土壤中碘的赋存形态及迁移转化研究进展

查明土壤中碘的赋存形态及土壤中碘的迁移转化规律,对于评估碘的生物地球化学行为以及预防人类碘缺乏病具有重要意义。本文基于前人研究,阐述了土壤中碘的来源,并总结了土壤中碘的含量、形态及其影响因素。大气的干湿沉降、土壤母质岩石的风化作用以及植物的吸收与释放是土壤中碘的主要来源。国内外土壤中碘的平均含量约为1~5mg/kg,且主要以有机碘形态存在,有机质则是影响土壤中碘的含量及形态变化的重要因素。吸附是土壤碘迁移转化的主要过程。酸性条件下土壤矿物表面的羟基基团以质子化形式存在,有利于对碘的吸附。由于土壤中成分复杂,建立一个完整的土壤碘数据库是探究土壤碘有关方面的基础;需要进一步寻求更优的土壤碘的分析方法;研究土壤对碘的吸附作用机理以及有机质与微生物对土壤中碘的产生的作用机理也是未来研究的重要方向。     

云南典型地质高背景区土壤重金属含量特征及污染风险评价

云南峨眉山玄武岩和碳酸盐岩分布区为典型重金属地质高背景区,选取云南鲁甸县典型地质高背景区为研究对象,采集1406件表层土壤样品,系统研究土壤中重金属含量特征,评价土壤重金属污染风险,重点探讨不同地质岩性对土壤重金属含量的影响,分析土壤重金属的来源。结果表明:(1)表层土壤中Cu、Cr、Cd、Zn和Ni含量均超出云南省背景值,土壤重金属含量明显受成土母质影响,碳酸盐岩明显富集Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn,飞仙关组碎屑岩明显富集Cr、Cu、Ni、Cd,玄武岩明显富集Cu、Cd、Zn、Cr,均为典型的地质高背景区;(2)表层土壤重金属综合评价等级以风险可控为主,碳酸盐岩、飞仙关组碎屑岩和玄武岩土壤中污染风险较高的重金属元素主要为Cd、Cu、Cr、Ni,且明显受玄武岩岩浆活动影响;(3)主成分和空间分析结果显示,地质高背景区土壤重金属高含量主要为成土母岩中重金属高含量及其风化成土过程中次生富集作用导致,人为影响相对较小。     

基于DGT和化学提取法研究浙西北地质高背景区土壤镉生物有效性

地质高背景区相较于人类活动引起的土壤镉污染影响范围更广,在区域尺度上对生态系统和人类健康构成危害。土壤镉生物有效性是决定其生物可利用性、生物毒性的关键因素,因此探寻可行的土壤镉生物有效性评价方法对污染农用地安全利用和风险管控具有重要的理论和实际意义。DGT技术、单一提取法、连续提取法和土壤溶液法常用于测定土壤有效镉,但已有研究成果主要基于同种土地利用类型土壤的室内盆栽实验,难以代表自然污染土壤中的复杂情况。为探明各土壤重金属有效态提取技术对地质高背景区不同土地利用类型土壤Cd生物有效性评估效果,本文以浙江西北部土壤Cd高地质背景区水田土壤-水稻籽实和旱地土壤-小白菜样品为研究对象,实验应用DGT技术、单一提取法（0.01mol/L氯化钙提取）、连续提取法（七步连续提取）和土壤溶液法评价土壤中镉生物有效性。结果显示：①研究区水田和旱地土壤Cd平均含量分别为1.07mg/kg和0.73mg/kg,显著高于浙江和全国土壤平均水平,Cd的异常富集主要与浙西北地区广泛分布的黑色岩系有关。②相较于碳酸盐岩区,黑色岩系区土壤中Cd的生物有效组分占比较高,水田和旱地土壤Cd的活动系数（MF）高达59.9%和51.8%,Cd易在土壤-作物系统中发生迁移富集;③植物体内镉含量Cd-P与不同方法测定的有效镉含量均呈显著正相关,但Cd-P与DGT技术测定的有效镉含量相关性优于其他三种方法,水田土壤测得的有效Cd与水稻籽实相关关系：$ {{C}}_{\text{soln}} $>CDGT>$ {{C}}_{{\text{CaCl}}_{\text{2}}} $>$ {{C}}_{{\text{F}}_{\text{1}}\text{+}{\text{F}}_{\text{2}}\text{+}{\text{F}}_{\text{3}}} $,旱地土壤测得的有效Cd与小白菜相关关系：CDGT >$ {{C}}_{{\text{CaCl}}_{\text{2}}} $>$ {{C}}_{{\text{F}}_{\text{1}}\text{+}{\text{F}}_{\text{2}}\text{+}{\text{F}}_{\text{3}}} $>$ {{C}}_{\text{soln}} $。综合比较不同土壤有效Cd测定方法的优缺点,DGT技术可以模拟植物体对Cd的动态吸收过程,更能准确地反映土壤Cd生物有效性,预测作物Cd含量水平,这与已有研究成果一致。此外,本文研究成果表明DGT技术评价土壤Cd生物有效性,不仅适用于人为污染区,也可应用于地质高背景区。     

