P∶S比率平均为48.7∶4.67∶1.4∶1。（4）相关分析表明,土壤全硫与土壤全N、 全P、有机C之间均呈极显著正相关,且以N、S之间的相关性最为密切。     

中国镉矿的区域分布及土壤镉污染风险分析

系统地分析和评价了中国镉矿的区域分布及长期采选冶活动所带来的土壤镉污染风险。研究结果表明,截至2005年底,中国累计探明镉资源储量约为719.47kt,保有镉资源储量约为587.37kt,且多与铅矿、锌矿等以共、伴生形式存在。中国镉矿主要分布在中部、西南部及华东地区,这些地区的镉资源探明储量占中国累计探明总储量的88.0%,保有储量占中国总保有储量的87.1%。据统计,中国镉采出量约为136.10kt,主要集中在西南地区,其镉采出量占中国总采出量的59.4%。镉污染事件主要发生在镉矿相对丰富及采选冶活动较密集的云南、广东、湖南、贵州等地区,大部分矿冶区及周边土壤呈现重度镉污染,农作物中含镉量超出《食品中污染物限量》(GB 2762—2005)中限值。     

钙镁磷肥对石灰、海泡石组配修复镉污染稻田土壤的影响

改良剂组配(例如羟基磷灰石和沸石)可有效降低土壤中重金属的生物有效性,抑制水稻对重金属的积累,从而提高农产品的安全水平.本文通过田间试验,研究钙镁磷肥施用对石灰、海泡石组配降低稻田土壤有效态Cd含量、水稻各部分中Cd含量的影响.结果表明,施用钙镁磷肥可显著促进石灰、海泡石组配的钝化修复效果.与石灰、海泡石组配处理相比,施用钙镁磷肥,土壤中有效态Cd含量和糙米中Cd含量显著降低,在施用2 250 kg·hm~(-2)钙镁磷肥的条件下,土壤中Cd~(2+)发生沉淀或络合反应生成难溶性磷酸镉而降低土壤酸可提取态、可还原态和可氧化态Cd的占比,土壤中有效态Cd含量显著(P0.05)降低46.97%,糙米中Cd含量降低至0.04 mg·kg~(-1),低于《食品安全国家标准》(GB 2762-2017)中糙米镉限量(0.2 mg·kg~(-1))标准,且糙米产量增加28.34%.相关性分析结果表明,水稻根、茎叶和糙米中Cd含量与土壤中有效态Cd含量,水稻糙米中Cd含量与根和茎叶中Cd含量呈极显著正相关关系(P0.01),土壤有效态Cd含量是影响水稻糙米中Cd含量的关键性因素,钙镁磷肥可提高石灰与海泡石对土壤中有效态Cd降低效果来减少水稻根和茎叶对Cd的吸收,进而降低糙米中Cd含量.上述结果表明,施用钙镁磷肥提高了石灰、海泡石组配降低糙米中Cd含量的效果,可实现Cd污染稻田水稻安全生产和增产.     

芦竹和木本植物间种修复重金属污染土壤

通过温室盆栽实验,研究草本植物芦竹与木本植物构树、桑树间种修复重金属污染土壤的潜力.结果表明,重金属污染土壤上芦竹与构树、桑树间种有利于植物的生长,提高植物对污染土壤中重金属的富集能力,并有效改善土壤酶活性.重金属污染土壤上单种芦竹、构树和桑树的叶片光合色素含量随着修复时间的延长呈下降趋势,而芦竹与构树、桑树间种修复270 d后,构树叶片叶绿素a和类胡萝卜素含量,桑树叶片叶绿素b和类胡萝卜素含量均与修复初期(90 d)相比无显著差异;桑树叶片叶绿素a、叶绿素b以及类胡萝卜素含量较单种桑树分别显著(P 0. 05)提高99. 1%、177. 1%和119. 9%,且整株生物量显著(P 0. 05)提高26. 1%.芦竹-构树间种下植物地上部分Pb和Zn总量较单种芦竹分别显著(P 0. 05)提高171%和124%;芦竹-桑树间种下植物地上部分As和Pb总量较单种桑树和芦竹修复分别显著(P 0. 05)提高150%和76. 5%.芦竹与构树、桑树间种修复270 d后,污染土壤中As、Cd、Pb和Zn的赋存形态无明显变化,而且土壤脲酶、酸性磷酸酶和总磷酸酶活性明显优于部分单一植物修复.上述结果表明,芦竹与构树、桑树间种可有效用于重金属污染土壤修复,还可改善污染土壤的环境质量.     

