基于小麦籽粒降Cd率及土壤Cd形态变化评价蚯蚓对Cd污染土壤的修复效果

本研究基于小麦籽粒降Cd率、土壤中Cd生物可利用态(DTPA-Cd)含量和土壤Cd移除率评价蚯蚓(赤子爱胜蚯蚓)对两种Cd污染农田土壤(河南潮土及河北褐土)的修复效果。研究结果表明：两种土壤中,添加0.5%和1.0%(蚯蚓鲜重/土壤干重)蚯蚓均能够明显降低小麦对Cd的富集,改变Cd在小麦植物器官中的分布,显著降低小麦籽粒中Cd含量(P<0.05),籽粒降Cd率达到31.1%~43.5%,促使小麦籽粒生物量增加35.5%~62.7%。添加0.5%和1.0%蚯蚓可显著降低土壤中生物可利用态Cd(DTPA-Cd)含量(P<0.05),DTPA-Cd含量下降29.1%~40.8%,有利于促进土壤中生物可利用态Cd向生物不易利用的形态转化。0.5%和1.0%蚯蚓添加使土壤中Cd移除率达到6.05%~11.88%,明显高于对照组(P<0.05),说明蚯蚓具有很好的Cd污染农田土壤修复潜力。在低Cd污染农田土壤中,蚯蚓可以降低土壤中Cd含量,减少小麦对Cd的富集,同时降低小麦籽粒Cd含量,这一研究结果对于修复低Cd污染农田土壤、保证农产品安全和实现“边生产边修复”具有重要意义。     

江西贵溪冶炼厂重金属环境污染特征及生态风险评价

金属矿物开采、冶炼等活动引起土壤金属污染是世界普遍存在的问题,由此引起的人类健康问题和环境生态的恶化,越来越受到世界各国环境学家关注。本文调查了冶炼厂周围农田重金属元素的纵向分布,并利用连续浸提法分析主要污染元素的化学形态,结果表明,土壤Cu,Zn,Cd和Pb的非残渣态含量远远高于未污染土壤,污染元素的生物可利用性高;同时采用多指标生态评价体系,对铜矿冶炼厂周围农田土壤重金属污染进行综合的潜在生态风险评价。根据风险指标体系和空间分异规律,将冶炼厂周围农田分成3种生态风险功能区。     

云南沘江流域农田土壤重金属Pb、Zn、Cd、As的地球化学特征

以流经中国铅锌矿储量最大的兰坪金顶铅锌矿区的澜沧江支流——沘江周围农田土壤为研究对象,通过实地调查采样、室内实验测定和统计分析等方法,测定分析了土壤中Pb、Zn、Cd、As的含量及其化学形态分布,以探讨矿产开发对农田土壤重金属含量的影响。结果表明:(1)沘江流域农田土壤中的重金属蓄积量大,以国家《土壤环境质量标准》(Ⅱ级)衡量,Pb、Zn、Cd、As含量超标率分别为66.667%、91.667%、100%、16.667%,污染程度为Cd﹥Zn﹥Pb﹥As;(2)土壤中Pb和Cd的化学形态均以水溶态为主,活性大,迁移能力强,水溶态元素能够直接进入生态链,通过植物吸收进入食物链将给人类健康造成一定的威胁。而Zn和As化学形态分别以铁锰氧化物结合态和残渣态为主,这两种形态在一般环境条件下较稳定,迁移能力弱;Pb和Cd的环境有效态(水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、腐殖酸结合态之和)含量较高,如果发生酸雨或酸性矿山废水的排出,它们的环境有效态会大量增加,对流域具有潜在的危害;(3)土壤中Pb、Zn、Cd、As含量分布和化学形态分布,整体上均为随着与矿区的距离增大而降低的趋势,分布曲线分为单峰状、双峰状两类。另外,Cd、Pb、Zn的化学形态分布与总量分布趋势基本一致,As的腐殖酸结合态、残渣态与总量分布一致。     

江西贵溪冶炼厂重金属环境污染特征及生态风险评价

金属矿物开采、冶炼等活动引起土壤金属污染是世界普遍存在的问题，由此引起的人类健康问题和环境生态的恶化，越来越受到世界各国环境学家关注。本文调查了冶炼厂周围农田重金属元素的纵向分布，并利用连续浸提法分析主要污染元素的化学形态，结果表明，土壤Cu，Zn，Cd和Pb的非残渣态含量远远高于未污染土壤，污染元素的生物可利用性高；同时采用多指标生态评价体系，对铜矿冶炼厂周围农田土壤重金属污染进行综合的潜在生态风险评价。根据风险指标体系和空间分异规律，将冶炼厂周围农田分成 3种生态风险功能区。     

