农业土壤中汞的生物地球化学行为及其生态效应

综述了国内外近年来农业土壤中汞的生物地球化学行为,包括了土壤环境中汞的来源,汞的形态和生物有效性,汞在农业生态系统中的迁移和转化途径,影响汞对植物有效性的主要因子。同时讨论了汞对植物、动物生长发育的影响,特别强调了土壤中汞污染对食物中汞积累和分配的影响及通过食物链途径给人类健康带来的危害。最后提出了汞污染土壤的各种修复措施,展望了今后研究的方向。     

生物炭复配矿物质钝化修复重金属复合污染土壤的研究

选取稻壳生物炭、木屑生物炭、羟基磷灰石及蒙脱石作为钝化材料,按钝化剂5:土壤100的重量比添加到重金属复合污染土壤中,通过测定土壤重金属形态变化,研究了钝化材料修复重金属复合污染土壤的效果及其机理。结果表明:生物炭和矿物质均能有效固定土壤中重金属,其中羟基磷灰石的钝化效果最好,对土壤镉、铜和铅的固定化率分别为76.24%、74.26%和98.13%。蒙脱石的钝化效果最差。添加钝化剂后土壤重金属中的酸可提取态和可还原态向着更加稳定的可氧化态和残渣态转化,土壤重金属活性态比例下降。生物炭复配矿物质处理对土壤重金属的钝化效果介于单一生物炭处理和单一矿物质处理之间。此外,生物炭及矿物质均能有效地提高土壤pH,pH可能是影响土壤修复效果的关键因素。     

土壤侵蚀对重金属迁移的作用规律与机制研究进展

[目的]揭示土壤侵蚀作用下重金属的迁移规律，阐明重金属在土壤侵蚀作用下的迁移机制，为重金属的污染防治提供科学指导。[方法]基于国内外有关土壤侵蚀作用下重金属迁移的文章，从土壤性质、重金属性质、环境因子3方面就土壤侵蚀对重金属迁移的作用规律与机制进行系统研究。[结果](1)侵蚀作用下土壤重金属主要以颗粒态形式进行横向/纵向迁移，溶解态重金属迁移占比小但活性强，侵蚀造成沉积区的泥沙特性与侵蚀区土壤存在差异，可能影响重金属富集特征的空间分布格局；(2)土壤pH、有机质和黏粒含量越高，吸附重金属的能力越强，重金属被释放迁移的能力越弱；(3)土壤重金属的赋存形态对其迁移方式有影响，一般溶解态重金属主要来源于有效态，而相对稳定的残渣态通常以颗粒态形式迁移；(4)降雨、地形、植被等环境因子影响泥沙颗粒的迁移过程，并优先迁移细颗粒，使泥沙粒径分布随迁移路径呈一定的变化规律。[结论]侵蚀作用下重金属迁移受土壤—重金属性质及环境因子等多种因素影响，未来研究可重点关注不同地质背景与污染成因条件下土壤侵蚀对重金属迁移过程的影响；不同粒径土壤颗粒的重金属赋存形态异质性研究；喀斯特地下漏失对重金属迁移的作用机理，...     

镉污染水稻秸秆生物炭对土壤中镉稳定性的影响

中国农田土壤镉等重金属污染问题突出,对其生产过程中产生的镉污染水稻秸秆进行无害化和资源化利用研究具有重要意义。该研究通过连续提取试验、风险评价指数法、吸附动力学/热力学、土柱试验,以及X射线衍射分析、傅里叶变换红外光谱分析等手段,探究了不同热解温度下制备的镉污染水稻秸秆生物炭对土壤中Cd的稳定特性。研究结果表明,镉污染水稻秸秆热解制备的生物炭可有效吸附土壤镉。热解温度显著影响生物炭对Cd的吸附能力（P<0.05）,高温生物炭对Cd吸附容量大,700 ℃下制备的生物炭对Cd的吸附容量可达72.57 mg/g。生物炭对Cd的吸附主要通过含氧官能团表面络合和碳酸盐共沉淀吸附,其吸附过程符合Langmuir方程和准二级动力学模型,吸附过程受化学速率控制。土柱试验表明,镉污染水稻秸秆生物炭能有效降低土壤Cd的下渗迁移能力,其作用机制主要是将土壤Cd从酸可提取态转化为残渣态,施入高温生物炭的土壤中Cd的残渣态比例最高。上述结果表明,热解可有效处理镉污染水稻秸秆,制备的生物炭可用于Cd等重金属污染土壤的稳定修复,有效解决镉污染水稻秸秆的潜在二次污染问题并实现其安全利用。     

