矿区土壤重金属污染及修复技术研究进展

【研究目的】土壤重金属污染是造成土壤生态环境质量下降、农作物重金属超标,甚至危及人体健康的主要因素。采矿及冶炼活动是土壤重金属污染的主要来源,中国矿山贫矿多、难选矿多、共伴生矿多,矿山开采过程中产生了大量的有毒有害重金属进入土壤,由于采矿活动造成土壤重金属污染严重。目前,寻找合适的方法修复矿区重金属污染土壤是国内外环境科学领域研究的热点和难点。【研究方法】本文通过查阅大量矿区重金属污染土壤修复技术方向的文献,综述了国内外关于矿区土壤中重金属污染的特点、危害及修复技术最新研究进展。【研究结果】目前矿区土壤重金属污染的修复方法包括:(1)工程修复技术:客土法;(2)物理修复技术:电动修复法、玻璃化法、热处理法等;(3)化学修复技术:土壤淋洗法、固定/稳定化法等;(4)生物修复技术:植物修复法、微生物修复法等。【结论】目前客土法是使用较广、最有效的处理技术,植物修复技术是应用前景最好的技术。在实际矿山重金属污染土壤修复中,单一的修复技术往往存在一定的局限性而不能满足修复需求,因此可采用多种修复技术相结合的联合修复方法相互补充,以达到最佳修复效果。

广西贵港市覃塘区土壤Cu地球化学特征与生态健康研究

【研究目的】铜(Cu)是人体必需的微量元素之一,适量摄入Cu十分重要,但缺乏或过量摄入Cu,对人体健康也有损害。因此,通过获知每个人日摄入Cu含量范围,进而确定农产品与土壤的Cu含量最佳范围对保障人体健康至关重要。【研究方法】本文以广西贵港市覃塘区为研究区,依据研究区内居民膳食结构调查结果,以及1∶5万土地质量地球化学调查获取的土壤、农作物及根系土中Cu含量,研究了土壤与水稻籽实中Cu含量特征与空间分布规律,分析了水稻籽实吸收Cu元素的影响因素,研究构建了水稻籽实Cu含量预测模型,推算出研究区内安全开发、种植水稻的土壤Cu含量最佳范围。【研究结果】研究区土壤Cu含量范围为6~74 mg/kg,平均值、中位值分别为28 mg/kg、26 mg/kg,仅有1.6%超过了GB15618中规定的Cu含量风险筛选值,且主要分布在碳酸盐岩出露区,该地区土壤中普遍发育铁锰结核,土壤Cu等重金属生物活性较低。研究区水稻Cu含量范围为0.790~4.440 mg/kg,平均值、中位值为2.452 mg/kg、2.718 mg/kg,60件水稻样品均未超过NY861-2004规定的Cu限量值。【结论】研究区内为保障人体健康、降低生态风险的水稻Cu含量最佳范围为0.615~8.204 mg/kg。研究区内安全开发、种植水稻的土壤Cu含量最佳范围为684 mg/kg。

土壤中硒的生物有效性表征方法及影响因素研究进展

硒是人体必需的微量元素之一。土壤-植物体系是人体摄入硒的主要途径,但尚缺乏准确评价土壤中硒生物有效性的通用方法,且影响因素也复杂多样,这些问题制约了富硒土地资源的利用。本文通过追踪近年来国内外研究成果,系统地总结及比较了化学提取法、梯度扩散薄膜法、区域尺度硒生物有效性评价方法的优缺点。传统的化学提取法如单一提取和顺序提取在一定程度上能够表征土壤中生物有效性硒,但提取过程中存在影响因素多和提取不完全等问题。梯度扩散薄膜技术(DGT)能够模拟植物的根系吸收过程,相比顺序提取能更好地表征硒的生物有效性,但由于复杂的自然体系和不同元素结合相的差异,野外原位表征技术上仍存在难度。通过大规模的农作物-根系土样本,建立土壤-农作物硒元素评价模型,模型参数为影响土壤硒有效性的理化指标(如土壤酸碱度、有机质含量、土壤硒总量等),能较好地预测区域尺度上硒生物有效性。本文还总结了影响植物吸收土壤中硒的因素如地形、土壤类型、硒的存在形态、土壤理化性质、植物种类、土壤老化等,认为地形和土壤类型、硒的存在形态、酸碱度和有机质是影响有效硒的主要因素,植物种类与土壤老化为次要因素。完善DGT等原位分析检测技术、改进元素形态分析方法是未来发展的重要方向。

