水稻土中重金属元素Cd、Pb的竞争吸附 ——以长株潭地区水稻土为例

对中国南方的3个水稻土样品进行了Cd、Pb单一离子和混合离子吸附特点的研究。结果表明,3个水稻土样品中Cd、Pb的吸附特点都相似,Langmuir等温方程可很好地描述Cd、Pb的吸附等温线。3个土壤样品中,有较高pH值和较低有机物、CEC浓度、粘土含量、高岭石含量的2个土壤样品对Cd、Pb有较大的吸附量,且其等温吸附拟合的最大吸附量(B)也较大。在两组分混合溶液中,尽管共存离子的存在影响了土壤对单一离子的吸附,同时土壤对Cd的吸附在一定程度上受影响的程度大,但3个土壤样品都表现出对Pb有强的吸附能力。在3个土壤样品中,Langmuir等温方程中Pb的健合能常数(K)都大于Cd的健合能常数(K),混合溶液中的K值高于单一溶液的K值,表明2种金属离子对吸附位点的竞争提高了特定吸附位点的保持力,使金属离子在土壤中特定位点的吸附更加坚固。     

土壤中Cd、Pb、Hg离子的地球化学行为模拟实验

研究了山西省3种不同质地的土壤对Cd2＋、Pb2＋、Hg2＋的吸附、解吸和3种离子在土壤中的运移特性。结果表明,Cd2＋、Pb2＋和Hg2＋在粘粒土壤中的吸附能力大于在砂粒土壤中的吸附能力,且3种土壤对Pb2＋都有很强的吸附能力,吸附的Pb2＋很难在土壤中解吸下来。3种土壤对3种金属离子的吸附能力为Pb2＋＞Cd2＋＞Hg2＋,解吸能力正好相反,这主要与土壤的不同性质和3种重金属离子的水合离子半径、离子的水合能密切相关。Cd2＋在3种土壤中的等温吸附符合Freundlich和Langmuir方程,Pb2＋在3种土壤中的吸附特征符合Henry方程,而Hg2＋在3种土壤中的吸附符合Langmuir方程。土柱淋滤实验表明,Hg2＋在土壤中的穿透性很强,Cd2＋次之,Pb2＋在土壤中的穿透性最慢,其在长达20天的淋滤过程中仍然没有穿透土柱。3种不同质地的土壤对Cd2＋、Pb2＋和Hg2＋的迁移能力都表现为：大同土壤＞临汾土壤＞太原土壤。     

土壤中重金属元素Pb、Cd地球化学行为影响因素研究

通过研究湖南洞庭湖地区水稻土中Pb、Cd与土壤有机质、粘粒和pH值的关系,结果表明,(1)土壤中有机质含量与Cd、Pb有着显著的正相关性,土壤中有机质含量增加可明显降低Cd和Pb的离子态和可交换态含量。(2)随着粘粒含量增加,Pb和Cd离子可交换态占全量的比值略有增加,这说明粘粒表面吸附的Pb和Cd容易进入植物体中,对生态系统安全具有危害的组分。(3)Cd离子交换态与土壤pH值呈显著相关关系,土壤酸化使Cd的离子交换态比例上升,可直接导致农作物中Cd含量增加,防止土壤酸化是控制Cd对生态系统危害的有效途径;Pb的离子交换态与全量的比值与pH值具有显著的相关性,对于Pb污染严重的土壤,保持土壤pH值在弱酸性至弱碱性范围,防止土壤酸化和盐碱化,可以降低Pb危害。土壤有机质含量、pH值等是控制重金属元素地球化学行为的重要因素之一。     

