外源稀土在土壤中各形态的动态变化

在小麦整个生长期内定期测定外源稀土进入土壤后各形态稀土随时间的变化,结果为:外源稀土进入土壤后可交换态稀土含量随时间的延长显著降低,减少的可交换态稀土一部分被小麦吸收,一部分被土壤所吸附,其中在分蘖期减少得最快;根系的分泌活动明显影响土壤中稀土元素的存在形态,铁锰氧化物结合态稀土含量在拔节期前逐渐增加,拔节期后略有下降;碳酸盐结合态稀土含量随时间的延长而降低,但下降幅度较小;有机物结合态与残渣态稀土含量随时间的延长没有发现明显的变化.     

关键生育期施加外源锌灌溉水对水稻镉吸收转运的影响

选取湖南省浏阳市某镉（Cd）污染稻田进行田间试验,研究水稻关键生育期（孕穗期和灌浆期）施加外源锌（Zn）灌溉水对土壤交换态Cd含量、孔隙水Cd浓度以及水稻各部位Cd吸收转运的影响.研究结果表明：①关键生育期施加外源Zn灌溉水可抑制土壤中交换态Cd向孔隙水的释放过程,土壤中交换态Cd含量与对照相比无显著差异,但成熟期土壤孔隙水Cd浓度显著降低16.7%~57.6%.②关键生育期施加外源Zn灌溉水可有效降低水稻各部位Cd含量;其中在孕穗期前和灌浆期前均施加含Zn 20 mg·L^-1的灌溉水处理下（BF1）,水稻根、茎和糙米Cd含量分别显著降低56.0%、83.8%和85.2%.③相较于施加含Zn 100 mg·L^-1的灌溉水,施加含Zn 20 mg·L^-1的灌溉水各处理显著降低水稻对Cd的吸收与转运,水稻根-茎之间的Cd转运系数（TF）降幅为12.5%~56.3%,其中B1和BF1处理下达到显著水平.上述研究表明,施加外源Zn灌溉水显著降低水稻对Cd的吸收积累,在孕穗期前和灌浆期前均施加含Zn 20 mg·L^-1的灌溉水可有效实现Cd污染稻田安全生产.     

磷酸盐对土壤中外源钕交换态及生物有效性的影响

用放射性同位素¹⁴⁷Nd示踪法,以pH8.2的NaAe为土壤中交换态N的提取剂,研究了磷酸盐对土壤中外源Nd的交换态及生物有效性的影响.结果表明,无论磷酸盐存在与否,加入土壤中的Nd 99.5%以上均被吸附.磷酸盐对稀土离子具有较强的沉淀作用,能够降低土壤中交换态Nd的含量,在实验中发现,KH₂PO₄在0.3g·kg^-1～1.5g·^-1范围内土壤中交换态Nd含量无明显变化.另外实验表明磷酸盐还具有降低小麦对Nd吸收的作用,分析得出土壤中交换态Nd浓度与小麦幼苗中Nd含量存在显著相关性.     

钙基膨润土辅助对堆肥及土壤Cu、Zn形态转化和白菜吸收的影响

通过好氧堆肥和盆栽试验,探究不同比例（0%、2.5%、5%、7.5%和10%）钙基膨润土（CB）辅助猪粪堆肥过程及盆栽土壤中Cu、Zn形态的变化,并分析CB对白菜生物量及吸收Cu、Zn的影响.结果表明,在所有处理的堆肥过程中,可交换态Cu、Zn的分布比例逐渐下降,而可氧化态和残渣态逐渐升高,与0% CB相比,2.5%~10% CB可使堆肥结束时生物可利用态（可交换态和可还原态）Cu、Zn的分布比例分别降低19.84%~48.90%和4.94%~16.39%,并以10% CB的效果最为显著.进而开展的盆栽试验显示,施用堆肥后,土壤有机质和EC显著升高,而pH有所下降;CB辅助堆肥能够促使土壤EC的降低及pH的升高,稳定土壤有机质.与纯土处理相比,施用堆肥可显著提升白菜的生物量,且10% CB处理中的生物量最大（6.51 g·盆^-1±0.34 g·盆^-1）.施用CB辅助堆肥后,种后土壤中生物可利用态Cu含量增加;但各处理中可交换态Zn含量分别降低38.91%、43.69%、46.02%、45.12%和54.65%.白菜在施用堆肥后Cu、Zn的吸收量显著降低,并且随着CB辅助比例的增加Zn的吸收量随之减少,而Cu的吸收量呈增加趋势.本研究表明,钙基膨润土能够降低堆肥过程中Cu、Zn活性,在堆肥施入土壤后仍对Zn有持续的固定作用,同时CB辅助堆肥可以提高白菜的生物量,减少重金属Zn在白菜中的累积,并以10% CB的效果最为显著.     

