污泥土地利用研究：Ⅱ、连续化学提取法研究施污泥土壤重金属的有效性和环境风险

本文采用连续化学提取法研究了施用污泥土壤中重金属的形态分配及有效性。铜和在2种土壤上施用污泥前、后的形态分配都有所差异，铜在 湖相水稻土上可以氧化态为主：红壤性水稻土可氧化态和可还原态含量都较高。锌在河湖相水稻土以可还原态为主，在红壤性水稻土以醋酸溶解态为主，两种土壤上，铜和锌的3种不同形态含量与污泥施用量之间都有很好的相关性，连续提取对于研究重金属的形态分配比单独提取更有价值。     

污泥土地施用研究I.施用污泥土壤中重金属的化学浸提性研究

本研究了施用污泥的太湖水稻土和江西第四纪红壤性水稻土中重金属的化学提取性。结果表明，随着污泥施用量的增加，土壤中Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ的醋酸，醋酸铵，ＥＤＴＡ３种提取形态的浓度都明显增加，有很好的相关性，各提取态浓度在各施用量之间存在显差异。污泥施用没有增加Ｐｂ含量，这可能与污泥本身含Ｐｂ量低有关。     

施污土壤与污泥中Cu、Pb、Cd、Zn的形态分布

污泥中的重金属元素是限制其大规模农田利用的重要因素。施污土壤和污泥中重金属的形态研究可以用来评价土壤中重金属的生物有效性以及它们在土壤中的移动性。用修正BCR三步连续提取法进行分步提取研究了污水污泥和施污后的西红柿地土壤中Cu、Pb、Cd、Zn的形态分布状况。施用污泥堆肥10t hm-2后的土壤中Cu、Pb、Cd、Zn的全量与各种形态含量无明显增加,Cu、Pb、Zn含量远低于国家土壤环境质量标准。土壤中Cu的各种形态分布关系是:残渣态>可还原态=可氧化态>可交换态和弱酸溶解态,Cu在土壤中的存在是以最稳定的残渣态为主。堆肥污泥与干化污泥相比,残渣态Cu的比例明显增加。土壤中Pb的各种形态分布关系是以残渣态和可还原态为主,但可氧化态的分布比例最小。土壤中Cd的可交换态、可还原态和残渣态各占据相等的含量,但可氧化态Cd的含量几乎为零。Zn在土壤中的各种形态分布关系是:可交换态和弱酸溶解态>可氧化态>可还原态>残渣态,Zn在土壤中的存在是以最易迁移的可交换态和弱酸溶解态为主。这些金属元素在土壤中的相对稳定性顺序为:Cu>Pb>Cd>Zn。Zn在土壤中的移动性要远高于Cu。     

长期定位施肥对土壤铜、锌形态转化及其空间分布的影响

采用改进的BCR连续提取法,对沈阳农业大学棕壤肥料长期定位试验地31年不同施肥处理土壤铜和锌含量变化及其空间变异规律进行研究。结果表明：与试验前相比,耕层（0-20cm）土壤各处理水溶态铜、弱酸溶态铜和残渣态铜含量都有不同程度的减少,可还原态铜和可氧化态铜含量在化肥区有所降低,在有机肥区有所增加;残渣态锌含量明显减少,其他形态锌含量有不同程度的增加。耕层各形态铜分布趋势因处理不同而不同,锌以残渣态为主。在空间分布上,2种元素弱酸溶态、可还原态和可氧化态含量都是随土层的加深而减少。可氧化态铜与有效态铜关系最密切;可还原态锌对有效态锌的贡献最大。     

污染水稻土中重金属的形态分布及其影响因素

通过BCR3步提取法研究了江西省贵溪铜冶炼厂污染区水稻土中重金属的形态分布。研究表明,废渣场渗滤液污染区域(渣场区)的污染较污水灌溉污染区(污灌区)严重,渣场区土壤中Cu、Pb、Cd的含量高于污灌区,而污灌区土壤Ni含量较高。在表层(0～20cm)水稻土中,Cu以可氧化态为主,Pb以可还原态和可氧化态为主,Cd以酸溶态为主,Ni以残渣态为主,不同重金属元素的有效态所占总量百分比大小顺序是Cd>Cu>Pb>Ni。土壤重金属不同形态之间也呈现一定的相关性,说明Cu与Pb、Cd、Ni之间具有同源性。土壤pH主要影响了污灌区中Cu的形态分布,以及渣场区土壤酸溶态Ni的分布。土壤有机质含量对各重金属形态分布的影响不明显。     

