污染源附近农田土壤中铅 镉 铬 砷的分布特征和生物有效性研究

在对中国东北污染源附近农田土壤巾铅、镉、铬和砷化学形态分析的基础上进行了重金属的生物有效性评价,结果表明,重金属主要累积在农田表层0～20 cm的土壤巾,表层土壤中有一种或两种重金属的总量分别超过国家土壤环境质量相应的标准值.所研究土壤中,铅、铬和砷以残渣态为主,其中残渣态铅占52.9%～80.1%,铬占81.0%～90.5%,砷占42.1%～82.9%.镉以有机结合态占优势,相对含量为19.5%～57%.铅、镉、铬和砷可交换态的相对含鼍均较低(0.02%～3.67%).3种土壤中,重金属生物有效性的大小顺序均为镉>砷>铅>铬,迁移能力的大小顺序为镉≥砷>铅≥铬,镉的生物有效性和迁移能力都是最大的,说明镉的生物有效性最高,应给予更多的关注.     

硅硫材料对复合污染土壤镉砷赋存形态的影响

为探究含硅含硫材料对极重度(矿区)镉砷复合污染土壤镉、砷形态动态变化的影响,以及轻、重度镉砷复合污染耕地土壤与淹水条件下含硅含硫材料对土壤镉、砷形态变化的影响,本试验采集三种不同污染程度土壤(极重度矿区污染土壤、重度污染耕地土壤、轻度污染耕地土壤),通过室内土壤培养的方法模拟施用含硅含硫材料,研究单一施用(G、S)、混合施用(GS)和混合施用结合淹水处理(GSI)对轻、重度耕地土壤镉砷赋存形态的影响,单一施用(G1、G2、S1、S2)、混合施用(GS1、GS2)以及不同施用浓度处理对极重度矿区污染土壤镉砷赋存形态的影响。结果表明:含硅、含硫材料均能降低矿区镉砷复合污染土壤中弱酸可溶态镉含量,降低幅度为6.42%～13.46%,残渣态含量上升幅度为89.84%～248.57%,显著降低土壤中镉的有效性,其中施用量高的含硅含硫材料处理(GS2)效果最为明显。硅硫材料各处理使土壤中残渣态砷上升了4.74%～13.98%,降低了土壤中砷的有效性,其中施用量低的含硅含硫材料处理(GS1)效果最为明显。硅硫材料对轻、重度污染土壤中弱酸可溶态镉含量均有降低,降低幅度为10.14%～29.93%,残渣态含量上升幅度为21.89%～60.8%,所有处理中含硅含硫材料结合淹水处理(GSI)效果最好,但砷在淹水处理下反而使残渣态分别下降了16.51%～23.96%。含硅含硫材料可降低三种类型土壤镉、砷生物有效性,含硅含硫材料混合处理优于单一处理,耕地土壤GSI处理降低土壤镉砷有效性效果最好。     

广西水稻土镉有效性、水稻镉富集系数与土壤性质的关系研究

【目的】开展广西水稻土镉有效性、水稻镉富集系数与土壤性质的关系研究,为降低石灰岩地区土壤镉迁移及稻米镉累积提供理论参考依据。【方法】以广西不同地方的65个水稻土及相应的Y两优品种系列水稻为研究对象,分析土壤理化性质、水稻各部位镉含量、土壤有效镉/总镉、水稻各部位对镉的富集系数与土壤性质的关系,以及影响土壤镉有效性和糙米镉富集的主要影响因子。【结果】土壤镉超标率为67. 69%,糙米超标率为41. 54%。土壤镉有效性受到铁、锰形态的影响,有效镉/总镉与总铁、总锰呈显著负相关,与有效铁呈显著正相关;土壤p H、有机质、交换性钙、总铁和总锰显著影响水稻对镉的富集能力,其中,糙米镉富集系数与pH值、交换性钙含量呈极显著负相关,与有机质、总铁、总锰呈显著负相关。总锰和有效锰是决定土壤镉有效性的主要影响因子,镉有效性的线性回归方程为:有效镉/总镉=0. 491-0. 167×总锰+0. 004×有效锰;交换性钙和总锰是决定糙米镉富集能力的主要影响因子,糙米镉富集系数线性回归方程为:糙米镉富集系数=0. 493-0. 006×交换性钙-0. 156×总锰。【结论】广西稻米超标率低于稻田土壤镉超标率。在所研究的土壤性质中,锰形态是影响土壤镉有效性的主要因子,总锰、交换性钙含量是影响稻米富集镉的主要因子。     