吉林省人参土壤中重金属污染水平及生物有效性研究

为了解吉林省人参土壤中重金属污染水平及其生物有效性,人参对重金属的吸收、转化及富集程度,运用ICP-OES对农田栽参和林下参及其土壤重金属进行测定分析。结果表明,人参土壤中重金属Cd含量超过国家三级土壤标准,所测的其它八种重金属含量均处在国家一级土壤水平内,重金属Pb的生物有效性系数最高达27.37%,虽然含量较低但存在一定的风险性,人参土壤中Ti的含量最高,其全量在476-1038 mg/kg,生物有效性最低为0.09%;两种模式下人参根区土壤中重金属生物有效态含量差别不大,但林下参土壤重金属生物有效性系数低于农田栽参土壤,尤其是对生物毒性较大的Cd、Cr、Cu和Pb元素,Cd的生物有效态含量与其生物有效性系数达极显著负相关(P<0.01),相关系数为0.79;不同肥料的施用对农田栽参土壤重金属生物有效态有一定影响,同一种肥料对不同重金属生物有效态含量影响亦不同;人参对Cu、Zn和Pb的富集系数最大,潜在风险较大,其中Cu富集系数达到0.63;综合分析人参土壤中重金属全量、有效量及人参根中含量,发现人参土壤中Cd超标,污染严重,Cu和Zn受土壤类型影响较大,其它重金属均可通过培肥改土调节其有效态含量。     

长三角和珠三角农业土壤中铅、铜、镉的化学形态与转化

研究了重金属Pb、Cu、Cd在长江三角洲和珠江三角洲土壤中的转化及不同Pb、Cu、Cd负荷水平对土壤重金属形态的影响。结果表明:未明显污染土壤中重金属主要以残余态为主,可提取态组分的比例Cd>Cu>Pb,但不同土壤之间有较大变化;随着土壤重金属负荷的提高,土壤中交换态重金属的比例增大,残余态比例下降,有效性提高,对环境威胁增大;当重金属加入量较低时,重金属优先向氧化物结合态、有机质结合态转化,而当加入量较高时,向交换态和碳酸盐结合态转化的比例明显增加;pH和土壤组分对重金属在土壤中的转化有显著影响,土壤pH下降可使交换态Cd、Cu、Pb的比例递增。     

喀斯特林地土壤重金属形态特征及其评价

通过野外调查与室内分析,对喀斯特林地土壤重金属全量及形态构成进行了调查,对土壤重金属污染及其生物有效性进行了评价,并探讨分析了土壤重金属与土壤pH值的相关性。结果表明:中性土壤As,Cd,Cu,Ni,Pb,Zn及Cr全量均大于酸性土壤的全量;As以酸溶态为主,Cd,Cu,Ni,Pb,Zn及Cr以残渣态为主,残渣态土壤重金属比例为中性高于酸性土壤;酸性和中性土壤重金属Pb全量、中性土壤的As和Cu全量均高于贵州土壤背景值;中性和酸性土壤重金属As,Cd和Ni全量及酸性土壤重金属Cu全量超过土壤环境质量二级标准值;酸性土壤为轻度污染,中性土壤为中度污染;重金属生物有效性表现为AsCdCrNiPbZnCu,酸性土壤As生物有效性指数最高,与中性土壤相比,酸性土壤重金属生物有效性高;Cu全量、可氧化态Pb、残渣态Cu与pH值呈极显著正相关,酸溶态Zn与pH值呈极显著负相关,酸溶态Cr与pH值呈显著负相关,残渣态As与pH值呈显著正相关。喀斯特林地土壤主要受到As,Cd,Cu,Ni这4种重金属的影响,除As外,其余3种元素属于"高背境,低活性"状态。     

