河北平原农田土壤重金属元素Pb、Hg地球化学行为的影响因素

土壤重金属元素地球化学行为是目前国内外研究的热点。研究显示重金属元素地球化学行为与土壤理化性质有密切关系。本文选择河北平原农田为研究区,采集了325个根系土样品,测定了Pb、Hg有效态含量,并探讨了影响其地球化学行为的主要因素。研究表明:(1)Pb、Hg水溶态和离子交换态与土壤p H值呈显著负相关关系,土壤酸化使Pb、Hg有效性增加,直接导致农作物中Pb、Hg含量增加,保持土壤p H值在弱酸性至弱碱性范围,防止土壤酸化,可以降低重金属危害。(2)土壤中有机质含量与Pb、Hg全量呈显著的正相关性,但与水溶态和离子交换态呈负相关。所以土壤中有机质的增加可以降低Pb、Hg元素水溶态和离子交换态含量。(3)随着土壤黏粒的增加,Pb、Hg水溶态和离子交换态含量降低,说明黏粒可以吸附一定量的重金属离子,与重金属元素Pb、Hg地球化学行为存在一定关系。土壤p H值、有机质、黏粒是控制重金属元素Pb、Hg地球化学行为的重要因素。     

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。     

矿物光电子-微生物体系重金属离子价态调控及其环境效应研究进展

本文综述了典型污染区重金属离子赋存状态与环境风险评价、环境微生物多样性等环境质量因子的关系及其对土壤功能的影响;重点介绍了微生物源电子、半导体矿物光电子对重金属离子的价态调节双向控制;总结了电子穿梭体、空穴捕获剂等小分子有机物对光电子还原重金属离子的影响及机制,以及半导体矿物光电子、重金属价电子协同微生物对重金属离子的还原氧化效率与价态调控;分析了微生物及其表面基团对重金属离子的矿化与转化作用,以及微生物界面固定转化在土壤重金属污染修复中的作用。本综述可为进一步研究微生物和半导体矿物光电子协同作用对重金属离子的定向调节、电子转移途径、晶相转化机制提供指导,对深入探讨光-半导体矿物-重金属离子-微生物多相复杂体系的交互作用具有重要的环境学意义。     

水溶性有机质对土壤中污染物环境行为影响的研究进展

水溶性有机质(DOM)作为有机配位体,含有羧基、羟基、羰基和甲氧基等活性功能团,可以通过与土壤中的污染物发生离子交换、吸附、络合、螯合、凝絮、氧化还原等一系列反应,进而影响它们在土壤中的形态、迁移转化和最终归宿。本文概述了DOM在土壤中的吸附,系统总结了近年来国内外关于水溶性有机质对土壤中污染物影响的研究进展,阐述了水溶性有机质能提高重金属的溶解度及其对重金属、农药、PAHs吸附解吸、迁移等环境行为所起的作用,最后指出今后应该进一步研究的问题。     

凹凸棒石与Zn^2＋的长期作用研究

以凹凸棒石与Zn2＋为例研究粘土矿物与重金属离子长期作用过程,并运用高分辨透射电镜和X射线衍射分析粘土矿物与重金属离子长期作用的次生物相。结果表明：Zn2＋与凹凸棒石的长期作用是一个二阶段的过程,初始阶段为快速吸附作用,其后表现为慢速沉淀反应。高分辨透射电镜和X射线衍射分析表明,凹凸棒石与Zn2＋的长期作用过程中,具有纳米矿物特性的凹凸棒石表面快速水化,提高了悬浮液的pH值,诱导Zn2＋水解沉淀。而后,凹凸棒石缓慢溶解释放Al3＋和SiO44-与Zn（OH）2沉淀反应,形成Zn-A1双氢氧化物和异极矿。这一结果对认识土壤环境中重金属与粘土矿物的作用及重金属的归宿具有重要意义。     

土壤重金属环境质量矿物学评价方法

利用环境矿物学理论和方法阐明了土壤矿物控制重金属活动状态，具体分析了重金属在矿物表面、层间域和孔道内可能的赋存位置。实验研究结果表明，矿物吸附重金属的作用受到介质pH值、介质离子强度等因素的影响。采用系统聚类分析方法，能定量地分析稳定的硫化物结合态微量有毒有害重金属元素的数量。利用粉晶X射线衍射分析方法，能定量地测定土壤矿物组成和含量。新提出土壤环境质量矿物学方法评价流程。该方法是在利用生态地球化学方法所完成的元素总量调查成果的基础上，开展单元性与剖面性土壤矿物组成与含量测定，查明表层土壤和深层土壤的矿物组成和分布，评价土壤中重金属的赋存状态及其对食物链的影响。旨在为农业地质环境评价提供新方法，切实提高农业地质环境调查质量与服务水平。     