酸雨中SO42-、NO3-、Ca2+、NH4+对红壤中重金属的影响

在实验室条件下连续浸泡污染红壤和黄红壤,研究模拟酸雨中阴离子、阳离子浓度对土壤中重金属解吸行为和化学形态分布的影响.结果表明,酸雨加速了土壤酸化,重金属活性增强.增加模拟酸雨中SO42-、NO3-或Ca2+、NH4+浓度对Cd、Zn解吸行为均产生明显促进作用,但对Cu影响不明显.增加模拟酸雨中SO42-、NO3-浓度,红壤和黄红壤交换态Cd、Zn百分率明显降低,交换态Cr百分率明显增加,交换态Cu百分率稍有提高,交换态Pb百分率变化不明显;增加模拟酸雨中Ca2+、NH4+浓度,红壤和黄红壤交换态Cd、Cu、Zn百分率明显降低,交换态Cr和活性形态Pb明显增加,但Cu的化学形态分布主要受模拟酸雨pH值的影响.     

模拟酸雨下自然红壤与污染红壤中Cd,Cu,Zn的释放特征

通过对2个自然红壤和2个污染红壤的模拟酸雨土柱淋溶试验,研究了酸雨作用下红壤中重金属Cd,Cu,Zn的释放特征与影响因素,比较了自然红壤与污染红壤重金属释放特征的差异,结果表明,自然红壤中Cd,Cu,Zn的释放量均随酸雨淋溶量增加而线性增加,累积释放量有Zn＞Cu＞Cd的规律,并且随酸雨酸度增加而增加,3种重金属释放量之间存在显著的线性关系,在污染红壤中,Cd的释放随着酸雨淋溶量的增加呈现对数型增长,Cu的释放模式仍为直线型增长,而Zn的释放在弱酸性酸雨作用下为直线型增长,在强酸性酸雨作用下则为对数型增长,3种重金属释放鼍之间存在非线性关系,污染红壤中重金属释放量顺序为Cd＞Zn＞＞Cu,大约26%-76%的外源Cd和11%-68%的外源Zn被酸雨淋溶释放,但99%以上的外源Cu被土壤吸附,同时,3种重金属累积释放量均与淋出液中H+离子累积量呈现显著的对数关系;Cd和Zn与TOC累积释放量之间呈现显著的对数关系,Cu与TOC呈现显著的乘幂关系,在酸雨作用下,自然红壤由于重金属释放最很小,出现重金属污染的可能性较小;但污染红壤中大量Cd和zn的释放可能导致土壤,水体系统发生重金属污染.     

控源及改良措施对稻田土壤和水稻镉累积的影响

为研究稻草移除/还田、截断大气沉降、清洁水灌溉和石灰调控等途径对土壤和水稻镉(Cd)累积的影响,于2016年4~10月在湘潭、醴陵和株洲选择典型Cd污染稻田开展田间小区综合试验.结果表明,各处理对土壤Cd总量无显著影响.石灰调控下土壤pH平均提高了0.87个单位,土壤中有效态Cd含量平均降低了33.7%,水稻根、茎叶和糙米Cd积累量分别降低了47.9%、46.7%和54.8%,水稻根、茎叶和糙米Cd富集系数均显著低于对照;清洁水灌溉和截断大气沉降对土壤pH的影响整体略呈上升趋势,分别上升了0.44和0.49个单位,土壤有效Cd含量分别降低了18.2%和14.5%,水稻根、茎叶和糙米Cd积累量比对照分别降低了32.6%、24.2%、18.0%和17.6%、11.3%、25.4%.然而,稻草还田对晚稻土壤pH影响情况不明显,但土壤中有效态Cd含量上升了6.1%,水稻植株Cd积累量也整体呈上升趋势.上述研究结果表明,通过施用灌溉清洁水和截断大气沉降源、稻草移除、石灰等措施可以确保中轻度Cd污染稻田水稻安全利用.     

矿冶区重金属污染土壤肥力特征及生态修复潜力分析

通过对湖南长沙、株洲、衡阳和郴州地区典型矿冶区周边64个土壤样品的调查分析,结果表明,与我国《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)III级标准(pH6.5～7.5)比较,典型矿冶区周边土壤中As、Cd、Pb和Zn含量的超标率分别为75.8%、75.8%、66.1%和71.0%,表现为多重金属污染。废弃地土壤中As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn含量显著高于菜地和水稻土壤中相应元素含量。典型矿冶区周边土壤整体呈酸性,质地较粘。土壤中有机质、碱解N、速效P、有效K含量范围分别为0.18～143g/kg、14.7～372、7.82～202、0.00～782mg/kg,其平均含量达到II级标准值的样品数分别占总样品数的93.7%、95.4%、100%和89.1%。土壤质地和肥力特征表明,典型矿冶区周边重金属污染土壤基本肥力总体水平较好,可以顺利开展其生态修复。