针铁矿/水界面反应性的实验研究

选择针铁矿对Pb2+、Cu2+、Cd2+等3种重金属离子的吸附实验,开展矿物/水界面反应性研究.金属离子(M2+)在矿物-水溶液间分配有多种表面反应机制,这些表面反应发生作用的条件主要取决于吸附质水化学性质和矿物表面荷电性,因此,溶液pH值是影响矿物/水界面反应性的关键因素.在不同pH值条件下, 表面羟基可通过发生质子化或去质子化反应而使得矿物表面产生荷电性并发生改变,而金属离子的水解则可显著加快金属羟基配合物的形成,从而进一步增强了矿物/水界面反应.本实验条件下针铁矿表面对重金属离子的吸着量随pH值升高而升高,在一个较窄的pH值范围内吸附率急剧升高,呈S形分布.针铁矿对3种不同的重金属离子的吸附能力的强弱顺序是Cu2+＞Pb2+＞Cd2+.无论是Langmuir方程还是Freundlich方程,都能较好拟合针铁矿对重金属离子的等温吸附过程.Freundlich方程的n值均在0.1～0.5之间,说明重金属离子在针铁矿表面的吸附并不能简单地归结为单配位或双配位模式,可能存在着多种吸附结合形态.表观吸附常数KM值的变化规律,说明重金属离子与针铁矿表面反应模式及其表面吸附形态发生了变化,具体的吸附形态还有待谱学研究进一步证实.     

土壤中Cd离子地球化学行为模拟实验 ——以山西的典型土壤为例

土壤样品分别采于山西省大同、太原和临汾3个地区。实验分成吸附解吸、竞争吸附和运移实验3个部分。其中吸附实验又分成砂粒土壤和粘粒土壤2个粒级分别实验。结果表明：在常温常压下,3种土壤对Cd的吸附用Langmuir模式来拟合较合适,土壤粘粒的吸附能力大于土壤砂粒的吸附能力。Zn^2＋与Cd^2＋共存时,Cd的吸附受到抑制,在本实验浓度下,腐殖酸对土壤吸附Cd的抑制作用不明显。解吸过程显示土壤对Cd离子的解吸与有机碳、阳离子代换量成负相关。Cd在土壤中的穿透曲线是Cd在土壤中吸附、解吸、络合、迁移等作用的综合体现．Cd在各种土壤中的运移时间顺序为：大同土壤〉临汾土壤〉太原土壤,从而得出Cd在壤质砂土中运移得最快、在粉土中运移得最慢的结论。     

改性沸石对重金属离子竞争吸附特性研究

以钠型改性沸石为吸附剂,以含有单一的镉、锌、铅溶液以及镉、锌、铅的混合溶液为吸附质,开展了改性沸石中重金属离子的竞争吸附及其影响因素等实验研究。结果表明,当溶液中有多种二价重金属离子存在时,各离子之间存在竞争吸附,竞争能力为Pb2+>Cd2+>Zn2+;Zn2+-Cd2+表现出显著的协同吸附效应,而Zn2+-Pb2+、Cd2+-Pb2+表现出拮抗吸附。     

珠江三角洲不同成土母质发育水稻土镉活动性差异及其影响因素

随着我国经济社会的快速发展,土壤重金属的超标问题越来越突出,尤其是Cd。土壤Cd活动性受到各种因素的影响,但成土母质对土壤Cd活动性影响的研究成果还鲜有报道。以珠江三角洲为研究区,系统采集了由第四纪沉积物、酸性侵入岩和陆源碎屑岩3种不同成土母质发育形成的水稻土样品235件,查明了土壤理化特征,探讨了Cd全量及其活动态的影响因素。结果表明：不同成土母质发育形成的水稻土理化性质、Cd全量及其活动态的影响因素存在差异。第四纪沉积物发育形成的水稻土CaO、K₂O、Na₂O、TFe₂O₃、阳离子交换量(CEC)、pH、有机质、黏粒平均含量显著高于酸性侵入岩和陆源碎屑岩,Cd超标最为严重,不同方法提取的Cd活动态含量也最高;陆源碎屑岩发育形成的水稻土中Cd全量与土壤理化指标的相关性均强于其他两类成土母质;酸性侵入岩发育形成的水稻土中Cd全量与土壤理化指标的相关性较弱。Cd全量对其活动态含量有重要影响,此外,第四纪沉积物发育的水稻土中Cd活动态含量与pH、有机质和TFe₂O₃     

