再生水灌溉条件下土壤Cd的运移及模拟研究

通过土柱模拟试验,分析了再生水灌溉条件下土壤Cd的运移规律。结果表明,pH值为7时,Freundlich等温吸附方程拟合效果较好并获得土壤运移参数Kf、β;在室内土柱穿透试验的确定系数(0.992)以及水动力弥散系数D的基础上,使用HYDRUS-1D软件TSM模型拟合Cd穿透曲线,获得土壤运移参数f、a;基于TSM模型,再生水灌溉100、300、500a时,累积质量浓度为0.742、1.419、1.783mg/kg。长期灌溉条件下,Cd质量浓度高于中国土壤环境质量标准最高容许量,再生水灌溉风险较高。     

含镉水灌溉对盆栽土壤镉及其在水稻中累积分布的影响

为研究含Cd水灌溉是否会对已受重金属Cd污染的土壤及污染土壤中种植的水稻各器官中Cd的累积产生影响,采用盆栽试验,种植中稻,设2个处理C1、C2,灌溉水中Cd~(2+)质量浓度分别为0.01、0.05 mg/L,同时以含Cd~(2+)极低的自来水灌溉作对照(CK),全生育期淹水培养。结果表明,含Cd水灌溉增加了土壤总Cd量、Cd有效态量、Cd毒性浸出量,且随着灌溉水中Cd~(2+)的升高而增加。与CK相比,C1和C2处理使水稻根、茎叶、壳、糙米中Cd的累积量分别增加1.11和3.02倍、1.84和2.57倍、0.15和1.48倍、0.15和1.53倍,糙米中Cd量均超过《食品安全国家标准》(GB2762-2012)(0.2 mg/kg)。含Cd水灌溉提高了水稻Cd累积量,应严格控制灌溉水中Cd进入土壤-水稻系统。     

施磷水平对再生水灌溉小白菜Cd质量分数和土壤Cd活性的影响

为阐明施用磷肥水平对再生水灌溉下小白菜吸收Cd的影响,以清水为对照,研究了3种施磷水平(80、110、140mg/kg)对3种再生水灌溉方式(清水再生水混灌、清水再生水轮灌、全再生水)下小白菜生物量和Cd质量分数以及土壤活性Cd质量分数的影响。结果表明,全再生水灌溉显著增加小白菜生物量,也显著增加小白菜地上部Cd质量分数,在3个磷处理下Cd质量分数分别增加了54.4%、51.5%、31.7%。高量施磷(110、140mg/kg)显著降低了小白菜地上部Cd质量分数,和施磷80mg/kg处理相比分别降低了16.5%、33.8%。随着施磷水平的提高,土壤活性Cd质量分数降低,施磷140mg/kg处理下降低最为显著,和施磷80mg/kg相比,在3种再生水灌溉方式下分别降低13.5%、16.3%、15.1%。磷肥适量施用能减少再生水灌溉下小白菜对重金属Cd的吸收,有利于保障食品安全。     

再生水灌溉对稻田重金属分布的影响

以南方稻田为研究对象,以再生水安全灌溉调控为目标,基于田间试验,研究了不同灌溉水源(农村生活污水一级处理水R1、二级处理水R2、生态塘净化水R3和河道清水R4)、不同灌溉调控(低水位W1、中水位W2和高水位W3)对土壤-作物典型重金属(镉Cd、铅Pb、铬Cr、铜Cu、锌Zn)质量比变化的影响,分析了农村生活再生水灌溉调控对土壤重金属生态风险.研究表明,农村生活污水再生灌溉稻田Cd,Pb质量比略有升高,Cr,Cu,Zn含量下降;水稻植株各部分器官重金属质量比按植株器官排序从大到小依次为茎,稻米≈叶,重金属组成从大到小依次为Zn,Cr,Pb,Cd,相对灌溉水源,水位调控对水稻植株各部分器官重金属质量比累积影响较小,再生水灌溉条件下水稻籽粒重金属质量比并未明显增加,符合稻谷污染物的限量要求;农村生活污水再生灌溉稻田Cd生态风险系数最高,Cu和Pb次之,Cr和Zn风险系数锌较低,R3水源灌溉下土壤重金属污染潜在生态风险最低,总体上,再生水灌溉并未对土壤造成严重污染,但长期进行再生水灌溉是否会造成重金属污染风险持续增加有待研究.     