土壤样品中镉的形态分析研究

采用改进的Tessier连续提取法对武汉地区的土壤样品中镉的形态进行了分析,结果表明土壤中镉主要以离子交换态形式存在,总体看其顺序为离子交换态(包含水溶态)>碳酸盐结合态>铁锰氧化物结合态>腐殖酸结合态>残渣态>强有机结合态,说明土壤中镉较活泼,易于迁移转化,对植物的可给性大,是环境中的重要污染元素.     

广西贵港岩溶地质高背景区富含铁锰结核土壤的矿物学与重金属地球化学特征

岩溶地质高背景区土壤中普遍存在的铁锰结核对重金属的赋存状态和有效性有重要影响。选择广西贵港覃塘岩溶地质高背景区富含铁锰结核的表层土壤(0~20 cm)为研究对象,筛分出不同粒径的铁锰结核(10~120目)和细粒径土壤(<120目)样品进行化学分析,针对以下三个方面开展研究:(1)重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)在铁锰结核和细粒径土壤中的分布分配规律和铁氧化物矿物的组成;(2)铁氧化物矿物对富含铁锰结核的土壤中Cd等重金属富集的影响;(3)重金属在富含铁锰结核的土壤中的赋存机制。研究发现,铁锰结核中的Fe和Mn以及Cd等重金属含量随着粒径的增大而不断增加,说明Cd等重金属元素更倾向于在大粒径铁锰结核中富集;土壤中Cd等重金属总量的约90%赋存在结核中,表明研究区土壤中重金属主要以结核形式赋存;富含铁锰结核的土壤中赤铁矿和针铁矿的平均含量分别为0.61%和4.94%,且结核粒径越大,针铁矿和赤铁矿含量越高;除Hg外,Cd等重金属含量与针铁矿和赤铁矿的含量均呈现极显著正相关,与赤铁矿的相关性稍优于针铁矿,表明铁氧化物矿物与富含铁锰结核土壤中的Cd等重金属元素富集密切相关。铁锰结核的存在既能促进Cd等重金属在土壤中的富集,又能降低土壤中重金属的生物有效性,研究结果为解释岩溶地质高背景区土壤Cd等重金属元素高含量、低生物有效性提供了理论依据。     

福州市土壤硒形态分析及其迁移富集规律

通过对福州市土壤和岩石中Se形态的分析研究结果表明,表层土壤中强有机态Se、腐殖酸结合态Se约占全量的57.44%,残渣态Se占28.77%,残渣态Se是土壤Se的重要储备库源,三者均与表层土壤Se全量呈极显著的线性正相关关系.表层土壤Se含量随土壤酸性的加强而增加,随有机质含量加大而增加的幅度较小;深层土壤Se受pH值的影响不明显,但受有机质含量的影响很大,两者线性回归关系达到极显著水平;不同岩石类型对土壤含Se量没有明显的影响规律,各介质中Se含量表层土壤＞深层土壤＞岩石,并且差幅巨大.这些研究结果揭示了在岩石风化、土壤发育(熟化)过程中有机质和黏土矿物吸附Se,致使Se较其他元素流失比例少,从而造成从深部到表层土壤Se相对富集的结果.同时,提出了利用全量来推导Se形态值的方法.建立了土壤Se全量与形态间的关系模型以及决定土壤有效态Se的公式,建议在评价土壤Se时只要考虑有机结合态Se、残渣态Se、离子交换态Se和全量Se.     

