基于铅稳定同位素的多金属复合污染土壤源解析新思路——以西南地区某矿区农田为例

本文以我国西南某矿区典型多金属复合污染农田土壤为例,基于铅(Pb)稳定同位素分析,结合矿物学分析,对土壤Pb来源进行定量解析,并针对其他重金属来源进行外推。同位素源解析结果表明,人为源对于土壤重金属的贡献率高达61%～89%,矿渣浸沥与矿区道路扬尘为主要的污染途径。矿物学分析能够辅助印证Pb稳定同位素分析结果,在一定程度上克服由于污染源信号重叠造成的源解析困难。通过相关分析,可以将Pb同位素源解析的结果合理外推,在一定程度上解释其他重金属元素的来源。本文提出的源解析新思路能够高效、准确地解析多金属复合污染土壤中重金属元素的来源,尤其适用于我国土壤多金属复合污染集中连片存在、成因复杂的现状,具有很强的现实意义。     

生物炭对不同酸化水平稻田土壤性质和重金属Cu、Cd有效性影响

针对南方稻田土壤酸化严重,导致养分流失有毒重金属活化,严重影响稻米质量安全的重大现实问题。以水稻秸秆和谷壳等农业废弃物为原料制备生物炭(分别记为RSC和RHC),研究不同原料生物炭对酸化土壤改良及其对重金属有效性的影响。设置3个生物炭用量(0,20,50 g/kg,分别记为CK、C1、C2),4种土壤酸化水平(pH 4.01,4.25,4.33,4.58,分别记为L1、L2、L3、L4),生物炭与重金属污染土壤共同培养60天后测定土壤pH、全氮、有机质、有效磷、速效钾和有效态Cu、Cd含量。结果表明:RSC对酸化土壤pH的改良效果明显优于RHC,且施炭量越高提高幅度越大,RSC的C2处理使4种酸度水平的土壤pH分别提高了0.68,0.97,1.29,1.71个单位。2种生物炭均能提高土壤的全氮、有效磷、速效钾和有机质含量,其中各施炭处理有机质显著提高,尤以速效钾的增幅最为显著,RSC对4种养分的提高均优于RHC。RHC对土壤有效态Cu含量无显著影响;RSC的C2较C1处理更能降低土壤中有效态Cu含量,使4种酸度水平的土壤分别降低了13.62%,6.57%,4.36%,7.88%。RHC处理的L3、L4土壤中有效态Cd含量显著降低,最大分别降低了13.79%,19.23%。RSC使4种酸度土壤有效态Cd含量最大分别降低了20.00%,25.81%,20.69%,19.23%。相关分析表明,土壤pH与有效态重金属含量呈显著负相关关系。水稻秸秆炭用于改良酸化土壤、降低重金属Cu和Cd有效性的效果更佳,且降低污染土壤中Cd的有效性较Cu好;生物炭对酸化程度越低的土壤pH和有效磷含量的提高以及有效态Cd含量的降低效果较好,而有效态Cu含量的降低效果则在酸化程度越高的土壤中表现更佳;土壤pH是生物炭调控重金属Cu、Cd有效性的主要影响因素。     

