2种典型土壤中外源Ag~+的吸附行为及形态转化研究

采用一次平衡法研究了我国典型土壤——东北黑土和湖南红壤对Ag+的吸附特性及pH对土壤Ag+吸附的影响,并运用连续提取法分析了Ag+在2种土壤中吸附前后赋存形态的变化.结果表明,土壤对Ag+的吸附量随着Ag+溶液初始pH的升高而增加;在Ag+浓度为0～100mg·L-1范围内,东北黑土和湖南红壤对Ag+的吸附量均随着溶液中初始Ag+浓度的增加而增加,当Ag+浓度为0～20mg·L-1时增加明显,20～100mg·L-1趋于平缓.2种土壤的吸附等温线与Langmuir方程均具有良好的拟合性,拟合结果计算出Ag+在东北黑土和湖南红壤中的最大吸附量分别为250mg·kg-1和88.5mg·kg-1,表明东北黑土的吸附能力大于湖南红壤.东北黑土和湖南红壤的吸附动力学特征相似,吸附速率很快,均能在30min内达到吸附平衡,但东北黑土在0～30min内的吸附速率明显大于湖南红壤.形态分析结果表明,吸附后湖南红壤中离子交换态和残渣态的含量都增加迅速,而东北黑土中有机金属络合态、离子交换态、碳酸盐结合态和残渣态的含量增加明显.     

用分级方法评估土壤对重金属的缓冲能力

研究了不同Cd,Zn,Cu和Pb负荷对5种土壤(油黄泥土、棕红壤、红壤、石砂土和紫砂土)中的重金属形态的影响,分析了不同土壤对重金属的缓冲作用及其影响因素.结果表明,未污染土壤中的重金属主要以残余态为主,占土壤重金属总量的51%以上.随着土壤重金属负荷的提高,土壤中交换态重金属的比例增大,残余态比例下降,有效性提高,对重金属的缓冲作用下降.由于Cd,Zn,Cu和Pb本身的特性不同,土壤中各组分与Cd,Zn,Cu和Pb的结合方式及程度不同.当外源重金属进入土壤后,土壤对重金属的缓冲性为:Pb>Cu>Zn Cd,酸性土壤和砂质土壤的缓冲能力较低.当重金属加入量较低时,重金属优先向氧化物结合态和有机质结合态转化;而当加入量较高时,向交换态和碳酸盐结合态转化的比例增加.土壤pH下降可使交换态Cd,Zn,Cu和Pb的比例递增,降低土壤对重金属的缓冲性,增加了重金属对环境影响的风险.      

复合淋洗剂土柱淋洗法修复Cd、Pb污染土壤

选取三氯化铁和有机酸(柠檬酸、苹果酸、酒石酸)复合淋洗,采用土柱淋洗的方法对Cd、Pb污染土壤进行淋洗实验,研究了复合淋洗剂浓度配比、淋洗剂用量和淋洗次数对重金属去除效果的影响,并测定了土壤淋洗前后Cd、Pb形态的变化。结果表明:三氯化铁浓度为10 mmol/L,有机酸浓度为20 mmol/L时,淋洗率Cd为72.15%,Pb为30.26%,与使用单一淋洗剂相比均有大幅提升。复合淋洗剂能有效地去除交换态、碳酸盐结合态和氧化物结合态重金属,而对有机态和残余态部分重金属作用效果不明显;Cd比Pb容易去除是由于污染土壤中Cd的存在形态主要是可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态,而Pb的存在形态主要是有机结合态和残渣态。淋洗后土壤中Cd和Pb均达到土壤环境质量标准。     

我国3种自然土壤中稀有金属的化学形态分布特征研究

以我国3种典型土壤黑土、潮土和红壤为研究对象,在相对清洁未扰动自然土壤区域采集了土壤的剖面样品,分析了土壤中的稀有金属银(Ag)、铋(Bi)、铟(In)、锡(Sn)的含量水平,利用元素富集率(ER)的垂向分布探讨了外源污染对金属含量的影响,并采用连续逐级提取法研究了土壤中稀有金属的化学形态分布特征,用金属可交换态和碳酸...     

