稀土矿区污染农田土壤治理后稀土元素的赋存形态分析

针对赣南稀土矿区受污染农田土壤,研究添加改良剂沸石治理后土壤中稀土元素的含量及形态分布特征。分别采用酸法消解和Tessier连续提取法对土壤样品(土样)中稀土元素总量及赋存形态进行提取分析,并利用电感耦和等离子质谱仪(ICP-MS)测定其中15种稀土元素含量及其形态含量。结果表明,土样中各稀土元素总量高达1 296 mg/kg,远远高于全国土壤平均总量176.8 mg/kg,稀土钇(Y)含量高达386.01 mg/kg远高于其余14种稀土元素含量,土样中轻稀土元素含量与重稀土元素含量比值为0.66远小于全国土壤中轻稀土含量与重稀土含量比值(3.78),表明该稀土矿属重稀土富钇矿型,且加入沸石不能影响土样中稀土元素的总量变化;矿区农田土壤加入沸石治理前,碳酸盐结合态、有机物结合态、铁-锰氧化物结合态、可交换态和残渣态稀土元素含量分别占总量百分比分别为51.03%、29.6%、10.39%、7.52%和1.46%,加入沸石治理后,以上5种形态的稀土元素含量占总量百分比分别为8.19%、71.54%、9.35%、4.34%和6.58%,表明沸石对矿区农田土壤中稀土元素的形态分布有很大影响,并显著钝化稀土元素在土壤中的生物活性及可迁移性。     

我国畜禽粪便重金属含量特征及土壤累积风险分析

由于饲料中微量元素的添加,造成畜禽粪便中重金属元素的环境污染风险增高.本文通过各地畜禽粪便样品采集分析和文献查阅等途径,搭建了我国畜禽粪便重金属元素含量数据库,使用统计学方法系统分析了我国畜禽粪便中重金属含量特征及不同来源畜禽粪便重金属的含量差异;在此基础上,借助农田土壤重金属流动模型进行情景分析,定量了施用畜禽粪便时土壤中主要污染元素的累积速率和对应的最大施用年限.结果表明,我国畜禽粪便中各重金属元素含量分布为偏态分布,镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、汞(Hg)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)的含量(mg·kg~(-1))范围分别为未检出(ND)～147、ND～1 919、0. 003～2 278、ND～978、ND～103、ND～1 747、ND～11 547和1. 22～1 140,均值(中位值,mg·kg~(-1))分别为2. 31(0. 72)、13. 5(8. 96)、36. 3(12. 0)、14. 0(3. 52)、0. 97(0. 07)、282(115)、656(366)和21. 8(13. 1),均值比中位值高1～13倍.依据我国有机肥行业标准NY 525-2012,畜禽粪便中Cd、Pb、Cr、As和Hg的超标率分别为12. 3%、2. 58%、2. 76%、20. 6%和3. 69%;按照德国腐熟堆肥标准,Cu、Zn和Ni的超标率分别为53. 9%、45. 7%和0. 59%.我国畜禽粪便中Cd、As、Cu和Zn的超标率比较高,达到10%以上.不同区域畜禽粪便重金属含量也有明显差异,山东省畜禽粪便As、Cd平均含量最高,分别是全国平均含量的1. 7倍和10. 1倍,江西省畜禽粪便Cu、Zn含量相对最高,分别是全国含量均值的2. 1倍和2. 4倍;华东沿海地区畜禽粪便重金属含量相对较高.不同来源畜禽粪便重金属含量存在一定差异,猪粪中Cd、As、Hg、Cu、Zn、Ni这6种元素平均含量分别是牛、羊、家禽粪便的1. 0～3. 0、1. 8～6. 8、1. 1～15. 8、4. 9～17. 5、2. 7～12. 0和1. 7～2. 1倍;家禽粪的Pb含量最高,其均值分别是对应猪、牛、羊粪便的2. 8、2. 5和2. 2倍.进一步预测施用不同来源动物粪便后土壤重金属累积风险,发现超过90%的情形下,Cd的累积速率低于0. 02 mg·(kg·a)~(-1); Pb累积速率均低于0. 15 mg·(kg·a)~(-1),施用家禽粪便情景下Cr累积速率最大,最大值达到了0. 28 mg·(kg·a)~(-1).     

不同肥源条件下Zn对农田土壤N2O排放的影响及其机制

为探究锌（Zn）污染对农田土壤氧化亚氮（N₂O）排放的影响,分别以猪粪和尿素为肥源进行室内培养实验,对比分析不同含量Zn （0、50、500、1500和5000mg/kg）对N₂O排放的影响及其机制,并在培养第52d向所有处理再次添加尿素以探究其长期效应,共培养80d.结果表明：第1次添加肥料阶段,在尿素为肥源处理中不同含量Zn均表现为显著抑制作用（P<0.05）,而猪粪为肥源处理中除50mg/kg无显著影响外（P>0.05）,其它含量处理均显著促进N₂O排放（P<0.05）.第2次添加肥料阶段,不同肥源条件下Zn的作用规律一致,即50mg/kg无显著影响（P>0.05）,500和1500mg/kg显著提高N₂O排放而5000mg/kg处理与之相反（P<0.05）.此阶段500、1500和5000mg/kg处理以猪粪和尿素为肥源时其N₂O累积排放量与同肥源对照的比值分别为3.49、3.13、0.01和2.53、2.74、0.04,可见同等含量Zn在猪粪为肥源条件下作用更强,500和1500mg/kg Zn的促进机制为Zn提高了土壤中NH₄⁺-N、NO₃^--N含量以及控制反硝化过程N₂O产生和还原功能基因相对丰度的比值（nirS/nosZ）,而5000mg/kg Zn抑制了土壤中NH₄⁺-N进一步转化为NO₃^--N,从而降低了N₂O排放.     