外源稀土在根际与非根际土壤中的存在形态

采用根际袋法研究了稀土在春小麦根际土壤与非根际土壤中存在形态的差别.结果表明,外源稀土进入土壤后,在根际土壤与非根际土壤中主要以残渣态形式存在,各形态含量的大小顺序为:残渣态>碳酸盐结合态>可交换态>铁锰氧化物结合态>有机质结合态.小麦根系活动明显影响根际土壤中的稀土存在形态,根际土壤中的可交换态和铁锰氧化物结合态含量明显大于非根际土壤中的含量,而碳酸盐结合态有所下降,有机质结合态无明显变化.     

淹水条件对不同土壤中稀土元素钕形态分布的影响

以旱作条件为参照,研究淹水条件对钕形态分布的影响.结果表明,淹水条件对内源钕B1态(水溶态、可交换态与碳酸盐结合)、B2态(铁锰氧化物结合态)和B3态(有机质及硫化物结合态)的分布无显著影响.对于外源钕,淹水条件使B1和B3态浓度增加,而B2态浓度则因土壤性质而异,中性土壤中浓度稳定,酸性和碱性土壤中浓度分别增高和降低,其机制有待进一步研究;淹水条件对黄红壤和黄褐土中外源钕无显著影响,而砂姜黑土则相反;两种条件下,3种土壤中B2和B3态浓度顺序相同,B2态浓度顺序为:黄红壤黄褐土砂姜黑土,B3态浓度顺序为:砂姜黑土黄褐土黄红壤,而B1态在黄红壤中浓度最大;外源钕有进入残渣态的趋势,但并不明显,且不同土壤的各形态对残渣态的贡献不同.     

混合菌对表层沉积物中重金属形态及生物有效性的影响

采用改进的Tessier连续萃取法对表层沉积物中重金属(内源体系:Fe、Mn、Cu、Zn和Pb;外源体系:掺杂Cu、Zn和Pb后的Fe、Mn、Cu、Zn和Pb)一定时间(45d)内的形态分布进行分析,探讨了混合菌对体系中重金属形态及生物有效性的影响。混合菌的加入促进了沉积物中Fe向可交换态、碳酸盐结合态的转变,Fe的生物有效性显著提高;混合菌的掺杂导致了Mn向稳定态的移动,体系中Mn的各形态除可交换态含量均有所提高,且混合菌可以提高Mn的生物有效性;混合菌的存在增加了内源体系中Zn的铁锰氧化态稳定性,外源体系中混合菌的添加促进了其活化作用,与混合菌前33d降低金属有效性相矛盾;混合菌加入使内源体系中Pb残渣态和外源体系中有机质结合态升高,与混合菌加大Pb的有效性不吻合;混合菌可导致内源体系Cu的铁锰氧化物含量增加和铁锰氧化物态下降、Cu的生物有效性提高,而外源体系中前Cu的碳酸盐结合态上升,混合菌降低了Cu生物有效性。     

