重金属在矿区土壤——蔬菜系统的吸收与迁移特性研究

重金属污染土壤的农产品安全倍受大家的关注。研究选择某铅锌矿区周边的蔬菜地,采集叶菜类蔬菜及土壤样品,研究Cd、Pb、Cu、Zn在土壤中的赋存形态及其在土壤-蔬菜系统中的迁移特性。结果表明,污染土壤中Cd、Pb、Zn超标,分别为国家标准限值的1.44～6.44倍、2.97～3.88倍和1.30～2.30倍。BCR连续提取结果显示,Cd、Pb以可还原态为主,Cu、Zn以可还原态和残渣态为主,可还原态Cd、Pb、Cu、Zn分别占总量的70.6%、79.0%、34.4%和38.1%;残渣态Cu、Zn分别占总量的34.6%和30.2%。酸可提取态Zn、Cd分别达13.2%和6.3%。供试蔬菜茎叶中Pb含量超标,为国家标准限值的1.50～5.83倍。蔬菜茎叶中Cd、Pb含量与其土壤中可还原态含量显著正相关,Cd含量与土壤酸可提取态Cd含量显著正相关。蔬菜Cd的富集系数(BCF)相对较高(0.61～3.34),其中水芹和香芹Cd、Pb、Zn的BCF值显著高于其他蔬菜。蔬菜中Zn的迁移系数(TF)较高(0.54～2.07)。叶用芥菜中Cd、Pb、Zn的TF值较高,分别为1.02、2.25、1.62。因此,在污染土壤蔬菜风险评价中需要考虑不同蔬菜品种对重金属吸的吸收迁移特性的差异。     

施加脱硫石膏对紫色土壤-水稻系统重金属累积的影响

采用田间试验研究了施加不同用量(2、4、8、16 t·hm~(-2))的脱硫石膏对紫色水稻土重金属(Cd、Pb、Zn、Cu)全量、形态分布和水稻重金属吸收及分配的影响,为脱硫石膏农用的安全性提供科学依据。结果表明:施加脱硫石膏后,土壤Pb全量较对照显著增加14.00%~68.77%(P0.05),脱硫石膏用量低于4 t·hm~(-2)时土壤Cd全量与对照差异不显著,超过该用量时Cd全量较对照显著增加16.28%~19.94%,而土壤Zn、Cu全量与对照无显著差异,且土壤重金属全量均符合《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995);同时施加脱硫石膏后,土壤中Cd可交换态占比降低,残渣态占比增高,并促进Pb的可交换态向有机结合态和铁锰氧化态转化,Zn铁锰氧化态占比增高,对Cu的赋存形态无明显影响;脱硫石膏处理组水稻根、茎叶和籽粒中重金属含量有不同程度的降低,水稻根、茎叶及籽粒对Cd、Pb的富集系数下降,且籽粒中Cd、Pb、Zn、Cu含量均符合我国《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2012)。水稻各部分对Cd、Pb的积累与其可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态和有机结合态含量均呈正相关,其中籽粒Cd含量与可交换态Cd含量呈极显著正相关(P0.01)。在脱硫石膏2～16 t·hm~(-2)用量范围内,稻田土壤Cd、Pb全量有所增加,Zn、Cu全量无变化,Cd、Pb赋存形态向稳定态转化,水稻各部分Cd、Pb、Zn、Cu含量有不同程度降低,脱硫石膏可在水稻田安全利用。     

土壤重金属复合污染的化学固定修复研究

本文研究糠醛渣、磷矿粉、风化煤3 种修复剂对重金属复合污染土壤的化学固定修复效果.结果表明:糠醛渣、磷矿粉、风化煤3 种修复剂都可一定程度地降低复合污染土壤中的Cu、Zn、Pb、Cd含量,其中以风化煤降低土壤有效态Zn、Cu的效果较好,在风化煤添加量为80 g/kg时土壤有效态Zn的含量降低了37.22%,土壤有效态Cu的含量降低了31.22%;磷矿粉处理修复Pb的效果比糠醛渣、风化煤好,在磷矿粉添加量为80 g/kg时,土壤有效态Pb的含量降低了23.79%;3 种修复剂都能显著降低土壤有效态Cd,在磷矿粉添加量为40 g/kg时,土壤有效态Cd的含量降低最显著,较对照降低了83.09%.在本试验条件下,3 种修复剂对4 种重金属复合污染土壤的修复效果,以Cd 较好,其次是Zn,对Pb的修复效果较差.     