土壤硒的赋存状态与迁移转化

随着硒在生命活动中的重要性被广泛认识,硒在自然界赋存形态的研究也越来越引起人们的关注。本文对土壤中硒赋存状态与转化富集特征进行了归结,并据此分析了影响土壤硒赋存状态的环境因子,可为土壤硒的研究和硒资源开发利用提供参考。     

重庆岩溶地质高背景区土壤-农作物系统重金属累积特征及影响因素

为了揭示重庆岩溶地质高背景区土壤-农作物系统中重金属的迁移累积特征,选择在重庆市南部典型岩溶区,系统地采集大宗农作物(水稻、玉米和红薯)及其耕层土壤84组,分析测定农作物及耕层土壤中重金属砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、汞(Hg)、镍(Ni)、锌(Zn)含量及理化性质,采用地统计、生物富集因子及皮尔逊相关系数分析等方法,开展重金属元素在重庆岩溶地质高背景地区土壤-农作物系统中累积特征及影响因素。结果表明,研究区水稻田、玉米地和红薯地耕层土壤重金属平均含量均高于重庆市和全国表层土壤背景值,呈现不同程度的积累,其中Cd元素富集现象较为突出。依据GB 15618-2018和GB 2762-2017.耕层土壤种Cd超标率达41.59%,水稻、玉米和红薯中Cd超标率分别为5.89%、6.25%和5.56%,显示出岩溶地质高背景区虽然土壤中重金属含量总量高,但生物有效性较低。相关分析显示,土壤-农作物系统Cd等重金属含量主要受土壤pH、土壤质地和土壤中铁锰氧化物影响。     

重金属高背景区水稻镉积累与健康安全风险评价：以云南省会泽县娜姑镇为例

调查发现,重金属高背景区存在土壤中的镉含量超标,而农作物中的镉含量并未超标的现象,但对其原因知之甚少。开展区内农作物镉积累研究并探寻制约农作物镉吸收的因素,对土壤环境质量评价和污染土地生态修复都具有重要意义。以云南省会泽县娜姑镇娜姑坝子为研究区,采集了水稻籽实和配套土壤样品各41件,采用ICP-MS方法检测了Cd含量。通过偏相关、R型聚类、逐步线性回归等分析了水稻镉与土壤元素（指标）之间的相关关系。结果显示,水田土壤镉（Cd）含量为 0.467~1.87 mg/kg,平均为 0.78 mg/kg,是全国土壤背景值的 5.69 倍,58.5% 的样品超过农用地土壤污染风险筛选值。水稻（糙米）镉含量为 0.007~0.062 mg/kg,平均 0.016 mg/kg,均低于食品安全国家标准限值。水稻镉与土壤铀（U）、钼（Mo）等呈显著正相关,与土壤有机碳（TOC）、硫（S）等呈显著负相关,与土壤 Cd 总量和酸碱度（pH）无显著相关性。土壤镉超标而水稻镉不超标的现象可能与土壤富含有机碳有关,该地区土壤有机碳（TOC）含量达全国背景值的5.57倍。当 TOC > 3% 时,水稻镉含量迅速下降。据此提出土壤镉环境等级的有机碳修正方法,将研究区3.42 km2（5129 亩）Ⅱ等水田修正为Ⅰ等。此外,还提出了一些土壤养护和修复的建议。     

黑龙江拜泉地区硒元素在土壤-植物系统中的迁移富集规律

以拜泉地区1:5万土地质量地球化学调查数据为基础,开展硒地球化学特征及生态效应研究,探讨硒元素在土壤-植物系统中的迁移富集规律.研究表明:拜泉地区根系土硒含量均值为0.25×10-6,属中等富硒土壤,黄豆和水稻富硒占比相对较高;水溶态硒和离子交换态硒含量之和约为5％,一定程度上制约硒的有效量.土壤理化性质对硒全量、硒形...     

地质因素影响下的硒在土壤-水稻系统中的迁移转化

硒在土壤—水稻系统中的迁移转化,受其在水稻土中的形态分布、土壤理化性质和微量或大量元素的交互作用影响.硒在水稻植株中的分布、迁移和总量传输,是一个动态过程.从土壤和根部传输上来的硒会逐渐在各器官内积累,表现出w_根(Se)＞w_叶(Se)＞w_茎(Se)＞w_穗(Se)的特点.水稻地以上部分的硒量仅占植株总硒量的42%～50%.进入稻穗中的硒量仅为水稻植株总硒量的2.31%～4.31%,且w_稻谷(Se)＞w_糙米(Se)＞w_精米(Se).高硒区土壤总硒与土壤有机态硒和残渣态硒有关,与离子交换态、碳酸盐态和铁锰氧化态硒关系不大.     

