干旱区绿洲土壤共存重金属元素形态变化及生物有效性实验分析——以Cd、Zn、Ni元素为例

采用盆栽试验,初步研究了干旱区绿洲土壤—胡萝卜系统中镉、锌、镍3种重金属的形态变化特征及其生物有效性问题。结果表明:供试绿洲土壤原状土中,Cd、Zn、Ni均以稳定的残渣态形式存在,而处理土壤中重金属被钝化的量有限,Cd的存在形式主要以碳酸盐态为主,Zn、Ni则主要以铁锰氧化态为主;3种元素的活性大小依次为Cd>Ni>Zn。根据回归分析,元素Zn对胡萝卜块茎和茎叶吸收Zn量贡献最大的分别是Zn的碳酸盐结合态和铁锰氧化态;元素Ni对胡萝卜各部位吸收贡献最大的均为Ni的铁锰氧化态。     

河北中南部平原土壤重金属元素存在形态及生物有效性分析

本文以河北省中南部平原农田表层土壤为研究对象,对表层土壤中7种重金属元素的形态含量进行了统计和分析,对重金属元素的生物有效性进行了评价,并运用相关分析法,对影响重金属元素生物有效性的因素进行了研究。结果表明,研究区表层土壤7种重金属元素的有效态含量以Cd最高,达36.83%,潜在生态危害性较大;其次为Pb,达13.37%,其中碳酸盐结合态达到12.38%,由于土壤呈中性或偏碱性,Pb元素的迁移能力较弱,其潜在危害性较小;Cu、Hg、Cr、As、Zn重金属元素含量均以稳定态的含量存在,之和均在90%以上,表明其潜在危害性较小;研究区土壤重金属元素的活性系数和迁移系数大小顺序为:CdPbHgCuZnAsCr和CdHgAsCuPbZnCr,其中Cd的活性系数和迁移系数平均值分别达到0.330和0.160,展现出较强的生物活性、不稳定性和迁移能力,其他重金属元素在土壤中活性系数(Pb除外)和迁移系数均较小,生物活性较弱,在土壤中稳定存在,由土壤中向植物中的迁移能力弱;研究区不同的重金属的生物有效性与其影响因素的关系不尽相同,其主要因素是土壤重金属元素全量,其次为p H、TOC、CEC、粘粒含量等,二者关系复杂。     

北京平原区两年内土壤中五种重金属元素化学形态变化及生物有效性

为了监测北京市平原区2015年和2016年土壤中5种重金属As、Cd、Hg、Pb、Zn化学形态的变化趋势,运用Tessier连续提取法对土壤重金属进行了形态分析,并对影响重金属元素生物有效性的因素进行研究。结果表明,2年内研究区表层土壤重金属元素的形态变化微弱,有效态含量以Cd元素最高,达到45.67%,故潜在生态危害性最大;其次为Zn元素,达12.16%,其中碳酸盐结合态占比虽大,但由于研究区土壤呈偏碱性,Zn元素的迁移能力较弱,潜在危害性较小;As、Hg、Pb均以难迁移态存在,故潜在危害性也较小。土壤重金属元素的生物活性系数及迁移系数分别为:CdZnPbAsHg和CdAsZnPb=Hg,其中Cd元素2年的生物活性系数和迁移系数最高,展现出较强的生物活性和迁移能力,其余重金属元素的活性系数和迁移系数较低,潜在危害性较弱。影响重金属元素生物有效性的因素较复杂,以重金属元素全量为主,p H、有机质、CEC等理化性质次之。     

印染污泥中重金属形态分析及生物有效性

选取上海某印染厂的印染废水处理后的活性污泥样品,通过盆栽土培试验,用黑麦草对印染污泥进行修复,运用Tessier A连续提取法研究修复后黑麦草根际和非根际印染污泥中铅、铜、镍、锌、镉5种重金属形态的变化,以及重金属的生物有效性与植物中有效态含量之间的关系。结果表明,栽培后根际与非根际环境中各重金属元素具有典型的形态分布特征:铅主要以离子交换态和残渣态存在;铜主要以碳酸盐结合态和残渣态存在;镍由紧结合态(铁锰氧化物结合态+有机结合态)向离子交换态转移;锌的有机结合态和碳酸盐结合态有所增加;镉主要以离子交换态和铁锰氧化物结合态为主,说明镉元素较活泼,具有潜在的环境影响能力,应该给予更多的关注。印染污泥中重金属的生物有效性与重金属元素的性质有关,铜、锌的生物有效性较高,其次是铅,最低是镍、镉。     

贵阳城市土壤重金属元素形态分析

选取贵阳市62个代表性的表层土壤样品,分析了其重金属元素的含量和存在形态.结果表明,贵阳城市土壤中5种重金属元素(Cr、Cu、Pb、Zn和Cd)的含量较高,且变化较大.表层土壤中Cr、Cu、Zn主要以残渣态形式存在,Pb主要以可氧化态形式存在.Cd可还原态含量高达47.5%,残渣态含量最低,说明Cd较活泼,具有潜在的环境影响能力.     

