农田重金属污染长期演变LIVE模型构建

  目的  我国农田重金属污染较为突出,严重威胁农产品安全。防范农田土壤重金属的长期累积增加、实现农田土壤可持续的安全利用,是保障粮食安全生产的重要前提。然而现有政策管理框架与实践重点关注已污染农田土壤的风险管控与修复,侧重重金属污染农田的高效、短期安全利用,对重金属浓度在较长时间尺度内的动态变化重视不足。针对农田重金属长期的演变规律,亟需建立有效的预测方法,为相关政策的制定提供决策支撑。  方法  基于重金属元素的入流与出流特征分析与质量衡算,构建了农田土壤重金属演变规律预测的LIVE（Long-term Influx Versus Efflux）模型。通过选取典型参数,模拟浅层与深层农田土壤中镉（Cd）、砷（As）典型污染物的长期演变规律。  结果  农田重金属的变化规律可分为单向、波动、突变等多种形式。进一步结合长期观测数据,对不同演变规律的形成原因进行了探讨。  结论  在各入流项与出流项相对恒定的理想情形下重金属的积累存在单向性特征;水通量的波动性间接导致了污染物积累的波动性特征;通过人为控源,可以明显遏制乃至扭转重金属元素的积累,使污染物含量呈现突变性特征。该模型能够为重金属污染农田土壤长期、有效的安全利用提供相应依据。     

松嫩平原产油区农田土壤重金属含量及污染风险评价

  目的  为探明松嫩平原石油开采及石化工业活动区周边农田土壤重金属污染分布及风险状况。  方法  在大庆市让胡路区选择代表性农田采集96份土壤样品,测定重金属（Cd、Hg、Ni、Pb、Cu、Zn、Cr、As）含量;在利用地统计学克里金插值法分析重金属含量空间分布特征的基础上,采用地积累指数法和潜在生态危害指数法对该地区农田土壤重金属污染状况及其生态风险进行评价。  结果  该区土壤中Cd和Ni的含量分别为土壤背景值的1.39倍和1.27倍。在对各样点Pb、Zn、Cu和Cr 4种元素含量分析中,均出现不同程度的高于土壤背景值的样点。重金属Cd的地积累指数平均值为0.11,达到轻度~中度污染水平。研究区土壤重金属潜在生态危害风险指数（RI）平均值为84.84,从大到小为Cd > Hg > Ni > As > Pb > Cu > Zn > Cr,其中Cd的RI值最大为190.23,达到中等生态危害范围。研究区农田土壤重金属含量在空间分布上表现为:Cd、Zn和Pb含量高值区出现在中部地区,其它重金属元素含量高值区分布比较零散。  结论  研究区域内,8种重金属含量的平均值均低于风险筛选值,Cd和Ni两种重金属平均含量超出了背景值,从地积累指数来看,Cd污染等级为1级,其它7种元素均处于无污染水平。从潜在生态风险分析可知,该区域污染程度属于轻度生态危害范围。     

吉林地区自然土壤中九种重金属背景值的研究

土壤是人类赖以生存的重要自然环境,重金属污染物在土壤中的局部积累可危害环境,间接危害人体健康。研究土壤中有害元素的分布规律、估计污染程度,制订土壤卫生标准或环境标准,进行环境质量综合评价、环境污染趋势的预测预报以及寻找环境病因等都必须首先了解土壤中若干重金属元素的自然背景值。     

大冶矿区周边农田土壤和油菜重金属污染特征研究

以大冶典型铜矿区为中心,辐射周边农田,探索农田土壤重金属污染特征及重金属在油菜中的积累变化规律。结果表明,以湖北省土壤背景值进行评价,土壤受到重金属不同程度的污染,其中Cd严重超标,Cu次之;采用国家二级标准进行评价,Zn、Cr和Pb未对土壤造成污染。进行内梅罗综合污染指数法评价发现,以土壤背景值为评价标准,各采样点均达到重金属严重污染水平;以国家二级标准评价时,只有2号采样点土壤属于中度污染水平,其他样点土壤都受到了较为严重的重金属污染。矿区农田油菜各部位重金属含量变化幅度较大,包括Cu、Pb、Zn、Cd和Co在内的5种重金属含量分布规律都是茎叶〉籽粒≈根,Mn则是籽粒〉茎叶〉根。油菜地上部植株中Cu、Pb、Zn、Cd含量均超出食品卫生标准最高限值,且Cd、Pb超标倍数远大于Cu、Zn。富集系数变化规律为Mn〉Zn〉Cd〉Ni〉Cu〉Pb垌Co。     