浙西水田土壤镉形态与有效性研究

土壤镉(Cd)的生物有效性受多种因素影响,化学形态分布是决定其有效性的重要因素。为查明浙西水稻土Cd的生物有效性,分析土壤形态Cd与稻谷Cd含量关系,采集了32个田块土壤样及其中15个田块水稻样品,测试了土壤pH值、Cd总含量及各形态Cd含量和稻谷Cd含量,讨论了不同酸碱度及成土母质条件下土壤Cd形态分布特征及其生物有效性,研究了稻谷Cd含量与土壤不同形态Cd含量的相关性。结果表明,研究区水稻土Cd以离子交换态为主(约占全量的35%),水溶态Cd含量最小(约占全量的1%),其他形态Cd介于二者之间。酸性(pH 5.0～<6.5)条件下,土壤中离子交换态Cd含量最高,Cd生物有效性也最高。不同母质形成的土壤Cd形态分布特征不同,灰岩类风化物形成的土壤Cd形态分布特征与其他成母质区土壤差异明显,不同母质区的Cd污染应采取不同的治理措施。相关分析表明,稻谷Cd含量与土壤离子交换态Cd含量呈极显著相关性(P<0.01),而与其他形态Cd相关性不显著。     

安徽庐枞盆地西湾铅锌矿床闪锌矿中镉的赋存状态和富集机制研究

镉(Cd)是一种重要的关键金属元素, 对国家安全和新兴产业发展具有重大意义。闪锌矿是最具经济意义的富镉矿物, 查明闪锌矿中镉的赋存状态, 对研究镉的富集机制具有重要的意义; 但受限于研究手段, 闪锌矿纳米尺度上镉的赋存状态研究仍相对薄弱。西湾矿床是长江中下游成矿带庐枞矿集区内新发现的大型铅锌矿床, 矿床中产出富镉闪锌矿。本次研究使用LA-ICP-MS对闪锌矿进行原位微量元素含量和Mapping分析, 查明闪锌矿微米尺度镉的分布规律; 在此基础上使用扫描透射电镜(STEM)查明纳米级闪锌矿的微观形貌和高分辨原子像, 明确纳米尺度镉的赋存状态。研究结果表明, 西湾矿床闪锌矿中镉含量的变化范围为2186×10^-6~9859×10^-6, 镉在闪锌矿中分布不均匀, 闪锌矿孔洞发育的区域相对富镉, 而闪锌矿均质区域相对贫镉。通过高分辨原子像的晶面间距和原子线扫描结果, 确定西湾矿床闪锌矿中Cd原子以原位替代Zn原子的形式赋存在闪锌矿晶格中, 未发现纳米级镉的独立矿物。对比金顶和牛角塘等富镉铅锌矿床, 长江中下游成矿带的铅锌矿床中平均镉含量不高, 推测成矿带可能缺乏充足的镉物质来源。

     

西昌普诗碎屑岩地区紫色土剖面重金属迁移富集特征与生态风险评价

为探究西昌普诗碎屑岩地区紫色土中8种重（类）金属元素（Cu、Cd、Ni、Pb、Zn、Hg、As、Cr）的迁移富集特征及潜在生态风险,选取白垩系小坝组4个典型岩石-土壤剖面进行了系统的采样、测试和分析。结果表明,研究区土壤呈酸性—弱酸性,重金属元素Cd、Pb、Zn在剖面表层富集,与外源重金属元素叠加有关。此外,重金属元素的迁移富集特征还受到剖面风化程度、淋溶淀积作用、黏土矿物吸附作用及大气降尘等多种因素共同影响。单因子指数评价和内梅罗综合指数评价表明,研究区4个剖面均不存在土壤重金属元素污染问题。潜在生态风险评价表明研究区土壤整体处于低潜在生态污染水平,Hg和Cd元素存在中度潜在生态风险等级。建议相关部门加强土壤重金属元素的检测和监控力度,科学降低土壤重金属潜在生态风险。     

镉同位素分馏及其在示踪土壤镉来源和迁移转化过程中的应用进展

土壤镉污染已成为危害人体健康的主要因素之一,要实现精准、快速和有效地防治土壤镉污染,首先必须厘清土壤中镉的来源及其迁移转化行为。近年来,随着镉同位素分析技术的进步及其分馏机制认识的深入,镉同位素在土壤镉示踪中展示出了巨大的应用潜力。本文在前人研究的基础上,归纳了土壤样品镉同位素分析前处理方法以及测试技术的研究进展。对于基质复杂的土壤样品,高温高压密闭消解和微波消解可以满足其镉同位素测试要求。在分离纯化镉回收率足够、干扰元素去除彻底的情况下,应用多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)分析镉同位素并采用标准-样品匹配法、外标法或双稀释剂法进行质量歧视校正,均可获得较高精度的土壤镉同位素组成数据。同时,本文概括了土壤多个潜在镉源的镉同位素组成以及典型过程(风化淋滤、吸附、沉淀/共沉淀、络合)镉同位素分馏方向与程度。结合最新研究成果,总结了镉同位素在示踪土壤镉来源及其迁移转化过程中的应用。在未来的工作中,需进一步开发和优化高精度镉同位素分析方法,建立土壤镉同位素指纹图谱,揭示土壤多组分、多界面过程中的镉同位素分馏机制和特征。     