天津城郊污染区土壤Cd的赋存形态及其对蔬菜的影响

介绍了天津城郊污染区土壤Cd元素的赋存形态,探讨了Cd的赋存形态对蔬菜的影响。研究区土壤中Cd的污染程度高,以蔬菜种植为主,水溶态、离子交换态和碳酸盐态这几种容易(或在一定条件下容易)被作物吸收的Cd含量占65.2%;而有机态结合态、铁锰氧化物结合态和残渣态等难被作物吸收的Cd含量低,仅占23.3%。污染区大白菜、芹菜和油麦菜3种蔬菜中的Cd与土壤中Cd的全量、Cd的多种形态都呈较明显的正相关。油菜、芹菜和油麦菜样品存在超标现象。     

吉林省黑土区土壤--作物系统Cd元素转化积累研究

在吉林省黑土区系统的野外调查和土壤及玉米籽实样品采集、测试的基础上,采用地球化学分析方法及SPSS技术,研究了Cd元素的土壤地球化学特征,及其在土壤和作物籽实中的含量特征和相关性,用以揭示Cd元素在土壤--作物系统中的转化累积特征及影响因素,为粮食安全服务。研究表明:吉林省黑土区Cd元素全量高于吉林省及全国土壤背景值,但不存在污染,籽实中Cd含量低于国家安全标准。土壤中Cd元素有效态转化程度较高,受其全量控制,同时Zn、Cu及P元素有效量对Cd转化的作用明显,偏酸性土壤更利于Cd元素的转化。玉米籽实对Cd吸收程度较低,主要取决于其自身的生物特性,Zn元素缺乏可能导致玉米籽实对Cd元素吸收增加。     

对农用地土壤环境质量类别划分的思考:以贵州马铃薯产区Cd风险管控为例

通过收集整理野外采样、室内盆栽和文献数据,验证我国现行《农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2008)以及《种植根茎类蔬菜的旱地土壤镉、铅、铬、汞、砷安全阈值》(GB/T 36783-2018)在贵州马铃薯产地土壤Cd环境质量类别划分中的适宜性。研究表明,矿区种植的马铃薯Cd含量超标风险较大,上述两个土壤Cd标准对于贵州马铃薯产地土壤而言均偏严。在分析我国现行土壤作物协同监测采样方法不足的基础上,提出借鉴基于现代采样理论的决策单元多点增量采样(DUMIS)方法开展土壤作物协同监测和修复效果评估。建议因地制宜制定基于有效态的土壤安全利用标准,建议深入开展基于DUMIS的土壤作物协同监测采样方法以及中低污染土壤安全利用有效态标准制定的研究,服务于我国特色农产品产地土壤环境质量类别划分和安全利用。     

某冶炼厂附近农田镉污染调查与对策

对遭受某铜矿冶炼厂镉污染的湖北省某镇约30km^2的农田土壤进行了调查,对土壤耕作层与亚耕层以及污染源(废气、废水和炉渣)中全量Cd和有效态Cd含量的系统测定结果表明：未受Cd污染、受轻度污染及受中度污染的土壤面积分别占3．6％,82．1％,14．3％;土壤中全量Cd及有效态Cd含量的分布规律均表现为西灌区＞东灌区＞灌间区;土壤耕作层与亚耕层中全量Cd含量的差异不大,而有效态Cd则主要富集于土壤耕作层中;受土壤pH值的影响,Cd在污染区土壤中的活化率低于远离冶炼厂未受污染的农田对照区。该镇农田的Cd污染主要来源于某铜矿冶炼厂的废气和废水,而炉渣的污染相对较小。运用生态方法治理该镇农田的Cd污染具有一定的可行性和适用性,值得研究利用。     

土壤环境基准的科学问题与研究方法：以Cd为例

土壤环境基准是土壤环境质量标准制定的科学依据和基础。环境基准是土壤环境保护研究的前沿领域,涉及土壤环境化学、环境毒理学、生物学和风险评估等多学科交叉与基础性科学问题,了解和解决其所涉及的这些科学问题,是土壤环境基准研究的前提。本文针对土壤环境基准研究中影响重金属毒性阈值的非生物因子、生物因子、剂量-效应关系测定中等几个关键科学问题进行了阐述,包括土壤老化因子与淋洗因子的矫正,低剂量刺激效应拟合及毒性数据归一化方法等,最后以农田土壤Cd为例,推导出不同性质土壤中Cd环境基准(HC₅)及其与土壤性质的连续性分布曲线方程(LogHC₅=0.132pH+0.083OC+0.008CEC-1.448),以期为农田土壤环境指标基准的研究提供参考与借鉴。     