施肥对灌漠土作物产量、土壤肥力与重金属含量的影响

有机物还田是提升土壤肥力的主要措施,但也存在造成土壤金属污染的潜在风险。为查明不同有机物还田对土壤质量及作物产量的影响,本文通过长期定位试验,研究了无肥对照、常规施化肥(氮磷配施)以及70%常规化肥与牛粪、沼渣、污泥、鸡粪、菌渣和猪粪配施对土壤理化性状、有机碳和氮的固存率、氮磷钾活化系数、作物产量及重金属含量的影响。结果表明:牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪与70%化肥配施虽作物产量与常规施化肥相似,但6种有机物处理土壤有机质、全氮和碱解氮含量都较常规施化肥处理显著增加,污泥、鸡粪和猪粪处理土壤全磷与速效磷含量较常规施化肥处理显著增加,而且牛粪、沼渣、鸡粪和猪粪处理的速效钾、土壤磷活化系数和土壤钾活化系数较常规施化肥处理也显著提升。牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪处理土壤有机碳固存率为36.42%～71.61%,较常规施化肥处理都显著提高;而其氮固存率为6.47%～49.44%,仅有菌渣处理与常规施化肥处理差异不显著,而其他处理较常规施化肥处理显著增加。长期施鸡粪和菌渣处理的土壤铜含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为4.17mg·kg~(-1)和14.2mg·kg~(-1);而污泥、鸡粪和菌渣处理的土壤锌含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为13.53 mg·kg~(-1)、22.60 mg·kg~(-1)和49.73mg·kg~(-1)。综上,等有机质(4 500kg×hm~(-2))的牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪可替代30%氮磷肥,作物产量不受影响;不同有机物培肥土壤效果为污泥、鸡粪和猪粪优于牛粪和沼渣,而沼渣的培肥效果略差。为保证土壤环境质量稳定不恶化,种植小麦时有机物铜和锌的年携入量应分别低于53.01g×hm~(-2)和221.30 g×hm~(-2),而种植玉米时应分别低于153.40 g×hm~(-2)和347.04 g×hm~(-2)。     

国内外有机肥标准对比及风险评价

中国是人口最多的发展中国家,生产生活中产生的有机废弃物数量巨大,堆制有机肥是降低有机废物污染风险的重要方式,而有机肥标准则是防止有机肥成为新的土壤污染源,规范有机肥产业健康发展的重要保障。目前我国有机肥不合格现象时有发生,针对有机堆肥的标准仅有一个8年前的行业标准（NY 525—2012）的现状,本文对比了中国、日本、澳大利亚、欧盟、美国有机肥标准的重要指标,对存在的重金属残留、抗生素污染、病原体污染、营养富集及土壤盐渍化等有机肥质量安全风险问题进行分析,为我国有机肥行业未来绿色、健康、可持续发展提出建议。尽管我国现有有机肥质量标准,在具体指标要求方面优于美国,但和欧盟相比还有差距,比如我国重金属Cu、Zn、Ni限量缺失,对Cd等重金属限值要求不够严格,长期施用会导致土壤重金属含量超过风险筛选值,严重影响农作物安全;同时,由于部分畜禽养殖业不合理使用抗生素,加之有机肥生产企业技术的欠缺,农户施用时缺乏指导,监管部门执法不严等因素,我国有机肥施用过程存在较大风险隐患。因此,进一步完善有机肥标准体系,强化对原料中有毒有害物质的限制,要求选用原料批批检,加大准入和过程的落实力度,才能保障我国有机肥产业有序健康发展。     

垃圾堆放场周边土壤重金属含量的分析及污染评价

土壤重金属污染日益受到关注,重金属是垃圾渗滤液的主要成分之一。本文对苏北某市的一废弃垃圾堆放场周围的农田土壤进行分析,通过测定重金属的全量以及有效态含量来评价垃圾场的污染程度。结果表明垃圾场周边农田土壤Cd含量超过国家土壤质量二级标准,说明垃圾场周围的土壤可能存在重金属Cd的农产品污染风险。Hg、As、Pb、Cr四种元素的含量均高于非污染土壤,但都未超过土壤质量二级标准。随着距离的增加土壤重金属含量呈现出减少趋势,垃圾堆放点对周边大约150m范围内的土壤产生重金属污染。     

兰州市蔬菜基地蔬菜体内Cu污染及累积效应的研究

对兰州市蔬菜基地蔬菜体内Cu含量进行分析,结果表明,同一区域土豆、西红柿、茄子、辣椒、豆角、白菜和大葱体内Cu含量之间表现出极显著差异;兰州市蔬菜基地土豆体内Cu含量显著高于其它蔬菜体内Cu含量,西红柿体内Cu含量最低。不同蔬菜基地土豆、茄子、辣椒、豆角、白菜和大葱体内Cu含量之间均表现出极显著差异,不同蔬菜基地西红柿体内Cu含量之间没有表现出差异。蔬菜体内Cu含量与土壤Cu含量呈显著正相关性。此次测定兰州市蔬菜基地土壤和蔬菜体内Cu含量,旨在为无公害蔬菜基地建设和重金属元素污染控制提供指导依据。     

