基于便携式X射线荧光光谱速测的设施菜地土壤重金属污染诊断与评价

土壤重金属污染快速诊断与评价是污染防控与风险管理的前提。以广东省典型设施蔬菜产地土壤为研究对象,采用便携式X射线荧光光谱法(portable X-ray fluorescence spectroscopy,PXRF)原位快速获取土壤重金属(镉(Cd)、铜(Cu)、铬(Cr)、铅(Pb)、锌(Zn)、砷(As)、镍(Ni)及汞(Hg))含量,在传统实验室方法验证PXRF的准确性和稳定性的基础上,对广东省设施菜地表层土壤重金属的污染状况进行快速诊断,并对土壤重金属污染风险进行评价。结果表明:(1)异位PXRF法对土壤Cd、Cu、Cr、Pb、Zn、As及Ni的测定值与传统实验室方法测定值极显著相关(P<0.01),土壤Pb和As含量的PXRF原位测定值与传统实验室方法测定值极显著相关(P<0.01);(2)土壤含水量为150 g·kg^(-1)~200 g·kg^(-1)时,Cr、Pb、Zn和As的PXRF原位测定值与实验室测定值的相关性达到了极显著水平(P<0.01);(3)土壤Cd和Cu的超标现象较为突出,其点位超标率分别为20.9%和10.0%。设施菜地土壤Cd的平均含量为0.21 mg·kg^(-1),约为露天农田土壤的1.2倍。珠江三角洲地区设施土壤中各重金属的含量整体较其他地区高;(4)土壤Cd、Cu、Cr、Pb、Zn、As、Ni及Hg的单项污染指数均小于1,由高到低依次为Cd>Cu>Pb>Zn>Cr>As>Ni>Hg,内梅罗综合污染指数的均值为0.69。就整体平均值而言,土壤重金属污染程度处于清洁水平。PXRF实现了广东省设施菜地土壤重金属污染的快速诊断,并快速识别出Cd和Cu为设施菜地污染风险较高的潜在污染元素,研究结果可为设施农业土壤重金属污染快速诊断与评价提供方法和数据支撑。

城市工业区土壤重金属累积特征与来源解析——以上海市闵行区典型工业区为例

为了掌握城市工业区土壤重金属污染状况与来源,以上海市闵行区典型工业区为例,对该工业区表层土壤(0—20 cm)重金属(As、Pb、Cu、Zn、Cr、Cd、Hg和Ni)的累积状况、空间分布特征与污染来源进行分析与评价.结果表明,土壤重金属As、Pb、Cu、Zn、Cr、Cd、Hg和Ni的含量均值分别为7.80、9.49、41.11、150.67、90.48、0.27、0.14、35.57 mg·kg^(-1).与上海市土壤背景值相比,除As、Pb外,其余重金属平均含量均高于其背景值.空间上,As元素含量的分布西部区域低于东部区域;Cr、Hg和Ni在空间分布上具有一定程度的相似性,在研究区东北部含量低于其他区域;Cr元素在空间上呈带状分布与局部岛状分布,位于研究区中部的工业区累积集中程度相对较高;Hg和Ni元素在空间上主要呈带状分布;Pb元素空间变异大,高值区位于东部的食品工业区和印刷工业区.综合单因子污染指数、内梅罗综合污染指数和地累积指数评价结果表明,Zn、Cd和Cu的累积程度较高.总体上,研究区土壤重金属尚未达到污染水平.主成分-多元线性回归模型(PCA-MLR)表明,人为源占主体,约为93.2%.