宁东能源化工基地粉煤灰重金属赋存特征及生态风险评价

为拓展粉煤灰的资源化利用,以宁夏宁东能源化工基地鸳鸯湖电厂粉煤灰为研究对象,使用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等测试方法对粉煤灰理化特性进行表征和分析,并采用酸消解法、DTPA浸提法和Tessier五步提取法,对粉煤灰中铅(Pb)、铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)、镉(Cd)和砷(As)6种重金属的全量、有效态、不同形态含量进行了测定。采用风险评价编码法(RAC)、次生相与原生相比值法(RSP)和潜在生态风险指数法评估粉煤灰重金属生态风险。结果表明:(1) 粉煤灰微观结构良好,密度小,速效钾和速效磷含量丰富。(2) 粉煤灰中6种重金属元素全量和平均值均超过宁夏地区土壤环境背景值,但未超过其他农用地土壤污染风险筛选值(基本项目),超标倍数大小顺序为Pb、Cu、Cr、As、Cd、Ni。6种重金属元素有效态含量均未超过宁夏地区土壤环境背景值和其他农用地土壤污染风险筛选值。(3) RAC评价结果表明,As具有极高生态风险,Cd、Cu和Ni具有中高风险,Cr、Pb分别为低风险和无风险。RSP评价结果表明,重金属As为轻度污染,Pb、Cr、Ni、Cu、Cd均为无污染。潜在生态风险指数法结果表明,粉煤灰中6种元素全量和有效态潜在生态危害指数(RI)处于Ⅰ级,轻微生态危害水平,其中Cd是生态风险的主要贡献元素。因此,粉煤灰可以作为煤矿胶结充填材料进行大规模资源化利用。      

赣南离子吸附型稀土矿区土壤重金属形态分布特征及生态风险评价

稀土矿的露天开采易造成土壤重金属污染等环境问题。已有研究表明赣南离子吸附型稀土矿区土壤存在以Cd、Pb为主的轻、中度重金属污染。常见环境质量评价以主要污染因子(如重金属总量)作为衡量污染程度的指标,仅能反映重金属的富集程度。为查明赣南稀土矿区土壤重金属的赋存状态、迁移能力以及生物有效性,本文在利用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定土壤重金属各形态含量的基础上,采用地累积指数法、潜在生态危害指数法及RAC风险评价法对赣南稀土矿区土壤重金属的生态风险进行评价。结果表明:(1)研究区土壤重金属主要以残渣态存在,占总量的65.5%。(2)土壤样品中Cd、Pb含量平均值分别是江西省土壤背景值的1.72倍和2.14倍;流域内位于矿山下游河流沿岸农田土壤Cd的平均值、尾矿库附近农田Pb的平均值分别是土壤背景值的2.33倍和3.06倍,22.7%样品的Cd或Pb含量超过风险筛选值,其中可交换态所占比例仅次于残渣态,分别占总量的47.1%和13.5%。(3)地累积指数与潜在生态风险评价结果表明Cd、Pb累积程度及生态风险水平较高,Co、Ni、Cu、Zn较低;RAC风险评价结果显示Cd生态风险较高,Co、Zn、Pb生态风险中等,Cu、Ni生态风险低。(4)针对矿区农田土壤的三种评价方法各有侧重,其评价结果异中有同,均表明研究区土壤Cd具有较高的污染程度和迁移活性,生态风险较高。本研究结果将为识别稀土矿周边农田土壤的潜在环境风险,提出有效的防范、应急与减缓措施提供科学依据。     