外源铜和镍在土壤中的化学形态及其老化研究

采用连续提取法测定了外源铜和镍进入田间土壤后的化学形态分布,比较研究了这2种重金属在3种不同类型土壤(红壤,水稻土和潮土)中随老化时间的形态转化和分布.结果表明,外源铜以残留态(40%～60%)和EDTA可提取态(40%)为主;随老化时间,EDTA可提取态、易还原锰结合态及铁铝氧化态向残留态转化;外源镍在酸性红壤中以可交换态(40%)和残留态(30%～50%)为主,在中性水稻土中以EDTA可提取态(30%)和残留态(30%～50%)为主,在碱性潮土中以铁铝氧化态(20%)和残留态(40%)为主.随老化时间,水溶态、可交换态、EDTA可提取态等向残留态转化.土壤pH较低时水溶态和可交换态含量较高,但是同时随老化时间的降低量也明显;pH较高时有利于易还原锰结合态和有机质结合态的转化.     

连续污泥农用对土壤微团聚体及有机质组分中 重金属分布的影响

采用物理和化学相结合的分组方法,将土壤逐级分离成不同粒径后再分出以有机无机复合体存在的重组,研究施加不同污泥后土壤中不同粒径颗粒、不同重组结合态腐殖质组分中铜锌镉的分配特征。结果表明,土壤重金属浓度随其粒径减小呈不断升高趋势,但施用污泥增加了土壤细砂粒级组分中的重金属所占比例,且随施用污泥中重金属浓度上升而增率升高。施加污泥后,不同粒径土壤颗粒中松结态腐殖质比例明显增加,紧结态腐殖质所占比例下降。施加污泥后土壤细砂颗粒松结态腐殖质中铜锌镉所占比例上升,紧结态腐殖质中铜锌镉所占比例下降。粉砂粒级松结态腐殖质中铜镉比例上升,紧结态腐殖质中铜镉所占比例下降。细粉砂和胶体粒级不同结合态腐殖质中铜锌镉比例没有明显变化。不同粒径组分土壤颗粒中重金属比例变化不仅与不同结合态腐殖质的比例有关,还与土壤颗粒大小和土壤性质有关。     

长期定位试验点土壤镉的吸附解吸及形态分配

以中国生态系统研究网络和国家土壤肥力和肥料效应长期定位监测网络5个农业生态实验站的表层土壤为材料,研究了不同区域农田土壤对Cd的吸附解吸特性;同时,在研究长期定量施肥对封丘潮土和祁阳红壤Cd积累及其有效性影响的基础上,对不同施肥处理进行了土壤Cd形态分级。结果表明,5种农田土壤中,中厚黑土的吸附量较大,旱地红壤的吸附量较小,土壤的最大吸附量与土壤有机碳含量、土壤CEC及土壤pH有关;长期施用化肥对封丘黄潮土和祁阳红壤Cd积累的作用不明显,长期施用有机肥可增加土壤Cd的积累,但内源性有机肥(秸秆)使黄潮土Cd含量增加的幅度远低于外源性有机肥(猪粪)使红壤Cd含量增加的幅度,长期施用有机肥对土壤Cd有"活化"作用。黄潮土和红壤中Cd的形态分配顺序均为:残渣态弱酸提取态可还原态可氧化态,但黄潮土中残渣态Cd的比例显著高于红壤中残渣态Cd的比例。化肥和有机肥均可影响Cd在黄潮土和红壤中的形态分配。     

污泥土地利用研究III. 富锌污泥

本文通过温室盆栽试验方法研究了不同富锌污泥施用方法对水稻生长及其重金属含量的影响。结果表明,污泥施用主要通过增加水稻分蘖来促进水稻生长从而提高产量。污泥的施用显著地提高了水稻茎叶和籽粒中锌的含量。     

污泥土地利用研究：Ⅳ、无锡污泥与香港碱化污泥的肥效比较

本通过盆栽试验研究了污泥施用对青菜和番茄生长的影响，试验表明，污泥施用可显促进青菜和番茄的生长，但和长在酸酸性红壤和太源水稻土上两种蔬菜对污泥施用的响应不同，香港碱性污泥产品对青菜在酸性红壤上的增产效果优于无锡污染；无锡污泥随施用量增加产量有所增加：太湖水稻土上无锡污泥的肥效优于香港碱性污泥产品。污泥施用不仅对当茬蔬菜增产明显，对后茬蔬菜也有增产效应。     