浙西石灰岩地区土壤和稻米镉含量研究

为理解石灰岩地区农田土壤重金属积累特点及污染风险,以浙西石灰岩地区为例,随机选择了153块重金属污染农田,点对点采集了土壤和水稻样品,分析了土壤和糙米中镉的含量及土壤性状,探讨了石灰岩地区污染农田土壤与稻米镉积累特点及其与土壤性状的关系。结果表明,土壤全镉随粘粒含量的增加而增加,随土壤pH的下降而下降;土壤有效镉占全镉的比例与土壤pH呈负相关,糙米中镉含量与土壤有效镉、水溶性镉呈显著正相关;糙米中镉含量与土壤pH、有机质含量及粘粒含量均呈现显著负相关,土壤pH是影响石灰岩地区农田糙米镉积累最为重要的因素。《土壤环境质量－农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018）的污染风险筛选值并不适用于石灰岩地区高pH的土壤。当6.5 < pH ≤ 7.5时,土壤重金属镉含量与农产品中重金属镉超标结果并不一致,其风险筛选值（0.60 mg kg?1）偏低,实际的风险筛选值可能在0.80 mg kg?1以上。土壤水溶性镉较土壤全镉和有效镉能更好地评估石灰岩地区农作物重金属镉的污染风险。     

长期秸秆还田对污染农田土壤与农产品重金属的影响

在浙东某地选择一污染农田,布设了秸秆还田、秸秆不还田、秸秆还田+石灰及秸秆不还田+石灰4个处理试验,进行了为期9年的土壤、秸秆、谷物、蔬菜等农产品中重金属动态监测。结果表明,污染农田中施用石灰可明显降低水稻秸秆和谷物及蔬菜中重金属的积累,但对土壤重金属含量影响不明显;施用石灰对水稻秸秆和谷物及蔬菜中重金属降低作用随试验时间逐渐减弱。与秸秆不还田比较,秸秆还田在短期内对土壤、水稻秸秆和蔬菜重金属积累的影响较小,但4~5年后秸秆不还田农田土壤镉、汞积累及水稻秸秆和蔬菜中镉、铅、汞积累明显低于秸秆还田农田,对土壤中铅积累的影响较小;随着试验时间的增加,秸秆还田与秸秆不还田农田之间土壤、水稻谷物及蔬菜中重金属积累的差异逐渐加大。秸秆还田农田土壤有机质和速效钾含量高于秸秆不还田农田。研究结果表明,在镉、汞污染农田中长期推行秸秆还田不利于农产品质量的提高,应控制重污染水稻秸秆还田。     

规模化猪场废水灌溉农田土壤Pb, Cd和As空间变异及影响因子分析

为了了解长期灌溉猪场废水对农田土壤Pb、Cd和As(简称重金属)的影响,采集了河北省京安猪场周边农田的清洁区和灌溉8年猪场废水的污灌区耕层(0～20 cm)共52个土壤样品,并测定了样品中重金属的全量和有效态含量,应用GIS结合地统计学方法对重金属进行了空间结构和分布特征分析,探讨规模化猪场周边农田土壤重金属积累的影响因子及其贡献.结果表明,重金属全量和有效态含量的变异函数均很好地符合球状模型,其中全铅、有效铅、全砷、全镉和有效砷受随机性因素和结构性因素共同影响,有效镉主要受结构性因素影响.根据背景调查、重金属与pH值和土壤养分的相关性分析以及重金属变异函数分析,土壤中Cd和As污染来源为猪场废水和化肥,Pb的污染来源为化肥.富集因子分析表明,污灌猪场废水对土壤Cd和As富集效应很小,施用化肥对Pb富集有较大贡献.灌溉猪场废水会降低土壤pH值而增加重金属有效态含量,因此,需注意施用猪场废水带来重金属污染风险.     