冀东平原土壤重金属元素的存在形态及有效性分析

通过对冀东平原根系土中8种重金属元素形态含量的统计与分析,总结出其形态组成特征,初步分析了各重金属元素在土壤中的地球化学行为。笔者运用相关性分析方法,对重金属元素有效态含量与全量及土壤pH、TOC的相关性进行分析,从而得出重金属元素有效态含量的高低不仅受其全量的影响,而且与土壤pH、TOC亦有密切关系,这为表层土壤重金属元素污染程度的科学合理评价提供了理论依据。     

煤矸石堆积区土壤重金属形态组成与生物有效性的空间变化特征

煤矸石地表堆积是我国东部煤矿区生态环境破坏的典型形式,造成堆积区土壤重金属污染的防控已成为当前研究热点。以河北峰峰矿区某在用煤矸石山周边(方圆300 m以内)浅层土壤(垂直深度40 cm以浅)为研究对象,采用Tessier连续提取法和电感耦合等离子体发射光谱仪,测定Cu、Cr、As、Pb这4种土壤重金属的有效态、铁(锰)氧化物结合态、有机结合态和残渣态含量,基于生物活性系数(MF)和生态风险评价编码法(RAC)计算与评价4种土壤重金属生物有效性及生态风险,剖析4种土壤重金属形态组成与生物有效性的空间变化特征。结果表明:(1) 煤矸石的堆存具有提高周围土壤中Cu、Cr、As、Pb有效态质量分数和降低残渣态质量分数的效应,且与距煤矸石山的水平距离成反比,当水平距离达到或接近300 m时,该效应基本消失。(2) 土壤总有机碳(TOC)质量分数与4种重金属有效态质量分数的相关系数均超过0.6,达到显著正相关水平(p<0.05),是影响研究区土壤重金属有效态含量空间变化特征的主要因素。(3) 4种土壤重金属生物有效性的空间变化特征可分为2个类型,Ⅰ类为“MF值一般大于3,且具有显著的空间异质性”;如 Cu、Cr,Ⅱ类为“MF值一般小于3,且具有显著的空间同质性” ,如As、Pb。(4) 当距煤矸石山水平距离分别小于80和40 m时,土壤重金属Cu、Cr的 MF平均值超过中等风险水平阈值的60%,应予以重视。建议综合考虑煤矸石山存续状态、土壤重金属累积效应及生物有效性空间变化特征等因素,制定煤矸石堆积区土壤重金属污染精准防控及安全利用策略。      

廊坊地区土壤重金属存在形态及有效性分析

通过对廊坊39个样点根系土中As、Cd、Cr、Hg、Pb共5种重金属元素各形态含量的统计与分析,总结出该区根系土重金属元素形态组成特征,初步分析了各重金属元素在土壤中的地球化学行为。运用相关性分析方法,对5种重金属元素有效态含量与全量及土壤pH、TOC的相关性进行分析。根据分析结果,重金属元素有效态含量的高低不仅受其全量的影响,而且与土壤pH、TOC亦有着密切关系。该结论为评估廊坊表层土壤重金属元素污染程度提供了理论依据。     

土壤重金属生物有效性研究进展

土壤重金属污染具有巨大环境风险。笔者围绕土壤重金属元素生物有效性(可给性)概念、元素形态与有效性影响因素、有效态(可给态)实验技术,综述了国内外研究现状。土壤金属元素形态和生物有效性取决于其地球化学行为、元素成因来源、土壤理化条件(p H值、有机质、粘土矿物与化学活性矿物、土壤粒级组成等)以及植物根际效应等。选择性单步提取和连续提取是检测土壤元素形态、有效态的有效和可行方法。针对手—口是土壤铅等污染物在儿童群体暴露的重要途径,发展了生物可给态体外试验方法。土壤污染物生物有效性和可给性已成为土壤污染风险评价的重要指标参数,实验成果也为土壤污染修复提供了重要依据。     

土壤粒级中重金属元素的形态分析与环境风险评价

研究评价不同粒级组分中重金属的活性和潜在环境风险,对3个地区土壤颗粒的分析表明,重金属在土壤中分布并不均匀,随着颗粒粒径的减小,重金属Cu、Cd元素及有机质的浓度有不断增高的趋势。线性分析显示,Cu、Cd元素浓度与有机质的浓度显著相关。形态分析表明,Cd主要以环境高活性的形态存在,其次以低活性的形态存在,环境惰性的形态仅占极小部分,Cu主要以低环境活性和环境惰性的形态存在,高环境活性的形态只占小量,Cu在土壤中的存在形态可能与土壤性质有关。     