长期定位施肥对棕壤重金属全量及其有效性影响

以沈阳农业大学长期定位试验为基础,选取（0～20cm）不同年限土壤样品,分析了无肥对照（CK）、单施化肥（N4P2）、中量有机肥（M2）、高量有机肥（M4）和高量有机肥＋化肥（M4＋N2P1）5个处理下土壤重金属元素Cu、Zn、Pb和Cd全量及其有效态含量的变化。结果表明,20多年的定位施肥增加了土壤中重金属元素Cu、Zn、Pb和Cd全量,虽然有所波动但总的趋势明显,其中以M4＋N2P1处理对Cu和Zn增加最为明显,而Pb和Cd在M4处理增长量最大,单施N4P2处理对4种重金属元素全量影响不明显。施有机肥能显著提高Cu、Zn和Cd有效态含量,与对照相比分别平均提高61.28%、169.3%和123.7%,不同施肥处理土壤中Cd含量已超标,属污染水平。有效态Pb在N4P2处理要显著高于其他各处理,而各年份M4处理有效态Pb的含量要低于CK处理。20年来有效态Pb含量相对于CK平均降低了4%。土壤中4种重金属全量与其有效态含量相关性表明：Cu、Zn和Cd全量与其有效态含量呈极显著正相关关系,全量Pb与有效态Pb呈显著负相关而与有效态Cu和Zn不显著相关。     

2种含铁材料对水稻土中砷和重金属生物有效性的影响

通过盆栽试验研究添加2种含铁材料(Fe(OH)3、FeCl3)对污染水稻土壤中As、Pb、Cd、Cu、Zn生物有效性的影响。结果表明,添加Fe(OH)3对土壤As交换态含量没有显著的影响,添加FeCl3显著降低了土壤As交换态含量,添加量为0.50g/kg时,土壤As交换态含量比对照下降46%。添加Fe(OH)3使土壤Pb、Cu交换态含量显著降低,2.00g/kg的添加量使Pb、Cu交换态含量分别下降63%,74%。添加FeCl3使土壤Pb、Cd、Zn交换态含量显著升高,2.00g/kg的添加量使Pb、Cd、Zn交换态含量分别升高3 834%,247%,1 744%。添加Fe(OH)3对糙米中无机As和重金属Pb、Cd、Cu、Zn含量没有显著的影响,添加FeCl3显著降低了糙米中无机As含量,但显著提高了糙米中Pb、Cu含量,1.00g/kg的添加量使糙米中无机As含量降低33%,Pb、Cu含量分别升高147%,50%。表明添加FeCl3能有效降低土壤As的生物有效性,但提高了土壤重金属的生物有效性。添加Fe(OH)3对土壤pH无显著影响,而添加FeCl3能显著降低土壤pH值,这是FeCl3能有效固定土壤As,提高土壤重金属交换态含量的重要原因之一。     

废料碳酸钙对低累积作物玉米吸收重金属的影响:田间实例研究

通过田间试验方法,研究了在铅锌矿废水污染的土壤上施用废料碳酸钙对第1、2季低累积玉米(Zea mays)产量以及重金属Cd、Pb、Zn和Cu含量的影响,并分析了施用废料碳酸钙后土壤pH和土壤有效态重金属含量的变化。结果表明,施用废料碳酸钙,玉米产量均有显著提高,其中高量废料碳酸钙处理效果最佳,第1季增产154%,第2季增产275%,玉米对Cd、Zn和Cu吸收量降低,玉米籽粒Cd、Zn和Cu含量降低到了国家食品卫生标准允许的含量水平。与对照比较,废料碳酸钙不同用量水平均能不同程度地提高土壤pH,降低土壤有效态重金属含量,并抑制茎叶Cd和Cu向玉米籽粒的转移,从而造成玉米籽粒重金属含量降低。     