江苏典型地区水稻与小麦字实中元素生物富集系数（BCF）初步研究

在分析研究了约500套水稻籽实-耕层土及约300套小麦籽实-耕层土样品相关元素含量等地球化学调查数据基础上,报道了江苏典型地区水稻与小麦籽实中Cd、Hg、Cu、Pb、Zn、Cr、As、Se、Mo、Mn、Fe、K、Ca、Mg等14个元素的生物富集系数(BCF)分布状况,统计结果显示,各元素的BCF值差异较大,通常Pb、Cr、Fe等元素BCF多小于1%,Hg、As、Mn、Ca等元素BCF多为1%～10%,Mo的平均BCF最大、Fe的平均BCF最小。研究发现,水稻与小麦籽实中Pb与Cd超标率分别超过15%、6%,BCF值差异与稻谷、小麦的元素含量无直接关系,部分元素的BCF与土壤pH、TOC、CEC、B含量等具有统计上的相关性,其中土壤pH与Cd、Ca、Mg元素的BCF呈显著负相关,而土壤的有机碳含量、阳离子交换量及B含量等也对部分元素的BCF值有一定影响。     

土壤中Pb离子地球化学行为模拟实验 ——以山西的典型土壤为例

土壤样品分别采于山西省大同、太原和临汾3个地区。实验分成吸附解吸、竞争吸附和运移实验3个部分。其中吸附实验分成砂粒土壤和粘粒土壤2个粒级分别进行。结果表明：在常温常压下,Hery模式更适合描述3种土样砂粒部分和粉粘粒部分对Pb^2＋的吸附。吸附实验结果表明,土壤对Pb有很强的吸附作用,吸附过程受CEC的影响很大。在竞争吸附实验中,Pb的存在减少了土壤对Cd的吸收;腐殖酸对土壤吸附Pb^2＋表现出抑制作用。解吸实验结果表明,Pb在土壤中以专性吸附为主,吸附的Pb很难解吸下来。运移实验结果显示,在长达20天的淋滤过程中Pb^2＋仍没有穿透土柱,说明土壤对P^2＋的吸附能力极强,Pb迁移非常缓慢。     

多离子体系中黄河沉积物对重金属的竞争吸附研究

以黄河包头段上游清洁河段的沉积物为吸附剂,以Pb2 + 、Cu2 + 、Zn2 + 、Cd2 + 4种离子的混合溶液体系为吸附质,开展了重金属离子在黄河沉积物中的竞争吸附及其影响因素等实验研究。结果表明,混合溶液体系中不同离子间的吸附竞争有显著的拮抗或协同效应关系,4种重金属离子在黄河沉积物中竞争吸附的能力依序为Pb2 + ≥Cu2+>Zn2 + ≥Cd2 + 。     

广西典型酸性火成岩地质低背景区土壤-水稻重金属积累特征及生态风险

为了解地质低背景区农田土壤-作物系统中重金属的富集及迁移特征,采集了广西钦北区878 km2酸性火成岩出露区的30套水稻籽实及根系土样品作为研究对象,研究酸性火成岩地质低背景区土壤和水稻中重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)分布特征、土壤Cd等重金属的赋存状态及其生物有效性.结果显示:研究区土壤呈酸...     

贵州惠水农作物-土壤剖面重金属污染评价

为研究贵州省惠水县农作物-土壤重金属污染现状,采集农作物-根系土、土壤剖面-成土母岩样品,测定Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn和pH的含量,选用富集系数、健康风险评估、单因子污染指数法、地累积指数法对农作物-土壤重金属污染现状进行了评价。研究表明：（1）农作物中水稻、玉米和油菜中以Cd累积为主,其次为Pb、Cr、Hg;金钱橘无重金属超标;农作物富集系数中Cd是Pb、As、Cr的几倍至上百倍;经玉米、油菜、金钱橘摄入重金属的人体健康风险很低;水稻中Cd的THQ大于1,对人体的健康有一定的风险;（2）单因子污染指数研究结果说明根系土以Cd污染为主;Ig揭示根系土中Hg、Cd、Cr超标可能受人类活动影响较大;（3）从土壤剖面-成土母岩系统来看,As、Cd、Cu具有继承性,尤其Cd含量在成土母岩、土壤剖面、根系土、农作物中含量超标,有部分来源于成土母岩高背景值。     