土壤中重金属形态分析方法研究

介绍了一种重金属形态分析连续多级提取新方法,用国家一级标样进行试验研究,并用国际标样做对比研究,表明该方法具有分组合理、更接近自然状态、操作简便易行、数据稳定可靠的特点,可为土壤环境中的重金属形态的研究及其环境危险评价提供更精确的元素信息。     

山东沂南东部土壤-玉米系统重金属元素与其他元素间相互作用及其生物有效性研究

在沂南县东部地区重金属元素高的背景状态下,为研究土壤-玉米系统中重金属元素和与人体健康关系密切的微量元素间的相互作用及其生物有效性,在研究区采集了50件玉米籽实及其根系土土壤样品。通过样品中重金属元素和微量元素含量分析,统计其含量及富集特征,探讨了玉米籽实及其根系土土壤中各元素间的相互关系。通过玉米根、茎、叶、籽实中重金属元素含量及根系土土壤中重金属元素形态分析,总结了玉米根、茎、叶、籽实以及根系土土壤中重金属元素的分布规律并对玉米籽实进行了安全性评价。结果显示: ①各元素含量在玉米根系土土壤和玉米籽实中差异明显,玉米籽实中元素富集系数间多呈显著-极显著正相关; ②玉米籽实中As、Ni、Se含量与土壤中元素含量多呈拮抗作用,玉米籽实中元素含量间多呈协同作用; ③Cu、Zn、Cd、Hg主要富集于叶中,Cr、Pb、Ni、As主要富集于根中,除1件玉米籽实样品外,其他样品均符合绿色、无公害等相关标准,研究区玉米籽实安全性较好。研究成果可为农业高质量发展、土壤污染综合治理提供支撑。     

海南土壤中Zn、Pb、Cu、Cd四种重金属含量及其生物有效性的研究

对海南0个土壤样品中的nl、Pb、Cu、0四种重金属的总量和生物有效态含量以及45个植物样(根、茎、叶)中的重金属含量分别进行了测定，采样点基本上覆盖了海南全省，测定结果表明，土壤中nl总量低于全国平均值，而Pb、Cu、Cd高于全国平均值，土壤中重金属生物有效态含量一般低于其总量的10％，其中Pb最高为7．71％，而Cu仅为1．13％，具有较大的变异性；植物中重金属含量与土壤中重金属总量呈现负相关性，但与土壤中有效态重金属含量一般呈现正相关性，叶中的重金属含量与土壤中有效态重金属含量之间的相关性更为显着，叶中的重金属含量与土壤中有效态重金属含量之间的相关系数分别为：Zn(0．726)，Cu(0．626)，Pb(0．n4)，Cd(0．512)。这说明土壤中重金属总量并不能全面的评价土壤的环境效应和重金属的生物有效性，应该把重金属总量和生物有效态含量结合起来加以研究，并应将土壤中重金属的含量与植物中该元素含量之间作相关分析，根据其相关系数的大小来判断其生物有效性的程度。     

承德中部土壤-黄芩系统重金属生物有效性及迁移累积特征

土壤重金属含量是影响黄芩产量和质量的重要因素。选取承德市中部金沟屯和五道岭两处黄芩种植示范区为研究区,采集表层土壤样品355件,黄芩样品30件,重金属形态样品15件。在分析土壤Mn、Zn、Cu、Cr、Cd、As、Pb、Ni、Hg、V、Co、Sb和土壤有机质含量（SOM）及pH值,黄芩Zn、Cu、Cr、Co、Cd、Pb、Ni、Hg和As含量基础上,采用描述性统计、地累积指数、主成分和RDA分析、重金属生物富集系数、生物活性系数和迁移系数等方法论述了土壤-黄芩系统重金属生物有效性及迁移累积特征。结果表明：金沟屯和五道岭区土壤各重金属累积程度总体属无-中度累积水平。五道岭Cu和Hg累积程度高于金沟屯区,其它元素累积程度低于金沟屯区。五道岭区表层土壤Cr、Cu和Cd含量超标率分别为2.82%、1.69%和1.13%;金沟屯区土壤Cd、Cr和Ni,五道岭区土壤Zn和Hg含量超标率均为0.56%。五道岭区黄芩Cu元素含量高于金沟屯区,Co和Cu元素生物富集强度高于金沟屯区,其它元素含量和生物富集强度则均低于金沟屯区。土壤Cd和Hg元素生物活性系数相对最高,Ni、Zn和Pb元素次之,Cu、Cr和As生物活性系数相对较低。金沟屯区根系土具有较低的pH值和较高的SOM含量,区内黄芩根部As、Cd、Cr、Ni、Zn和Pb元素BCF平均值高于五道岭区,Cu元素富集强度低于五道岭区。土壤重金属生物有效性和黄芩重金属生物富集强度受土壤pH和SOM含量影响,其中Cd和Cu元素受SOM含量影响最为明显。     