沈抚灌区土壤重金属污染健康风险初步评价

采用现场采样及室内测试方法对沈抚灌区农田土壤中Cu、Hg、Ni和Cd等重金属的含量进行了测定分析,利用污染指数法对灌区土壤环境质量进行了评价,并应用美国环保局推荐的健康风险评价模型对灌区土壤重金属通过土壤摄食途径所引起的健康风险作了初步评价。结果表明,灌区土壤中重金属的平均浓度范围分别为Cu：22．1～40．8mg·kg^-1,Hg：0．036-0．310mg·kg^-1,Ni：29．8～44．4mg·kg^-1,Cd：0．145～0．956mg·kg^-1。4种重金属浓度平均值大小为Ni〉Cu〉Cd〉Hg;土壤中Cu、Hg、Ni和Cd所引起的成人和儿童的平均个人风险均低于可接受水平10^-6,且在这两类调查人群中,健康风险大小顺序均为Cd〉Ni〉Hg〉Cu;儿童比成人更易受到土壤重金属的影响,致癌风险是成年的3倍;灌区土壤环境质量环境评价结果显示,灌区土壤重金属污染处于轻微水平。     

典型农业区农田土壤重金属潜在生态风险评价

采用野外采样和室内分析相结合的方法,以典型农业区山东禹城的农田表层土壤（0-20 cm）为研究对象,分析了土壤中重金属Cr、Ni、Pb、As、Hg、Cd、Cu和Zn的含量,探讨了土壤中重金属的含量与不同人类活动的关系并进行了潜在生态风险评估。结果显示,8种重金属的含量均超过黄河下游潮土区的背景值。潜在生态风险评估表明,当地的农田土壤Cr、Ni、Pb、As、Cu、Zn有轻度的生态风险,Hg和Cd存在较大的生态风险。城市化进程、畜禽养殖和污灌是造成土壤Cd高生态风险的主要因素,城市化进程和污灌也是造成土壤Hg高生态风险的主要因素。禹城各区域土壤受8种重金属的综合潜在生态风险程度大小依次为城郊农田〉污灌农田〉典型施肥农田〉井灌农田〉引黄灌农田,不同人类活动区域土壤Cd生态风险和8种重金属的综合潜在生态风险存在显著差异。     

长期施肥对作物铜、铅、铬、镉含量的影响

为了弄清长期施肥对作物重金属含量的影响,利用长期定位试验,研究了不同施肥措施对小麦、水稻铜、铅、铬、镉含量的影响,并对其籽粒中重金属的含量进行了安全性评价,结果表明,长期施肥影响了小麦和水稻中铜、铅、铬、镉的含量,小麦、水稻籽粒中铅、铬、镉含量长期施肥处理均明显增加,其中铅、铬含量都超过了国家食品卫生标准,施磷处理水稻籽粒中镉含量也严重超标.小麦、水稻对土壤铜和铬的富集能力较强,对铅、镉的富集能力较小;小麦对铬和铜的富集能力大于水稻,其富集系数分别是水稻的2.5倍和2.8倍.而水稻对镉的富集能力大于小麦,富集系数是小麦的2.1倍.     

苏州市不同区域水稻籽粒重金属积累特征与健康风险评价

以苏州市7个县市的水稻籽粒为研究对象,在2006年采集的449份水稻籽粒样品的基础上,分析了稻米中Cu、Pb、Cd、Cr和Zn的积累特征,并评价了样品的健康风险。结果显示,苏州市水稻籽粒重金属积累平均含量均不超标,但水稻籽粒Pb存在29．49％的样点超标率,Cu、Cd和Cr的超标样点一般在4个以下。单因子污染指数评价结果显示,水稻籽粒重金属元素污染指数高低顺序为Pb＞Cr＞Cu、Zn＞Cd,其中昆山和吴江水稻籽粒受到Pb的轻度污染。综合污染指数评价表明,水稻籽粒重金属污染处于警戒线级别,且水稻籽粒的污染是由于Pb的积累量较高引起的,其中太仓和张家港两市水稻籽粒属于安全等级,昆山、吴中、相城和常熟处于警戒线等级,吴江风险较高。暴露风险评价结果显示,研究区存在水稻籽粒Cr暴露风险,而水稻籽粒Pb仅在个别县市暴露风险高,整体风险并不高。