玉米秸秆生物炭对稻田土壤砷、镉形态的影响

通过室内土壤培养的方法模拟稻田土壤环境,研究淹水环境下添加(1%添加量)不同温度制备的玉米秸秆生物炭(CB-300、CB-400、CB-500)对砷、镉复合污染稻田土壤氧化还原电位(Eh)、pH值及不同形态砷、镉含量动态变化的影响.结果表明,热解温度会影响玉米秸秆生物炭的理化性质,热解温度由300℃升至500℃,玉米秸秆生物炭芳香性增加,亲水性和极性降低,灰分含量增加,pH值升高.淹水环境下添加玉米秸秆生物炭处理相比对照(CK)可提高土壤pH值0.20~1.24,升高幅度大小为CB-500CB-400CB-300CK,随着培养时间的延长,pH值趋于平衡状态;淹水环境下土壤氧化还原电位均迅速下降,且不同处理组间存在显著差异,生物炭制备温度越高下降效果越明显,培养至第96 d时氧化还原电位降到最低.CK、CB-300、CB-400、CB-500处理组弱酸可提取态镉含量由淹水前的73.55%分别降至63.46%、57.73%、54.50%、53.94%,随着培养时间的延长,土壤中弱酸可提取态及可氧化态镉逐渐向残渣态及可还原态镉转化.土壤pH值与弱酸可提取态镉含量之间呈显著负相关关系.淹水环境下土壤可交换态砷含量升高,玉米秸秆生物炭的施加导致土壤交换态、Ca-结合态、Al-结合态和Fe-结合态砷含量逐渐上升,上升幅度分别为75.68%、20.92%、13.49%、48.66%,残渣态砷含量下降;土壤pH值与交换态砷含量之间呈显著正相关关系.研究结果可为砷、镉复合污染稻田安全生产与阻控提供数据支持.     

外源锌刺激下水稻对土壤镉的累积效应

采用水稻盆栽实验研究不同含量外源Zn对模拟Cd中度污染和重度污染土壤中水稻低累积品种湘晚籼12和高累积品种威优46水稻各部位累积Cd的影响.结果表明,在Cd中度污染水平,外源Zn分别增大2种水稻各部位Cd含量,湘晚籼12和威优46糙米Cd含量分别增加125.0%~275.0%和6.6%~91.2%,但各处理糙米Cd含量不高于0.2 mg·kg~(-1);在Cd重度污染水平,外源Zn有降低水稻各部位中Cd含量的作用,湘晚籼12和威优46糙米Cd含量相应降低了16.6%~63.5%和15.6%~74.4%,且威优46糙米Cd含量随外源Zn施用含量的增大而逐渐降低,使得糙米中Cd含量低于0.2 mg·kg~(-1).水稻糙米累积Cd含量与土壤中Cd、Zn交换态含量的相关关系,因Cd污染程度和水稻品种的不同而不同.在Cd中度污染水平,湘晚籼12水稻糙米Cd含量与土壤中交换态Zn含量正线性相关,而威优46水稻糙米Cd含量与土壤中交换态Cd和Zn含量正线性相关;在Cd重度污染水平,威优46水稻糙米Cd含量与土壤中交换态Cd和Zn含量为负线性相关.在不造成土壤Zn污染的前提下,可向Cd重度污染土壤施用一定量的Zn肥,以降低糙米Cd含量,提高糙米品质.     

干旱区绿洲农田土壤微量元素有效态含量空间分布特征

采用地统计学和GIS相结合的方法,对甘肃省张掖山丹县和民乐县农田耕层土壤中有效态Fe,Cu,Zn,Mn,Ni和Co含量的空间变异特征、分布规律及影响因素进行了研究. 结果表明,研究区有效态Fe和Zn含量较缺乏,6种微量元素均属中等变异强度. 有效态Cu,Zn和Ni含量的最适半方差模型为球状模型,Fe和Co为指数模型,Mn为高斯模型;有效态Fe,Cu,Mn,Ni和Co含量具有强烈空间相关性,有效态Zn含量具有中等空间相关性;6种微量元素有效态含量的变程大小顺序为Fe＞Ni＞Zn＞Co＞Mn＞Cu. 有效态Fe和Ni含量呈明显的带状分布,总体上为由南向北递减,有效态Mn和Co含量呈岛状分布;有效态Fe和Zn含量处于中等及偏低水平,而有效态Cu,Mn和Ni含量处于中等及丰富水平. 此外,土壤有机质含量对研究区主要微量元素(Cu除外)有效态含量的影响最大.      

