典型复垦工业场地土壤垂直剖面重金属污染特征及潜在生态风险

[目的]揭示典型复垦工业场地中重金属元素污染特征及潜在生态风险,为此类工业复垦场地管理和治理提供科学依据。[方法]分析上海市33块典型复垦工业场地表层、中层和深层土壤中8项重金属(砷、镉、铬、铜、镍、铅、锌、汞)的含量,采用内梅罗指数法和潜在生态风险指数法对复垦工业场地土壤重金属污染进行生态风险评价。[结果]①复垦工业场地土壤中重金属整体风险可控,17个点位重金属含量超过风险筛选值,其中以表层土壤中Cu和Zn污染最为突出,最大超标倍数分别为3.24,3.73倍。下层土壤中重金属平均含量均低于上海市土壤背景值,部分点位存在一定的重金属累积;②复垦工业场地表层、中层和深层土壤重金属内梅罗综合污染指数分别为1.21,0.78,0.73,分别处于轻度污染、尚清洁和尚清洁水平,其中表层Cd和Zn污染最为突出;③除表层土壤Hg(中度)和Cd(中度)外,其余重金属元素均存在轻微生态风险,表层土壤潜在生态风险指数(RI)为107.22,总体潜在生态风险接近中等水平,中层及深层土壤处于轻微潜在生态风险水平。[结论]复垦工业场地土壤重金属存在一定程度的累积性污染,其中Cu,Cd,Hg和Zn污染较为突出,考虑到毒性响应因素,则Hg和Cd更应引起关注。     

采煤沉陷复垦区重金属分布特征及生态风险评价

以淮南新庄孜矿煤矸石充填复垦区为研究对象,通过现场调查取样、室内测试分析等手段,对煤矸石充填复垦区不同土地利用类型、不同充填深度土壤中Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、Mn和Hg 7种重金属的分布特征进行研究,同时采用生态风险指数法,对研究区土壤重金属潜在生态风险危害进行评价。结果表明:表层土壤中Cu、Zn、Cd、Mn和Hg 5种重金属平均值均超过当地的土壤背景值,存在不同程度的污染,且Cd污染最严重。从垂直方向来看,除Hg外土壤重金属无明显分布规律,Hg的含量随土壤深度的增加而升高。复垦区土壤重金属潜在生态风险危害严重,不同重金属潜在生态风险危害程度不同,Cd和Hg的潜在生态风险危害最大。     

化工厂污染区复垦后的土壤和蔬菜重金属含量与风险评价

以湖南省某化工厂重金属污染土壤复垦区为研究区域,采集复垦区和对照区的表层土壤(0~20 cm)与当季蔬菜(莴笋、大蒜、紫苏、白菜、薤白和艾蒿),分析了样品中五种重金属含量(Cd、Zn、Cu、Pb、Cr),然后对复垦后土壤环境进行安全性评价。结果表明:原厂区内、排污口及二次污染区土壤重金属Cd明显高于其他区域,客土处理土壤明显低于原土Cd含量,但含量依然超标,单因子污染指数为1.65~5.42,土壤重金属综合污染指数为1.22~3.95;根茎类蔬菜中Cd含量超过限量标准,含量最高的为薤白,超过标准90%,影响居民健康;土壤和蔬菜中Zn、Cu、Pb、Cr元素均达标。翻耕与客土复垦有一定效果,但是复垦土壤仍然不适合种植农作物。     