赤泥对污染土壤中Cd,Pb和Zn形态及水稻生长的影响

通过盆栽试验,研究了赤泥对污染土壤中Cd,Pb和Zn形态和水稻糙米中Cd,Pb和Zn含量以及水稻生长的影响。结果表明,添加赤泥可有效提高土壤pH,改变土壤中Cd,Pb和Zn的形态,显著降低土壤中交换态Cd,Pb和Zn含量以及水稻糙米中的Cd,Pb和Zn含量。当赤泥施用量为12.5 g kg-1土时,土壤中交换态Cd,Pb和Zn的含量分别比空白对照降低了40.81%、25.68%和38.48%;水稻糙米中Cd,Pb和Zn的含量分别比空白对照降低了70.45%、42.46%和29.19%。与空白对照相比,赤泥施用量为5.0 g kg-1土时,水稻株高、穗长及每盆粒重均显著提高。但当赤泥施用量超过10.0 g kg-1土时水稻生长会受到抑制。在赤泥农业应用时应考虑其施用量及潜在的环境风险,以免影响作物生长。     

施用碳酸钙对土壤铅、镉、锌交换态含量及在大豆中累积分布的影响

在重金属复合污染的土壤中,通过施用不同水平的碳酸钙对土壤进行改良,研究土壤中Pb、Cd、Zn交换态含量的变化以及在大豆植株中的累积分布.结果表明:(1)在污染土壤中施用碳酸钙,能够降低土壤中Pb、Cd、Zn交换态含量,且随着碳酸钙施用量的增加,土壤中这3种重金属交换态含量呈明显降低趋势.在土壤中施用碳酸钙改善了大豆植株的生长状况,有效地抑制大豆植株对土壤Pb、Cd、Zn的吸收.从而减缓了重金属对大豆植株的毒害作用.(2)2.0 g/kg为碳酸钙的最佳施用量,能使大豆籽粒增产47.5%.籽粒中Pb含量降低73.0%,Cd含量降低53.8%,但在这个重金属污染矿区土壤中施用碳酸钙仍无法使籽粒中的重金属含量达到国家粮食卫生标准中Pb、Cd低于0.2 mg/kg的标准.     

不同钝化剂对Cu、Cr和Ni复合污染土壤的修复研究

利用盆栽试验研究了不同钝化剂(沸石、牡蛎壳、鸡蛋壳、硅藻土和聚丙烯酰胺(PAM))对生长在重金属污染土壤上的青菜(Brassica chinensis L.)生物量、重金属吸收以及超氧化物歧化酶的活性(SOD)和丙二醛(MDA)含量的影响,同时,通过对土壤p H和土壤重金属提取态的分析,探讨了钝化剂影响青菜生物量和重金属吸收的可能原因。结果表明:钝化剂加入可显著降低青菜地上部分Cu、Zn、Ni和Cd的含量及其氧化性损伤和脂膜损伤(SOD和MDA指标显著降低)。施入钝化剂后,土壤p H显著提高,重金属提取态Cu、Zn、Pb、Ni和Cd普遍降低(硅藻土处理除外)。相关性分析表明,土壤p H与提取态重金属Pb、Zn、Ni和Cd呈显著的负相关,而青菜中的重金属Zn、Ni和Cd的含量与土壤提取态含量呈显著正相关。综合考虑,单一钝化剂牡蛎壳和沸石+牡蛎壳+鸡蛋壳(FMJ)组合对降低青菜重金属吸收的效果尤为显著,可推荐作为重金属复合污染土壤的改良剂。本研究为重金属中轻度污染菜地的土壤修复提供了一种新方法。     