不同母质类型红壤的镉吸附及其形态转化特征

为探明红壤的镉吸附能力及吸附态镉的赋存形态和分配比例,丰富红壤重金属镉污染的理论基础,为红壤镉污染的修复治理提供科学依据,采用恒温培养试验的方法,研究了湘南丘岗区3种典型母质类型红壤的镉吸附和转化特征。结果表明:3种母质类型红壤对外源有效态镉均有较高的吸附容量。其中,以板岩风化物发育的红壤最高,第四纪红土母质发育的红壤次之,而石灰岩风化物发育的红壤相对较低。红壤对外源有效态Cd的吸附是一个快速的反应过程,交换及碳酸盐结合态镉在培养2~12h即达到平衡,随后向不同镉形态转化,约168h后趋于稳定。从红壤吸附态镉的形态分布看,交换及碳酸盐结合态镉是土壤吸附态镉的主要形态,占土壤总吸镉量的53.3%~64.4%,其次为Fe和Mn氧化物结合态镉,占28.4%~32.8%,有机物及硫化物结合态镉和残渣态镉所占比例较少,占7.2%~15.7%。同时,土壤pH值是影响土壤镉吸附容量和镉化学形态的最重要因素。土壤酸化会加剧重金属镉的活化和溶出,提高吸附态镉的生物有效性。     

成都平原典型稻作土壤重金属镉有效性及主要驱动机制

通过对不同污染源稻作土壤理化性质、水稻镉(Cd)富集系数及其相互关系的比较研究,探明成都平原典型土壤-水稻系统Cd的有效性及主要驱动因子。结果表明,工业源产区土壤平均Cd含量为1.21%,达国家标准(GB 15618—2009《国家环境土壤质量标准》)中0.3%的4倍,且显著高于农业磷肥源(APS)和有机肥源(AOS)产区;水稻分蘖期、成熟期各部位Cd富集量均表现为ISAPSAOS,且IS与AOS差异显著;Cd富集系数与土壤有机质含量、电导率和沙粒含量正相关,而与土壤pH值、粉粒含量和黏粒含量负相关,低pH值、轻质地土壤Cd吸附能力低,总体生物有效性较高;Cd富集系数与土壤水溶态、交换态及碳酸盐结合态Cd总体表现显著正相关;主成分分析结果显示,土壤pH值、电导率、有机质含量、土壤质地和土壤中水溶态、交换态及碳酸盐结合态是影响研究区Cd有效性的主要驱动因子。     

川芎镉含量与栽培土壤pH及活性态Cd含量关系初探

[目的]初步探讨川芎中镉含量与栽培土壤pH及活性态Cd含量的关系。[方法]采用振荡提取、超声提取和原子吸收法对不同pH川芎栽培土壤各形态镉进行提取和测定,并测定对应川芎药材中的镉含量。[结果]pH值为4.9～5.76的土壤中,离子态镉占镉总含量的52.09%;pH值为7.21～7.53的土壤中,离子态镉占镉总含量的24.11%。两者对应的川芎药材镉含量pH值较大者镉含量相对较低。[结论]土壤的pH值越小,即酸性越大,土壤中离子态镉所占的百分比越高,川芎植物含镉量越大。     

NH4/NO3配比对土壤镉和锌形态及其生物有效性的影响

采用盆栽试验研究不同铵态氮和硝态氮(NH4/NO3)配比(%/%)对土壤中镉和锌形态及其生物有效性的影响。结果表明,随着施入NO-3-N的比例提高,土壤pH值增加,土壤中水溶交换态镉和锌含量以及苋菜(Amaranthanus tricolour)吸收镉和锌的能力显著降低。这表明土壤施入不同配比NH4/NO3后,通过改变土壤pH而影响土壤镉和锌形态,从而影响镉和锌的生物有效性,因此农业生产中可通过选择合适的氮源来减少蔬菜对镉的吸收,以保障农产品安全。     

镉污染土壤生物质炭修复的化学稳定机制

以不同生物质炭添加量修复稻田土壤为研究对象,采取三步连续提取法对3年来土壤中镉元素的形态分布特征及其变异规律进行了系统分析。结合土壤理化性质,探讨了镉污染稻田生物质炭修复的化学稳定机制。结果表明,在生物质炭修复2、3年后,与对照相比土壤pH分别提高了0.16～0.65单位和0.26～0.60单位;土壤有机质分别提高了26.2%～50.4%和29.2%～51.2%;镉的赋存形态由有效态向潜在有效态或无效态转变,酸溶态分别降低了5.9%～37.6%和21.7%～27.3%;40 t/hm2处理强度土壤镉的氧化态和残渣态分别升高了126.7%和64.2%,显著降低镉污染的生物可利用性和生态毒性。该研究结果能够为深入探讨生物质炭修复机制提供理论依据,并且为生物质炭在重金属污染土壤中的农业应用提供技术支撑。     