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、K_(2)O、Na_(2)O、TFe_(2)O_(3)、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TFe_(2)O_(3)的相关性显著高于其他两类成土母质;陆源碎屑岩发育的水稻土中Cd活动态含量与Tl、CEC、黏粒、Mn的相关性显著高于其他两类成土母质;酸性侵入岩Cd活动态含量主要受Cd全量、CEC、TFe_(2)O_(3)、Mn等因素的影响。

土壤pH对镉存在形态影响的模拟实验研究

通过模拟实验,研究了土壤pH对水稻土、紫色土和黄壤的水溶态、可交换态、碳酸盐态、铁锰氧化态、有机结合态和残渣态Cd含量的影响。结果表明:在中碱性条件下,水溶态Cd质量分数比值小于3%,但pH<6.5时,水溶态Cd含量随着pH 减小迅速增加, pH 为4. 57 时,水稻土水溶态Cd 质量分数比值最高达48 39%;可交换态Cd含量在碱性条件下,随着土壤pH值增大迅速下降,在酸性区域内,可交换态Cd含量随pH增加呈上升趋势;碳酸盐态和铁锰氧化态Cd含量随土壤pH增大而增加;有机结合态Cd含量随土壤pH增加而增大,但变化幅度不大。对Cd污染的土壤进行治理时,控制土壤pH大于6.5以及增施有机肥等是减少Cd对生态系统危害的关键。

阳离子化椰衣纤维吸附剂的制备及其吸附性能

以农业废弃物椰衣纤维为原料,经NaOH、NaClO前处理,再经过与阳离子单体甲基丙烯酸二甲氨乙酯的接枝反应,制备了阳离子化椰衣吸附剂,并探究了其的吸附性能。扫描电镜图显示,阳离子化的椰衣吸附剂表面附着有片状物。能谱分析及红外光谱分析均证明,阳离子单体成功接枝于椰衣纤维表面。吸附实验表明,经NaOH和NaClO前处理的椰衣纤维,能有效促进阳离子单体的接枝反应。与未改性的椰衣相比,阳离子化的椰衣吸附剂对MO的吸附性能提升了88%,在pH=12的溶液中,解吸率达到99%,具有易解吸性能。同时,阳离子化的椰衣吸附剂对食用色素日落黄及诱惑红的吸附能力也得到大幅提升,吸附率从0%提升至86.38%和84.54%;对抗菌药物环丙沙星和红霉素也有一定的吸附能力,吸附率分别为45.33%及57.36%。结果表明,椰衣生物质资源在污水处理、检验检测、净化等领域均具有潜在的应用前景。