广州城市污泥中重金属的存在特征及其农用生态风险评价

分析了广州7种城市污泥中Zn、Cu、Pb、Cr、Mn、Ni的含量,研究了其中5种污泥中重金属的形态特征,并利用地累积指数（Igeo）和潜在生态危害指数法（RI）对污泥农用过程中重金属的潜在生态风险进行了综合性评价. 结果表明,广州不同来源城市污泥中Cu、Zn、Mn、Ni含量较高,变化幅度较大,而Pb、Cr含量较低. 除一种污泥中Cu超标外,其他重金属基本符合国家农用控制标准（GB18918-2002）,但所有污泥中重金属含量都超过珠江三角洲耕地土壤均值.不同重金属在不同污泥中的形态分布差异较大. 其中,含工业污水污泥中Cu、Cr还原态占很大的比例,Pb、Fe主要以还原态和残渣态存在;生活污水污泥中重金属主要以可氧化态和残渣态存在,酸可交换态中Mn的比例较高,易还原态中Zn的比例较高;5种污泥中Cu、Zn、Mn潜在迁移性最强.Igeo和RI评价结果表明,污泥中Cu、Zn、Mn是潜在的强生态风险元素,污泥在农用过程中具有一定生态风险性. Igeo和RI用于污泥农用过程中重金属的生态风险评价是可行的,与其它评价方法相比较, RI能更好地反映污泥中重金属对生态环境的综合影响.     

重金属元素BCR提取法及在太湖沉积物研究中的应用

采用BCR提取法,HCl-HNO3-HF消化法和ICP-AES仪器测定了西太湖沉积岩芯中Cu,Fe,Mn,Ni,Pb和Zn 6种重金属元素不同形态的质量分数.结果表明:采用BCR方法对太湖沉积物重金属元素形态进行提取,提取结果具有较高的精度和稳定性;受元素地球化学性质及沉积物理化性质的影响,Cu,Fe,Ni和Zn以残渣态为主;Mn以可交换态及碳酸盐结合态为主;Pb的有机物及硫化物结合态,Fe/Mn氧化物结合态以及残渣态的质量分数基本一致;重金属元素Fe/Mn氧化物结合态的质量分数与可还原态Mn质量分数有较好的正相关性,有机物及硫化物结合态的质量分数与有机质质量分数相关性较好.      