粉煤灰充填复垦下大豆和玉米的生长状况及环境风险评估

为了解粉煤灰充填复垦下农作物的生长状况,阐明复垦方式对土壤和农作物中重金属含量的影响,以淮南田集电厂粉煤灰为例,采用不同的覆土方式,以全土为对照,在5块试验田种植大豆和玉米,定期观察其长势,并利用ICP-AES和HF-AFS测得种植农作物后土壤、粉煤灰、大豆和玉米的茎叶和果实中的重金属含量。结果表明,各种充填方式下,表层土壤大部分重金属含量降低,而Hg和Se含量增多,并表现出随覆土厚度增大而减少的趋势;复合充填下层土壤中Hg的污染指数为5.732,明显高于其他充填方式;在覆土30cm的充填方式下,农作物的株高大于其他覆土方式;并且在覆土30、50cm方式下,作物的茎叶和果实中所含的重金属的量比较接近全土种植下作物中重金属水平。所以,相对于50cm的覆土方式,覆土30cm充填方式是采煤塌陷地带生态修复和燃煤电厂粉煤灰处置较为经济的方式,也是对农作物中重金属元素影响较小的措施。     

徐州矿区充填复垦土壤特性实验研究

为了研究矿区复垦土壤的特性、环境质量状况,探寻矿区特殊生态环境中污染物料的时间路径、人工土壤的质量品质,为煤矿塌陷区的充填复垦、环境治理提供依据,采用对复垦场地进行实验研究和数据分析的方法,对不同物料充填复垦场地的土壤特性进行比较分析.结果发现:(1)土壤环境:从渗透性来说,矸石复垦场地的保水性高于粉煤灰复垦场地,土层的保水性高于充填物料层的保水性;从土壤紧实度来说,粉煤灰充填复垦场地充填物料层的紧实度低于土层的紧实度,但都在适宜作物生长的范围内;对照地的土壤紧实度偏高;粉煤灰充填场地的土壤偏碱性;(2)土壤品质:粉煤灰充填土壤能够正常种植小麦、稻、草本的植物、蔬菜等;粉煤灰充填场地的土层虽然是沙土,但比较容易板结,不利于水分的渗透,而底层的粉煤灰保水性比较差;煤矸石充填复垦场地表层覆土厚度不均匀,且煤矸石保水保肥性比较差;(3)充填土壤的适种性和产量分析:粉煤灰回填的土壤适合草本蔬菜类植物的种植,单产与正常产量相当;对于种植稻的田块,保持正常的单产水平;种植小麦的产量受到影响.     

徐州矿区充填复垦土壤特性实验研究

为了研究矿区复垦土壤的特性、环境质量状况,探寻矿区特殊生态环境中的污染物料的时间路径、人工土壤的质量品质,为煤矿塌陷区的充填复垦、环境治理提供依据,采用对复垦场地进行实验研究和数据分析的方法,对不同物料充填复垦场地的土壤特性进行比较分析。结果发现：①土壤环境：从渗透性来说,矸石复垦场地的保水性高于粉煤灰复垦场地,土层的保水性高于充填物料层的保水性;从土壤紧实度来说,粉煤灰充填复垦场地充填物料层的紧实度低于土层的紧实度,但都在适宜作物生长的范围内;比照地的土壤紧实度偏高;粉煤灰充填场地的土壤偏碱性;②土壤品质：粉煤灰充填土壤能够正常种植小麦、稻、草本的植物、蔬菜等;粉煤灰充填场地的土层虽然是沙土,但比较容易板结,不利于水分的渗透,而底层的粉煤灰保水性比较差;煤矸石充填复垦场地表层覆土厚度不均匀,且煤矸石保水保肥性比较差;③充填土壤的适种性和产量分析：粉煤灰回填的土壤适合草本蔬菜类植物的种植,单产与正常产量相当;对于种植稻的田块,保持正常的单产水平;种植小麦的产量受到影响。     