洞庭湖南缘农田土壤重金属特征及源解析

基于网格布点法于2020年4～8月在洞庭湖南缘农田中采集了1 589件表层土壤样品,采用ICP-MS、 ICP-OES、 HG-AFS和ISE方法测定土壤中As、 Cd、 Pb、 Cu、 Zn、 Ni、 Cr、 Hg元素含量及pH,重点研究了区内土壤重金属含量、潜在生态风险、空间分布特征及其来源解析.结果表明,土壤重金属ω(Zn)、ω(Cr)、ω(Pb)、ω(Cu)、ω(Ni)、ω(As)、ω(Cd)和ω(Hg)平均值依次为：118.18、 82.21、 52.1、 33.76、 32.81、 18.25、 0.42和0.13 mg·kg^-1.各重金属均处于中、高度变异,土壤以弱酸性为主,pH介于3.96～7.90之间,Hg和Cd存在较高的生态风险.各重金属元素空间分布规律均呈西南高东北低的趋势.采用PMF和PCA方法对8种重金属元素进行来源解析及贡献率计算,PMF结果表明,研究区土壤重金属来源贡献率依次为：农业活动源(36.98%)、自然源(32.94%)、水土交换源(17.05%)和大气干湿沉降源(13.03%),而PCA结果表明研究区土壤重金属主要来源于农业...     

锰矿区周边农田土壤重金属污染特征、来源解析及风险评价

为了解锰矿周边农田土壤重金属污染和生态风险情况,采集某矿区周边174份农田土壤样品,分析了土壤中8种重金属(Cu、 Zn、 Pb、 Cr、 Ni、 Mn、 As和Hg)的含量,采用主成分分析(PCA)和正定矩阵因子分解模型(PMF)分析土壤重金属的来源,通过单因子污染指数法、地累积指数法、潜在生态风险指数法和人体健康风险评价模型评价土壤重金属生态环境风险.结果表明,研究区农田土壤Cu、 Zn、 Cr、 Ni、 Mn和Hg含量的均值均高于贵州省土壤背景值,100%样本Zn和38.86%样本Cu均超过农用地土壤污染风险筛选值.源解析显示农田土壤重金属的主要来源为矿业开采排放源,其次为农业活动和交通运输混合源、自然源和农业活动源.风险评价结果表明,土壤中Ni、 Cr、 Pb和As属于清洁水平,Hg和Cu属于轻度污染水平,Zn属于偏中度污染水平,Mn属于偏重污染水平.Cu、 Zn、 Pb、 Cr、 Ni、 Mn和As存在轻微潜在生态风险,Hg存在强潜在生态风险.研究区整体存在强潜在生态风险,8种重金属存在致癌风险和0～5岁儿童非致癌风险,主要贡献因子分别是Cr和Mn.     

县域尺度耕地土壤重金属污染评价中的标准选择研究

为提升区域土壤重金属污染风险评价的科学性与准确性,本研究以太湖沿岸某产粮大县为研究对象,分别基于国家《土壤环境质量/农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）与地区土壤环境负载容量对研究区耕地土壤中As、Hg、Cr、Cd、Pb五种重金属进行污染风险评价.结果显示,两种评价方式在区域整体评价结果上趋于一致,却在各类土壤重金属污染程度评价上存在一定差异.有别于"一刀切式"的浓度标准评价模式,土壤环境负载容量法通过"双界面"标准进行污染总量控制,可以在一定时空范围内较为准确的反映外源污染累积变化情况.为提升区域耕地土壤重金属污染评价的准确性,建议相关评价在普适性国标的基础上引入土壤环境负载容量评价作为有益补充,继而为县、镇尺度土壤污染责任主体认定与风险控制区划提供参考借鉴.     