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。     

实验室与田间条件下骨炭粉与海藻肥对镉污染土壤修复效果评价

本研究基于小麦、玉米、高粱籽粒及烟草烟叶镉(Cd)消减率、修复边际效率及土壤中Cd有效态含量的变化等对比了实验室与田间条件下骨炭粉与海藻肥对Cd污染农田土壤的修复效果。研究结果表明：骨炭粉与海藻肥使玉米、小麦、高粱和烟草对Cd的吸收、转运均有显著(P<0.05)降低作用;在田间条件下,骨炭粉与海藻肥对不同作物籽粒或烟叶的Cd消减率为16.2%~39.8%,可增加作物产量12.3%~38.6%。钝化剂对不同作物增产效果有一定差异,对小麦籽粒增产作用最为有效。研究发现添加钝化剂改变了Cd在土壤团聚体中的分布,使得Cd在大粒径团聚体中负载量增加,并且与对照相比,显著提高土壤pH(提高0.43~0.77),降低土壤Cd的有效性,有利于控制Cd在土壤植物系统中的迁移。总体而言,不同钝化剂的Cd污染土壤修复边际效率为3.99%~14.74%,同海藻肥相比,骨炭粉的修复边际效率较高。不同钝化剂在盆栽实验的修复效果优于田间实验的效果,可能是因为相比于田间实验,盆栽实验条件下根系的作用范围有限,钝化剂的作用效果较高。     

广西废弃矿区土壤中Cd、Pb、As污染特征及环境质量评价研究

文中对广西某废弃稀土矿区9个采样点0～20 cm(表层)和20～60 cm(深层)以及2个土壤剖面共38个土壤样品进行取样分析,采用地积累指数评价法和潜在生态风险指数评估模型评价了Cd、Pb、As三项重金属污染状况和潜在生态风险并应用相关性分析了重金属来源。结果显示：(1)表层和深层土壤中重金属元素Cd、Pb存在明显的重金属超标现象,尤其是Cd含量超标情况严重,在表层和深层土壤中,Cd的超标率均达到了100%,Pb的超标率分别达到了33.3%和22.2%,As含量正常处于未污染状态。(2)表层和深层土壤3种重金属元素的相关性分析显示,Cd和Pb的相关性不明显,As元素表现出极显著正相关;(3)污染评价显示,表层土壤重金属元素中Cd处于偏中度污染水平,Pb处于轻度污染水平,深层土壤中Cd、Pb均处于偏中度污染水平,表层和深层土壤中As元素均显示无污染。(4)As元素在矿区和非矿区0～100 cm剖面I_geo值均小于-1属于无污染等级。非矿区剖面土壤重金属Cd、Pb的污染程度整体上小于矿区Cd、Pb污染。在矿区范围内,Cd、Pb含量均表现出随着土壤深度增大先升高后降低...     

赣南大余地区农田土壤As、Cd元素化学形态含量分析

通过分析赣南大余地区农田土壤As、Cd元素化学形态含量,研究土壤中As、Cd元素形态含量特征和垂向变化、全量与形态含量的相关性。研究表明,赣南大余地区农田生态系统中土壤残渣态As、离子交换态Cd含量分别为22.14mg/kg和0.437mg/kg,分别占其总量的76.88%和54.97%;异常区表层土壤As、Cd元素的活动态百分比含量分别为4.03%和70.29%,分别高出对照区1.55倍和0.61倍;受污灌或洪水漫淹的农田土壤中As、Cd元素活动态含量具有垂直分布特征,其在0~20cm的表层土壤中富集显著,而20cm之下的土层含量有不同程度的下降。随表层土壤As、Cd元素总量增加,残渣态As和离子交换态Cd的百分比含量增加,而其它形态的百分含量下降或无显著变化。     

救荒野豌豆对污染土壤中Cd的富集特征

研究了Cd单一和Cd、Zn复合污染对救荒野豌豆(Vicia Sativa L)生长及吸收富集重金属元素Cd的影响.以武汉市郊某蔬菜基地的农田土为试验土壤,分别加入5种质量分数的Cd(5,20,50,100,200 mg/kg),Zn的添加质量分数为150 mg/kg,模拟污染土壤进行盆栽试验,每盆移栽生长一致、数量相同的植株幼苗.结果表明:植株根、茎、叶、豆中的w(Cd)随着土壤中w(Cd)的增加而增加,且根＞茎＞叶＞豆.当土壤中的w(Cd)=5 mg/kg时,根部的富集系数达到了17.18.但是,随着w(Cd)的增加,富集系数逐渐减小.在Cd、Zn复合污染的情况下,植物对Cd、Zn的吸收存在着协同效应,尤其是根部对镉的吸收有显著的提高.救荒野豌豆不仅能在高含量的镉污染土壤中正常生长,而且其根部的w(Cd)要远远大于地上部分,说明它是一种镉的排异植物.     