辽河流域土壤镉有效性的地球化学研究

利用辽宁省辽河流域生态地球化学调查中取得的土壤镉深表层含量及形态分析等测试数据,对土壤镉的存在形态及其影响因素进行了系统对比研究,结果表明:辽河流域土壤镉主要以离子交换态、水溶态、铁锰氧化态、碳酸盐结合态、强有机结合态、腐殖酸结合态及残渣态等七种形态存在,其中离子交换态及水溶态是可被生物吸收利用的有效态,其含量主要受土壤镉全量、DH值、有机质、土壤粘度等因素制约.     

土壤pH对镉存在形态影响的模拟实验研究

通过模拟实验,研究了土壤pH对水稻土、紫色土和黄壤的水溶态、可交换态、碳酸盐态、铁锰氧化态、有机结合态和残渣态Cd含量的影响。结果表明:在中碱性条件下,水溶态Cd质量分数比值小于3%,但pH<6.5时,水溶态Cd含量随着pH 减小迅速增加, pH 为4. 57 时,水稻土水溶态Cd 质量分数比值最高达48 39%;可交换态Cd含量在碱性条件下,随着土壤pH值增大迅速下降,在酸性区域内,可交换态Cd含量随pH增加呈上升趋势;碳酸盐态和铁锰氧化态Cd含量随土壤pH增大而增加;有机结合态Cd含量随土壤pH增加而增大,但变化幅度不大。对Cd污染的土壤进行治理时,控制土壤pH大于6.5以及增施有机肥等是减少Cd对生态系统危害的关键。     

河套平原沉积物中铀的赋存形态及其与地下水铀浓度的关系

采用Tessier的五步提取法,对位于河套平原杭锦后旗沙海乡四个钻孔沉积物进行铀的五个赋存形态(包括可交换态、碳酸盐吸附态、铁锰氧化物吸附态、有机物或硫化物吸附态和基质态)分布特征研究。结果发现,铁锰氧化物结合态铀含量为0.140~0.328 mg/kg,占总铀量的34.7%;基质态中铀的含量为0.256~0.405 mg/kg,占44.0%。对于铁锰氧化物结合态,铀含量与铁、锰含量呈正相关性,其中铀与铁线性相关系数0.311~0.482,铀与锰线性相关系数0.506~0.642。表明,沉积物中锰氧化物对铀含量的影响大于铁氧化物对铀含量的影响。进一步研究发现,沉积物岩性对铀含量的影响较大,总铀在细砂中平均含量为0.088 mg/kg,在黏土中平均量为0.260 mg/kg。不同深度地下水中铀浓度和沉积物铀含量的研究表明,随深度增加,地下水中铀浓度与含水层沉积物中铀含量均呈降低的趋势。地下水中铀浓度受含水层中可交换态铀含量的直接影响。     

金、硅和硫化物迁移富集层次性模拟实验与构造机制研究

深部金品位变化规律与构造间关系是隐伏矿体定位预测的难点。采用高温高压模拟实验对硫化物、硅和金分别进行迁移、富集层次性研究, 表明矿体与矿体、矿床与矿床垂向间距约是水平间距的１２ ～１５ 倍, 金品位在不同层次间呈贫富交替变化。该认识在激电法基础上进行成矿定位预测已初见成效。此外, 从构造增热、构造变异、构造流体、构造降压和构造耦合５ 个方面对成矿元素迁移、富集层次性的构造机制进行探讨, 指出构造机制与矿质来源存在密切关系, 它有助于动力成岩成矿理论的进一步深化     

福建沿海地区土壤元素含量特征与地质背景研究

根据福建沿海深层土壤元素含量的统计分析,表明9大类地质体为背景的土壤元素含量存在差异,与均值对比Ag、Au、Sn、Co、Cu的含量受地质背景影响较小,B、Cr、Ni、Li、As、Sb、Hg、Mo、Bi、Cd、Br、C1、S、CaO、I、Na2O含量则影响明显。