再生水灌溉对黑麦草生长及重金属分布特征的影响

为了阐明再生水灌溉对重金属富集植物黑麦草生长及重金属分布特征的影响,以自来水灌溉为对照,研究了再生水灌溉下黑麦草生物量、黑麦草及土壤中重金属分布特征的变化。结果表明：再生水灌溉显著增加了黑麦草生物量,地上部、根系和总生物量分别增加了26.79%、10.55%、24.91%。再生水灌溉下,黑麦草地上部和根系中Pb、Cu、Zn、Cd的含量显著增加,土壤重金属没有积累,土壤中Pb和Zn含量降低明显。再生水灌溉显著降低土壤pH、增加土壤有机质含量会对土壤重金属的活性有一定的影响。     

再生水灌溉对土壤盐渍化与重金属累积影响研究

再生水是农业灌溉重要的水资源,为了合理利用城市污水处理后的再生水资源,采用包头南郊污水厂二级出水作为再生水,以自来水为对照进行土柱试验,研究再生水灌溉下对土壤盐渍化以及重金属离子累积分布的影响。结果表明,除0~15 cm土壤中全盐量、电导率会增加外,其余土壤深度全盐量、电导率均无显著差异。重金属在土壤中累积不明显,同时,不同再生水灌溉重金属差异不大,且土壤中重金属含量均远低于国家标准规定的允许值,表明再生水灌溉短期内不会对土壤环境造成污染。     

再生水灌溉对土壤盐分和重金属累积分布影响的研究

再生水是农业灌溉的重要水资源。为了合理利用城市污水处理后的再生水资源,采用天津市纪庄子污水处理厂二级出水作为再生水,以自来水为对照进行叶类蔬菜小区种植试验,研究了再生水灌溉对菜地土壤次生盐渍化及盐分离子和重金属离子累积分布规律的影响。结果表明:除0~15 cm土层全盐量增加外,15~45 cm土壤层盐分累积现象与自来水灌溉相比无明显差异。与自来水灌溉相比,短期内采用再生水灌溉不会显著增加土壤阳离子含量。重金属在土壤中的累积也不明显,同时,不同再生水灌溉水量条件下,土壤中重金属含量无显著差异,且土壤中的重金属含量都远低于国家标准规定的允许值,表明再生水短期灌溉对土壤环境不会造成污染影响。     

山西晋中吕梁地区土壤重金属背景值研究

土壤重金属背景值浓度是土壤环境质量评估的重要标准。通过进行系统、大规模的采样,计算提出了山西中部地区土壤重金属含量背景值。研究结果表明,山西中部地区土壤Cd含量的背景值为0.087 mg/kg、Cr为46.90 mg/kg、Cu为17.62 mg/kg、Ni为26.50 mg/kg、Pb为26.02 mg/kg、Zn为57.95 mg/kg,这六种土壤重金属元素背景值均低于国家土壤环境质量一级标准（GB15618-1995）。与全国土壤背景值比较,山西省中部地区的Cd、Ni、Pb含量与全国水平基本一致,而Cr、Cu、Zn均小于全国对应值。     

蓄水坑灌果园土-树系统中重金属Cd富集特征与风险评价

植物对Cd的吸收和运转能力较强,为了探明蓄水坑灌果园土壤和果实中重金属Cd的含量及其污染风险,以10年生红富士丹霞果树为供试材料,于2019年开展苹果树蓄水坑施灌试验。利用BCR法测定了果园土壤和果树各器官中重金属Cd的含量,并采用单因子法对土壤和果实中重金属Cd含量进行风险评价。结果表明:蓄水坑灌模式促进了果园土壤重金属Cd在土壤表层的累积和向土壤深层的迁移和转化,蓄水坑灌果园0～40 cm土层土壤重金属Cd含量在整个生长季的下降幅度较常规灌溉处理低7.59%～15.72%,而40～160 cm土层土壤重金属Cd含量下降幅度较常规灌溉处理高0.96%～20.95%;生育期末蓄水坑灌果园20～40 cm土壤Cd和传统灌溉果园在60～160 cm的土层范围内表现为不同程度的警戒级尚清洁状态;不同灌溉模式果树各器官对土壤Cd的富集量依次为根系枝梢叶片果实,蓄水坑灌果树各器官Cd含量与吸收富集系数均大于传统灌溉处理,但不同灌溉模式果实中重金属Cd含量均低于我国可安全食用标准。研究结果旨在丰富果园蓄水坑灌理论,亦可为果园土壤环境修复提供科学依据。     