生物炭/凹凸棒石复合材料对铅镉的吸附

为探讨生物炭/凹凸棒石复合材料对废水中重金属的吸附效果与作用机理,以水稻、小麦秸秆与凹凸棒石为原料,在缺氧条件下热解制备生物炭/凹凸棒石复合材料。通过批量吸附实验研究时间、浓度及pH等因素对复合材料吸附溶液中Cd^(2+)和Pb^(2+)的影响,利用SEM、BET、XRD、FTIR等方法对吸附前后的复合材料进行表征分析,从定性和定量的角度分析其作用机理,明确主导吸附机制。结果表明:准二级动力学和Langmuir等温模型更符合复合材料对Cd^(2+)和Pb^(2+)的吸附过程。与原始生物炭和凹凸棒石相比,水稻秸秆与凹凸棒石比例为5∶1时制备的复合材料RABC5-1和小麦秸秆与凹凸棒石比例为3∶1时制备的复合材料WABC3-1具有更好的吸附效果,对Cd^(2+)的最大吸附量分别为132.97 mg·g^(-1)与132.39 mg·g^(-1),对Pb^(2+)的最大吸附量分别为222.60 mg·g^(-1)与220.55 mg·g^(-1)。机理分析表明,复合材料对Cd^(2+)和Pb^(2+)的吸附机理主要包括沉淀作用、官能团络合作用、离子交换作用和阳离子-π作用。定量分析进一步证明,沉淀作用在RABC5-1、WABC3-1吸附Cd^(2+)的过程中所占比例分别为84.6%、77.3%,在吸附Pb^(2+)的过程中所占比例分别为82.0%、78.3%,是复合材料吸附重金属的主要机理,其次为阳离子交换作用,官能团络合作用和阳离子-π作用对吸附的整体贡献率较小。研究表明,复合材料RABC5-1与WABC3-1具有良好的吸附Cd^(2+)和Pb^(2+)的性能,是一种极具潜力的吸附材料,且沉淀作用是复合材料吸附重金属的主导机制。

中国农田土壤环境质量管理现状与展望

农田土壤环境质量保护与管理是保障粮食安全和农业可持续发展的重要前提。近年来,随着我国社会经济的快速发展,农田土壤环境质量退化和土壤污染问题逐渐凸显。经过几十年的努力,我国目前基本形成以"土壤污染防治法"和"土壤污染防治行动计划"为核心政策,相关配套管理办法、标准和技术规范等为基础的土壤环境质量管理体系。本文简要梳理了我国农田土壤环境质量状况与污染成因,回顾了我国农田土壤环境保护及环境管理的发展历程,总结了我国农田土壤环境质量管理与标准体系建设的最新进展,对比分析了农田土壤环境管理的国际经验,针对性地提出了我国农田土壤环境管理的对策与展望,以期为我国农田土壤环境质量管理及污染防控提供参考和借鉴。

无公害蔬菜生产中重金属含量的控制技术

综述农田土壤重金属污染的现状、修复和调控的重要性及对无公害生产的影响,提出用农艺调控和植物修复技术来治理和修复重金属污染的土壤,其中农艺调控措施主要包括施加化学改良剂、增施有机肥、离子间的拮抗作用、改变耕作制度、改变蔬菜布局和品种以及合理施用化肥,降低重金属从土壤向蔬菜中的迁移等,利用超累积植物吸收并去除土壤中重金属的植物提取技术是最有前景的植物修复技术。

公路网规划方案综合评价实用方法研究

考虑到公路网规划方案评价体系的多层次、多因素和多目标性 ,本文提出多层次 关联分析法 ,它综合了层次分析法和关联分析法二者的优点 ,应用于安徽省公路网规划方案的综合评价实例中 。

南方典型设施蔬菜生产系统镉和汞累积的健康风险

选取南京市典型设施蔬菜生产系统为研究对象,研究了设施土壤-蔬菜系统中镉和汞的累积特征,评价了不同类型蔬菜中镉和汞的暴露风险,提出了基于健康风险的设施菜地土壤镉和汞的环境质量基准。结果表明:(1)设施菜地表层土壤中镉和汞产生了明显累积,且土壤汞的平均含量超过了温室蔬菜产地环境质量评价标准;(2)叶菜类蔬菜对镉和汞的富集能力最强,部分叶菜中的镉和汞含量超过了食品中污染物限量标准;(3)研究区有约21.2%的蔬菜具有镉的潜在人体摄入风险,蔬菜中汞的风险概率约为1%,不同蔬菜镉和汞的人体摄入风险排序为叶菜>根茎>茄果;(4)不同蔬菜类型土壤镉和汞的环境质量基准值差异较大,因此在今后的标准修订时可考虑针对不同蔬菜类型分别制定设施菜地土壤重金属环境质量基准。