利用全反射X射线荧光光谱法研究土壤中活动态元素提取动力学

活动态提取技术是深穿透地球化学研究隐伏矿的有效手段之一。提取时间是活动态提取技术的一个关键因子,由于提取剂与目标元素、赋存矿物的作用方式不同,提取时间对提取效果的影响会不同。本研究采用全反射X射线荧光光谱法(TXRF)测定土壤中Cu、Pb、Zn、Ni、Mn活动态提取量随提取时间的变化。结果表明,在1 h内,分析元素提取量随提取时间急速增长,在7 h内提取量增长速率较高,分析元素提取量基本在24 h达到平衡。对各元素的提取过程建立了两点动力学模型w_t=w_1exp(-k_1t)+w_2exp(-k_2t),模拟提取土壤中两种吸附形式的活动态元素,方程中k_1代表非专性吸附活动态(如离子态、静电吸附、以纳微颗粒形式存在)的提取速率常数,提取速率较快,k_2代表专性吸附的活动态(粘土吸附态、铁锰氧化物弱结合或有机络合态)的提取速率常数,提取速率相对较慢。     

根系土中重金属元素分布特征及在农作物中的迁移

以上海市金山区为对象,分析了农用地土壤重金属元素的形态分布特征,以及元素的有效态（水溶态、离子交换态）与全量、有机质、pH等的相关性;根据重金属元素在稻米、蔬菜等不同农作物中的含量,分析了其迁移及生物有效性。结果表明：不同元素的形态组成差异较大;Pb、Zn、Ni元素的有效态与环境因素（pH、有机质）关系密切;土壤中重金属元素Cd最为活跃且易发生迁移,在多种农作物中有较为明显的富集;稻米中重金属元素的富集程度相对较小。研究成果可为土壤污染治理、种植结构调整、土地合理利用提供有益借鉴。     

天然有机质和不同pH环境对纳米黑炭的迁移行为影响及作用机制

作为典型的黑炭,近年来生物炭的应用发展受到人们广泛关注。由于生物炭施加在土壤中,在表生地球化学长期作用下,会有部分逐渐破碎变小,直至微米、纳米级别,在土壤或水体中迁移,因此,对生物炭、特别是活性更强的纳米级生物炭的迁移性研究具有十分重要的意义,而关于纳米级生物炭的迁移性研究目前十分匮乏。通过石英砂柱中纳米生物炭的柱迁移实验,获得天然有机质和不同pH值(4、7、10)条件下的穿透曲线和空间滞留曲线,研究影响作用机制。结果表明：天然有机质(腐殖酸)能增强纳米生物炭的迁移性,中碱性pH环境也有助于其迁移。一方面纳米炭的分散性得到改善,另一方面腐殖酸和碱性环境有助于增加纳米炭和石英砂介质的颗粒表面负电荷,增大Zeta电位值(负值),从而使颗粒间静电排斥力增强,有助于纳米炭的迁移。研究结果对深入理解生物炭在自然界中地球化学迁移行为及其吸附污染物后的潜在迁移风险具有重要意义。     

铝硅酸盐纳米矿物的地质意义和资源价值再认识

本文简析了三种典型铝硅酸盐纳米矿物(埃洛石、伊毛缟石和水铝英石)的结构和性质特点;探讨了它们在其典型赋存环境中对元素迁移和富集所起的作用和机理,包括风化淋积型稀土矿床中埃洛石对稀土元素赋存所起的作用,火山灰风化壤等体系中伊毛缟石和水铝英石对重金属离子、放射性元素、阴离子和有机碳迁移所起的作用等;还浅析了这三种特殊非金属矿物的工业应用的可能性和条件。     