控制灌溉稻田土植系统Cd,Cr迁移转化

为研究不同灌溉模式下稻田土壤Cd,Cr淋失量差异及其对Cd,Cr迁移转化的影响,基于田间小区试验对土壤和水稻植株中Cd,Cr含量进行了分析.研究结果表明:与淹水灌溉相比,控制灌溉可减少水稻全生育期稻田土壤Cd,Cr淋失量53.3%和19.3%.控制灌溉降低了稻田土壤Cd,Cr含量,但处理间稻田土壤Cd,Cr含量不具有统计学意义.与淹水灌溉相比,控制灌溉0～20 cm土壤Cd,Cr含量分别下降了1.2%和0.6%.由于水分管理不同,导致控制灌溉表层土壤Cd,Cr的赋存形态与淹水灌溉的差异.大部分时间里控制灌溉的稻株地上部和地下部Cd,Cr累积量均高于淹水灌溉,说明控制灌溉增大了土壤Cd,Cr在植株体内的吸收.无论是控制灌溉还是淹水灌溉,稻穗Cd含量低于我国食品安全国家标准(0.2 mg/kg),而稻穗Cr含量略高于我国食品安全国家标准(1.0 mg/kg),存在着Cr超标的潜在风险.因此,这2种灌溉方式在预防重金属污染方面不可取,会影响人类健康.     

基于地统计学的土壤重金属分布与污染风险评价

在野外调查取样和室内分析获得大量土壤重金属含量数据和空间数据的基础上,利用经典统计学和普通克里格法(OK)对采样区域土壤重金属含量的空间变异性进行了分析,并利用指示克里格法(IK)和多变量指示克里格法(MVIK)绘制了各项重金属元素污染风险和土壤污染综合风险概率图。结果表明:岩溶地貌区土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb、Hg、Ni和Zn的含量显著高于非岩溶地貌区,各项重金属元素之间具有显著的相关性,说明它们存在很大的同源性和复合关系;受岩性、成土母质等内在因素的影响,各项重金属元素(除Cu元素外)都具有强烈的空间变异性,重金属元素含量高值主要分布在东南部和北部的岩溶地貌区,低值主要分布在西南部的非岩溶地貌区;采样区域存在As、Cd、Cu、Hg、Ni和Zn等重金属污染风险,其风险概率分别为0.326、0.805、0.185、0.192、0.267和0.270,土壤重金属污染综合风险概率为0.335。     

小安溪河流域污水灌区重金属的污染特征

小安溪河流域沿河从下游到上游土壤重金属Pb的含量变化幅度较大,Cd含量有升高趋势,Cu、Zn、As、Hg的含量较平稳;小麦中Hg、Pb的含量有升高趋势;水稻中Cd的含量有升高趋势;莴笋和包白菜的Cd含量有升高趋势。不同污灌段土壤和农作物重金属含量差异明显。土壤重金属Cu低于背景值,Zn、Cd、As同背景值接近,Pb、Hg高于背景值;土壤重金属含量均低于国家土壤二级质量标准。全流域水稻、小麦、蔬菜重金属含量均低于国家食品卫生限量标准,农作物没受到重金属污染。但土壤重金属Cd同蔬菜具有显著正相关,因此在污灌的时候,不能简单从重金属绝对含量的大小考虑,还应综合考虑其影响程度。     

重庆市南川区东部水稻根系土重金属含量特征与来源

对重庆市南川区东部地区水稻土壤中As等7种元素进行采样监测，采用加权综合指数等方法对土壤环境质量进行评价，并对土壤重金属来源进行解析。结果表明，土壤中重金属Hg、Cr、Cu、Pb和Zn等元素均未超过国家农用地土壤标准筛选值，As和Cd分别有1和5个样品超标，总体呈重污染状态及中等危害生态风险，Cd为最主要的生态风险因子。土壤中Cr、Cu、Pb、Zn和As重金属主要来源于成土母质，Hg主要来源于铝冶炼，Cd受成土母质和农业活动共同控制。      

