我国当前农产品产地土壤重金属污染形势及检测技术分析

从农产品产地环境监测出发,针对农田土壤重金属污染问题,通过追踪一系列重金属污染事件报道,指出了进行农产品产地土壤重金属检测的重要意义;在综述现有重金属含量常规及新的检测方法基础上,分析了各自的优缺点,并针对农产品产地土壤重金属含量的检测问题,进行了现有各种重金属检测手段的对比分析,提出了目前农产品产地土壤重金属含量检测中面临的主要问题,为今后农产品产地环境中土壤重金属参数获取技术和低成本快速检测装备平台的研究和开发提供参考。     

激光诱导击穿光谱技术检测土壤中的铅和镉含量

为了满足土壤重金属快速准确检测的需求,同时为土壤的重金属污染防治和农业的可持续发展提供理论指导,该研究利用激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术结合定标曲线法和化学计量学方法对土壤中重金属铅(Pb)和镉(Cd)元素进行定量分析。在获取LIBS数据之后,结合土壤LIBS发射谱线中Pb和Cd谱峰信息以及美国国家标准与技术研究院(national institute of standards and technology,NIST)的标准原子光谱数据库,选取了Pb和Cd的特征谱线分别为Pb I 405.78和Cd I 361.05 nm。首先对谱线信息进行预处理后,根据谱峰信息和元素的含量,分别建立了基于谱线峰强度、归一化后洛伦兹拟合强度、谱峰积分强度与对应元素浓度之间的关系模型和定标曲线。对于Pb元素的3种定标方法得到的线性关系的决定系数(R2)分别为0.983 85、0.970 97、0.993 21,且模型反演的结果与实际值的相对误差较小;而Cd元素的3种定标方法没有得到明显线性关系。然后运用偏最小二乘回归(partial least-squares regression,PLSR)建立了土壤Pb和Cd元素的定量分析模型,Pb元素PLSR模型的结果与定标曲线法的结果类似,其预测的相关系数(RP)为0.948 5,预测均方根误差(RMSEP)为2.044 mg/g;而Cd元素的PLSR模型的结果比起定标曲线法有较大提升,其预测的相关系数(RP)为0.994 9,预测均方根误差(RMSEP)为97.05μg/g,结果说明PLSR方法在光谱化学分析领域中比定标曲线法进行定量分析有更好的适用性。研究表明,LIBS技术能够实现对土壤重金属Pb和Cd含量的定量检测,为开发实时便携式LIBS土壤重金属检测仪提供了理论基础。     

皂角苷对几种生活污泥中和的去除

为探讨皂角苷对污泥中Cu和Zn去除的机制,采用化学淋洗的方法研究皂角苷浓度（0~7%）、pH（2~6）、振荡时间（0~48 h）、温度（10、25、40℃）和提取次数（1~4次）对四种生活污泥中Cu和Zn去除率的影响,分析去除前后重金属的形态,并监测去除过程中浸出液pH的变化。结果表明,单次淋洗条件下,皂角苷对Cu的去除率大于Zn;皂角苷溶液的pH对Cu的去除没有显著影响,而Zn的去除率在pH下降到2时明显增加;Cu经过6~12 h的振荡就能达到最大去除,Zn则需要经过较长时间的振荡（48 h）才能达到较好去除;提高振荡温度,Cu的去除率降低而Zn的增加;随着提取次数的增加,Cu和Zn的去除率均增加,Cu的去除以第1次提取为主,Zn的4次提取均有较好效果,用3%的皂角苷溶液连续4次提取后,Cu和Zn的累积去除率最大分别达到32.61%和39.32%;增加振荡时间、提高振荡温度、增加提取次数以及降低皂角苷溶液pH均能降低浸出液的pH。经过3%的皂角苷溶液的提取,污泥中各形态Cu的含量均减少,其中66%以上的酸溶态被去除;而Zn的酸溶态含量减少不明显,可还原态、可氧化态和残渣态均有所降低,但以残渣态的减少为主。     

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。     

大型真菌重金属富集能力与机制研究进展

部分大型真菌有媲美甚至超过超累积植物的重金属富集能力,如蛹虫草(Cordyceps militaris)对Zn富集浓度可达20 000mg·kg-1以上,因而在污染环境的生态修复方面有着重要的应用前景。本文综述了近年报道的部分大型真菌的重金属富集能力,分析了不同生长时期、生长部位对重金属的富集特性,并对不同品种做了对比分析。大型真菌对自身重金属富集能力的调控有多种机制,包括胞外聚合物沉淀、细胞壁吸附和细胞内吸收,进入细胞的重金属可通过螯合、转运或引起氧化胁迫应激等途径来降低对细胞的毒害。基于大型真菌重金属富集能力强的优势,本文提出了拓展应用的方向及对目前存在问题的若干对策,从而为国内这一方向的发展提供参考。     

冻融作用对棕壤团聚体及其重金属镉赋存形态的影响

以重金属Cd为单一污染源的棕壤作为供试土壤,设定-10,-20,-30℃三个温度作为冻结温度,10℃作为融化温度进行土壤冻融循环试验。通过测定冻融作用后土壤团聚体粒径组成、土壤质量平均直径、土壤团聚体粒径中Cd的质量负载率以及赋存形态,研究冻融作用对棕壤团聚体稳定性及Cd在不同团聚体粒径中分布与赋存形态的影响。结果表明:(1)土壤经过冻融作用后,2mm的团聚体比例显著增加(P0.05),增加范围为38.4%~54.6%,土壤质量平均直径显著增加(P0.05);(2)经过冻融作用后,重金属Cd主要富集在2mm的团聚体粒径中,所占比例为51.2%~57.2%;(3)冻融作用使土壤及不同粒径团聚体中交换态Cd和有机结合态Cd含量显著降低(P0.05),铁锰氧化物结合态Cd和残渣态Cd含量显著增加(P0.05)。     