多级串联表面流库塘-湿地净化农田径流效果评价

农田径流已成为湖泊流域非点源污染治理的主要制约因素.为研究多级串联表面流库塘-湿地中各级表面流湿地对洱海流域农田径流水体的净化效果,以大理市喜洲镇美坝村新建的多级串联表面流库塘-湿地为研究对象,跟踪监测其各级表面流湿地进、出水中ρ（TN）、ρ（NO₃--N）和ρ（TP）,分析水质净化效果及营养盐质量浓度沿程变化规律.结果表明:①多级串联表面流库塘-湿地出水ρ（TN）、ρ（NO₃--N）和ρ（TP）平均值分别为1.77、1.18和0.05 mg/L,低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅴ类标准限值,TN、NO₃--N和TP去除率分别为57.75%、65.54%和67.43%.②农田径流在经过沉淀池、一级和二级表面流湿地后,对TN、NO₃--N和TP的去除率已分别达45.35%、52.21%和50.59%,且二级表面流湿地中出水ρ（TN）、ρ（NO₃--N）和ρ（TP）分别为2.36、1.69和0.06 mg/L,已达到较好的出水水质.③氮、磷营养盐质量浓度沿程削减模型拟合结果表明,指数削减模型较适宜表征TN、NO₃--N在多级串联表面流库塘-湿地中的沿程削减过程,而TP的最佳削减模型为线性削减模型.研究显示,多级串联表面流库塘-湿地对农田径流具有较好的净化效果,其对营养盐净化作用主要体现在前两级表面流湿地.      

调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的工程应用及评价

为评价调蓄经济植物湿地技术在农田径流污染控制中的运行效果和经济效益,采用现场调研长期跟踪监测调蓄经济植物湿地进、出水水质和水量变化,深入探索其营养盐质量浓度分布特征及其去除效能.结果表明:①调蓄经济植物湿地能够有效截留营养盐,稳定出水水质,2015年7月-2017年4月出水ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Cr）平均值分别为1.2、0.07和17.0 mg/L,TN、TP和COD_Cr去除率分别为65.8%、75.5%和41.3%.②不同调蓄量下TN和TP去除率随着进水水量的增大而减小,表现为枯水期>平水期>丰水期;COD_Cr去除率与调蓄量之间呈负相关,表现为丰水期>平水期>枯水期;在调蓄经济植物湿地中单位面积TN、TP和COD_Cr去除负荷量表现为丰水期>平水期>枯水期.③调蓄经济植物湿地中莲藕、海菜花和螺蛳产量分别为26.25、22.50和2.46 t/（hm2·a）,氮、磷去除总量分别为275和30 kg/（hm2·a）.研究显示,调蓄经济植物湿地能够有效截留氮、磷,在不同水文期均有良好的净化效果,不仅具备景观效益,且具有良好的经济价值.      

垄作秸秆覆盖下西南地区蚕豆田土壤呼吸与有机碳特征

土壤呼吸是土壤有机碳库输出的主要途径,为探讨垄作和不同秸秆覆盖量对旱三熟蚕豆田土壤呼吸及有机碳特征的影响,测定了平作无覆盖(T)、垄作无覆盖(R)、垄作+半量覆盖(RS1)、垄作+全量覆盖(RS2)这4个处理下的西南紫色土丘陵区蚕豆/玉米/甘薯旱三熟体系中蚕豆田土壤呼吸及有机碳变化,分析了土壤温度和水分与土壤呼吸的关系.结果表明,蚕豆生长季节农田土壤呼吸随作物生长一致,呈先增加后减弱的变化趋势,全生育期平均土壤呼吸速率差异显著,表现为RS2RS1TR,分别为3.365、2.935、2.683、2.263 g·(m~2·d)~(-1).垄作显著降低了蚕豆农田土壤呼吸速率,而秸秆覆盖显著提高土壤呼吸速率,且随着覆盖量的增加而增加.土壤呼吸速率随土壤温度(5 cm和10 cm)呈指数型增长,10 cm处的回归模型明显好于5 cm.10 cm土层Q10值表现为RS2RS1RT,分别为1.751、1.665、1.616、1.35.垄作和秸秆覆盖下土壤温度、水分与土壤呼吸速率的混合指数模型可以解释土壤呼吸速率变异的68%(R)、79%(RS1)和76%(RS2).垄作和秸秆覆盖下0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤有机碳含量均得到不同程度的提高,且随着覆盖量的增加而增加,其中5~10 cm、10~20 cm土层表现为RS2RS1RT,差异达显著水平,且5~10 cm土层有机碳含量增幅最大;但垄作和秸秆覆盖仅显著提高了颗粒有机碳0~30 cm加权平均值,对颗粒有机碳占土壤有机碳比例的影响效应不显著.     

基于UNMIX模型的矿区周边农田土壤重金属源解析

采集了云南省会泽县铅锌矿区周边42个农田土壤样品,测定了14种元素的含量,应用UNMIX模型进行了土壤重金属源解析的研究,并利用Arc GIS地统计分析模块中的反距离加权插值法分析了污染严重的6种重金属的空间分布,进一步验证源解析结果.结果表明:(1)研究区土壤中Pb、Zn、Cd污染较为严重,均超过当地土壤背景值的数十倍.(2)UNMIX模型解析出的3个土壤重金属污染来源分别为工业活动造成的人为污染源(源1),源贡献率为16.32%;燃煤和施肥导致的污染源(源2),源贡献率为68.26%;矿山开采导致的人为污染源及土壤母质造成的自然污染源的综合污染源(源3),源贡献率为15.42%.(3)研究区的农田土壤重金属污染的空间分布格局与当地的土地利用类型和UNMIX模型解析的结果基本吻合,表明UNMIX模型可以很好地应用于矿区周边农田土壤重金属源解析研究.