成都平原区水稻土成土剖面Cd形态分布特征及影响因素研究

成土过程中不同形态镉(Cd)迁移转化的影响因素研究对于了解Cd的地球化学行为具有非常重要的意义。以四川省成都平原区农田生态系统水稻土剖面中不同形态Cd分布特征为例,探讨成土过程中不同形态Cd的迁移转化影响因素及其生态危害性。结果表明:总量Cd、离子交换态Cd和碳酸盐Cd均表现出表层富集,深层含量稳定的特征;岷江流域和沱江流域水稻土Cd含量的背景值分别为0.147,0.215mg·kg-1。外源输入耕层土壤中Cd主要为活动态,其增加量占Cd总量增加量的60.71%~90.52%,向下垂向迁移能力非常弱。成土过程随着土壤中Cd总量增加,稳定态Cd含量显著增加,而活动态Cd含量明显降低。土壤的pH值主要对碳酸盐态Cd含量有影响,pH值越大,其含量越高;随着土壤成熟度增高,粉粒和粘粒含量增加的同时,残渣态Cd含量显著降低,而有机结合态Cd含量显著增高。耕层土壤中Cd的生物有效性系数高达0.59~0.65,已经严重地影响到农作物安全。     

重金属元素Cd在水稻土剖面中的分配系数及其影响因素研究:以四川省成都平原区为例

以四川省成都平原区农田生态系统水稻土剖面为例,探讨了Cd分配系数及其影响因素。结果表明:Cd分配系数(Kd)在污染土壤环境和本底土壤环境中是不同的,在剖面PM-3、PM-6和PM-8剖面中污染环境中分配系数(Kd)大于本底环境中的分配系数,而在剖面PM-7中,本底环境中的分配系数(Kd)大于污染环境中的值。在污染环境Cd分配系数受土壤pH值、交换性Mg和铁硅氧化物的影响比较大,而在非污染环境中分配系数受到土壤可溶性Al、Cd全量和铁锰铝氧化物的影响较大。这些土壤的物化性质对分配系数造成影响,使得土壤滤渣和土壤原土中Cd形态含量存在差异。     

促根剂及水分胁迫对Cd污染异质土壤中小麦吸收、转运Cd的影响

为了研究促根剂与水分胁迫诱导小麦根伸长及其降低小麦对异质土壤中Cd吸收转运的影响,本研究制备了不同浓度Cd污染土壤,利用根箱法设置了3种不同土层(0~6 cm、7~12 cm及13~18 cm)下的Cd污染异质土壤,研究了3种添加比例(0.1%、0.2%和0.4%)下促根剂与3种水分胁迫诱导(60%、50%和40% MWHC)下小麦根伸长对降低小麦Cd吸收、转运的影响。结果表明：不同促根剂与水分胁迫诱导处理可以明显促进小麦根系生长,表现为小麦根系总长与根表面积的显著增加,其中促根剂促使下层(13~18 cm)土壤中小麦根系总长增加了63.2%~205.9%,水分胁迫诱导增加了69.1%~91.2%。不同促根剂处理可以不同程度增加小麦分蘖数,从而增加了小麦籽粒生物量(小麦籽粒生物量增加5.6%~50.3%);与对照相比,除了40% MWHC水分处理(WS3)外,不同促根剂与水分胁迫处理可以显著降低(P<0.05)Cd污染异质土壤中小麦茎叶与籽粒中Cd的浓度,降低范围分别为24.0%~41.5%和23.0%~42.7%,其中以添加0.4%促根剂处理效果最佳,不同处理对降低小麦籽粒Cd含量效果顺序为RA3≈RA2>WS2≈RA1≈WS1>WS3。基于上述结果,RA2和WS2在Cd异质污染农田修复中具有较大的应用价值。     

重金属元素Cd在水稻土剖面中的分配系数及其影响因素研究： 以四川省成都平原区为例

以四川省成都平原区农田生态系统水稻土剖面为例,探讨了Cd分配系数及其影响因素。结果表明：Cd分配系数(Kd)在污染土壤环境和本底土壤环境中是不同的,在剖面PM 3、PM 6和PM 8剖面中污染环境中分配系数(Kd)大于本底环境中的分配系数,而在剖面PM 7中,本底环境中的分配系数(Kd)大于污染环境中的值。在污染环境Cd分配系数受土壤pH值、交换性Mg和铁硅氧化物的影响比较大,而在非污染环境中分配系数受到土壤可溶性Al、Cd全量和铁锰铝氧化物的影响较大。这些土壤的物化性质对分配系数造成影响,使得土壤滤渣和土壤原土中Cd形态含量存在差异。