铜矿区土壤重金属污染与耐性植物累积特征

在铜陵矿区研究了4种植物:商陆(Phytolacca acinosa),鸭跖草(Commelina communis),菌陈蒿(Artemisia capillaries),农田紫云英(Astragalus sinicus)对重金属的富集特征及土壤重金属污染情况。采用ICP-MS分析了土壤中As、Cd、Cr、Cu、Zn、Pb的重金属全量及植物对As、Cd、Cr、Cu、Zn、Pb的积累情况。并计算了四种植物对重金属的生物转移系数BTC(Biological Transfer Coefficient)。结果表明:铜陵狮子山铜矿废弃地鸭跖草(Commelina communis)、菌陈蒿(Artemisia capillaries)群落的土壤养分状况相对较好,农田紫云英的养分状况次之,杨冲山尾矿库分布商陆(Phytolacca acinosa)的土壤养分状况最差。商陆耐瘠薄土壤、尾矿区与附近农田土壤重金属全量分析表明,杨山冲尾矿库附近农田土壤(种植紫云英)铜、镉、铅、锌总量均超过国家农业用地土壤二级标准,尾矿废弃地分布鸭跖草、茵陈蒿的土壤全铜含量超过国家工业用地土壤二级标准,土壤受Cu污染最严重。菌陈蒿、鸭趾草对高含量的土壤铜表现出很好的耐性。鸭跖草对砷和铅的转移系数大于1,茵陈蒿对镉与锌的转移系数大于1。鸭跖草、茵陈蒿、商陆都可以作为矿区生态恢复的先锋植物。     

生物质炭和果胶对再生水灌溉下玉米生长及养分、重金属迁移的影响

利用根箱试验方法比较了生物质炭和果胶对再生水灌溉下土壤—植物系统养分和重金属迁移特征的影响及差异性。结果表明,再生水灌溉不利于植物的生长,果胶和生物质炭两个处理相比,虽然植株生长无显著差异,但果胶处理植株的生长状况优于生物质炭处理;再生水灌溉时,果胶处理地上部生物量比对照增加了59.32%。与蒸馏水灌溉相比,再生水灌溉增加了根际土壤pH;灌溉水源相同时,果胶处理根际土壤pH略低于生物质炭处理。生物质炭和果胶都增加了土壤养分的含量,果胶对土壤碱解氮、有效磷和有机质的增加效果优于生物质炭,生物质炭对土壤有效钾的增加幅度大于果胶。生物质炭增加了植株的养分含量,果胶提高了养分的转运能力。生物质炭降低了土壤有效态Fe、Mn、Cu、Ni的含量,果胶增加了土壤有效态Fe、Mn、Cu、Pb、Ni的含量。果胶处理植株根系重金属含量普遍高于生物质炭处理,如蒸馏水灌溉下果胶处理根系Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd、Ni含量分别比生物质炭处理增加了165.29%,113.01%,21.16%,92.74%,14.61%,26.86%和53.43%,但Cu、Zn、Pb、Cd、Ni等元素在果胶处理的转运系数最低。该研究可为再生水灌溉下生物质炭和果胶在北方碱性土壤的农业安全利用提供理论依据。     

The Characterization of Heavy Metals in the Grapevine (Vitis vinifera) Cultivar Rkatsiteli and Wild Blackberry (Rubus fruticosus) from East Serbia by ICP-OES and BAFs

Inductively coupled plasma optical emission spectroscopy, in combination with calculation of various biological factors, was used in this study not only for a simple illustration of the present status of some essential and non-essential metals such as copper (Cu), zinc (Zn), nickel (Ni), lead (Pb), arsenic (As), and cadmium (Cd) in the grapevine cultivar Rkatsiteli and wild blackberry from East Serbia but also for the estimation of plant bioaccumulation potentials. Great majority of detected metal concentrations were in normal ranges except in few cases: Zn concentrations were at the level of deficiency in almost all plant parts, and some Cu and As concentrations were at the levels that could be considered phytotoxic. Biological accumulation factors provided very informative data on metal accumulation and translocation in both plants and pointed to low accumulation rates of metals except in the case of Cu, Zn, and As in some wild blackberry tissues.     

Bioavailability of zinc and lead from a contaminated soil amended with pine bark-goat manure compost

The distribution in soil and plant uptake of zinc (Zn) and lead (Pb) as influenced by pine bark-goat manure (PBG) compost additions were investigated from the soils artificially contaminated with Zn or Pb ions using maize (Zea mays L.) as a test crop. Soils were amended with four rates of pine bark-goat manure compost (0, 50, 100, and 200 tons ha^?1) and four rates (0, 300, 600 and 1200 mg kg^?1) of Zn or Pb. Maize was planted and grown for 42 days. At harvest, plants samples were analyzed for Zn and Pb concentration. Soils samples were analyzed for pH, extractable and diethylene triamine pentaacetic acid (DTPA) extractable Zn and Pb. Extractable Zn and Pb was lower in PBG compost amended soils than in unamended soils and steadily declined with increasing amount of compost applied. The extractable fraction for Zn dropped by 62.2, 65.0 and 44.6% for 300, 600 and 1200 mg Zn kg^?1, respectively when 200 t ha^?1 of PBG compost was applied. Metal uptake by maize plants were directly related to the rate of applied heavy metal ions with greater concentrations of metals ions found where metal ions were added to non-amended soils.