溶解性有机质影响土壤吸附重金属的研究进展

溶解性有机质(Dissolved organic matter,DOM)由于含有羧基、羟基、羰基和甲氧基等活性功能团,能作为重金属在环境中的迁移"载体"或"配位体",通过与土壤中重金属之间的离子交换吸附、络合、螯合等一系列反应抑制或促进重金属在土壤中的吸附,影响重金属的沉淀、迁移转化和生物有效性,进一步影响生态环境安全和人类健康。因此,详细介绍了DOM尤其是外源DOM的来源、提取和组成,同时综述了溶解性有机质对土壤吸附重金属的影响及其影响机理的研究进展。     

金属离子在铁(氢)氧化物与腐殖质微界面上的吸附机理和模型研究进展

铁(氢)氧化物和腐殖质是广泛分布在土壤中的重要天然活性物质,因其具有较大的比表面积并且铁(氢)氧化物表面的-OH与腐殖质表面的-COOH、-OH等活性官能团可通过静电作用、配体交换等多种机制对重金属离子产生较强吸附,从而影响重金属离子在环境中的迁移、转化和生物效应。深入了解重金属离子在铁(氢)氧化物-腐殖质复合体微界面相互作用的分子机理,对于阐明重金属离子在环境中的迁移、转化过程具有重要意义。本文综述了金属离子在铁(氢)氧化物与腐殖质上吸附机理和模型的研究进展,为重金属污染土壤的风险评估和控制提供理论依据。     

土壤-植物体系中农药和重金属污染研究现状及展望

农药、重金属已成为当今农业生态系统中重要的污染物质,国内外科学家对其进行了大量卓有建树的研究,特别是在土壤-植物系统中的研究受到较多关注。通过就农药和重金属对土壤微生物、土壤动物、土壤酶活性和植物的生理生化指标的影响进行的综合分析和阐述,系统剖析了其产生毒害机理和影响的因素,在此基础上提出今后相关研究中有待加强的重点,包括农药对非靶标生物毒害机理、农药降解中间产物的环境风险以及农药和重金属的迁移转化机理等。     

改性纳米黑碳应用于钝化修复重金属污染土壤中的问题探讨

通过有关文献资料调研,综述纳米黑碳在钝化修复污染土壤中的应用,分析其应用于钝化修复重金属污染土壤时尚待弄清的几个问题。结果表明：（1）由于纳米黑碳是疏水的非极性吸附剂,选择纳米黑碳作为土壤重金属钝化修复剂时,需对其进行氧化改性,以进一步提高其钝化能力。目前常用的氧化剂为氧化性无机酸、酸性高锰酸钾、双氧水、臭氧等,强烈的氧化过程,会破坏纳米黑碳微孔结构,一定程度上降低其吸附量。（2）为了明确其应用的可能性和适用范围,需揭示改性纳米黑碳对土壤中重金属的钝化机理及其影响因素。土壤CEC、pH、重金属离子的性质等可能是影响改性纳米黑碳对土壤中重金属吸附性能的主要因素。（3）充分利用改性纳米黑碳在土壤修复中的有益作用的同时,还需考虑其可能存在的生态环境负面效应,研究其在土壤中的径流迁移、渗漏等,明确其污染地表水和地下水的可能性,研究其生物效应和将吸附钝化后的纳米黑碳从土壤中移除的可能性,明确其潜在的生态环境风险。     

土壤中重金属元素形态分析方法及形态分布的影响因素

近年来,土壤重金属污染已经成为国内外关注的环境问题。随着对重金属元素迁移和积累行为研究的深入,已经认识到重金属的生物毒性不仅与其总量有关,更大程度上是由其形态分布所决定。主要介绍了土壤中重金属元素存在的形态,探讨了其形态化学分析中的提取剂选择及提取方法,总结了影响重金属在土壤中形态分布的内在和环境因素,对于深入了解重金属的污染情况,具有重要的理论意义和实际应用价值。     