矿区复垦土壤种植小麦的重金属安全性

为分析矿区充填复垦土壤种植农作物的生态安全性,以中国徐州市柳新矿区复垦场地为例,对照当地农田土壤,对充填场地种植小麦不同部位As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn 7种重金属元素含量进行检测,分析了Cd、Cr在成熟小麦不同器官中的分布、富集情况,并利用单项污染指数法和综合指数法对小麦籽粒进行了风险评价。结果表明,三场地中Cd 和Hg在未成熟苗中的含量小于成熟茎中的含量,Cr、Cu和Zn则与之相反,Pb和As的含量规律性不太明显;复垦场地小麦未成熟根的重金属含量都小于成熟根中的含量;比照地中除Cr 和Zn之外,其余元素在未成熟根中的含量均大于成熟根的含量;参照粮食污染限量标准,小麦籽粒中Cd和Cr含量均超标。风险评价显示三场地小麦籽粒中Cd、Cr单项污染指数达到轻度至重度水平,综合污染指数处于轻度污染至中度污染水平之间。该研究对矿区粮食安全的监控具有重要的实际应用价值。     

孝义铝矿复垦土壤重金属污染潜在生态风险评价

为了解和评估复垦区土壤重金属污染风险,采用Hakanson潜在生态风险指数(The Potential Ecological Risk Index)法,对孝义铝矿复垦3年后的土壤中7种(Cd、Cr、Cu、Pb、As、Ni和Zn)重金属质量分数和潜在生态风险进行评价。结果表明:复垦土壤中,主要超标重金属元素是Cd,7种元素均存在累积效应。污染源主要有复垦用土、农业生产和粉尘等外来影响;其中,Cd、Cr和As 3种元素具有伴随复合污染现象。Cd的污染指数最高,均值为11.54,处于很高的污染等级,污染指数均值顺序为CdPbAsCrNiZnCu;重金属潜在生态风险指数RI为238.39,属于中等生态风险水平。表明孝义铝矿复垦土壤存在中等程度的污染风险,需要减少和控制复垦用土以外的其他染物源进入,降低土壤污染的风险。该研究为复垦土地的利用方式具有重要的现实指导价值,为矿区复垦和治理的措施体系提供科学依据。     

煤矸石充填复垦地理化特性与重金属分布特征

为研究煤矸石充填复垦地农作物产量达到最佳时的覆土厚度及煤矸石充填复垦地重金属分布状况,该文以新庄孜矿煤矸石充填复垦地作为研究对象,采取室外田间小区试验和室内试验分析方法,选取不同覆土厚度50~60,60~70,70~80,80~90 cm的4类试验地块及对照地块对其土壤理化性质及农作物根系分布、长势产量、重金属元素含量进行调查分析,发现复垦地块各项指标与对照地块差异显著,劣于对照地块;煤矸石充填基质土壤理化性质较差;70~80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地较经济合理的覆土厚度。煤矸石复垦地重金属元素有向上迁移的趋势;复垦土壤及煤矸石基质中Pb、Zn、Cr元素含量处于安全水平;大部分监测的Cu、Ni、Cd元素含量高于淮南土壤背景值,低于中国土壤环境质量标准二级标准,对复垦土壤已构成潜在的威胁性,应予以重视;覆土厚度50~60 cm地块的煤矸石基质中Cu、Ni元素含量处于安全水平,煤矸石基质中Cd元素含量高于淮南土壤土壤背景值,低于中国土壤环境质量标准二级标准,应予以重视。结果表明70~80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地最佳覆土厚度;新庄孜煤矸石充填复垦地重金属有向上迁移的趋势,复垦土壤中重金属含量符合国家二级标准,未出现重金属污染情况,但部分重金属元素含量高于淮南市土壤背景值,应予以重视。     