炭化生活污水污泥对酸化红壤的改良效果

从南京市、马鞍山市和丹阳市的3个污水处理厂采集污泥,在500℃下热解制备炭化污泥,测定了污泥和炭化污泥的性质和重金属含量,研究了污泥和炭化污泥对酸性红壤改良效果,并探讨了炭化污泥中重金属的环境风险。结果表明,污泥和炭化污泥中含有一定量的碱,添加炭化污泥可提高红壤的p H和交换性钙、镁和钾含量,降低土壤交换性铝和交换性H+含量。但污泥中大量铵态氮的硝化作用释放质子,抵消了污泥对红壤酸度的改良作用。添加污泥和炭化污泥提高了土壤有机碳、有效磷和速效钾的含量,提高了土壤肥力。污泥炭化后重金属含量有所增加,但大部分重金属的有效态含量下降,说明热解过程可以降低部分有毒重金属的活性。与对照相比,添加炭化污泥会增加土壤中部分重金属有效态含量,特别是有效态锌含量显著增加,因此炭化污泥农业利用存在一定的环境风险。建议将炭化污泥用于酸化的森林红壤的改良。     

污泥土地利用研究：Ⅲ、富锌污泥

西通过温室盆栽试验方法研究不同富锌污泥施用方法对水稻生长及其重金属含量的影响，结果表明，污泥施用主要通过增加水稻分蘖来促进水稻生长从而提高产量。污泥的施用显提高了水稻茎叶和籽粒中锌的含量。     

广东韶关主要矿区周边农田土壤铅、镉的形态分布及生物有效性研究

采用改进BCR法和DTPA提取法研究了韶关主要矿区周边农田土壤Pb、Cd的形态分布和生物有效性。结果表明,参照土壤环境质量标准二级标准,韶关主要矿区周边农田土壤Pb、Cd的超标率分别为14.1%和92.3%;参照食品中污染物限量标准,调查的5种蔬菜样品Pb、Cd的超标率分别为57.7%和48.7%。土壤Pb以可还原态为主,占到4种形态和的76.13%,Pb各形态的分布顺序为：可还原态〉残渣态〉可氧化态〉酸提取态;土壤Cd以酸提取态和可还原态为主,占到4种形态和近89%,Cd各形态的分布顺序为：酸提取态〉可还原态〉可氧化态〉残渣态。用DTPA提取得到的土壤Pb、Cd有效态均值分别为24.91、1.29 mg·kg-1。相关性分析表明,除了胡萝卜Cd,5种蔬菜Pb、Cd含量与土壤酸提取态、可还原态、可氧化态及土壤有效态含量显著相关,与土壤pH和有机质相关性不大。逐步回归分析表明,只有土壤残渣态含量对蔬菜Pb、Cd含量影响不显著。     

石灰用量对污染红壤和黄泥土中有效态铜锌含量的影响

采用外源加入重金属铜锌硝酸盐的方法,制成铜、锌单一及复合污染的三级污染红壤和黄泥土（Cu 200mg/kg、Zn 400 mg/kg）,稳定一个月,施入低（0.50 g/kg）、中（1.50 g/kg）和高（2.50 g/kg）3种不同用量的石灰,稳定两个月后测定土壤有效态铜、锌含量和pH值,以阐明石灰用量对不同污染土壤中重金属有效态含量的影响。结果表明,随石灰用量的增加,复合污染红壤中有效态铜含量较对照依次降低31%、76%和87%;而石灰用量对黄泥土中有效态铜影响的差异不显著;两种土壤中有效态锌含量均随石灰用量的增加而显著减少;复合污染较单一污染相比,有效态铜及有效态锌的含量差异不显著。在复合污染下,低、中量石灰使黄泥土中有效态铜含量较红壤减少89%和63%,有效态锌减少27%和65%。但加入高量石灰,两种土壤差异不显著。石灰能够降低单一与复合污染铜、锌有效态的含量,但其效果因土壤类型而异,在红壤上选择施用高量石灰而在黄泥土上则适宜施用低中量石灰,以取得最佳的修复效果和效益。     

长期定位施肥对土壤铁、锰形态及剖面分布的影响

本文采用改进的BCR连续提取法,对沈阳农业大学棕壤肥料长期定位试验地31年不同施肥处理土壤铁和锰含量变化及其剖面变异规律进行研究。结果表明:与试验前相比,耕层土壤两种元素水溶态和弱酸溶态含量都有所增加,而可还原态和残渣态含量则有不同程度的减少;铁和锰都以残渣态和可还原态为主。在空间分布上,两种元素弱酸溶态和可氧化态含量随土层的加深而减少,残渣态则相反。研究表明,有机肥能在一定程度上改变铁和锰在各形态间的分配,并且有机肥能活化残渣态铁和锰。     

污泥土地利用研究IV. 无锡污泥与香港碱化污泥的肥效比较

本文通过盆栽试验研究了污泥施用对青菜和番茄生长的影响。试验表明,污泥施用可显著促进青菜和番茄的生长,但生长在酸性红壤和太湖水稻土上两种蔬菜对污泥施用的响应不同。香港碱性污泥产品对青菜在酸性红壤上的增产效果优于无锡污泥;无锡污泥随施用量增加产量有所增加;太湖水稻土上无锡污泥的肥效优于香港碱性污泥产品。污泥施用不仅对当茬蔬菜增产明显,对后茬蔬菜也有增产效应。     