公路运输通道内的车辆出行路径选择模型及应用研究

考虑到影响运输通道内车辆出行路径选择的因素较为复杂 ,而现有的出行路径选择模型对多因素、微观指标的反应不敏感 ,本文利用随机效用理论建立通道内的车辆出行路径选择微观模型 ,并以安徽省沪蓉通道高界段为例进行模型的辩识和参数的标定 。

公路建设项目可持续评价指标体系和方法研究

从可持续发展的角度出发 ,对公路建设项目进行技术、经济、社会和环境影响以及资源利用等方面进行全面地评价 ;建立了公路建设项目可持续发展评价指标体系 ;

基于受体模型和地统计学相结合的土壤镉污染源解析

研究了武汉市东湖高新技术开发区约150km2范围内土壤重金属Cd元素的含量分布和潜在来源情况.并利用主成份分析/绝对主成分分数(PCA/APCS)受体模型定量解析了土壤中Cd的来源,结果表明土壤中Cd的来源以源1为主(来源分担率为:源167%、源28%、源316%,其他源9%).同时利用该受体模型得到了在每个采样点的源贡献量,并用地统计学方法插值了Cd的源贡献量的空间分布状况.结果显示,Cd各个源贡献量具有不同的空间分布状况,其中最大源1的高贡献值主要集中在研究区中部.结合PCA分析和源贡献量空间分布状况,初步推断源1可能为电子工业源,源2为城市大气沉降,源3应为成土母质.研究结果表明,将PCA/APCS受体模型和地统计学方法相结合可以有效地对土壤重金属隐性污染源进行定性识别及定量解析.

区域生态风险评价的关键问题与展望

区域生态风险评价具有多风险因子、多风险受体、多评价终点、强调不确定性因素以及空间异质性的特点,它与传统的生态风险评价在风险源、胁迫因子和评价尺度上具有明显区别。尝试建立了一个基于陆地生态系统的区域生态风险评价框架,同时针对目前区域生态风险评价的研究现状,指出不确定性分析、尺度外推难、评价指标不统一、评价标准不统一、风险因子筛选及优先排序、区域内污染物复合、水生过渡到陆生生态系统风险评价、特殊的人为因素等是目前区域生态风险评价存在的关键问题及难点所在,并提出解决这些问题可能所需的工具、手段和理论方法突破。最后指出区域生态风险观测与数据采集加工、区域生态风险指标体系的统一与整合、区域生态风险评价方法论、区域生态风险的空间分布特征与表达以及区域生态风险评价反馈与管理机制5个方面是区域生态风险评价未来的研究重点。

设施蔬菜生产系统重金属积累特征及生态效应

研究土壤重金属的空间变异特征,可以揭示人为活动对土壤中重金属积累特征的影响,进而为土壤利用、污染风险评价提供重要的基础资料。选取南京市郊区一处典型的设施蔬菜生产系统为研究对象,测定了土壤、灌溉用水、肥料、蔬菜等介质中重金属砷(As)、镉(Cd)、铜(Cu)、汞(Hg)、铅(Pb)、锌(Zn)含量,研究了土壤中重金属的空间变异及积累特征,分析了积累产生的原因,讨论了系统中作物的重金属积累效应。结果表明:(1)与露天蔬菜地相比,设施蔬菜地土壤重金属Cu、Hg、Pb、Zn均产生明显的累积,且土壤中Cu、Hg、Pb平均含量超过温室蔬菜产地环境质量评价标准。(2)农用投入品的大量输入对土壤性质的空间变异产生了明显影响,而土壤Cu、Hg、Pb、Zn也呈现与之一致的空间变异特征,且这些元素与土壤性质存在显著相关性。(3)土壤性质的变化和重金属的积累对叶菜类作物重金属吸收影响较大,且前者更为重要。