LED3A土柱淋洗Pb与Zn污染砂土的效果

为探究不同淋洗方式下螯合型表面活性剂LED3A（N-十二酰基乙二胺三乙酸钠盐）对重金属污染土壤的淋洗效果,采用室内土柱淋洗法研究了LED3A在不同流速条件下对Pb、Zn单一污染砂土的淋洗效果,并通过优化的BCR法分析了淋洗前、后土柱中不同深度处Pb、Zn的形态变化特征.结果表明:LED3A对Pb、Zn单一污染砂土的淋洗规律基本类似,淋出液中ρ（Pb）、ρ（Zn）随淋洗液累积孔隙体积数目的增加呈现急剧增大、达到峰值后逐渐降低的趋势;Pb、Zn的淋洗曲线中均存在不同程度的拖尾现象,且对称性较差;淋出液中ρ（Pb）、ρ（Zn）峰值和Pb、Zn最大累积去除率均随流速的增大而减小.随着淋洗深度和流速的增加,各形态Pb、Zn的去除率均呈现减小的趋势,LED3A对酸可提取态Pb、Zn的去除效果最为显著,去除率均大于50%;对氧化物结合态、有机结合态和残渣态Pb、Zn的去除率大小顺序与淋洗深度和流速有关;对比淋洗前、后土柱中重金属的形态分布可知,最易释放和被生物利用的酸可提取态的占比明显减少,不易或不能被生物利用的氧化物结合态、有机结合态和残渣态的占比明显增加.研究显示,LED3A低流速淋洗不仅能够去除一定量的土壤重金属,同时可有效降低残留重金属对环境的潜在风险.      

东北地区污染黑土中重金属与有机质的关联作用

通过对东北地区污染农田黑土剖面的取样调查,对重金属Cd,Pb,Cu,Zn在农田黑土中不同采样点的全量、有效态和有机质结合态的分布特征及其与有机质的关系进行了研究,并分析了土壤有机质对重金属有机质结合态的影响.结果表明,Pb以有机质结合态存在的量较大,能与有机质形成较多的络合物,而Zn的有机质结合态占全量的比例相对较小,Cd和Cu有机质结合态占全量的比例处于Pb和Zn之间.由于外源污染的影响,土壤有机质含量与重金属有机质结合态相关性并不显著.由于土壤样品的不同解离功能团结合重金属的能力不同,采样区的重金属有机质结合态未表现出明显的分布规律.      

几种有机物料对设施菜田土壤Cd、Pb生物有效性的影响

利用风化煤、草炭和生物炭这3种有机物料,采集陕西关中地区设施菜田土壤,通过2014~2015年两季盆栽模拟试验,研究了3种有机物料在设施菜田土壤重金属Cd、Pb单一和复合污染条件下对Cd、Pb生物有效态等赋存形态的影响,探究风化煤、草炭和生物炭对设施菜田重金属Cd、Pb污染土壤修复的可行性.结果表明,风化煤显著降低了复合污染土壤中Cd有效态含量,达11.9%(P0.05),并使Pb有效态含量显著降低达83.5%以上(P0.05);对Cd、Pb的交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态之和分别降低了26.4%~34.4%和12.0%~34.5%.草炭显著降低了复合污染土壤中Cd有效态含量18.9%(P0.05),分别显著降低了Pb单一和Cd、Pb复合污染土壤中Pb有效态含量2.7%和7.2%(P0.05),对Pb交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态三者之和分别降低了15.8%和14.6%.生物炭提高了土壤p H 0.03~0.08个单位,分别降低了Cd有效态、Pb有效态含量4.7%~15.0%和1.0%~6.8%,Pb交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态之和降低了11.9%~66.6%.风化煤、草炭和生物炭使番茄地上部对Cd的累积量显著降低15.0%~38.0%(P0.05),使复合污染条件下番茄地上部对Pb的累积量显著降低17.9%~30.0%(P0.05).番茄Cd含量与土壤中Cd交换态含量呈现极显著正相关关系(P0.01).番茄Pb含量与Pb交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态三者含量之和呈现极显著正相关关系(P0.01).综合来看,风化煤、草炭和生物炭这3种有机物料可以通过改变设施菜田土壤p H值和对重金属的吸附、络合等固定作用,降低土壤中Cd、Pb高活性态比例,进而减少植物对Cd、Pb的累积.     

