城镇周边土壤Hg异常成因机理研究

普遍出现在城镇及其周边土壤中的Hg异常受到极大关注,但是对此类异常到底具有怎样的生态危害目前还没有明确的结论原因之一就是对异常的成因机理缺乏准确认识。在13个中心试验区及其周围几十个城镇获得的试验研究结果表明,出现在城镇周边地区的土壤Hg异常,均与土壤中的辰砂矿物有关,而且辰砂在形成土壤Hg异常中起到重要作用。此类辰砂是叠加到土壤中的Hg经过形态转化形成Hg2 ,然后与S2-结合生成HgS,进而结晶形成的首次给辰砂的次生成因学提供了一种可能性。辰砂的形成使Hg以矿物态形式固定在土壤中,导致土壤Hg含量增高,形成土壤Hg异常。此项研究成果对土壤Hg异常生态效应评价及预警预测研究具有重要意义。     

城镇周边土壤中燃煤成因磁性微球粒的环境特性研究

通过对我国13个中心城市及其周边地区重金属污染土壤中磁性微球粒的形貌结构和矿物成分的研究,确定其具有明显的燃煤成因特征和示踪土壤重金属污染物来源的功能。化学成分分析结果表明,8种主要重金属元素在磁性微球粒中的含量普遍都高于土壤生态地球化学基准值,可判断磁性微球粒也是污染土壤中重金属元素的主要载体之一。磁性微球粒对土壤重金属累积的贡献率大多不超过1%,但在微球粒含量高的情况下可达10%,甚至60%。由于以磁性微球粒形式存在的重金属元素相对比较稳定,因此在进行土壤地球化学生态效应评价时有必要考虑其环境意义。     

合肥市土壤重金属元素异常及其生态效应

通过对合肥市及其周边地区表层土壤重金属元素异常空间分布特征的分析，查明了生活和工业排污是形成Hg、Cd、Pb、Zn异常的主要原因；相对于深层土壤，表层土壤具有明显的富集特征，自地表向下重金属元素含量呈迅速下降趋势。探讨了土壤重金属元素全量与有效量、土壤pH值的关系，土壤重金属元素有效度大小排序为：Cd〉Pb〉Zn〉Hg，Cd、Pb有效量与全量相关性显著，且与pH值呈负相关，随着土壤cd、Pb元素全量的增加以及土壤不断酸化，其生态风险将显著增大。异常区土壤重金属的累积已造成部分蔬菜重金属超标，进而影响到蔬菜食用安全性，因此，加强土壤环境质量保护，对保证合肥市社会经济可持续发展具有重要意义。     

我国平原区土壤地球化学异常成因研究

我国平原地区土壤地球化学异常普遍存在,但是目前对这些异常的成因缺乏系统认识。这里以长春和南京地区的Hg、Cd异常试验研究结果为例,利用元素相关关系法,对此进行了系统研究。结果表明,城镇及其周边地区的土壤地球化学异常,异常组分叠加量表现出表层累积型特点,此类异常的成因与人类活动有关。分布在河流沿岸的土壤地球化学异常,在垂向上,异常组分叠加量表现出了连续型分布特点,且异常组分含量主要受土壤物质组成的控制,此类异常是在河流沉积物自然沉积过程中形成的。     

福建龙海土壤重金属含量特征及影响因素研究

为有效预防土壤重金属生态风险,以福建龙海市表层土壤为研究对象,应用经典统计分析、随机森林等方法,研究重金属元素含量特征及其影响因素。结果表明：(1)第四纪冲洪(海)积成因水稻土中多数重金属元素含量较高;(2)燕山期中酸性岩风化形成的残坡积红壤中重金属元素活动态含量较高;(3)As、Cu、Ni形态含量与全量相关性较好,而Cd、Cr、Hg的多数形态含量与全量相关性较差;(4)除元素全量外,土壤有机质对弱有机结合态重金属(不包括Ni、Pb元素)以及离子交换态、碳酸盐结合态Cd、Zn有重要影响,阳离子交换量对各形态Ni,(Fe×Al)/Si对各形态Cu具有重要影响,而土壤成因、土壤类型对重金属形态组成的影响较小。研究表明土壤重金属形态组成及其富集区与其全量不尽一致,土壤重金属生态风险评价应考虑土壤重金属形态分布特征。     

农田表层土壤中重金属潜在生态风险效应研究

皖江经济区南陵县是我国商品粮生产基地之一,该区农田表层土壤中重金属元素潜在生态风险效应研究对于提高粮食安全具有重要意义。文章以南陵县基本农田区作为主要研究区,按土地质量地球化学调查评价要求,布设和采集了0~20 cm深度的表层土壤样品500组,分别监测了土壤中Cd、Pb、Cr、Hg、As、Cu、Fe、Mn和Zn等重金属含量现状,并采用地质累积指数法和潜在生态风险指数法量化解析了这些重金属在土壤中的潜在生态风险效应。结果表明:（1）土壤中除了Cr元素,其余重金属元素都不同程度存在异常;（2）局部土壤中Cd、Hg和Fe等元素含量存在异常,平均含量分别是所在区域背景值的1.92,1.95,7.13倍,存在潜在生态风险的影响;（3）土壤中重金属元素的潜在生态风险值（平均RI值）为164.5,Cd和Hg元素为主要影响元素。     