淹水条件下生物炭对污染土壤重金属有效性及养分含量的影响

以生物炭为改良剂,采用淹水培养方法研究不同添加量生物炭(BC)处理(1%,3%和5%)对污染土壤Zn、Cd、Pb、Cu有效性及养分含量的影响,并用毒性淋出试验(TCLP)法对其生态风险进行评价。结果表明:与对照相比,添加生物炭土壤中交换态Zn、Cd、Pb、Cu分别降低0.15%～24.11%,1.22%～16.09%,0.47%～21.51%,3.05%～77.30%,且表现为随生物炭施用量的增加其降低程度增大。TCLP态Zn、Cd、Pb、Cu含量分别降低0.74%～21.47%,6.67%～47.62%,2.02%～16.74%,0.29%～21.20%,且表现为随生物炭施用量的增加其降低程度增大。与对照相比,添加生物炭后土壤pH上升(-0.01)～0.35个单位,有机质、铵态氮和硝态氮分别增加0.09%～20.02%,1.59%～38.28%和2.74%～90.14%。土壤pH值与土壤交换态Cu含量呈显著负相关,有机质含量与交换态Zn含量呈显著负相关。淹水条件下污染土壤中施用生物炭可降低重金属Zn、Cd、Pb和Cu的有效性和生态风险,提高土壤养分含量,起到改良土壤作用。     

重金属污染土壤中菠菜对铅吸收和累积规律的研究

通过盆栽试验对苗期和收获期菠菜地上部和地下部的重金属含量进行测定,并计算各元素的累积率和分配率,以了解土壤Pb污染和重金属复合污染条件下菠菜Pb的吸收和积累规律。结果表明,Pb、Cd、Cu、Zn复合污染条件下对Pb毒害起到抑制作用;在Pb、Cd、Cu、Zn复合污染条件下,Cd、Cu、Zn等金属离子的存在抑制了菠菜根系对Pb离子的吸收,而对菠菜植株内Pb离子的运转影响不大。在本试验条件下,Pb元素在地上部的分配率较低,为14.73%～28.72%。     

生物炭对铜矿区排土场污染土壤理化性质和重金属形态的影响

为了探讨在重金属胁迫下,不同用量(0,1%,2%,4%)生物炭对土壤pH、有机碳、全氮、全磷以及重金属形态的影响,以铜矿区排土场污染土壤为研究对象,开展室内盆钵试验。结果表明：与对照K相比,在不同剂量生物炭处理下,土壤pH、有机碳、全N和全P增幅分别为3.5%～23.0%,5.6%～13.2%,2.9%～6.8%和3.4%～9.5%,酸溶态Cd, Pb, Cu和Zn含量降幅分别为65.5%～71.2%,49.9%～71.5%,34.6%～50.6%和45.3%～52.1%,可还原态Cd, Pb, Cu和Zn含量降幅分别为71.5%～74.3%,44.4%～63.6%,38.5%～57.8%和29.1～39.1%,可氧化态Cd含量降幅为15.6%～36.9%,可氧化态Pb, Cu和Zn含量增幅分别为16.9%～20.5%、3.9%～26.0%和18.8%～55.9%,残渣态Cd, Pb, Cu和Zn含量增幅分别为42.4%～44.2%,11.0%～23.5%,15.0%～37.9%和20.0%～41.9%。添加生物炭可以提高土壤pH,增加土壤有机碳和全氮含量,对土壤全磷含量也略有增加,但...     

赤泥颗粒对韭菜吸收污染土壤中铅锌的抑制效应研究

采用盆栽试验方法,通过添加赤泥颗粒修复铅锌污染土壤,按照火焰原子吸收分光光度法测定不同时期种植韭菜的土壤中重金属的含量,分析赤泥颗粒对土壤中重金属的钝化行为与机理,确定赤泥颗粒对土壤修复和对韭菜生长促进最佳的添加量。结果表明,赤泥颗粒能缓释OH-,促进重金属铅、锌化学形态转化和抑制生物吸收。铅、锌污染土壤修复的最佳赤泥颗粒添加量为5%,此时,土壤中铅、锌的生物有效态含量在修复期内分别降低了41.03%、26.55%;结合铅锌污染土壤修复与韭菜生长影响,初步确定赤泥颗粒的最佳施用量为1%,此时,土壤中铅、锌的生物有效态含量在修复期内分别降低了24.81%、15.9%;赤泥颗粒对铅锌污染土壤的修复能力大小为铅〉锌。     