宝鸡城市土壤重金属生物活性与环境风险

在野外调查与前期研究的基础上,根据一点多样混合采样法收集宝鸡市工业区土壤分析样品50个,采用Tessier连续形态分析法对城市土壤重金属Pb、Zn、Cd、Cr、Cu、Sb形态进行分级并使用ICP-OES对其各形态含量进行测定.在对6种重金属活性系数(MF)、迁移系数(MJ)、综合潜在生态风险指数(RI)及人群健康风险研究的基础上,对重金属地球化学形态分布、迁移能力、生物活性与环境风险进行了探讨.结果表明,宝鸡工业区城市土壤重金属Zn、Cd、Cr、Cu、Sb形态均以残渣态为主,而Pb主要以铁锰氧化物结合态为主;在各形态含量所占百分比中,重金属Cr可交换态含量最低.化学形态分析结果显示,6种重金属整体迁移的顺序为:Pb(77.60%)Zn(47.36%)Cu(35.86%)Cd(30.91%)Sb(16.46%)Cr(11.31%);土壤Pb(MF=35.77%)的生物活性最强,Cd(MJ=0.091)的迁移能力最大.城市土壤重金属Cd和Cr对儿童和成人的致癌风险处于中低等水平,但Cr对儿童将产生较大的非致癌风险.而重金属Pb对儿童和成人均产生非常明显的非致癌风险和中等程度的致癌风险,可见,重金属Pb是宝鸡市城市土壤最主要的环境污染物与健康风险因子.重金属Pb、Zn、Cd、Cr、Cu、Sb工业排放与化石燃料燃烧的来源和城市儿童高铅血症的检出率说明宝鸡工业区重金属的干湿尘降污染应该引起高度重视.     

湘南某铅锌矿区重金属赋存形态分析

以湘南某铅锌矿区土壤、尾矿库尾砂及附近不同植物根部土壤为研究对象,采用Tessier五步连续萃取法分析了Pb、Cd、Zn、Cu 4种重金属的化学赋存形态分布特征。结果表明:矿区和尾矿库土壤样品中4种重金属主要以残渣态形式存在,其中Cu的有机结合态也较高,Pb、Zn、Cu的可交换态很低,但是Cd的可交换态很高,所占的百分比达20%;Pb、Zn、Cu在土壤中迁移能力较弱,短期内对环境影响不大,而Cd虽然总量不大,但其可交换态所占的比例较高,易释放到周围环境中,其对环境的影响不容忽视,应引起重视;对比两个采样区重金属的赋存形态,发现尾矿库土壤中的重金属潜在迁移能力要大于矿区土壤;各个采样点的重金属赋存形态分布特征存在很大的差异,主要与土壤的性质有关。     

广西铅锑矿冶炼区土壤剖面及孔隙水中重金属污染分布规律

为探讨铅锑冶炼区重金属在土壤中分布及迁移特征,在广西河池铅锑矿冶炼区周围根据不同土壤利用类型分别选取菜地土壤、荒地土壤、林地土壤这3个典型剖面,对区域内土壤剖面及孔隙水中重金属的迁移分布特征进行了研究.结果表明,3个剖面中重金属元素Sb、Pb、As、Cu明显在表层富集,最高值都出现在0～2 cm的表层土壤中;Sb、Pb和As在剖面60 cm以下有增加的趋势.土壤剖面中重金属元素淋溶难易的总体顺序为:Sb>As>Cu>Al,Pb.土壤的耕作对重金属在剖面中的下渗迁移具有一定的影响.表层土壤孔隙水中高含量的重金属可能对作物造成毒害影响,并通过食物链危害居民的健康.Sb、As相对于Pb容易从土壤进入孔隙水,在剖面中迁移.     

以保护地下水为目标的Ag土壤环境基准推导案例

土壤环境基准是制订土壤环境质量标准的重要依据. 借鉴国外制订保护地下水的土壤环境基准方法学,以湖南红壤、北京潮土和东北黑土为供试土壤,通过吸附试验获取重金属Ag在3种土壤中的分配系数(K_d),并通过文献调研获取3种土壤及其含水层的相关参数;采用US EPA(美国国家环境保护局)的土壤环境基准技术导则中的SSL(soil screening level)模型,并基于我国饮用水水质标准,对Ag土壤环境基准进行反推. 结果显示:Ag在红壤、黑土和潮土中的分配系数分别为7.10、56.7、132 L/kg,推导出的基于保护地下水的Ag的土壤环境基准值分别为0.440、3.04和7.80 mg/kg. 3种土壤中Ag的基准值均在发达国家或地区保护地下水的土壤环境基准值范围内,与各国基准值的差异主要是由于土壤性质、含水层类型以及Ag在土壤中的分配系数的差异所致.      

骨炭修复重金属污染土壤和降低基因毒性的研究

采用分级提取的方法研究了施加骨炭对污染土壤重金属的固定效果,结果表明,土壤施加10 mg·kg^-1骨炭后水溶态、交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb的浓度都显著下降;而加入骨炭后土壤有机结合态Pb的浓度显著上升,表明骨炭可以吸附、固定土壤中的Pb,改变Pb的化学形态,降低Pb的生物可利用性.加入骨炭后土壤中水溶态和交换态Cd的浓度都显著下降,残渣态Cd的浓度明显上升.骨炭处理对土壤中Cu化学形态的影响和Pb相似,表明骨炭可以吸附固定土壤中的Cu.骨炭处理对Zn也有一定的固定效果,降低了土壤中水溶态的Zn.采用植物彗星实验研究了施加骨炭对土壤基因毒性的影响,表明加入骨炭后减轻了污染土壤对洋葱根尖细胞的DNA的损伤,降低了土壤污染对植物的基因毒性.生物评价和化学评价的结果均表明骨炭是重金属污染土壤的有效修复剂,能有效降低污染土壤中重金属的生物有效性和对植物的毒性.     