淮南煤矿复垦区土壤重金属含量分布及潜在生态风险评价

以淮南矿区煤矸石充填复垦地为研究对象,对该复垦区不同土地利用方式(小麦地、桃林、蔬菜大棚、油菜地)下土壤Cd,Zn,As,Ni,Cu,Pb,Cr,Mn共8种重金属含量进行了分析和评价。结果表明,相对土壤背景值,该复垦区土壤中Zn,Cr,Mn,As污染较为严重相对未复垦区,复垦区土壤中的Zn,Cd,As分别是未复垦区的4.38,2.57和2.20倍,具有明显的累积现象。不同土地利用方式土壤重金属含量差异较大,小麦地和桃林地的Zn,Cd,As含量远大于油菜地和蔬菜大棚,Cr含量则表现为桃林地、蔬菜地远大于小麦地和油菜地,Ni,Cu,Mn,Pb在4种土地利用类型下的差异不显著。土地利用方式、施肥以及受采矿活动的影响程度不同是导致土壤重金属含量差异的主要原因。淮南煤矿复垦土壤中各重金属的生态风险顺序为:Cd>Zn>As>Ni>Cu>Pb>Cr>Mn。Cd的潜在生态风险值最大(89.71),属于强生态风险,其余元素均为轻微风险。不同土地利用方式的风险顺序为:小麦地>桃林地>蔬菜大棚>油菜地。     

3种改良剂对油菜生物量及其吸收重金属的影响

通过连续三季盆栽试验研究粉煤灰、膨润土、腐殖酸提高油菜生物量,降低油菜Cd、Pb、Cu、Zn浓度的效果。结果表明,膨润土、腐殖酸、粉煤灰的施入提高油菜生物量的效果第二季好于第一、三季。仅考虑对生物量的影响,改良剂效果为膨润土>腐殖酸>粉煤灰。第二季膨润土降低油菜Cd浓度效果较好;第二季粉煤灰、第二季膨润土及第二、三季腐殖酸降低油菜Pb浓度效果较好,3种改良剂均有降低油菜中Pb浓度的效果;3种改良剂均未显著影响油菜中Cu浓度;第二季膨润土降低油菜Zn浓度效果较好。3种改良剂抑制土壤重金属进入油菜的效果不同,应用时可根据改良剂特点适时施入土壤,充分发挥改良剂吸附、固定重金属的作用。     

徐州矿区充填复垦场地作物重金属含量研究

为了了解矿区充填复垦土壤重金属污染状况和复垦场地主要作物的重金属含量情况,通过场地采样试验与室内检测相结合的方法,对不同作物不同部位的砷、镉、铬、汞、铅、铜和锌等重金属含量进行了测定,并进行了相关的分析和研究。结果表明:作物在生育阶段不同部位对不同元素的敏感性不同;复垦场地红豆幼苗受重金属的污染较轻,而小麦和水稻则较严重;复垦场地应改变耕作制度,种植红豆或者利用红豆充当先锋作物。     

绥满公路路侧典型植被区土壤重金属污染特征及评价研究

以绥满公路(301国道)黑龙江境内海林至亚布力段为研究区,对公路沿线三种典型植被下,距公路不同距离的297个样点表层土壤(0～20cm)中Pb、Cd、Cu、Zn、As元素含量的分析。结果表明,所调查公路旁侧土壤重金属平均含量与背景值相比,5种金属含量普遍较高,但三种不同类型植被土壤重金属平均含量无显著差异。各种类型土壤的单因子和综合污染指数计算数据显示,Cd类型Ⅰ为重污染,类型Ⅱ和类型Ⅲ为中度污染,Zn、Cu、Pb、As轻度污染,综合污染指数等级均达到中度污染。相关性分析结果显示公路建设营运是造成公路路侧土壤Pb、Cd、Cu等重金属污染的主要原因。复层结构的林带土壤主要污染区距公路约40～60m范围之内,纯乔木组成的林带土壤主要污染区距公路约70～100m范围之内,农田土壤主要污染区距公路约70～100m范围之内。复层结构的林带能阻止重金属污染物向更远处扩散,能缩小公路污染影响范围,纯乔木组成的林带阻止重金属污染物扩散效果不明显。     

Effects of Fly Ash pH on the Uptake of Heavy Metals by Chicory

Chicory was cultivated in a pot experiment using two soils of different pH. Treatments were NPK, fly ash (pH 8) + NP and fly ash (pH 12) + NP, respectively. Another series of pots received heavy metals in soluble form additionally to the described treatments. It was observed that fly ash causes generally a decrease in Zn, Cd, Ni and Cu concentrations of chicory. The reduction occurs both for the metals naturally present in the soil and, to a greater extent, for those added as salts. This effect is more evident when fly ash at pH 12, rather than that at pH 8, was used. The increase of soil-pH through the fly ash addition is the major factor decreasing heavy metal availability. It was observed that potassium originating from fly ash is not available for crop uptake.     