便携式X射线荧光光谱仪快速监测重金属土壤环境质量（英文）

便携式X射线荧光光谱仪(PXRF)作为一种新型快速测试手段具有突出的应用前景,但也存在检测范围和检测限的局限,为此本文研究PXRF仪器在快速监测土壤环境质量中Cr,Ni,Cu,Zn,Pb,Cd,As和Hg等8种重金属元素的适用性,筛选仪器可检测元素,评价检测结果准确度。具体方法是使用仪器测试重金属污染土壤样品,测试结果与电感耦合等离子体质谱分析方法(ICP-MS)测试值进行对比,评判检测结果精密度,建立PXRF仪器测试值与ICP-MS仪器测试值的线性回归关系。结果表明:(1)在监测重金属土壤环境质量时,PXRF仪器可用于检测土壤中Pb,Zn,Cr和Cu含量,但不适于检测Ni,Cd,As和Hg含量。(2)Pb和Zn测试值稍低于ICP-MS测试值,Cu偏高,而Cr过高;PXRF仪器测试值需要参照标准分析方法进行线性校正。研究结论为:便携式X射线荧光光谱仪适用于Pb,Zn,Cr和Cu等4种重金属的土壤环境质量监测,是一种简单快速、准确可靠的低成本土壤重金属分析手段。该研究的创新之处是合理规避PXRF仪器的缺点,将仪器应用于土壤环境质量监测,提高了测试结果应用价值。

不同采样点数量下土壤有机质含量空间预测方法对比

运用普通克里格、泛克里格、协同克里格和回归克里格4种方法,结合由DEM获取的高程因子以及土壤全氮和阳离子交换量(CEC),预测了黑龙江省海伦市耕地有机质含量的空间分布。不同样点数量下海伦市土壤有机质含量的空间变异结构分析表明,样点数量多并不一定能够识别土壤有机质含量的结构性连续组分,最优化的布置采样点位置可能比单纯增加采样点的数量更重要。不同样点数量下的空间预测精度分析表明,以全氮为协同变量的协同克里格预测精度最高,能反映出海伦市土壤有机质含量空间分布的局部变异细节,并且能够解释超过50%的有机质方差;而普通克里格、泛克里格和回归克里格3种方法预测误差均较高,回归克里格并不一定能提高预测精度。获取与土壤有机质含量相关性高且完整覆盖研究区的辅助数据是提高有机质含量空间预测精度,降低采样点数量的重要途径之一。

基于可见近红外高光谱的东北盐渍土盐分定量模型研究

为实现东北苏打盐渍土盐分的定量反演,利用光谱测量技术,建立了土壤反射光谱与土壤盐分含量之间的偏最小二乘回归模型;探讨了利用反射光谱预测土壤盐分含量的可行性;分析了不同光谱处理方法、不同重采样间隔条件下建模的精度。结果表明:基于反射光谱进行土壤盐分的定量预测是可行的。平滑后的光谱预测精度比平滑前的预测精度明显提高。平滑后倒数对数变换能够有效去除噪声影响,所建立的模型预测精度最高(R2=0.6677,RPD=1.61)。能够满足盐分预测精度的最大的重采样间隔为8nm。为大规模卫星遥感监测盐渍化土壤时空演变提供了科学的参考依据。

中国保护性耕作农田土壤有机碳变化速率研究——基于长期试验点的Meta分析

保护性耕作对于培肥地力、保障粮食安全、缓解气候变化等具有重要意义。本研究搜集了1980～2012年8月有关中国农田保护性耕作的157个试验点的303对田间定位试验数据,采用Meta分析方法定量分析了保护性耕作下我国农田耕层土壤(旱地0～20cm,水田0～15cm)有机碳(SOC)变化特征。结果表明,与传统耕作(CT)相比,传统耕作+秸秆还田(CTS)、免耕(NT)和免耕+秸秆还田(NTS)三种保护性耕作均能显著提高SOC含量,变化速率分别为NTS(0.52 g kg-1a-1)>NT(0.35 g kg-1a-1)>CTS(0.22 g kg-1a-1);三种保护性耕作下SOC变化速率为水田>旱地,一年两熟制>一年一熟制;保护性耕作下,SOC积累与否及其幅度并不完全取决于其初始有机碳含量,短期试验(≤5a)SOC增加速率是长期试验(>5a)的1.75倍,如果仅采用短期试验结果可能高估保护性耕作的固碳潜力。