外源水溶性镉在红壤中的迁移和形态转化

[目的]为污染土壤的控制和修复治理提供科学依据。[方法]采用实验室土柱法,研究外源水溶性镉在红壤中的迁移和形态转化。[结果]在非饱和水分条件下,外源水溶性镉进入红壤90 d后并未向15～30 cm土层迁移,而是集中在0～15 cm层次;外源水溶性镉进入红壤(0～15 cm)30 d后水溶态镉迅速向其他形态转化,其形态分布以交换态为主,其次为残渣态、铁锰氧化物态、水溶态、碳酸盐结合态、有机结合态。在其后的60 d内,外源Cd各形态的百分比随时间的变化幅度较小,其中交换态镉分别占总量的76.55%和72.31%。[结论]绝大部分外源Cd进入红壤90 d后未转化为相对稳定的形态,对土壤—植物系统的污染存在着潜在的危害。红壤对外源水溶性镉的吸附主要通过离子交换和络合作用。     

不同种植模式对土壤重金属铅、镉形态分布的影响

为更好地了解不同种植模式下重金属在土壤-作物系统中的迁移转化规律,通过田间试验对水稻连作、菜稻轮作、蔬菜轮作3种珠三角常用种植模式下土壤重金属形态分布变化规律进行探讨.结果表明,3种种植模式下,土壤中铅各赋存形态的含量高低顺序大多呈现为可还原态＞残渣态＞可氧化态＞可交换态,可还原态占37.26％～ 56.94％;土壤中镉大多以活性较高的形态存在,可交换态占46.70％～62.98％,各赋存形态的含量高低顺序为可交换态＞可还原态＞可氧化态＞残渣态.就铅的3种具有效性的形态可交换态、可还原态、可氧化态总量而言,水稻连作和菜稻轮作比种植前都有所增加,而蔬菜轮作则较种植前有少量下降;而就镉具有效性的3种形态总量而言,菜稻轮作下为增加,蔬菜轮作下为下降,而水稻连作模式变化不明显.铅可还原态与可氧化态和残渣态能进行直接或间接的相互转化,呈现此消彼长的趋势;而对于土壤重金属镉的各赋存形态之间,可交换态与可还原态呈极显著的负相关性,二者之间可进行相互转化.     

油菜连作及施用堆肥对土壤镉赋存形态和生物有效性的影响

通过温室土培盆栽试验,研究了重金属镉污染土壤上连作油菜及施用堆肥对土壤中镉赋存形态及牛物有效性的影响.结果表明:(1)在油菜连作体系下,施用堆肥显著降低油菜地上部镉含量.施用堆肥改变了土壤镉赋存形态,显著降低土壤易溶态和碳酸盐结合态镉含量而增加土壤铁锰氧化物结合态镉含量,从而降低土壤镉的生物有效性.(2)在相同堆肥处理下,种植两茬油菜后的土壤易溶态和碳酸盐结合态镉含量与不种植油菜的处理相比显著降低;而土壤硫化物及有机结合态镉含量较对照有所上升,种植油菜对土壤铁锰氧化物结合态镉和残渣态含量影响不显著,但是不同积累镉能力油菜朱苍花籽和川油Ⅱ-93之间对土壤镉形态的影响差异不显著.     

恩施茶园土壤中氟的赋存特征及其生物有效性

采用连续浸提分析法,研究了恩施地区5种茶园土壤中氟的赋存形态特征.结果表明,恩施茶园土壤含氟量普遍较高,5种土壤中总氟含量所测值变幅为486.9～1 124.3 mg/kg,平均含氟量为785.4mg/kg.各土壤中氟的赋存形态按量的大小表现为残余态＞可交换态＞水溶态＞有机态＞铁、锰结合态.恩施茶树体内含氟量普遍较高,5种茶叶含氟量所测值变幅为499.94～1 095.43 mg/kg,平均含氟量为698.49mg/kg.茶树体内各部位含氟量大小表现为叶＞花蕾＞根＞茎.土壤中水溶态氟生物有效性最高,交换态氟也具有较高的生物有效性,总氟、有机态氟、铁锰结合态氟及残余态氟对茶树体内含氟量没有明显影响.     