平原区多目标地球化学调查异常查证及生态效应评价方法

针对平原区多目标地球化学调查工作中亟待解决的技术问题，在试验研究资料基础上，本文提出了平原区多目标地球化学调查异常查证及生态效应评价方法。异常查证阶段，首先应用相关关系法确定异常组分的地球化学基准值，而后进行异常分类，确定异常的成因和形成机理，为异常生态效应评价提供理论基础。在异常生态效应评价中，首先要弄清土壤中异常组分全量与其活性组分间的关系，进而探讨土壤和农作物中异常组分的含量关系，最终依据相关标准，评估农作物中重金属元素的含量水平，及其通过食物链对人体健康可能造成的危害。     

青海民和—海石湾一带土壤重金属异常生态效应评价

采用单因子污染指数法、内梅罗污染综合指数法和Hakanson潜在生态风险指数法,定量评价了青海民和—海石湾一带土壤重金属异常元素的污染现状和异常区的潜在生态风险危害性,同时对研究区土壤重金属异常的生态效应进行了初步评价。结果表明:土壤重金属污染因子的高低顺序为Hg>Cd>Pb=Cr;主要异常元素的生物有效性排序为Cd>Hg>Pb;异常元素的潜在生态危害性排列为Hg>Cd>Pb>Cr;在小麦、玉米等农作物样品中,尽管异常元素的含量远低于国家规定的粮食安全限制,但Hg的较高潜在生态危害性和Cd的高生物有效性,导致异常区内Hg、Cd的污染防治形势最为严峻。     

安徽省宣城市南部地区土壤重金属元素地球化学特征

利用1∶25万土地质量地球化学调查数据分析和研究了安徽省宣城市南部地区土壤中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 8种重金属元素的地球化学特征以及重金属异常来源。调查发现地质背景是土壤元素含量的主控因素,调查区表、深层土壤重金属元素含量空间分布特征与地质背景、沉积环境表现出显著的空间一致性,重金属高含量成土母岩(荷塘组、皮园村组、蓝田组等地层)是土壤重金属元素高异常的主要影响因素,此外矿山开采、大气干湿沉降也是土壤重金属高异常的影响因素之一,土壤中Pb、Hg、Cd、Cr元素具有大气干湿沉降的输入来源。调查区土壤重金属污染风险主要影响指标为Cd,土壤Cd超过农用地土壤污染风险管制值的样品比例为2.56%,形态分析结果显示土壤Cd以离子交换态为主,结合农作物调查发现在土壤Cd高异常区存在一定的生态风险。     

冀东平原土壤中重金属元素的地球化学特征

通过分析冀东平原土壤中有害重金属元素Pb、Cr、Cd、As、Hg的含量变化特征,显示有害重金属元素Hg、Cd、Pb在冀东平原表层土壤的富集已较为明显,Cr、As也形成局部的异常,原有的地球化学特征发生较大变化。初步认为表层土壤中重金属元素的高含量与当地地质背景和人为活动有关,局部异常成因需要进一步研究。研究区地积累指数污染评价结果表明:以全国土壤背景值计算,重金属未造成污染;以研究区背景值计算,Hg表现为轻度—中度污染状况,As、Cd、Cr、Pb未造成污染。     

Heavy metal anomalies in the Tinto and Odiel River and estuary system,Spain

The Tinto and Odiel rivers drain 100 km from the Rio Tinto sulphide mining district, and join at a 20-km long estuary entering the Atlantic Ocean. A reconnaissance study of heavy metal anomalies in channel sand and overbank mud of the river and estuary by semi-quantitative emission dc-arc spectrographic analysis shows the following upstream to downstream ranges in ppm (μg g^?1): As 3,000 to <200, Cd 30 to <0.1, Cu 1,500 to 10, Pb 2,000 to <10, Sb 3000 to <150, and Zn 3,000 to <200. Organic-rich (1.3–2.6% total organic carbon, TOC), sandysilty overbank clay has been analyzed to represent suspended load materials. The high content of heavy metals in the overbank clay throughout the river and estuary systems indicates the importance of suspended sediment transport for dispersing heavy metals from natural erosion and anthropogenic mining activities of the sulfide deposit. The organic-poor (0.21–0.37% TOC) river bed sand has been analyzed to represent bedload transport of naturally-occurring sulfide minerals. The sand has high concentrations of metals upstream but these decrease an order of magnitude in the lower estuary. Although heavy metal contamination of estuary mouth beach sand has been diluted to background levels estuary mud exhibits increased contamination apparently related to finer grain size, higher organic carbon content, precipitation of river-borne dissolved solids, and input of anthropogenic heavy metals from industrial sources. The contaminated estuary mud disperses to the inner shelf mud belt and offshore suspended sediment, which exhibit metal anomalies from natural erosion and mining of upstream Rio Tinto sulphide lode sources (Pb, Cu, Zn) and industrial activities within the estuary (Fe, Cr, Ti). Because heavy metal contamination of Tinto-Odiel river sediment reaches or exceeds the highest levels encountered in other river sediments of Spain and Europe, a detailed analysis of metals in water and suspended sediment throughout the system, and epidemiological analysis of heavy metal effects in humans is appropriate.     