海南岛农田土壤Se的地球化学特征

Se是人和动物必需的微量元素之一,具有广阔的开发应用前景,研究土壤中Se的地球化学分布规律和生物有效性控制因素意义重大。系统总结了海南岛27 426 km2范围内土壤Se的含量特征和影响因素。结果表明,研究区69.98%土地面积为足硒和富硒土壤,表层土壤Se含量在一定程度上继承了成土母岩(或深层土壤)Se含量,但不同成土母岩形成的表层土壤Se含量富集贫化趋势不同。进一步研究显示,土壤中Se含量与有机碳、Al2O3、TFe2O3、Mn和CIA等具有显著的正相关关系,说明土壤中粘土矿物、有机碳、铁锰氧化物及风化淋溶程度对Se的地球化学行为有重要影响,同时这些指标又是影响土壤Se生物有效性的重要参数。土壤有机碳、粘粒、CEC等含量或指标越高,Se的生物有效性越低。研究区土壤pH>6.5时,土壤Se含量较低;土壤pH<6.5时,土壤Se含量随pH下降而增加;当土壤pH为5.5～7.5时,土壤Se生物有效性相对较高。因此,开发富硒农产品不但要依据土壤总Se含量,还必须考虑土壤pH、TOC、CEC、粘粒等指标含量。

区域生态地球化学评价核心与对策

生态地球化学是地学与土壤学、农业、环境学和生态学等多学科交叉融合产生的新学科,是地球化学领域新的发展方向。区域生态地球化学评价是在区域地球化学调查基础上,针对影响流域/区带生态系统安全性的元素异常而开展的一项评价和研究工作。多目标区域地球化学调查获得的海量高精度地球化学数据,可为环境质量评价提供背景值、为土地的质量和生态管护提供地球化学依据;调查还发现了一系列影响流域生态安全性的元素异常,针对异常元素分布特征,区域生态地球化学评价将开展异常元素追踪和成因甄别、生态效应评价和生态系统安全性的预警预测等项评价和研究工作。文章论述了区域地球化学调查成果,介绍了区域地球化学评价的思路,阐述了区域生态地球化学评价的主要问题与对策。

湖南洞庭湖地区土壤酸化特征及机理研究

湖南省洞庭湖地区是中国酸雨沉降和土壤酸化严重的地区之一,酸雨沉降具有明显的季节性和地域性差异,酸雨沉降与土壤酸化具有较好的空间对应性,但土壤酸化的程度还取决于土壤中盐基离子的含量。在土壤酸化较严重的地区,垂向上,土壤酸化深度已达50cm左右,土壤酸化伴随着大量的可溶性铝的溶出。在土壤pH值与盐基离子、氮和硫含量的关系曲线上,存在着pH值突变的临界点(临界点pH值为8),在碱性范围内,硅酸盐和铝硅酸盐矿物的水解使大量盐基离子溶出,中和了因SO42-和NO3-的输入而造成的土壤酸化,但当pH值下降到小于7·25的中酸性范围时,酸性物质和碱性物质组成的土壤缓冲体系失去缓冲作用,酸性物质略有增加,就会导致土壤迅速酸化。

农田生态系统区域生态地球化学评价的示范研究:以成都经济区土壤Cd为例

选择成都经济区作为典型研究区，以Cd为代表，在生态地球化学填图的基础上开展农田生态系统生态地球化学评价的示范性研究。布置采集了58个大气干湿沉降、86个化肥、121个灌溉水、276个农作物样品，分析和计算了Cd等重要元素的含量和通量。结果显示，研究区局部地段地表土壤Cd环境质量较深部有恶化之势，部分水稻籽实Cd含量已超过无公害食品标准；大气干湿沉降物输入到农田生态系统中的Cd平均通量为17．76g／（hm^2·a），占总输入通量的85．20％，是研究区外源Cd的主要输入途径；下渗水（2．34g／（hm^2·a））和作物收割（1．87g／（hm^2·a））是Cd的主要输出途径；全区外源输入Cd可使土壤中的Cd含量以0．006mg／kg的年速率递增；在Cd输入一输出通量不变的情况，预测未来20a研究区三级土壤面积将增加2～3倍，适耕土地面积将全面缩小；研究区因酸雨沉降和施肥等因素使土壤pH值下降的平均速率为0．106a^-1，其中化肥施用的贡献率为89．62％。预警研究显示，目前研究区95％的水稻生产是安全的，但预测20a后研究区土壤质量退化明显，近70％安全土壤等级降为一般土壤，须报警土壤面积也将由目前的不足4％快速上升至27％。