土壤汞吸附和甲基化探讨

土壤吸附和甲基化过程对土壤中汞的化学行为及效应有十分重要的作用 ,本文对影响它们的因素进行了探讨 ,为土壤汞污染治理提供理论依据。     

剩余污泥厌氧消化过程重金属形态转化及生物有效性分析

为研究污泥厌氧消化过程中物理化学性质的变化对典型重金属形态转化的影响,对其农用的可行性及生物有效性进行评估,对取自某城市污水处理厂的剩余污泥进行了序批式厌氧消化实验,在试验过程中测定了污泥理化学性质,采用Tessier分步提取法提取了污泥样品中的典型重金属,并采用电感耦合等离子发射光谱仪（ICP-OES）测定各形态重金属含量及总量。结果表明,厌氧消化过程中重金属的形态发生了显著变化,由不稳定态向比较稳定的残渣态和有机结合态转变,某些重金属形态与污泥理化性质如pH、碱度、VS/TS及氨氮显著相关。厌氧消化可以有效地降低污泥中重金属的潜在迁移能力和生物有效性,经厌氧消化后污泥可以更好地进行土地利用。     

淹水条件下羊毛分解产物对土壤汞迁移作用的影响

巯基对汞特别是甲基汞有强烈有吸附作用,本试验通过对土壤添加富含巯基官能团的羊毛,初步研究含巯基物质在土壤环境中对土壤汞迁移转化作用的影响。结果表明,在 水条件下羊毛的腐化分解产物为土壤微生物提供了碳源、氮源,使其对汞的生物甲基化能力增强,与对照组相比植物体内含汞量增高。     

堆肥工艺钝化粪肥中重金属及其形态变化的研究进展

随着我国规模化养殖业迅猛发展,集约化养殖场产生的粪肥对农田土壤造成了巨大的环境压力,其中,饲料中的重金属元素是环境压力的重要来源之一。堆肥钝化粪便中的重金属是有效的处理措施,通过在堆肥中添加无机、有机和生物钝化剂可以固定重金属并降低其生物有效性。目前研究涉及的钝化材料及其钝化机理有待深入探究,而堆肥施用于土壤后重金属的迁移转化过程及其与土壤的交互影响仍不十分明晰。本文通过分析重金属在粪肥中赋存状态、堆肥过程中的形态转变和钝化剂的钝化机制,探讨了粪肥钝化重金属在土壤中的转化机制。     

废旧汽车拆解区土壤重金属分布及Pb、Zn生物有效性分析

为了解废旧汽车拆解区土壤重金属污染问题,采集某废旧汽车拆解厂汽车拆解区垂向0~1000 cm深度的土壤样品,对重金属Cu、Zn、Pb、Cr、Ni、Cd、Hg和As元素含量进行检测和污染评价,并对土壤中重金属Pb和Zn的不同形态进行分析研究。研究发现:废旧汽车拆解区表层土壤存在一定程度的Cu、Zn、Pb、Cr、Ni、As污染,其中,Pb、Zn、Cu含量严重超标,呈现Cu、Ni、Pb、Cr、Zn、As多种元素复合污染的特性。同时,拆解区土壤中重金属含量随土壤深度显著下降,但是,Pb和As的污染超标深度可达150 cm。拆解区土壤中可离子交换态的Pb含量最低,土壤pH值对各种形态重金属Pb的控制作用不显著,随着土壤垂向深度的增加,可氧化态和弱酸提取态Pb的比例迅速降低,残渣态Pb的质量分数逐渐提高,Pb的生物有效性下降。土壤pH对可Zn的生物有效性具有显著相关性,弱酸性土壤中以生物有效性高的形态Zn存在,中性土壤中以可还原态和可氧化态Zn为主。     