湖南洞庭湖地区土壤-作物系统铅含量及其影响因素

以湖南洞庭湖地区为研究区域,探讨了土壤有机质、pH值、P、N对Pb在土壤-作物系统中迁移的影响,研究了Pb、Cd复合污染对水稻Pb、Cd富集的作用。相关分析结果表明:随土壤有机质含量的增加,离子交换态Pb含量减少,但通过转化可以被植物吸收利用的有机质的结合态Pb含量增加,进而增加了水稻对土壤Pb的吸收量;土壤为中性偏碱性时,土壤中Pb的活性和水稻Pb的富集能力均较酸性土壤中有所降低;在土壤中增施氮肥和磷肥可降低土壤中离子交换态Pb的含量,减少水稻对Pb的吸收。因此,土壤有机质、pH值、P、N是影响水稻Pb含量及土壤Pb活性的重要因素。Pb-Cd复合污染研究结果表明:土壤中同时存在Pb、Cd时,Pb元素的存在促进了水稻对Cd元素的吸收,而Cd却抑制了水稻对Pb的吸收。     

长江三角洲典型地区土壤-水稻系统中Cd的分布及其迁移制约因素

为了弄清楚长江三角洲土壤-水稻系统中Cd污染和迁移制约因素,采集了典型地区的水稻土壤、秸秆、籽实等样品共66组,测试了这些样品中重金属元素和常量元素的含量、土壤pH值和总有机碳含量等参数指标,并对这些参数进行相关性分析,评估水稻土壤与籽实中的Cd污染,探讨Cd空间分布,讨论土壤中pH值和有机质以及其他金属元素对Cd在水稻中积累的制约作用。结果表明：长江三角洲典型地区水稻土壤和籽实都存在Cd含量超标现象,土壤样品中Cd质量分数为（81.39～1 441.00）×10-9,平均值277.40×10-9,而水稻籽实样品中Cd质量分数为（10.44～692.40）×10-9,平均值55.63×10-9;根据土壤环境质量标准（GB 15618—1995）的二级标准,水稻土壤超标率为9.09%,超标样品主要分布在苏州、镇江和常州;根据食品中污染物的限量标准（GB 2762—2005）,水稻籽实Cd含量超标率为4.55%,超标样品集中在苏州和无锡;影响水稻积累Cd的因素有土壤中总有机碳、CaO、MgO、P的含量和pH值;水稻中S和Se含量与Cd含量关系密切,Cd与Zn表现为协同作用,土壤中S、Se和Zn的含量对水稻积累Cd无明显影响;提高土壤中pH值以及增加土壤总有机碳含量,能适当降低水稻中Cd的积累,适当增加土壤中Ca、Mg和P的含量能在一定程度上降低水稻对Cd的吸收。     

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。     

关中娄土剖面中重金属元素的垂直分布规律研究

通过对关中平原西安污灌区、宝鸡峡灌区、交口灌区关中娄土剖面土壤样品的采集、监测,重点分析了对土壤环境及人体危害较大的Cd、Pb、As、Cr等重金属元素在土壤剖面中的垂直分布和淋失迁移的特征.结果表明:在长期污灌的条件下,关中娄土剖面中的Cd、Pb、As、Cr含量具有在土壤耕作层富集的特征,关中娄土剖面中的Cd、Pb含量具有从耕作层向土壤下层递减的趋势,As、Cr含量从耕作层向土壤下层递减的趋势不明显.关中娄土剖面中的Cd、Pb、As、Cr含量在80～100 cm土壤粘化层中均具有明显增高的趋势,为土壤剖面中重金属元素垂直分布的转折层.关中娄土剖面中重金属元素的淋失率具有CA>Cr>As>Pb的特征,且土壤剖面中重金属的淋失率具有从耕作层、犁底层、老耕层、古耕层、粘化层垂直递增的趋势.当污灌区土层中的重金属含量高时,土壤剖面中的重金属元素Cd、Cr、As、Pb均可向土壤下包气带土层淋虑迁移,对地下水的安全构成威胁.     