宁夏固原原州区土壤及农作物硒地球化学特征及其研究意义

硒(Se)是人类和动物必需微量元素之一,为科学预测作物硒含量,实现富硒土地资源合理开发利用。本研究系统采集并分析了13042个表层土壤样品和313套玉米、164套马铃薯及其对应的根系土样品,研究了该区土壤Se含量分布特征及影响因素,分别建立了马铃薯、玉米可食部分Se含量的BP神经网络预测模型,对富Se农作物种植区进行了合理规划。结果表明:土壤Se含量均值是0.164μg/g,空间分布不均匀,研究区内清水河平原地区出现富硒区且连片分布。研究区土壤硒元素含量主要受其成土母质控制,岩石经风化剥蚀、随河水迁移和农业灌溉,伴随着有机质含量增加,造成第四系冲洪积平原Se含量增加。研究区马铃薯、玉米籽实富Se率分别为82.32%和38.02%,且重金属含量不超标,具备开发富硒农产品的潜力。农作物籽实Se含量主要与根系土中Se、S、pH和有机质含量有关,通过作物籽实Se含量预测模型规划出研究区富Se马铃薯种植区面积为1050.11 km^(2),富Se玉米种植区面积19.19 km^(2)。该认识可为当地富硒农产品种植区规划及作物种植调整提供依据。

进入21世纪的勘查地球化学:对生态地球化学的展望

通过对国内外地球化学填图进展的简要回顾 ,认为生态地球化学是地球化学填图的必然产物。根据中国多目标地球化学调查项目的工作部署和研究需求 ,初步提出了生态地球化学研究的基本内容和任务 ,同时指出 。

区域生态地球化学评价思路及建议

区域生态地球化学评价是在多目标地球化学调查基础上开展的一项区域评价研究工作,其目的是为国家和所研究地区的国民经济建设、工农业结构调整和社会可持续发展提供基础地球化学资料。区域生态地球化学评价以异常元素的来源-成因-迁移转化-生态效应-预测预警为研究主线,以生态系统为研究基本单元,查明异常元素分布、分配、成因及来源,研究它们在地球表层各大层圈中的迁移转化规律,评价它们所产生的生态效应,应用地球化学和生态学的基本原理和方法对污染的生态系统进行预测预警,并提出治理建议,为国家区域性经济战略调整和工农业可持续发展提供科学依据。

湖南洞庭湖水系As和Cd等重金属元素分布特征及输送通量

土壤地球化学调查显示,长江沿岸,尤其湖南洞庭湖流域存在以镉为主的重金属高值带。为进一步确定As和Cd等重金属元素在河流中的存在形式、迁移方式和通量等地球化学特征,本研究在洞庭湖水系主要干支流的关键位置布置采样点,分夏季丰水期和冬季枯水期两次,采集了原水、0.45μm过滤水和0.20μm过滤水等水样品,以及悬浮物固体样品,分析了水和悬浮物样品中As和Cd、Pb等重金属元素含量。结果发现,As元素在湘江、资水、湘江上游支流西河和耒水中含量最高,耒水、西河及湘江的Pb、Zn含量相对偏高,Cd在湘江、耒水及汨罗江的含量也明显高于其他河流;研究区河水中As、Ni、Cd和Zn等元素在水中离子态比例较大,其溶解态含量受河水pH和温度的控制,湘江、西河、耒水和汨罗江中悬浮物As、Zn、Cu、Cd、Pb和Cu等元素含量远高于其他水系悬浮物,这与这些流域内存在多金属矿区密切相关;不同元素在河水中迁移途径有很大差别,As以溶解态和胶体态为主要迁移形式,Pb、Zn、Cu、Cd和Ni等重金属元素以悬浮物形式迁移的比例最大;主要入湖河流中,湘江输入洞庭湖的As、Zn、Cu和Cd总量最大,年通量分别为961.43 t、478.90 t、101.67 t、59.58 t。