赤泥和有机肥对镉、铅在水稻中吸收分布的影响

通过大田正交试验,研究添加赤泥和有机肥对Cd、Pb在土壤-水稻系统中分布规律的影响。结果表明,添加赤泥或有机肥后,水稻根际土壤pH值升高0.36~1.90个单位,根际土壤中Cd、Pb含量分别降低2.73%~26.25%和7.15%~34.26%,糙米中Cd和Pb含量分别降低23.24%~55.90%和11.76%~29.41%,其中单施赤泥效果最好,其次是配施,单施有机肥最差。添加赤泥和有机肥后,水稻各器官中Cd和Pb含量显著降低,不同生育期Cd和Pb的贡献率明显改变,且添加量及施肥方式(单施、配施)也有显著影响。与CK相比,降Cd效果最好的是单施赤泥4 000 kg·hm~(-2),降幅为55.90%;降Pb效果最好的是赤泥(4 000 kg·hm~(-2))与有机肥(1 000 kg·hm~(-2))配施,降幅为29.41%。由于土壤中Cd(超标65倍)、Pb(超标7倍)污染程度较高,糙米中Cd、Pb含量仍超过食品污染物限量(GB 2762—2012)。因此,在重金属污染程度较高的稻田,仅通过添加土壤调理剂不能达到安全生产的目的。     

微生物对土壤Cd Pb和Zn生物有效性的影响研究

采用土壤盆栽模拟试验方法,研究了接种不同微生物对重金属富集植物——印度芥菜修复土壤中Cd、Pb、Zn的作用效果。结果表明,接入菌株JA27、JC55、JC40不仅显著促进植物的生长,提高印度芥菜的生物量,降低了土壤pH,并且对土壤Cd、Pb、Zn产生活化作用,使土壤Cd、Pb、Zn有效态含量显著增加,增强印度芥菜对土壤Cd、Pb、Zn吸收量,显著提高了富集植物的修复效果。以上3个处理使印度芥菜地上部Cd、Pb、Zn吸收量分别提高了117%～137%、37%～62%、9%～15.1%。接种JB37对土壤Cd、Pb、Zn产生钝化作用,并且抑制印度芥菜对土壤Cd、Pb、Zn的吸收。JB37处理印度芥菜地上部Pb、Zn吸收量分别降低了72.5%、27%,对Cd吸收量无显著影响。     

Immobilization of heavy metals in soils by the application of bauxite residues: pot experiments under field conditions

In previous greenhouse experiments red mud, a residue of the alumina industry, was identified as effective amendment for in situ fixation of heavy metals. In the present study, we further evaluated the efficiency and potential drawbacks of red mud in an outdoor pot experiment. Application of 5 % (w/w) red mud (RM) should reveal possible drawbacks of red mud due to indigenous pollutants such as As, Cr, and V. Three soils from arable land in Lower Austria named Untertiefenbach (U) (Eutric Cambisol), Weyersdorf (W) (Dystric Cambisol), and Reisenberg (R) (Calcic Chernozem) were spiked with Cd, Zn, Cu, Ni, and V at two concentration levels in 1987, two soils originate from long‐term industrially polluted sites, located in Carinthia (Arnoldstein – Rendzic Leptosol; Zn, Cd, and Pb) and Tyrol (Brixlegg – Dystric Fluvisol; Cu, Zn). Zea mays was cultivated in pots for three months in outdoor conditions. Extraction with 1 M NH₄NO₃ was used to assess the influence of RM on the labile metals. Lability of Cd, Zn, Ni, and Pb was reduced upon RM treatment on a sandy soil up to 91 %, 94 %, 71 %, and 83 % of the control, respectively. Metal accumulation in shoots was reduced for Cd and Zn up to 54 % and for Ni up to 75 % (soil W), but not for Pb (soil A). Addition of RM (5 % w/w) increased the total As, Cr, and V concentrations in soils by 5, 20, and 50 mg kg^–1, respectively. Whereas the lability of Cr was not affected, 1 M NH₄NO₃‐extractable As and V exceeded the trigger value for water quality according to Prüeß (1994). Lability of Cu increased upon RM application, especially on the Cu polluted industrial soil (B), while Cu toxicity appeared to be reduced as indicated by the higher corn biomass production. Red mud holds promise as soil amendment in terms of reduction Cd, Zn, and Ni bioavailability. However, at additions as high as 5 % (w/w) large As, Cr, and V concentrations of this material may limit its application.     