腐植酸矿粉钝化红沙泥中镉的效应与作用机理研究

通过室内培养实验,研究了45%WHC(饱和田间持水量)和110%WHC两种水分条件下,施用腐植酸矿粉钝化红沙泥中外源镉(10 mg Cd/kg)的效应及其作用机理。结果表明:红沙泥中外源镉经陈化后约80%以交换态镉形态存在,施用腐植酸矿粉,能有效降低红沙泥中DTPA提取镉的含量,其降幅为4.8%-25.8%,并促使土壤中对植物有效性高的交换态镉向有效性低的碳酸盐结合态镉和铁锰氧化物结合态镉的转化,其效果是随着腐植酸矿粉用量的增加而显著增强,且45%WHC水分条件下的效果更好。其作用机理是:腐植酸矿粉中含有的大量活性基团与土壤镉直接发生了各种物理或化学反应,从而降低了土壤中镉的活性;同时,施用腐植酸矿粉改变了土壤的DOC、Eh和CEC等基本性质,进而改变了土壤中镉的赋存形态。研究结果还表明,在110%WHC水分条件下,降低DTPA提取态镉含量的主要影响因子是土壤的DOC与Eh,而45%WHC水分条件下,降低DTPA提取态镉含量的主要影响因子则是土壤的CEC。     

长期秸秆还田和地下水位对土壤镉积累及有效性的影响

以1982年开始的长期定位试验为对象,研究了2个地下水位(高水位-20 cm和低水位-80 cm)下3种施肥方式(高量秸秆还田HS、常量秸秆还田MS、化肥CF)对水稻土镉积累及有效性的影响。结果表明:高水位条件下,长期秸秆还田可增加土壤总镉及有效态镉含量,HS和MS处理分别较CF处理提高21.8%、59.9%和9.8%、49.2%。低水位条件下,HS处理土壤总镉及有效态镉含量高于CF处理,较CF处理分别提高11.2%和31.6%; MS处理土壤总镉及有效态镉含量低于CF处理,较CF处理分别下降8.8%和14.3%。2012年,在保证原定位试验有足够重复的前提下,变更高水位条件下的部分试验处理。当HS处理变更为CF处理5 a后,土壤总镉和有效态镉含量分别较变更前下降2.5%和5.7%;CF处理变更为MS处理后,土壤总镉和有效态镉含量分别较变更前增加16.5%和58.9%。相同施肥处理,高水位土壤总镉含量高于低水位土壤。在MS处理下,高水位土壤有效态镉含量也高于低水位土壤,而在HS和CF处理下,低水位土壤有效态镉含量高于高水位土壤。土壤镉含量和土壤基本理化性质的相关分析表明,土壤总镉与土壤有机质、络合态铁含量极显著正相关,与pH显著负相关;土壤有效态镉与土壤pH、游离氧化铁极显著负相关。研究表明,施肥方式和地下水位是通过改变土壤的基本性质影响土壤镉的积累及其有效形态。     

淹水对湖南3种典型水稻土镉的形态分级影响

以湖南外源镉(约1.0 mg/kg)污染的3种典型水稻土即红黄泥、河沙泥和灰泥为研究对象,通过淹水培养试验,研究了淹水前后土壤镉的各级形态变化。结果表明,淹水前,红黄泥田镉主要赋存形态为交换态(35.42%)、有机结合态(31.42%)和残渣态(28.08%);河沙泥田以残渣态为主(41.24%),其次是交换态(29.12%)和有机结合态(26.17%);灰泥田主要形态为有机结合态(68.78%)。淹水后,3种水稻土总体上呈现出交换态镉含量下降,而残渣态镉等升高的规律,交换态镉降幅表现为河沙泥田(60.00%)红黄泥田(45.71%)灰泥田(35.29%),残渣态镉增幅为灰泥田(142.86%)河沙泥田(58.00%)红黄泥田(42.86%),其他形态镉变化不明显。     

生物炭对水稻镉吸收的影响

为明确施用生物炭对水稻镉吸收的影响,研究了不同生物炭施用量(1.5%、3.0%、6.0%)对土壤pH、土壤有效态镉含量、水稻产量、水稻籽粒中镉含量的影响。结果表明:施用生物炭能够显著提高土壤pH,比对照组分别增加0.05,0.11,0.16。施用生物炭能够降低土壤中有效态镉的含量,比对照组分别降低2.4%、3.8%、7.1%。施用生物炭能够增加水稻产量,施用生物炭的3个处理水稻产量均高于对照处理,但差异不显著。施用生物炭能够抑制镉向水稻植株中迁移,显著降低水稻籽粒中镉的含量,比对照组分别降低20.2%、21.5%、25.8%。在镉污染土壤中施用生物炭可显著降低镉的有效性,降低了水稻镉污染的风险,对保障粮食安全具有重要意义。     