Influence of NOM on the Mobility of Metal(loid)s in Water-Saturated Porous Media

In this work, the interaction of natural organic matter (NOM) with metal(loid)s (Cu, Pb, Zn, Pt, As) and the role of NOM on the metal(loid) transport in a water-saturated quartz sand column were investigated. For detailed information, size exclusion chromatographic (SEC) measurements and “short pulse” laboratory transport experiments with online metal(loid) and NOM detection were used. The SEC measurements showed the formation of metal–NOM complexes. Cu, Pb, Zn and Pt were predominantly bound to the high molecular mass NOM molecules. The binding capacity of the NOM for metals increased with increasing pH value and in the following order: Zn < Pb < Cu < Pt. No evidence for the formation of As–NOM complexes was found. The transport experiments showed no significant influence of NOM on the mobility of Cu, Pb and Zn. The metal–NOM complexes detected in the SEC experiments were obviously sorbed completely onto the grain surfaces in case of the quartz sand system, or they were dissociated partially during passage through the column. No influence of NOM was observed on the transport of As as well. Inorganic Zn and As species were transported through the column with increasing retardation as the pH value increased. Pt showed a high mobility at a pH of 5, and it decreased at a pH of 7 especially in the presence of NOM. The results support the known fact that a decrease in the pH value results in enhanced transport of inorganic metal(loid) species in water-saturated porous media. On the other hand, the presence of NOM can immobilise the metals through metal–NOM complex formation and the deposition of the complexes onto the stationary phase.     

南方某工业区大气总悬浮颗粒物重金属来源解析及其对土壤环境质量的影响

解析大气总悬浮颗粒物(TSP)的重金属来源可为重金属生态风险评价和环境修复提供理论依据。本文研究了中国南方某工业城市冶炼厂周边冬季TSP和表层土壤(0~20 cm)中的重金属环境效应。采用大气主动采样技术收集TSP样品,原子荧光光谱法和电感耦合等离子体质谱法测定其中重金属的含量,结合富集因子法和Pearson系数法分析重金属含量特征及其来源。结果表明,研究区TSP中Zn、Pb、Cd含量最高达到30809.06×10-6、9902.91×10-6、1011.21×10-6,分别是中国土壤背景值的201.43、222.53、5616.20倍,属于污染严重级别;Ni、Cr含量分别是中国土壤背景值的1.83倍和2.96倍。冶炼厂、火力发电厂和化工厂等人为源是Zn、Pb、Cd、Hg、As等重金属富集的主导因素;土壤重金属含量与TSP重金属含量呈显著正相关,可判定研究区土壤的重金属来源主要为大气沉降。     

郑州市土壤重金属污染状况和质量评价

本文采用电感耦合等离子体质谱、原子荧光光谱法对郑州市及周边地区化探扫面(1∶10万)采集的1014个表层土壤样品进行分析,结合单因子污染指数法、内梅罗指数法评价了土壤中重金属含量水平、形态特征和污染分布状况。结果表明,8种重金属的平均含量都低于《土壤环境质量标准》Ⅰ类土壤的临界值;从地表到深部重金属元素含量逐步降低;在测区1000 km2范围内,一级、二级、三级土壤面积分别占89.6%、9.4%、1.0%,土壤质量总体良好。在极个别中、重度污染区,重金属主要以难以迁移和被植物利用的残渣态、铁锰氧化态形式存在,目前对人及环境的实际危害很小。     

Study on the mechanism of transport of heavy metals in soil in western suburb of Beijing

1 IntroductionIncorporation of potentially toxic metals ( e.g.Cd, Cu, Cr, Pb, Hg, As, Se, Zn, Ni) into soils ei-ther through sewage-sludge irrigation or some othersources of pollution (e.g. atmospheric deposition, ap-plication of agri-chemicals) has posed…     

Bioaccumulation of Heavy Metals in Soft Tissues of Bivalve Mollusks from Natural Lakes in Eastern Sikhote Alin (Russia) and the Mekong Delta (Vietnam)

Doklady Earth Sciences - The concentrations of seven heavy metals (HMs) in tissues of bivalve mollusks of the families Unionidae (genera Ensidens, Scabies, Kunashiria) and Cyrenidae (genus...     

应用毒性淋溶提取法评价天津市某工业用地及周围农田土壤中重金属生态风险

毒性淋溶提取法(TCLP)是美国法定的一种生态环境风险评价方法,通过提取土壤中的重金属有效态判断土壤重金属污染状况和评估污染区域生态风险。本文应用TCLP法提取天津市某工业园区内及周围农田土壤中的有效态Cu、Pb、Zn、Cd,采用电感耦合等离子体质谱法和原子吸收光谱法分别测定重金属全量和有效态,结合单项污染指数和内梅罗综合污染指数评价了重金属生态风险。结果表明:研究区Zn是首要污染物,主要来源于镀锌厂、金属制品厂和电镀厂,其次是Pb和Cu污染,Cd无污染;Pb、Zn可能具有同源性或伴生关系;大部分土壤处于安全水平,重金属污染率不到30%,但农田土壤出现了Zn的轻度污染。重金属全量是影响重金属有效态含量较大的因素,当Zn全量大于环境质量标准限值(300 mg/kg),Pb全量大于80mg/kg时,有效态Zn、Pb与其全量均呈正相关。因此,可以使用TCLP法将土壤重金属全量与有效态进行量化评价重金属生态风险。     