植被恢复模式对土壤重金属质量分数和土壤酶活性的影响——以山东省淄博市四宝山破坏山体为例

矿产资源开采造成了严重的重金属污染,为选择合理植被恢复模式以修复土壤重金属污染,以淄博市四宝山破坏山体不同植被恢复模式为对象,测定土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾质量分数,pH值等主要化学性质,土壤多酚氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、脲酶活性和Cu、Zn、Cd等7种重金属质量分数,分析不同植被恢复模式对土壤重金属质量分数及土壤酶活性的影响.结果表明:1)实验区土壤中重金属Zn轻度污染,Cu和Cd重度污染,其他重金属均不构成污染;2)各人工植被恢复模式土壤重金属质量分数均低于灌草丛的,其中黑松林对土壤Cu、Cd的修复效果最好,侧柏林对土壤Zn的修复效果最好;3)土壤重金属全量在垂直分布上规律复杂,有效量均表现为下层高于上层,土壤有效Cu、有效Zn、有效Cd下层比上层依次高9.24％～18.94％、0.97％～20.09％和5.48％～35.51％;4)在影响土壤酶活性的各种因素中,破坏山体土壤重金属有效量与土壤化学性质的影响最为明显,处于同等重要的地位.本研究发现,Cu、Zn、Cd均对4种土壤酶活性表现出了抑制作用,建议用土壤多酚氧化酶、过氧化氢酶、脲酶活性作为破坏山体土壤重金属Cu污染的评价指标.     

重金属单一污染对龙须草生长与生理生化特性的影响

试验研究了不同处理水平下Cd、Pb、Cu、Zn、As单一污染对龙须草生长和生理生化特性的影响。结果表明:龙须草地下部对重金属的抗性大干地上部,种植龙须草的污染土壤中Cd、Pb、Cu的土壤临界值可分别设定为10mg／kg、300mg／kg和100mg／kg;龙须草叶绿素含量随重金属处理浓度的增加呈先升后降趋势,但其总叶绿素含量和叶绿素a／b值均低于对照;龙须草SOD活性随Zn、As单一污染处理浓度的增加呈先升后降趋势,而随其他3种重金属处理浓度的增加呈下降趋势;龙须草CAT和POD的活性随As处理浓度的增加呈上升趋势,而随其他4种重金属处理浓度的增加呈先升后降趋势。     

长期施用有机肥对稻田土壤重金属含量及其有效性的影响

以湖南省7个稻田长期定位试验为基础,分析了无肥对照(CK)、化肥(NPK)、中量有机肥 化肥(MOM)和高量有机肥 化肥(HOM)4个处理下0~20 cm土壤重金属Zn,Cu,Cd和Pb全量及其有效态含量的变化。结果表明:长期施用有机肥加大了稻田土壤受重金属污染的风险。仅施化肥对土壤Zn,Cu,Cd和Pb全量、有效态含量及活化率的影响均较小,而中、高量有机肥处理明显提高了土壤Zn,Cu,Cd的全量、有效态含量及活化率,只对土壤Pb的影响较小。且高量有机肥处理下其增幅最大,土壤Zn,Cu,Cd全量分别比对照增加了6.1%,18.7%和8.3%,有效态含量分别比对照增加了87.3%,65.8%和41.4%,活化率分别比对照增加了77.5%,32.0%和29.8%。有机肥的"激活"效应是导致土壤有效态重金属含量大幅提高的主要机制。各试验点土壤全Cd含量均大大超出了土壤环境质量二级标准(0.30 mg/kg),表明各试验点稻田土壤都存在着不同程度的Cd污染问题。