长期施用有机肥对紫色水稻土铁锰铜锌形态的影响

以长期定位试验为基本材料 ,研究了 9年连续施用有机肥对紫色水稻土铁、锰、铜、锌形态的影响。结果表明 ,有机肥是土壤铁、锰、铜、锌的良好给源。紫色水稻土长期施用有机肥与单施化肥比较 ,土壤中的全铁、全锰变化不大 ,全锌提高了 5.5%～ 30.0% ,交换态铁、碳酸盐结合态铁、有机态铁、无定形结合态铁分别提高了1.5%～12.7%、2.4%～8.9%、11.6%～19.5%、32.5%～72.5%。锰、锌的各形态数量均有不同程度的增加。同时 ,长期施用有机肥增大了土壤铜的消耗 ,全铜含量有下降的趋势。     

施用河道污泥对水稻和土壤重金属含量及 水稻氮素利用的影响

2013—2014年以苏州市相城区望亭镇某河道污泥为研究对象,以农田施用污泥20 kg?m~(-2)和不施用污泥为主处理,以施氮肥120 kg(N)?hm~(-2)(LN)和240 kg(N)?hm~(-2)(NN)为副处理,连续两季种植粳稻品种‘武运粳24’,研究河道污泥农田施用对水稻和土壤重金属含量及水稻氮素利用的影响。结果表明:1)河道污泥农田施用,显著提高了稻田土壤有机质含量、速效氮含量和重金属Cu、Zn、Pb含量,水稻产量平均增加7.05%,水稻籽粒中重金属Cu、Zn、Pb含量分别增加53.66%、18.71%和802.29%,水稻吸氮量显著增加,氮素利用效率显著降低。2)河道污泥施用后,较高施氮量(NN)增加了稻田土壤有机质含量和速效氮含量,对稻田土壤重金属含量和水稻籽粒中重金属含量影响不大,水稻产量、水稻吸氮量显著增加,但氮素利用效率显著降低。3)污泥处理条件下,与第1季相比较,第2季稻田土壤重金属Cu、Zn、Pb含量平均下降5.0%左右、籽粒中重金属Cu、Zn、Pb含量下降7.27%~12.65%,但均显著大于不施河道污泥的对照处理。4)污泥×氮肥、污泥×年度、氮肥×年度和污泥×氮肥×年度的互作效应对稻田土壤养分含量、重金属含量,水稻产量、籽粒重金属含量和水稻氮素吸收利用的影响均未达显著水平。     

香港土壤研究Ⅶ.BCR提取法研究重金属的形态及其潜在环境风险

基于类型土壤的重金属元素形态分析研究相对较少,本研究以香港地区7个亚纲的土壤剖面为例,利用欧共体参比司(BCR)制定的三步连续提取法研究了类型土壤中重金属Cd、Cu、Pb和Zn的化学形态及其潜在环境风险。结果表明,Pb、Cd和Zn元素除残留态外,HOAc溶解态的比例也相对较高,但不同类型的土壤有所差别,而Cu元素则以残留态和可氧化态为主。在这7种类型土壤中,正常潜育土和湿润淋溶土中的重金属潜在环境风险相对较高,而在这4种重金属元素中,又以Pb元素的潜在环境风险最大。     

磷矿粉和活化磷矿粉修复Cu污染土壤

为了比较磷矿粉和活化磷矿粉对铜污染土壤的修复效果,在实验室将实际铜污染土壤和模拟污染土壤与不同质量分数(0、0.1%、0.5%、1%、4%、8%等)的磷矿粉和活化磷矿粉混合培养,运用欧共体标准物质局提出的改进的三步连续提取法（简称BCR法）分析了土壤中铜的各种形态及其含量的变化。结果表明：2种含磷材料都具有一定的修复土壤铜污染的作用;培养10 d后,2种土壤在磷矿粉8%用量下可溶态铜含量降幅分别为25.8%和40.0%,氧化态和还原态变化趋势不同,残渣态含量增幅达到77.1%和41.3%,有效地降低了土壤中铜的活性。而施用经草酸活化的磷矿粉后,实际污染土壤中可溶态铜含量有所增加,模拟污染土壤中可溶态铜含量基本无变化;实际污染的红壤和模拟污染的土壤中残渣态铜含量分别增加了82.6%和17.0%,其他形态铜的变化差异不显著。该研究可为磷矿的综合利用和重金属污染的土壤的原位修复提供参考。