大豆秸秆生物炭对铅锌尾矿污染土壤的修复作用

采用盆栽空心菜的方法,研究了大豆桔杆生物炭对铅锌尾矿污染土壤的修复作用。污染土壤中Cu、Zn、Pb和Cd含量分别为50,400,1 119,3.4mg/kg。结果表明:土壤无论是否受到铅锌尾矿污染,添加3%生物炭(w/w)均能显著提高土壤pH;3%生物炭能够抑制铅锌尾矿污染导致的土壤pH降低。大豆桔杆生物炭对尾矿污染土壤和未污染土壤中重金属有效态的影响不同,与未污染土壤相比,3%生物炭的钝化作用不能抵消铅锌尾矿污染导致的重金属有效态含量的增加。铅锌尾矿污染抑制空心菜生长;施加3%生物炭可以消除铅锌尾矿污染对空心菜生长的抑制作用。生物炭显著降低污染土壤空心菜根部重金属含量,而对地上部分的影响,不同元素表现出不同的特点;3%生物炭能够阻控铅锌尾矿污染土壤中Cu、Zn、Pb和Cd向空心菜地上部迁移富集。大豆桔杆生物炭对空心菜吸收重金属的影响,在铅锌尾矿污染土壤和未污染土壤上表现不同,存在元素之间的拮抗作用以及由于生物炭提高空心菜生物量所产生的稀释作用。在研究设置条件下,与未污染土壤相比,从空心菜生物量和可食部分吸收重金属含量来评价,施加3%大豆桔杆生物炭可以修复铅锌尾矿导致的土壤污染。     

土壤酸度对重金属形态分配的影响

在通常条件下,重金属在土壤中的溶解度主要取决于土壤对它们的吸附性能。不同重金属在同种土壤中的吸附顺序为:铅>铜>锌>镍>钴>镉。交换态重金属含量随pH的升高有最大值出现。出现最大值时pH的高低与重金属的专性吸附能力有关。土壤有机质和氧化物胶体对重金属有很大的吸附容量。且随pH升高而显著增大。升高pH,充分发挥土壤有机质和氧北物胶体对重金属的净化作用,可能是控制酸性土壤重金属污染的一个可行措施。对土壤中重金属元素的形态研究,无论在土壤科学还是环境科学中,均具有重要的意义。本项工作系应用逐级提取法把土壤中的重金属Cu,Zn,Cd,Pb,Co,Ni分为水溶态,交换态,有机结合态和闭蓄态四种不同的化学形态,研究土壤酸度对它们在各种形态中分配规律的影响。此外,对土壤重金属污染的控制途径也提出了一些尝试性建议。     

畜禽粪便生物炭内源重金属在酸性土壤中的迁移转化

为探究生物炭内源重金属在酸性土壤中的迁移转化规律,科学指导畜禽粪便生物炭农田应用,该研究以猪粪生物炭为研究对象,开展土壤培养试验,利用扫描电镜、物理吸附、X射线衍射物相分析、X射线光电子能谱和电感耦合等离子体质谱等方法表征不同培养时间生物炭表面形貌、孔隙结构、元素分布的变化规律,以及土壤孔隙溶液中重金属、磷酸盐等组分的变化规律。结果显示生物炭内源重金属Cu、Zn主要存在形态为氧化提取态,Cu、Zn氧化提取态比例分别为79.37%和53.43%,生物炭矿物质元素主要以氧化物形式存在于生物炭颗粒表面,施入酸性土壤后,生物炭比表面积及孔容增加,颗粒表面Cu、P、K等元素含量降低,土壤孔隙溶液中pH值、EC、Cu与PO43-含量显著升高,PO43-的浓度范围为2.26～298.00 mg/L,Cu的浓度范围为1.81～2.86 μg/L,生物炭颗粒粒径越小,PO43-和Cu溶出率越高,生物炭施入土壤30 d时,土壤孔隙溶液中PO43-和Cu的浓度最高。研究表明酸性土壤可促进以碳酸盐、磷酸盐氧化物形式存在的Cu以及被碳酸根与磷酸根沉淀的Cu不断释放进入土壤,但生物炭内源Zn在酸性土壤环境不易释放,且生物炭可吸附土壤中的Zn,降低Zn的生物有效性。