规模化猪场废水灌溉农田土壤Pb, Cd和As空间变异及影响因子分析

为了了解长期灌溉猪场废水对农田土壤Pb、Cd和As（简称重金属）的影响,采集了河北省京安猪场周边农田的清洁区和灌溉8年猪场废水的污灌区耕层（0～20 cm）共52个土壤样品,并测定了样品中重金属的全量和有效态含量,应用GIS结合地统计学方法对重金属进行了空间结构和分布特征分析,探讨规模化猪场周边农田土壤重金属积累的影响因子及其贡献。结果表明,重金属全量和有效态含量的变异函数均很好地符合球状模型,其中全铅、有效铅、全砷、全镉和有效砷受随机性因素和结构性因素共同影响,有效镉主要受结构性因素影响。根据背景调查、重金属与pH值和土壤养分的相关性分析以及重金属变异函数分析,土壤中Cd和As污染来源为猪场废水和化肥,Pb的污染来源为化肥。富集因子分析表明,污灌猪场废水对土壤Cd和As富集效应很小,施用化肥对Pb富集有较大贡献。灌溉猪场废水会降低土壤pH值而增加重金属有效态含量,因此,需注意施用猪场废水带来重金属污染风险。     

秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、铅、镉活性的影响

秸秆还田是我国培肥地力和增加农田土壤碳固定的重要措施,但进入农田的秸秆存在着活化土壤重金属的风险。为了解不同来源的秸秆对污染水平不同农田土壤重金属活性的影响,采取相应措施防止因秸秆还田对农田土壤重金属的激活,开展了盆栽和田间小区试验研究秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、镉、铅活性的影响。盆栽和田间试验在轻度和重度污染2种土壤上同时进行。盆栽试验中施用秸秆包括重污染水稻秸秆、轻污染水稻秸秆和轻污染油菜秸秆3种,石灰用量设对照(0 kg·hm-2)和石灰处理(750 kg·hm-2)2个处理;田间小区试验设对照(不施秸秆和石灰)、秸秆还田及秸秆还田+石灰3个处理。动态观察了试验过程中土壤有效态重金属、重金属形态及水稻籽粒中重金属积累情况。结果表明,试验初期(前20 d)秸秆还田显著增加了水田土壤中水溶性有机碳与水溶性重金属的含量;与对照处理比较,水溶性重金属含量以重度污染土壤增幅较为明显。试验后期(60 d后)秸秆还田对土壤重金属的活性的影响逐渐变得不明显。油菜秸秆还田土壤中水溶性重金属含量低于水稻秸秆还田,重污染水稻秸秆还田土壤中水溶性重金属含量高于低污染水稻秸秆还田。盆栽试验和田间试验的结果都表明,重污染水稻秸秆还田可轻微增加水稻籽粒中镉的积累,但轻度污染水稻秸秆还田与油菜秸秆还田对水稻籽粒镉积累的影响较小;3种秸秆还田对水稻籽粒铅、铜、锌积累的影响不明显。配施石灰可显著降低土壤中水溶性重金属的含量,降低水稻籽粒中重金属的积累。研究认为,在污染农田管理上应控制重污染水稻秸秆还田,在秸秆还田的同时适量配施石灰。     

不同地区城郊用地土壤重金属含量特征的比较

对京津唐、张家港和长株潭3个地区的露天菜地、设施菜地、水田和旱地进行的调查表明,城郊区大部分农田土壤重金属含量尚低于国家相关的土壤质量二级标准,但部分重金属含量超出了当地背景值,说明重金属在城郊土壤中有所积累。菜地土壤重金属含量总体上要高于水田和旱地,说明高强度利用投入会导致土壤重金属累积。对长株潭一个污染区的研究表明,发生污染的土壤很难再恢复利用。京津唐城郊区的土壤重金属含量的变异系数总体上高于张家港地区。     

某铀矿区农田土壤重金属污染综合评价

以某大型铀矿采矿区、冶炼厂、尾矿坝及周边农田土壤五种重金属元素含量实测值为基础数据,对矿区农田土壤重金属污染状况采用改进的内梅罗综合污染指数法、地质累积指数法及潜在生态风险指数法进行综合分析评价,并通过相关性综合分析、主成分分析及聚类分析方法探究农田土壤五种重金属污染物的来源.结果表明,三个采样区农田土壤中镉、铬、铅和...     