黄河下游山东段沿岸土壤中重金属元素异常的成因

山东省多目标区域地球化学调查发现,沿黄河两岸分布有As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni等重金属元素异常,这类异常衬度不大,并多沿河呈不连续分布。研究结果表明,异常区土壤重金属元素的含量与SiO2、Al2O3Fe2O3等常量组分间具有显著的相关性,多数微量重金属元素随SiO2含量的增加而降低,随Al2O3Fe2O3含量的增加而增加。根据常量组分与土壤质地的密切关系可以推断。土壤质地对重金属元素异常的形成具明显的控制作用。     

长江流域沿江镉异常源追踪与定量评估的方法技术研究:以长江流域安徽段为例

长江全流域性的Cd异常是被中国正在进行的多目标地球化学调查发现的重大生态环境问题。以长江流域安徽段为研究对象,对沿江镉异常源追踪与定量评估的方法技术进行了系统研究。通过对安徽段长江干流及其主要支流悬浮物中元素含量的测量查明:悬浮物是流域内重金属元素大跨度迁移的主要载体;Cd在悬浮物中的富集程度远远大于其他重金属元素,这或许正是Cd可以形成沿江流域性异常的主要原因;长江干流悬浮物中重金属元素含量的变化明显受到沿江支流的影响。安徽段长江干流及其主要支流重金属元素输出通量定量计算结果表明:秋蒲河是安徽段重金属元素输出通量最大的支流,每年在安徽段长江两岸土壤中沉积下约4.45t的Cd。利用悬浮物加密测量、1∶5万土壤测量和岩石测量对顺安河流域Cd异常源追踪结果显示:内生金属矿床特别是铅锌矿是悬浮物中Cd的最大的供应源。采用河漫滩沉积物分层采样技术和同位素测年技术,初步恢复了研究区Cd等重金属元素沉积和污染的地球化学历史,对研究区Cd等重金属元素异常的未来演变趋势进行了预警预测。     

长江流域沿江镉异常示踪与追源的战略与战术

正在进行的多目标地球化学调查成果显示,长江流域存在全流域的Cd异常。长江流域Cd异常示踪与追源研究的长期目标是查明长江流域沿江各主要支流(汇水面积大于5000km^{2)Cd等重金属元素的物质来源、迁移形式和输入/输出通量、分辨自然源与人为源各自所占份额,建立沿江各支流Cd时空演化模型,监测它的未来发展趋势,对潜在生态效应进行预警预测;短期目标是针对Cd异常的重点地区,如长江源头、三峡库区、湘江流域、江淮流域、长江三角洲及流域内的4大淡水湖泊,查明Cd异常的来源,重建Cd异常形成的地球化学记录,评估可预见的将来(如10～50年)Cd异常的生态效应。}     

土壤中特异性微生物与重金属相互作用机制与应用研究进展

随着经济的发展,矿产资源的开采和利用程度越来越高,一方面发现有地表露头矿床的几率越来越小,另一方面其造成的重金属污染严重危害环境和人类健康。自然界中的微生物与扩散到环境中的重金属会产生相互作用,具有这种特异性的细菌既可应用于指示隐伏金属矿床,亦可应用于重金属污染生物修复。本文从特异性微生物与重金属相互作用微观机制、微生物找矿、重金属污染土壤的微生物修复三个方面,对其研究现状和进展进行了评述,重点对特异性微生物与重金属离子发生的吸附、累积与转化过程,微生物改变重金属元素分布、赋存状态和毒性作用机理,蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)与金的作用机制及其在寻找隐伏金矿的应用潜力,特异性微生物通过代谢产物吸附去除土壤中重金属元素及其辅助植物修复重金属污染等方面进行了介绍和阐述。     