长期不同耕作方式对紫色水稻土重金属含量及有效性的影响

通过长期定位试验,研究了常规平作、水旱轮作、免耕冬水、垄作免耕和厢作免耕5种耕作方式对紫色水稻土剖面重金属(Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd)总量、有效量及水稻根、茎叶和糙米重金属含量的影响.结果表明,经过22 a的耕作,5种耕作方式对紫色水稻土剖面Fe、Cu、Zn、Pb、Cd总量的剖面分布状况影响不显著,而对土壤Mn的剖面分布状况影响显著,常规平作、水旱轮作及免耕冬水均导致表层土壤Mn向下层淋失.5种耕作方式下土壤Fe、Cu、Zn、Pb和Cd的有效量均随土层深度的增加呈降低趋势,而常规平作、免耕冬水、垄作免耕及厢作免耕土壤Mn有效量则表现出随土层深度的增加而增高的趋势.5种耕作方式下,表层土壤Fe、Mn有效量以水旱轮作最高,Zn、Pb有效量以常规平作最高,而Cu有效量受耕作方式的影响不显著.相关分析结果表明,表层土壤有效Fe与pH呈极显著的负相关关系,与有机质呈显著的负相关关系,有效Mn与pH和有机质均呈极显著的负相关关系,有效Zn与总Zn呈显著正相关关系.水旱轮作、垄作免耕及厢作免耕条件下水稻根部Fe、Mn含量,茎叶Fe、Mn、Cu、Cd含量,糙米Cu含量均高于常规平作和免耕冬水,水旱轮作能明显降低Cd向糙米的迁移系数,对降低糙米Cd含量有明显的效果,且水旱轮作条件下糙米Cd含量低于国家食品卫生标准.水稻根部Fe含量与pH呈极显著负相关关系,与有效Fe呈极显著正相关关系,根部Mn含量与pH呈极显著负相关关系,与有效Mn呈极显著正相关关系,茎叶中Mn含量与pH呈显著的负相关关系,与总Mn及有效Mn呈显著的正相关关系,茎叶和糙米Cu含量与pH均呈极显著的负相关关系,糙米中Zn含量与pH呈显著负相关关系,与CEC呈极显著正相关关系.结果表明,耕作方式主要通过影响土壤pH而影响土壤重金属的有效量及水稻重金属的含量,水旱轮作可提高表层土壤Fe、Mn活性,降低土壤Zn、Pb和Cd活性,并能在一定程度上降低糙米Pb、Cd含量,但也应注意长期的水旱轮作可能会导致表层土壤Mn过度向下层淋溶.     

典型锰矿区周边农田土壤-农作物重金属污染特征及生态风险评价

以湖南省某典型关停锰矿区为研究对象,采集了矿区周边（污染区）和远离矿区（对照区）的农作物及其对应的土壤样品,测定了Cr、 Mn、 Ni、 Cu、 Zn、 As、 Cd和Pb等8种重金属含量,利用ArcGIS空间插值和主成分分析法分析了土壤重金属的分布及主要来源,重点探讨了土壤及对应农作物间重金属迁移规律,采用单因子、综合污染指数法以及潜在生态风险指数法进行了生态风险评价.结果表明,污染区存在严重的Cd、 Zn、 As和Mn污染,其中旱田中的平均含量分别为6.22、 612.28、 37.72和1 506.2 mg·kg^-1,相较农用地风险筛选值,Cd、 Zn和As超标率分别为88.41%、 94.2%和84.06%, Mn的平均含量是湖南土壤背景值的3倍,水田污染相对较轻.由主成分分析可知农田土壤中Cd、 Zn和Mn的来源与锰矿开采有关,As可能来源于农业活动.污染区为重污染等级,Cd、 Mn和Zn是主要的污染因子,土壤中Cd存在极强的潜在生态风险,其余重金属具有轻微的潜在生态风险.研究区农作物主要存在Cr、 Pb和Cd超标且超标率在1.1%～37.3%,其中,玉...     

密云水库上游金属矿区土壤中重金属形态分布及风险评价

研究了北京市密云水库上游金属矿区土壤中重金属环境污染和风险评价.从矿区周围采集了土壤和沉积物样品,分析了铁矿开采区和金矿开采区土壤样品中Cd、Mn、Zn、Cu、Pb、Ni、V、Cr的总量及提取态重金属含量,采用Tucker3模型、风险评价编码法(RAC)探讨了矿区土壤中重金属污染程度.研究表明,金属矿区土壤中大多数重金属超出北京市土壤背景值.采用BCR逐级提取法分析土壤中重金属形态,矿区土壤中Mn可交换态含量占总量的20%～30%;Zn、Cd、Pb可交换态和易还原态(Fe-Mn氧化态)含量之和约分别占总量的17%～24%、10%～23%、30%～45%;Cr、Ni、V残渣态含量占总量的80%以上.Tucker3模型分析进一步表明矿区重金属的潜在危害性.密云水库上游铁矿开采区和金矿开采区土壤中Mn的风险指数为0.03%～55.18%和3.94%～67.16%,处于中高潜在生态风险,其它重金属潜在生态风险较低.该结论将为北京市矿山环境污染防治和密云水库的保护提供科学依据.     