中国农田重金属污染预警系统研究

本文分析了农田重金属污染的＂物质-驱动力-环境因素＂的相互关系,结合中国国情,初步建立了中国农田重金属污染预警系统。它包括：农田重金属污染预警的＂天-地-人通用概念模型＂;国家级、省级综合预警和县级单一预警方法;粮食季单产、耕地人口密度、耕地工业产值三个预警指标;＂红橙黄绿青蓝紫＂7个警级;省级预警中的工业和经济开发区等标记方法,县级预警中的城郊区、矿山区、污灌区、交通线、污染水体、养殖基地等标记方法;国家级、省级预警实例。研究结果表明：系统适合中国国情;预警方法科学、通用、实用、简单;预警指标符合中国国情和实际,所需数据容易获得。     

奎河污灌区土壤重金属As变化系统动力学分析

污灌污染是一个亟待解决的土壤环境问题,研究污灌区土壤重金属污染状况及其动态对于土壤重金属污染修复具有现实意义。该文以奎河污灌区为例,通过文献资料搜集和现场监测获取相关数据,采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法评价了污灌区重金属污染状况,结果表明土壤As轻度污染,水田样点超标率达89.93%,旱地样点超标率达82.39%,水田综合污染指数为1.39,旱地综合污染指数为1.19。以As为例,采用系统动力学方法分析了As含量的变化。结果表明在当前种植制度下,土壤As的消除是一个漫长的过程,需要到2016年土壤As质量分数才会降低到30mg/kg以下,2024年后才会低于25mg/kg,达到当地土壤As背景值更需要到2073年。清除作物秸秆和根系对于消除土壤As污染有益,尤其是远期效果明显,而表层土壤的流失对于土壤As的清除作用显著。     

基于可拓物元法的土壤重金属污染程度评价——以郑州黄河滩地为例

土壤重金属污染程度具有不确定性,本文尝试将可拓学中的物元法引入土壤重金属污染评价中,构建了土壤环境质量评价的物元模型.以郑州黄河滩地为研究对象,进行了土壤采样和测试,并选用Cd、Hg、As、Cu、Pb和Cr共6项作为土壤重金属污染评价指标.结果表明:黄河滩区土壤污染等级处于清洁和污染之间,污染度较低.该评价方法可以科学、有效地处理监测数据,评价结果较为可信;能较科学地判定土壤重金属污染等级,并对污染程度加以区分和量化,可以消除评价过程中人为因素的影响,提高评价精度,是进行土壤重金属污染评价的理想方法.     

重金属污染农田安全利用:进展与展望

我国耕地土壤污染面积广,污染情况复杂,农产品重金属超标问题已经关系到国计民生。常用的物理化学修复方法成本高,不适用于大面积的中低污染农田。植物提取修复方法成本低,环境友好,但修复时间长,推广困难。总的来讲,基于重金属移除的诸技术在解决农田重金属污染方面还没有太大优势。相较而言,农田安全利用在不移除或缓慢移除土壤重金属的条件下,以生产安全农产品为目标,具有更加坚实的现实意义和推广价值。种植低吸收农作物是安全利用的重要措施,基因工程手段在低吸收农作物品种筛选中具有巨大的潜力,但其可能带来的生态环境风险使得这些通过基因工程得到的低吸收作物的田间种植面临着巨大挑战。土壤添加剂可以改变土壤重金属形态,降低重金属的生物有效性,但会对土壤质量产生影响。微生物尤其是土著微生物的利用越发受到关注,改变微生物的生存环境与基因工程手段能够强化微生物的钝化效果。施肥、水分管理、间作等农艺措施也能改变土壤重金属的形态,抑制作物对重金属的吸收。未来以加强推广为目的,多种技术手段的联合应用是重金属污染农田安全利用的重要发展方向,其中以生物技术为核心的利用模式具有十分重要的意义。     