冻融作用对黑土和棕壤中Pb、Cd吸附/解吸特征的影响

冻融作用对土壤理化性质具有重要影响,进而影响了土壤中重金属迁移转化过程和环境效应。通过实验模拟研究了冻融作用对黑土和棕壤中Pb、Cd吸附/解吸特征的影响。结果表明：黑土对Pb和Cd的吸附能力大于棕壤;冻融作用降低了土壤对Pb和Cd的吸附能力,这与冻融作用改变了土壤的理化性质有关;随着Pb和Cd吸附量的增大,黑土和棕壤中Pb和Cd的解吸量和解吸率也相应增大;冻融作用促进了黑土和棕壤中Pb和Cd的解吸,并且在同一冻融条件下黑土的解吸能力小于棕壤;冻融作用使得黑土和棕壤对Pb和Cd的解吸量大于未冻融土壤,这与冻融作用使解吸溶液pH的下降幅度增大有关。冻融作用降低了土壤对Pb和Cd的固持能力,增加了土壤中Pb和Cd的生态风险。     

桂林灵川县典型有机水稻田重金属元素分布特征及污染评价

为了解桂林市灵川县有机水稻种植区土壤和水稻中重金属含量、分布特征及健康风险,选择典型田块采集了水稻根、茎、叶、稻穗及对应根系土样品10套,分别测定了土壤和植物样品中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn共8种重金属元素含量以及土壤pH值,计算了各元素富集系数及转运系数,总结了水稻不同部位重金属元素富集迁移规律,并根据相关标准评价了土壤重金属污染及食品健康风险。结果表明:(1)研究区产出的稻米无食用安全风险,土壤重金属含量均低于风险管制值,但10份样品中有3份的Cd含量高于风险筛选值,且全部调查田块的环境质量均不符合绿色食品产地质量要求;(2)对比水稻不同部位的元素富集系数,发现大部分元素富集系数在根部最大,籽实最小。根、茎、叶、糙米的富集系数平均值分别为1.13、0.26、0.20、0.10;(3)对比不同元素的富集系数与转运系数发现,As易于从土壤聚集到根部,Pb的活动性较弱而不易被水稻吸收,Cu、Zn相对较易在水稻中转运。综上所述,并考虑到灵川县过去长期施用石灰带来的不利影响,建议当地相关部门对Cd超标风险引起注意,在控制石灰用量的同时加强土地质量监控,必要时采取增施有机肥料、种植低累积品种的水稻等措施,以降低水稻Cd超标的风险。     

蒙脱石/胡敏酸复合体对重金属离子吸附实验研究

主要研究了蒙脱石吸附胡敏酸后形成的复合体对Cu2 、Cd2 、Cr3 3种重金属离子的吸附.实验结果表明:用胡敏酸对蒙脱石改性后能提高其对3种重金属离子的吸附性能,胡敏酸浓度越大,吸附性能提高程度越大,3种重金属离子的Langmuir吸附等温线线性相关都能达到0.99以上.蒙脱石/胡敏酸复合体对3种重金属离子的吸附量都随pH值的升高而增加,随离子强度的增加而减小.另外还对其吸附动力学进行了研究,发现可用Elovicb方程和双常数方程对吸附过程进行较好地拟合.     

珠江三角洲平原区土壤Pb元素地球化学特征及其影响因素研究

以珠江三角洲平原为研究区域,对其7个区县102件水稻根系土样品进行土壤理化参数及Pb形态分析,探讨在第四系分布区土壤Pb全量及Pb活动态含量的特征及影响因素。结果表明:全部供试土壤样品中Pb元素平均含量为46.47mg/kg,略高于广东省土壤Pb含量背景值(36mg/kg),表现出一定的累积趋势。研究区自西北陆相沉积区至南部海陆交互相沉积区,元素含量增高。Pb元素主要以残渣态和铁锰氧化物形态赋存在土壤中,迁移能力弱。影响土壤Pb全量的因素主要有Al2O3、K2O、Tl、Mo;影响土壤Pb活动态的因素有Pb全量、pH、有机质、CEC、P、TFe2O3、Mn;其中,p H是控制Pb元素活动性的最主要因素。