内蒙古中北部土壤碳库构成及其影响因素

采用网格采样法获取内蒙古中北部半干旱区土壤样品共527件,分析其碳库构成特征及其影响因素,并初步评估了未来气候变化背景下的碳库变化趋势。结果表明,研究区土壤碳库仍以有机碳为主,不同土壤类型中有机碳占总碳61%～97%,其中沼泽土有机碳密度最高,风沙土最低,盐土无机碳密度最高,暗棕壤最低;在空间分布上,土壤碳受气温和降水影响明显,其中有机碳随年平均气温升高而降低,随年降水增加而增加。而无机碳则相反,随年平均气温升高而升高,随年降水量的增加而降低。根据《IPCC2007报告》对21世纪末预测的气温和降水变化幅度估算,结果表明该区土壤碳库受气候变化的影响综合表现为碳密度的降低,平均幅度约为1.22kg/m2。

地球化学填图的国际研究现状及建议

以环境调查、矿产勘探、土地合理利用和绿色农业生产为目的的区域地球化学综合调查工作正在世界各国开展。研究领域有:①制定土地合理使用和区域发展规划;②进行环境污染程度和环境本底值调查;③对研究区成矿潜力进行预测;④进行原生地球化学环境调查,为地方病的防治和动植物的健康服务;⑤对土壤肥力进行评估,为合理施肥和绿色农业服务。结合国内外研究动态,对我国今后开展的多目标地球化学填图提出了一些建议。

区域生态地球化学评价数据的统计方法

如何根据一定数量有代表性样品的统计结果建立土壤元素各化学形态分量与全量或其他土壤参数的关系方程,是区域生态地球化学评价工作中急需解决的问题之一。提出了建立这类回归方程需要注意并坚持的主导性原则、简洁性原则、直接性原则、拟合优度和可识别性原则、理论一致性原则,回归方程还需要用抽取检验样品、划定预测区间等方法检验其合理性。对成都经济区土壤中有益元素和有害元素依据以上原则进行了统计分析,得到元素各形态,尤其是有效态含量与元素总量或其他重要土壤性质的回归方程,为利用面积性调查数据进行区域生态地球化学评价奠定了基础。

胶东两大成因系列金矿石英包裹体氢氧同位素及成矿流体组分地球化学研究

胶东金的成矿作用是在以前寒武纪绿岩带为初始矿源层背景上演化的。与各时代地质热事件相匹配的成矿作用形成了区域两大内生成因系列热液金矿——元古宙变生热液金矿及中生代大气降水热液金矿。成矿流体与围岩相互作用过程中的δD、δ^(18)O演化规律及成矿流体化学组分一方面揭示了这两种矿床成因的差异,另一方面又反映了它们存在着某些内在的成因联系。

胶东牟乳金矿带浅成热液金矿成矿作用的物理化学条件制约

胶东牟乳成矿带各金矿床均为浅成热液矿床，成矿溶液为富含CO2，H2S等气体的中低温热液。当成矿溶液进入控矿构造后，早期发生了不混溶和沸腾，晚期遇冷天降水冷却稀释。不混溶、沸腾和与冷水稀释造成的温度下降，硫逸度降低和氧化还原电位的升高是促使[Au（HS）2]-络合物分解的主要原因，而以氯络合物形式迁移的贱金属和银的沉淀主要是温度下降引起的。

吐拉盆地侏罗系油砂和沥青的地球化学特征

吐拉盆地是中国西北地区的一个侏罗系沉积盆地 ,中生代时 ,与柴达木盆地连为一体。吐拉盆地J3油砂和沥青在有机地球化学特征上与J1-2 泥岩极为相近 ,表明这些沥青和油气是由J1-2 泥岩中干酪根热降解而成。这一研究结果对于指导柴达木西北缘侏罗系油气勘探具有重要的意义。