Reduction of Pb,Zn and Cd Availability from Tailings and Contaminated Soils by the Application of Lignite Fly Ash

The effectiveness of lignite fly ash for stabilization of Pb,Zn and Cd in tailings and contaminated soils was examined. Flyash was mixed with the contaminated soil or oxidic tailingssamples at various doses and pot experiments were performed.The effectiveness of stabilization was mainly evaluated by thestandard US EPA TCLP toxicity test. The 5-stage sequentialextraction procedure was also applied to determine the form ofcontaminants in the fly ash amended soil or tailings samples.Complementary EDTA extraction tests were also carried out. Thefly ash treatment resulted in the reduction of TCLP solubilityof Pb, Zn and Cd to below the respective regulatory limits at5 and 10% w/w fly ash addition rates in tailings and soil,respectively. Speciation of lead, in the treated soil andtailings samples indicated that there was a significanttransition of the heavy metals form from the exchangeable andcarbonate fractions to reducible and residual, suggesting thatthe potential mechanisms of heavy metals retention are, apartfrom increase of pH, sorption on the oxides and hydroxidessurfaces and binding with the hydrated fly ash compounds.     

太原市污灌区土壤重金属污染现状评价

对太原市污灌区土壤重金属分布特征进行了分析评价,结果表明重金属Pb、Zn、Cu、Ni、Mn、Cr、As、Hg、Cd含量均值均未超过土壤环境质量标准（GB15618—1995）,但其平均值均显著高于太原市土壤背景值。各重金属间的相关分析表明,Pb、Zn、Cu、Ni、Mn、Cr、As、Cd之间呈极显著相关,说明这8种元素污染源可能相同。Hg是本区表层土壤重金属污染的主要因子,重金属元素的污染程度依次为Hg〉Cd〉Pb〉As〉Cu〉Zn〉Cr〉Mn〉Ni。土壤重金属单项污染指数均值均大于1,综合污染指数为2.81,总体上,污染水平为中度及其以上。各种重金属单因子污染指数和综合指数在研究区有相似的空间分布格局,总体分布趋势为东南部小店地区和中南部晋源区相对较高,南部清徐县相对较小;通过因子分析并结合污灌区污染源调查,表明Hg除受污水灌溉的影响外,燃煤释放的Hg可能是重要来源之一,Cd、Zn、Pb和Cu可能来自污水灌溉和大气沉降,以污水灌溉的贡献为主,Ni、Mn、As、Cr来自污水灌溉。Hg、Cd是太原市污灌区土壤中需要优先控制的重金属。     

小秦岭某金矿区农田土壤重金属污染评价

小秦岭金矿区是中国第二大产金区,金矿开采、选冶活动会将重金属释放到环境中,对土壤环境造成污染。本研究系统采集了133件农田土壤样及邻区非矿业活动区的土壤对照样,结果表明,研究区农田土壤中Hg、Pb、Cd污染明显。以邻区表层土壤重金属含量作为对比评价矿区土壤污染的对比值,除Cr外,Hg、Pb、Cd、Cu、Zn、As累积超标率分别为96.90%、100%、60.10%、12.03%、78.90%、69.17%。Hg、Pb、Cu、Zn、Cd超过国家土壤环境质量二级标准的样本超标率分别为43.16%、12.8%、7.52%、3.01%、2.25%。土壤重金属综合污染指数表明,36.08%的土壤样本受到了轻度以上污染。Hg是农田土壤中最主要的重金属污染物,超标倍数均值为4.71,受Hg污染的农田面积为136.3km2,占到研究区面积的51.76%。土壤污染极其严重,矿区环境污染治理迫在眉睫。