基于PMF模型的山区农用地土壤重金属来源分析

为了解山区农用地土壤重金属的污染情况以及查明八种重金属的污染来源,在研究区内采集土壤表层(0-20cm)样品1311个,分析化验了pH、As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等指标。采用了内梅罗综合指数法、地统计学法、相关分析、单因素方差分析以及正定矩阵(PMF)模型等方法,研究山区农用地土壤重金属污染特征及可能的污染来源。结果表明：研究区土壤中八种重金属含量均明显高于重庆市土壤背景值；除局部区域呈现重度污染之外,研究区土壤整体上呈清洁或轻度污染,主要污染元素为Cd；PMF模型结果显示,研究区土壤重金属污染来源主要有三种,分别为Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn(自然母质源)、As、Cr、Hg、Pb、Zn(采矿活动源)、As、Cd、Cr、Hg(农业活动源)。     

开封市污灌区土壤重金属污染预测预警研究

在对开封市惠济河污灌区耕作层土壤污染现状调查的基础上,选取灌区土壤中Pb、Cd、Cr、Cu为评价因子,根据情景预测法估算重金属的累积现速率和累积加速度,建立含量变化预测预警模型,在乐观情景和无突变情景下对土壤中重金属含量变化趋势进行预测;以及在匀速累积模式和加速累积模式下对土壤重金属污染趋势进行预警,提出了应对由污水灌溉造成土壤重金属污染的措施。     

寒冷干旱地区施用污泥有机肥对紫花苜蓿草生长和土壤理化性质的影响

采用污泥有机肥对紫花苜蓿草进行施肥作用,研究其对紫花苜蓿草生长和土壤理化性质改变的影响。实验结果表明,相比未施肥对照小区,污泥有机肥对紫花苜蓿草的生长,如株高,茎粗,叶面积,分枝数和茎叶比均有较好的促进作用(P<0.01)。通过对紫花苜蓿草进行分析,发现与未施肥作物相比,叶子中营养元素和微量元素(N、P、K、Zn、Fe、Cu、Mn)含量均有所提高,且未对作物产生毒害作用,同时与土壤中相关元素呈正相关性,在叶子中未发现重金属元素(Pb、As、Cd、Cr)。污泥有机肥施用后,土壤中营养元素,微量元素和重金属元素含量有所增加,其中除重金属Cd含量外(临近标准值),其他元素含量均低于土壤环境质量标准(GB15618―1995)的二级标准。同时土壤中pH、电导率、CaCO3、有机质等指标与未施肥土壤相比也有所提高。试验结果表明,污泥有机肥可以为作物提供充足的营养元素和微量元素,促进作物生长;同时在施用污泥有机肥过程中需要注意土壤中重金属元素Cd的富集情况。     

农田土壤重金属季节性变化周期研究

农田土壤重金属变化对于农田作物种植安全有着重要的影响。对山东省滨州市农田耕层土壤重金属Pb、Hg、Cd、Cr、Cu和类重金属As按照季度间隔进行了从2010年1月至2013年1月的采样测试。采用周期分析和快速傅里叶变换(FFT)谱分析方法计算各重金属的主分量周期,并做周期检验。研究表明农田土壤重金属具有不同程度的累积趋势,Pb具有2个季度的主分量周期,Cd和As具有4个季度的主分量周期,其他重金属主周期特征不明显。     

重金属污染对土壤介电特性的影响规律研究

研究重金属污染对土壤介电特性的影响规律,可为高频物探设备及地质雷达探测重金属污染以及评价提供重要的理论依据。以土壤铬(Cr)、镉(Cd)、铅(Pb)污染为例,在细砂、粉土、黏土3种土样中分别加入不同质量浓度的Cr、Cd、Pb污染液,利用介电常数仪测定不同含水率下土样的介电常数的变化特征,分析Cr、Cd、Pb污染液质量浓度、土壤含水率以及土壤颗粒粗细对介电常数的影响规律。结果表明,细砂、粉土、黏土在无污染条件下,控制介电常数变化的主导因素是土壤含水率和颗粒粒度径;在加入Cr、Cd、Pb污染液的情况下,当含水率大于15%,尤其是大于20%时,3种土样的介电常数均随重金属污染液质量浓度的增大而显著增大。土壤颗粒越细、越偏黏性,其介电常数对重金属污染质量浓度的变化越敏感。利用高频物探设备和地质雷达探测土壤重金属污染时,在黏性介质中,对Cr、Cd、Pb污染的探测效果好。