铅锌矿区地表环境中重金属元素的时空动态变化及生物有效性探讨

综述了近十年来国内外有关铅锌矿区重金属污染的一些研究进展。近十年来,国内外对铅锌矿山开发引起的重金属在土壤、植物、水和大气系统中的分布、形态、累积、迁移及转化机理等进行了广泛深入的研究,本文着重总结和探讨了铅锌矿区重金属的时空分布特征、生物有效性及其影响因素和机制等方面,以期能对这些方面有一个较为系统深入的理解并提出一些建设性意见。     

土壤中砷的形态分析和生物有效性研究进展

土壤砷污染是当今全球十分严重的环境与健康问题之一。土壤砷形态及生物有效性研究是开展污染诊断、评估环境健康风险及开展砷污染土壤修复的重要依据。目前土壤砷形态的研究方法包括化学选择性提取操作定义法、溶剂提取仪器测定或吸附材料选择性分离法和同步辐射X射线近边能谱（XANES）直接测定法,这些方法相互结合在土壤砷的形态转化研究中发挥着重要作用。目前关于生物有效性研究存在多种方法并存的局面,化学提取法相对经济、方便,但存在很大的局限性,往往不能真实反映土壤砷的有效态含量,只能作为环境危害程度识别的参考;植物指示法需选择敏感性植物方能有效地指示土壤砷对环境与健康的潜在危害;土壤动物与微生物指示法代表了未来开展砷污染早期预警的发展方向,具有广阔的应用前景。模拟肠胃液提取法(In Vitro Gastrointestinal Method)比较接近动物或人体对土壤砷污染的真实吸收状态,在环境健康风险评价中发挥着重要作用。目前国外已发展出采用兔、仔猪和猴的动物模型以研究经口摄入的生物有效性砷,但尚不清楚哪种动物模型更能准确反映砷对人体的生物有效性。     

关中塿土地区土壤pH变化对硒形态及有效性的影响

以关中塿土为研究对象,选择周至-户县中酸性土壤和三原-阎良偏碱性土壤2个典型地区,采集小麦根系土及小麦籽粒样品,测试分析样品中硒含量及土壤中硒的形态,研究土壤pH变化对土壤中Se含量、硒形态、硒的生物有效性的影响,得出以下结论：①关中塿土pH对Se的含量影响不显著,土壤硒形态以强有机结合态、残渣态及腐殖酸结合态为主,大于80%。有效硒（离子交换态硒+水溶态硒）在偏碱性土壤中大于10%,中性土壤为4.91%,弱酸性土壤为8.17%,呈"山谷型"特征。②有效硒中,pH对水溶态Se含量影响不大,对离子交换态硒影响则更为显著。③与青海、宁夏等富硒地区相比,周至-户县、三原-阎良地区塿土中Se含量相对不高,但三原-阎良地区弱碱性、碱性塿土中种植的小麦富硒率分别达89%、100%,表明偏碱性土壤条件下硒的生物有效性较高,其中弱碱性塿土中硒的有效性最高。     

典型工业城市土壤重金属元素形态特征及生态风险评估

城市工业化发展易造成土壤重金属污染等环境问题。已有研究表明, 土壤重金属对生态环境的危害不仅与其总量有关,更大程度上取决于重金属的赋存形态。为查明河套平原某典型工业城市城区土壤重金属的含量特征、赋存状态和风险状况,本文在该市不同功能区采集土壤样品52件,利用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、原子荧光光谱法(AFS)等分析技术测定土壤重金属元素含量和赋存形态状况的基础上,采用风险评价编码法(RAC)对城区土壤重金属的生态风险进行评价。结果表明: ①表层土壤重金属元素含量(除As外)均不同程度地高于河套平原背景值,Pb、Cr、Mn、Cd、Zn的变异系数较大,空间分布不均匀,受人类活动影响显著;工业区重金属含量超过背景值程度最重,尤其是Cd(背景值的5.83倍)和Pb(背景值的3.58倍);道路重金属含量也明显高于背景值,Cd是背景值的近4倍。②重金属Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、As元素形态以残渣态为主;Cr、Ni、Cu和As的残渣态平均占比都大于70%,Cd的残渣态在各功能区约占30%。③RAC风险评价结果显示各功能区的Cd和工业区的Pb达到高风险等级,生态风险较大。研究结果可为城区土壤重金属潜在生态风险防范提供科学依据。     

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。