农业区旱地垂直剖面土壤中重金属赋存形态与生态风险评价

用ICP-OES测定了厦门市农业区某旱地垂直剖面土壤中10种重金属元素的含量,并用改进的BCR四步连续提取法分析了垂直剖面土壤中6种重金属的赋存形态。结果表明,剖面土壤中Cd富集较严重,Pb主要以还原态为主,而Mn、Cu、Fe、V、Zn主要以残渣态存在;重金属生物有效性系数排序为Pb(0.514)Mn(0.398)Cu(0.221)Fe(0.165)V(0.100)Zn(0.059 7),Pb和Mn的生物有效性较高,对环境存在较大的潜在生态危害。次生相与原生相分布比值法对重金属潜在生态风险评价的结果表明,Co、Zn、Fe、V、Cu和Mn处于无污染水平,Pb处于中度污染水平。潜在生态危害指数表明,垂直剖面土壤中潜在生态危害顺序为CdCuPbCrZn,Cd的生态危害系数对多元素综合潜在生态风险的贡献最大,即Cd表现为首要的潜在生态风险因子。     

耕作方式对紫色水稻土团聚体中有机质及重金属的分布特征影响

通过长期定位试验,研究了常规平作(FPF)和水旱轮作(PR)这2种耕作方式下紫色水稻土不同粒径(1~2、0.25~1、0.05~0.25、0.05 mm)团聚体中有机质和重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Fe和Mn)的含量和分布特征,探讨了不同粒径团聚体中重金属与有机质的关系.结果表明,两种耕作方式下团聚体粒径组成均以0.05~0.25 mm和0.05 mm为主,土壤和各粒径团聚体中有机质含量均为常规平作高于水旱轮作,且随粒径的减小而降低.耕作方式对土壤重金属含量的影响不显著,但相比于PR,FPF有助于团聚体、有机质和重金属在1~2 mm和0.25~1 mm大粒径团聚体中聚集,降低其在0.05 mm和0.05~0.25 mm粒径团聚体中的分布.相关分析表明,土壤团聚体中重金属含量与有机质的含量呈负相关,它们的总量却呈正相关关系.同一耕作方式下,重金属对有机质变化的敏感程度为MnZnPbCuFeCd,而同一重金属元素对有机质变化的反应则为PR较FPF更敏感.     

Speciation and fractionation of heavy metals in soil experimentally contaminated with Pb,Cd, Cu and Zn together and effects on soil negative surface charge

Speciation and fractionation of heavy metals in soil subsamples experimentally loaded with Pb, Cd, Cu and Zn in orthogonal design was investigated by sequential extraction, and operationally defined as water-soluble and exchangeable(SE), weakly specific adsorbed( WSA),Fe and Mn oxides-bound(OX) and organic-bound( ORG). The results showed that fractions of heavy metals in the soil subsamples depended on their speciation. About 90% of Cd and 75% of Zn existed in soil subsamples in the SE fraction. Lead and Cu existed in soil subsamples as SE, WSA and OX fractions simultaneously, although SE was still the major fraction. Organic-bound heavy metals were not clearly apparent in all the soil subsamples. The concentration of some heavy metal fractions in soil subsamples showed the good correlation with ionic impulsion of soil, especially for the SE fraction. Continuous saturation of soil subsamples with 0.20 mol/L NH4CI, which is the first step for determination of the negative surface charge of soil by the ion retention method, resulted in desorption of certain heavy metals from the soil. It was found that the percentage desorption of heavy metals from soil subsamples depended greatly on pH, the composition and original heavy metal content of the soil subsamples. However, most of the heavy metals in the soil subsamples were still be retained after multiple saturation. Compared with the parent soil, the negative surface charge of soil subsamples loaded with heavy metals did not show difference significantly from that of the parent one by statistical analysis. Heavy metals existed in the soil subsamples mainly as exchangeable and precipitated simultaneously.