西南典型碳酸盐岩高地质背景区农田重金属化学形态、影响因素及回归模型

土壤重金属化学形态是决定重金属生物活性和生物毒性的重要因素,是科学评价西南碳酸盐岩高地质背景区土壤重金属生态风险的关键.为了探明碳酸盐岩高地质背景区土壤重金属化学形态分布情况,选择贵州省典型碳酸盐岩分布区,以第二次全国土壤普查图斑为采样单元,在农田中采集土壤表层样品309件,利用改进的Tessier七步顺序提取法,分析了As、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn等7种重金属的水溶态（F1）、离子交换态（F2）、碳酸盐结合态（F3）、弱有机结合态（F4）、铁锰氧化物结合态（F5）、强有机结合态（F6）和残渣态（F7）这7种化学形态.结果发现,土壤中重金属As、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn残渣态比例均超过50%,有效组分（F1~F3）比例均小于5%,潜在生物有效组分（F4~F6）比例低于45%,活性较低,生态风险不高.Cd的有效组分和潜在生物有效组分占比分别为55.49%和29.37%,远高于其他重金属,基于土壤重金属形态的生态风险远小于基于土壤总量的生态风险.逐步回归方程可以有效建立Cd、Cu和Pb生物有效组分与影响因素之间的关系.重金属全量和pH值是影响碳酸盐岩高地质背景区土壤重金属化学形态的重要因子,受研究区长期土法炼锌活动和碳酸盐岩风化成土过程中重金属元素倾向于在残渣态中富集的影响,土壤有机质（OM）和氧化物含量对土壤重金属化学形态影响相对较小.     

上海河流沉积物重金属的污染特征与潜在生态风险

为了解上海市主要河流沉积物中重金属的污染特征,采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)分析了上海市60个河流表层沉积物中Cu、Pb、Ni、Ag、As、Cd、Zn、Sn、Sb和Hg10种重金属的含量,并对其来源及生态风险进行了评价.沉积物中10种重金属的浓度和介于113.9 ~ 494.0mg/kg之间,平均值为266.1mg/kg.苏州河、黄浦江中下游和黄浦江上游部分采样点重金属污染比较严重.10种重金属的含量由高到低依次为: Zn > Cu> Ni > Pb > As > Sn > Sb> Cd > Hg > Ag.来源分析表明,上海河流沉积物中大多数重金属具有相似的来源,主要来源于工业废水和交通污染、农药和化肥污染.地积累指数(Igeo)评价表明各种重金属的污染程度顺序为: Cd > Hg > Ag > Sb > Cu > Zn > Sn = As > Ni > Pb, Hg和Cd在多数采样点分别为中度污染和偏重污染.潜在生态风险系数(Eri)评价表明各重金属的潜在生态风险顺序为: Cd > Hg > As > Cu > Ni > Pb > Zn, Cd和Hg对潜在生态风险指数(RI)的贡献最大,分别达到65.7%和30.6%. 7种重金属的潜在生态风险指数(RI)介于563.0~1431之间,有极强生态风险.     