重金属的“射流晕”分布现象及其环境学意义

射流晕是一种地球化学次生晕。无论在金属矿的上方还是在石油层的上方都普遍存在有重金属元素的射流晕分布现象。射流晕的形成主要与迁移态的元素有关 ,其特点主要表现在两个方面 :一是迁移距离远 ,可以直达地表 ;其次是在源的上方近于垂直分布。因此通过对地表重金属射流晕的研究 ,可以更准确地确定金属源的位置。射流晕的形成机制可能与地球的排气作用有关。由于地球内部含有丰富的气体 ,在地球的排气过程中 ,源于地球深部的重金属元素有可能在气泡作用下穿过深厚的岩层迁移到地表甚至近地表的大气中。在重金属地质污染源的上方同样也可能形成重金属的射流晕分布 ,因此研究重金属的射流晕现象在环境研究中有重要意义。本文讨论了重金属射流晕的特征、形成机制以及在环境研究中的意义。     

青海民和-海石湾一带土壤重金属异常成因研究

青海省多目标区域地球化学调查发现,民和-海石湾一带的狭长谷地沿109国道两侧分布的土壤中存在以Cd、Pb、Hg、Cr等重金属元素为主组成的综合异常。空间上各异常元素套合较好,而且综合异常面积较大,异常元素衬度较高。经相关分析,Cr元素与土壤常量组分显著相关,与SiO2含量呈负相关关系,同时,Cr元素水平剖面上城区含量明显高于其他地方,垂向剖面上呈现元素表层略微富集的现象;Cd与有机碳之间存在显著性相关关系,与TFe2O3不存在显著性相关关系;Pb元素在80 cm以上的土壤中,异常区土壤中的含量明显高于非异常区,Pb异常基本存在于表层土壤中;Hg元素含量表层富集明显,城区土壤中的Hg含量远高于其他地方。研究结果表明,人为源输入是导致该地区Cd、Pb、Hg异常的主要因素,而Cr元素异常的形成具有双成因性质,在较高自然背景上产生了人为源叠加。因此,加强异常区工业"三废"的控制和管理,是防止异常面积扩大的有效措施。     

Dynamic fuzzy neural network for simulating the fixed-bed adsorption of cadmium,nickel, and zinc on bone char

This study introduces the application of a dynamic fuzzy neural network for fitting and simulating the adsorption of nickel, cadmium, and zinc ions in mono- and bi-metallic solutions (nickel–cadmium, nickel–zinc, and cadmium–zinc) using packed-bed columns with bone char. This neural network model has shown a flexible and self-adaptive architecture with a faster learning speed than that of traditional artificial neural approaches. Results showed that this neural network model was reliable for representing the high asymmetry behavior of concentration profiles in both mono- and bi-metallic breakthrough curves where its accuracy was quite reasonable. Breakthrough parameters for mono-component and binary systems of tested heavy metals were calculated and compared. This analysis showed that the removal of these heavy metal ions in binary systems was a strong competitive adsorption process where the presence of co-ions reduced the removal performance of bone char at fixed-bed adsorbers. Results of surface characterization of adsorbent samples with X-ray photoelectron and infrared spectroscopy supported a removal mechanism based on an ion exchange between calcium from hydroxyapatite of bone char and heavy metal ions in the solution forming new metal–phosphate interactions in the adsorbent surface.     

超富集植物与重金属相互作用机制及应用研究进展

社会发展过程中对矿产资源的勘查和开采利用所带来的重金属污染已对生态系统和人类健康造成严重威胁。超富集植物对重金属具有超富集、超耐受能力,是降低环境重金属污染、保障人类健康、实现绿色矿产勘查的有效途径,在植物修复、植物采矿和植物找矿中已获得了广泛应用。深入探索超富集植物的富集和耐受机制,揭示重金属-植物相互作用规律,提高植物对重金属的富集能力,是当前国际上研究热点。本文在简要介绍重金属对植物作用的基础上,阐述了重金属诱导氧化应激机制,重点关注重金属超富集植物富集机理研究,对其在解毒和耐受机制等领域的研究进展进行了评述。当前研究认为:(1)对超富集植物而言,根系分泌物与根际微生物的共同作用促进了重金属溶解,经共质体、质外体途径吸收后,重金属通过木质部向上转运,并隔离在液泡中,实现对重金属的超富集;(2)重金属通过与小分子有机酸、细胞壁、植物螯合肽结合,以及液泡隔离,可降低细胞质中游离金属离子浓度,增强植物耐受性;(3)重金属胁迫下,植物将激活多种特异性抗氧化酶,抵御氧化应激反应,实现对重金属的超耐受。(4)本文分析认为,植物中砷诱导的氧化应激反应机制可能是由砷的还原与甲基化过程及Haber-Weiss反应三部分构成。对重金属超富集植物的富集与耐受过程所涉及的生理与生化作用进行深入研究,揭示关键性影响因素与相关规律,寻找提升其特异性富集与指示能力的有效途径,将有助于超富集植物研究与应用向纵深发展。