贵阳市郊菜地及蔬菜的砷、镉含量分析

为了明确贵阳市蔬菜基地和蔬菜中砷、镉含量及其影响因素,对贵阳市南环线菜地和蔬菜的砷、镉含量及影响因素进行调查分析。结果表明,贵阳市南环线菜地土壤砷、镉的平均值分别为(12.87±7.60)mg/kg和(0.051±0.026)mg/kg,4种新鲜蔬菜(大白菜、莴笋、牛心菜和生菜)中砷、镉变幅分别为0.016 1～0.631 1mg/kg和0.001 5～0.038mg/kg,超标率都为零,低于无公害蔬菜和产地土壤环境质量标准限值;影响叶菜类蔬菜中砷、镉含量的内部因素是蔬菜的品种特性,外部因素是土壤环境,包括土壤砷、镉含量的多少和存在形态,以及影响土壤砷、镉生物有效性的pH值、有机质含量等因素。     

包头市大气降尘中镉赋存形态特征

采用Tessier连续提取法对包头市不同区域的15个大气降尘样中镉的5种赋存形态进行了研究.结果表明,各形态含量占总镉百分比排序依次是:铁锰氧化物相>残渣相>碳酸盐相>强有机相>可交换相,5种形态占总镉的平均质量分数为铁锰氧化物结合态30%、残渣态24%、碳酸盐结合态19%,强有机结合态15%,可交换态10%;铁锰氧化物结合态是主要存在形态;铁锰氧化物结合态镉、有机结合态镉、残留态镉这三种形态镉生物有效性很低,但当环境改变时可能释放,应予以关注.汽油和煤的燃烧以及工厂排放镉能加大城市大气降尘的镉含量.     

镉污染稻草还田对土壤镉形态转化的影响

采用模拟培养实验,研究了镉污染稻草还田后清洁土壤(pH=4.72)和镉污染土壤(pH=7.90)中有效态镉含量及镉形态分布的变化特征。结果表明:添加稻草和淹水培养使土壤pH值向6.0~7.5的区间转变,并显著提高了土壤可溶性有机碳(DOC)含量。清洁土壤添加镉污染稻草后,土壤DTPA(Diethylene triamine pentacetate acid)提取态Cd含量增加23.5%~225.0%,土壤酸提取态和可还原态镉的相对比例显著提高,而残渣态和可氧化态镉的比例则相对降低,其效果随稻草添加量的增加显著增强;镉污染土壤添加镉污染稻草后,DTPA提取态镉仅在培养初期(2 d)略有提高,随培养时间的延长,DTPA提取态镉含量显著降低(28.6%~41.1%),且添加稻草促使酸提取态镉向可还原态镉和残渣态镉转化。研究表明,镉污染稻草进入清洁土壤会带来镉污染的扩散风险,而进入供试污染土壤后则能在一定程度上降低污染土壤中镉的有效性。     

会泽铅锌矿区农田土壤镉、铅和养分分布特征及污染评价

【目的】了解会泽铅锌矿区农田土壤镉、铅和养分分布特征,探究镉、铅含量与形态和养分之间的相关性。【方法】采集0～60 cm的农田土壤,测定土壤中镉、铅与养分含量,利用单因子污染指数法、内梅罗多因子综合污染指数法和潜在生态风险评价法,评价土壤中镉、铅污染程度。【结果】(1) 0～20 cm农田土壤镉、铅污染严重。土壤镉污染达到重度污染水平(P_i、P_N3),毗邻矿山和远离矿山土壤铅污染分别处于重度污染(P_i、P_N3)和安全范围(PN0.7)。矿区土壤镉、铅污染分别为高生态风险(E_i110)和安全生态风险(E_i55)。(2)镉、铅主要以残渣态存在于土壤中,占比为52.54%和50.26%。矿区土壤潜在生物可利用态铅和毗邻矿山土壤潜在生物可利用态镉的质量分数较高(44%)。(3)矿区农田土壤养分水平较低,远离矿山采样点土壤养分含量平均高于毗邻矿山采样点。全量和可交换态镉、铅含量与全磷、速效磷含量呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)负相关。【结论】矿区农田土壤镉的污染程度和生态风险均高于铅,磷与镉、铅之间相关性显著。