土壤修复过程中重金属形态的研究综述

重金属污染土壤的修复是现阶段污染土壤治理中的难点之一,在土壤修复过程中对重金属的形态研究已在多个领域中开展,并且在重金属形态及其与生物有效性和毒性等研究领域取得了一定的成果。本文综述了现阶段在污染土壤修复过程中对重金属形态研究的主要领域,分析研究重金属形态的必要性,总结出土壤修复过程中重金属形态方面应当从重金属在土壤与植物中的存在形态入手,研究重金属元素在不同界面间的迁移转化规律,通过阻断重金属元素在污染源、土壤、生物之间的传递链条,以阻止重金属对生物体造成危害,从而为土壤重金属污染的治理修复提供理论基础。     

Effects of copper mining on heavy metal contamination in a rice agrosystem in the Xiaojiang River Basin,southwest China

Metallic ore mining causes heavy metal pollution worldwide. However, the fate of heavy metals in agrosystems with long-term contamination has been poorly studied. Dongchuan District (Yunnan, southwest China), located at the middle reaches of the Xiaojiang River, is a well-known 2000-year-old copper mining site. In this work, a survey on soil heavy metal contents was conducted using a handheld X-ray fluorescence instrument to understand the general contamination of heavy metals in the Xiaojiang River Basin. Furthermore, river water, soil, and rice samples at six sites along the fluvial/alluvial fans of the river were collected and analyzed to implement an environmental assessment and an evaluation of irrigated agrosystem. V, Zn, and Cu soil levels (1724, 1047, and 696 mg·kg⁻¹, respectively) far exceeded background levels. The geo-accumulation indexes (I_geo) showed that cultivated soils near the mining sites were polluted by Cd and Cu, followed by Zn, V, Pb, Cr, Ni, and U. The pollution index (Pi) indicated that rice in the area was heavily polluted with Pb, Cr, Cd, Ni, Zn, and Cu. The difference in orders of metal concentrations between the soil and rice heavy metal contamination was related to the proportion of bioavailable heavy metals in the soil. The crop consumption risk assessment showed that the hazard quotient exceeded the safe threshold, indicating a potential carcinogenic risk to consumers. The Nemerow integrated pollution index and health index indicated that the middle of the river (near the mining area) was the heaviest polluted site.

     

Evaluation of ecological risk and source of heavy metals in vegetable-growing soils in Fujian province,China

Heavy metal pollution in vegetable-growing soils is of increasing concern due to the potential health risk via food chain. The present study aimed at assessing the potential ecological risk (RI) of heavy metals (HMs) in the vegetable-growing soils collected from Fujian Province, China, and identifying the potential sources with multivariable methods including correlation matrix and principal component analysis (PCA). The concentrations of HMs including Pb, Cd, Hg, Cr, As, Cu, Zn, and Ni in 160 soils collected from 25 sites of vegetable-growing land in Fujian Province, China, are measured with inductively coupled plasma mass spectrometry and hydrogen generation-atomic fluorescence spectrometer, respectively. Results show that most of the soil samples have been seriously contaminated with HMs, especially the metals of Hg, Cd, and Pb, compared with both of the background values of soils in Fujian Province and the limitation of total HMs in soil environmental quality for edible agricultural products set in China (HJ 332-2006). The indexes of RI indicate that only 8% of the 25 sites are environmentally safe, whereas according to the present study 28% of the sampling sites are heavily contaminated with HMs with 628–1,076 of the RI values. Based on PCA analysis, Zn, Cd, and Pb associated with PC1 are found to derive from anthropogenic sources, especially the local industrial activities, such as porcelain plants in Dehua, zinc metallurgical plants in Nan’an, and sewage irrigation from industrial estate in Taijiang. The concentrations of As, Ni, and Cu loaded in PC2 are found to be mainly controlled by natural factors (i.e., the lithogenic process of natural parent soils). Hg in PC3 is also found to originate from the anthropogenic sources, such as local coal combustion in Longhai and industrial activities in Cangshan. However, Cr in PC3 is mainly derived from the lithogenic sources.