采样数量与空间插值方法对华北平原典型区土壤质量评价空间预测精度的影响

空间插值方法的差异以及采样数量不同对土壤质量评价空间分布的预测精度会产生影响。本文通过随机抽样的方法,以山东省禹城市的土壤质量指数为例,从359个土壤采样点中抽取了340,170,90,50,30五个样本子集,通过普通克里格、简单克里格、反距离加权法和样条函数法4种插值方法,分别对其空间变异和布局进行了解析和预测。结果表明:不同插值方法对预测精度影响不显著,而采样点数量则显著影响了土壤质量指数空间分布预测的精度。本文提出在华北平原县域尺度上,以土壤质量评价作为调查目的的土壤采样中,90个样点是比较适宜的采样数量。同时,将我们的结果与Cochran最佳采样数量计算公式获取的最佳采样量比较后发现,Cochran方法获取的最佳采样数量明显偏低,若不考虑实际的空间变异情况,仅仅使用Cochran公式可能会导致土壤质量空间预测不准确。

松嫩平原西部土壤盐碱化特征研究

大尺度的盐化和碱化特征及其关系研究,对于充分认识苏打盐碱土特征和农业高效利用具有重要意义。本文以松嫩平原西部典型县市为研究区,在采集126份土壤样品的基础上,测定其盐化与碱化指标,分析了该地区盐碱化特征。松嫩平原西部盐渍土盐分组成总体上以苏打(Na2CO3)和小苏打(NaHCO3)为主。Na+离子占土壤阳离子总量的比例多在70%以上,CO32–和HCO3–离子在阴离子中占优势。电导率(y)和土壤全盐含量(x)建立的回归方程为y=0.098 5 x+0.174 2(R2=0.941),用电导率来表示土壤含盐量具有可行性。采集的样品中,盐渍化土壤所占的比例比较大,pH强碱性土壤比例较高。pH与总碱度呈指数关系(R2=0.967 7),土壤盐化的同时发生着碱化现象。不同土壤类型,盐土的电导率最高,其次是碱土和草甸土,pH均较高。耕地的盐碱化程度好于草地。本研究可以为松嫩平原盐碱土改良与利用以及区域生态环境建设提供理论基础。

不同间作模式对辣椒养分利用、主要病虫害及产量的影响

在云南省丘北辣椒示范区对辣椒．花生、辣椒．大豆和辣椒-玉米间作模式进行调查研究。结果表明，总体上，间作系统中辣椒叶片N、P和K含量均显著高于辣椒单作，其中辣椒-玉米（10：2）间作系统中辣椒叶片N、P和K含量分别比单作增加12．93％、5．17％和22．64％。与辣椒单作相比，辣椒间作显著提高了盛果期辣椒的株高和单株结果数，提高幅度分别为1．57％-20．89％和3．06％-307．52％；有效控制了辣椒病毒病、疫病和烟青虫的发生，控制效果分别达24．01％、6．87％～23．80％和4．31％～36．40％；辣椒间作显著提高了辣椒的生物量和产量，辣椒产量的增幅为9．73％-53．52％，起到了明显的增产、增值效果。初步筛选出的辣椒-花生（15：5）、辣椒-大豆（8：2）和辣椒．玉米（10：2）三种辣椒间作模式供进一步生产示范。

基于污染损失率法的土壤重金属污染评价及经济损失估算

半定量或定量估算土壤污染造成的经济损失,对开展土壤环境质量评价工作具有重要意义。以长三角典型区张家港市蔬菜地为例,在分析蔬菜地土壤中Cd、As、Cr和Cu4种重金属含量及其变化趋势的基础上,以该地区土壤重金属的基线值为基准,运用污染损失率法,初步估算了重金属污染损失率（重金属污染对土壤的损害程度,%）和土壤进行蔬菜种植利用时的重金属污染经济损失量（万元·a^-1）,并预测了未来10a和20a重金属污染经济损失量。结果表明,张家港市蔬菜地各单项重金属污染损失率在1.00%-1.67%之间,综合重金属污染损失率为5.02%,土壤重金属污染总体较轻,污染等级整体为Ⅱ级,属于尚清洁水平。但如果按照目前重金属积累的趋势发展下去,随着蔬菜种植年限的增加和种植面积的扩大,综合重金属污染损失率将呈不断增加的趋势,导致重金属污染经济损失量不断增加,2009年重金属污染经济损失量约为1998万元·a^-1,2029年将增加到5532万元·a^-1。因此,需要对蔬菜生产系统中重金属的来源进行有效控制,以降低土壤重金属的积累,减少由此带来的经济损失。