基于高光谱的北京铁矿区土壤重金属镍元素含量反演研究

运用高光谱数据对北京典型铁矿区土壤重金属镍含量进行建模反演,探索高光谱遥感技术在土壤重金属污染快速监测上应用的可行性。使用便携式地物光谱仪采集研究区土壤样本光谱反射率数据,光谱反射率数据经多种数学变换后,经逐步回归方法筛选最佳特征波段,利用多元线性回归（SLR）和偏最小二乘回归（PLSR）方法建立模型以光谱反射数据对土壤重金属镍元素含量进行反演。基于光谱二阶微分的多元线性回归模型（SD-MLR）的稳定性和精度最高（R2 = 0.842,RMSE = 4.474）,能够良好地预测研究区土壤镍元素含量。光谱数据数学变换能够有效提高其与土壤镍元素含量间的相关性。不同的光谱变换形式建立模型的预测能力和精度有如下关系,光谱二阶微分 > 光谱倒数对数一阶微分 > 光谱一阶微分 > 光谱倒数对数 > 光谱连续统去除 > 原始光谱。采用光谱二阶微分建立多元线性回归模型为研究区土壤镍元素含量反演的最佳模型,可为土壤重金属污染快速监测提供技术参考。     

凤县银洞梁铅锌矿区土壤重金属污染线性与非线性方法结合研究

选取凤县典型铅锌矿区银洞梁8个监测点的土壤样品,在实验室应用空气-乙炔火焰原子吸收分光光度法进行Cu、Zn、Pb、Cd、Cr五种重金属全量测定。应用密切值法对8个监测点的土壤重金属污染程度进行综合评价,结果表明该矿区土壤已受不同程度重金属污染,其中两个监测点达到了严重污染程度。考察了密切值法的综合评价与单因子污染指数法评价两结果之间的关系,结果表明具有较强迁移能力的矿区主要污染物Zn能够较好的表征矿区土壤重金属的综合污染状况。     

天津市不同土地利用方式下土壤重金属污染特征及评价

[目的]查明天津市土壤重金属污染的现状及污染源,为防治土壤重金属污染提供理论依据。[方法]选择天津市工业用地、一般农田、水源地、养殖场及蔬菜基地土壤为研究对象,共采集146个样品。通过分析不同土地利用方式下的土壤重金属含量,采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法评价重金属污染程度,并对重金属的来源进行解析。[结果]天津市土壤整体污染水平相对较轻,但土壤中均存在不同程度的重金属积累。Pb,Ag和Cd重金属污染面积较大,超标率分别为84.25%,76.71%和68.49%。不同土地利用类型影响到重金属的积累程度和积累类型。在研究区的5种土地利用方式中,蔬菜基地土壤中总重金属的累积程度最高,主要重金属包括Cd,Hg,As,Cr,Cu,Ni,V,Mn,Co和Ag等。工业用地土壤中的Zn污染显著高于其他土地利用方式,而农田土壤和畜禽养殖场土壤中的Pb污染较显著。[结论]天津市土壤污染水平相对较轻。但从土地利用方式来看,工业用地、农田和畜禽养殖场土壤Pb及Zn等污染较重,在土地利用和管理中应该予以关注。     

大冶市农田土壤中镉的空间分布特征及污染评价

矿山开采和冶炼是造成土壤重金属Cd污染的主要原因,了解典型区域土壤中Cd的空间分布特征及其污染现状,可为区域土壤污染防治与安全利用提供重要信息。本研究针对湖北省大冶市所有农田采集92个表层土壤样品和3个土壤剖面,利用GIS方法对土壤重金属Cd空间分布特征及污染状况进行了研究。结果表明大冶市土壤中Cd的含量范围为0.6 ~ 4.6 mg/kg,平均值为1.41 mg/kg,Cd迁移深度可达 40 cm。区域内土壤Cd污染范围较广,空间变异较大,还地桥镇、罗桥街办、陈贵镇等地农田土壤Cd含量较高。地积累指数评价结果显示大冶市大部分农田土壤为轻度、中度污染程度,在合理调整种植结构等方式下仍可保障农田安全利用。