淋洗修复后残留土壤中重金属的再释放及环境风险

淋洗修复后残留土壤中的重金属会因外界环境的改变可能会发生再释放过程而使环境风险增加,淹水是农田土壤常见的管理模式之一,然而淹水介导的土壤环境条件的改变对淋洗修复后残留农田土壤中重金属的再释放和环境风险的变化影响尚不清楚.因此,本研究开展了持续淹水培养（180 d）对经柠檬酸（CA）、EDTA、FeCl₃和HCl淋洗修复后残留土壤中Cd、Pb和Zn的有效性、形态分配和环境风险的影响研究.结果表明随着培养时间的延长,经CA、EDTA和HCl淋洗后土壤中有效态Cd含量呈先增加后减少的趋势,有效态Pb含量增加,有效态Zn含量减少.经FeCl₃淋洗后土壤中有效态Cd、Pb和Zn含量随培养时间延长而增加.形态分析结果表明,淹水会使土壤E_h降低而致使铁锰氧化物的溶解,因此导致可还原态Pb含量向弱酸提取态Pb转移是有效态Pb含量增加的原因;土壤弱酸提取态Cd含量变化与土壤有效态Cd含量变化基本一致;淹水对淋洗修复后Zn形态的影响较小.基于改进的潜在生态风险指数法评价结果表明淹水使CA、EDTA和HCl淋洗后土壤Cd、Zn环境风险和重金属环境总风险减少,使Pb的环境风险增加.淹水后FeCl₃淋洗后土壤Cd、Pb和Zn环境风险及重金属环境总风险增加.由于FeCl₃淋洗后的土壤重金属污染状况较低且环境总风险（低风险）明显小于其它3种淋洗剂淋洗的土壤,因此,FeCl₃可成为Cd-Pb-Zn复合污染土壤的淋洗剂选择,但是需关注其淋洗修复后残留土壤中重金属的再释放并采取调控措施.本研究结果可为农田重金属污染土壤合适淋洗剂的选择和淋洗法修复重金属污染农田土壤的效果评估提供更为合理的指导思路.     

广西某地金属冶炼废水外溢对农田土壤的污染特征

通过对冶炼厂附近受外溢废水污染农田土壤中V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Sr、Mo、Cd、Sn、Sb、Pb、U及As的含量分析,研究揭示了金属冶炼废水外溢这一突发性污染事件对农田土壤的污染状况及其污染特征.结果表明,污染土壤中Zn、Mn、As、Pb、Cd、Sb等金属浓度分别为113.28～212.22、251.67～2 429.29、34.44～130.28、50.63～544.74、63.44～317.33、39.41～551.17 mg/kg,远高于背景值,土壤不仅受到As污染,还有Zn、Mn、Pb、Cd、Sb等重金属的严重污染;相关性分析表明,污染程度与当地有色金属矿产开发冶炼活动密切相关,且污染物有相似的来源或相近的释放规律;剖面分析表明,表层土壤的pH值较低,土壤酸化明显,部分金属如Zn、Cr、Cd等表现出先升高后降低变化趋势.本研究揭示了冶炼废水外溢造成的突发性环境污染事故引起的土壤重金属污染特征,并为开展污染治理提供了理论依据.     

广西河池铅锑矿冶炼区土壤中锑等重金属的分布特征及影响因素分析

对广西河池铅锑矿冶炼区土壤重金属污染特征进行了研究。结果表明:冶炼区土壤受到较高含量的Sb、Pb污染,As、Zn和Cu也有一定程度的污染。土壤中的w(Sb)和W(As)分别为155～30439mg/kg和27～17611mg/kg。冶炼区土壤中的重金属元素的含量与距离冶炼厂的距离有密切关系,不同重金属的衰减呈现不同的特点。研究区内三种不同类型土壤中的重金属元素呈现不同的分布特征:三种不同土壤类型Pb、As、Cu、Sb的含量关系为:水稻田>菜地>荒地。元素相关性分析表明Sb、Pb、As、Cu、Cd为密切相关的一组元素,可判定它们都与冶炼厂排放密切相关。     

湖南安化下寒武统黑色页岩土壤元素地球化学特征

本研究对湖南安化县东坪、烟溪两地发育于下寒武统黑色页岩上的6个土壤剖面进行系统采样,并利用ICP\|MS等分析技术对土壤和相应岩石样品的主量元素和微量元素（包括重金属和稀土元素）含量进行了分析.主量元素A-CN-K(Al2O3-CaO+Na2O-K2O)图解显示,黑色页岩土壤的形成是黑色页岩化学风化的结果,经历了早期的Ca、Na淋失和后期的Al、Fe富集过程后,土壤具有贫Ca、Na而富Al、Fe的化学组成特征.多因子分析和相关性分析结果表明,成土过程中,微量元素可分为稳定元素（Ti、Zr、Nb、Hf、Ta、W等）、次稳定元素（Be、Sc、Ga、Ge、Rb、Cs、Pb、Th、Ba等）、活动性较强的元素（REE、Y、P、Sn等）和强活动性元素（Mn、Co、Ni、Zn、Cd、Tl、V、Mo、Sb、U等）.富集因子重金属污染评价显示,V、U仅在烟溪土壤剖面达到显著污染程度,Sn、Ba在东坪土壤剖面达到显著污染.Mo、Cd、Sb等重金属则在东坪和烟溪土壤均达到显著污染程度,其中,Cd在东坪可达到高度污染水平,而Mo在烟溪可达到极度污染水平.微量元素及稀土元素地球化学示踪分析显示,黑色页岩土壤没有受到外来物源的干扰,土壤重金属污染为来自黑色页岩的自然污染源.