污染土壤不同粒级团聚体中铅的富集特征及其与叶类蔬菜铅吸收之间的相关性

研究土壤重金属团聚体颗粒组微域环境的空间分异,对阐明土壤重金属环境行为具有重要意义,目前对于铅(Pb)在土壤不同粒级团聚体组分中分布及其与蔬菜吸收相关性方面的研究仍然比较缺乏。选取22种典型土壤,采用盆栽试验通过人工添加硝酸铅的方法,测定分析了这些土壤不同粒级团聚体组分中Pb含量及其与两种叶菜(苋菜和空心菜)Pb吸收之间的相关性。结果表明粒径大小对于Pb在土壤中分布有显著影响:各粒级Pb含量为71.3～2245.4mg·kg-1,根据各粒级组分分布,可计算出2～0.5mm粒级Pb含量占全量的比例为1.21%～28.96%,0.5～0.25mm粒级Pb所占比例为1.98%～22.15%,0.25～0.05mm粒级Pb所占比例为3.29%～38.41%,0.05～0.002mm粒级Pb所占比例为4.94%～68.17%,<0.002mm粒级Pb所占比例为2.30%～56.50%。Pb在红壤等14种土壤不同粒级团聚体中分布随着粒径减少大致呈递增趋势,黏粒组的团聚体普遍呈现出Pb富集现象;在潮土等8种土壤中,Pb在不同粒级团聚体中分布呈现双峰分布趋势,在黏粒组和粗砂组团聚体中都出现富集现象。此外,pH、有机质、阳离子交换量和活性氧化铁等对不同粒级团聚体中Pb的富集系数有显著作用。粉粒组团聚体中Pb含量与叶菜类蔬菜Pb的吸收呈显著相关。

模拟降雨条件下22种典型土壤镉的淋溶特征及影响因子分析

搞清模拟降雨条件下重金属在农田土壤中的淋溶特性,有利于阐释重金属的保蓄性能与迁移转化机制.本研究选取了全国22种典型土壤,通过室内土柱试验,探讨雨水作用下土壤镉的淋溶和释放特征,并对影响土壤镉淋溶特性的因子进行分析.结果表明,22种土壤Cd的释放过程大致分为两类,第1类包括吉林黑土、吉林暗棕壤、吉林黑钙土等7种土壤,此类土壤在整个淋溶过程中淋出液Cd2+浓度极低,未超过地下水水质Ⅲ级标准.第2类包括天津潮土、江西红壤、河北褐土等剩余15种土壤,其Cd释放分为两个阶段,淋溶量未超出4 L时,淋出液中Cd2+浓度较高,对地下水及环境威胁较大;超出4 L后,Cd释放速率明显变缓,浓度降低至Ⅲ级标准以下.逐步回归分析的结果显示,土壤中Cd含量、阳离子交换量(CEC)、游离氧化铁含量及pH对降雨作用下土壤Cd释放有重要作用,四者累计的决定系数达到了0.9609,其中土壤中Cd含量所占权重最高,且对累计释放量作用为正,其次为CEC,作用为负.游离铁和pH合计所占权重较低,作用也为负.

水分条件对紫色土中铅形态转化的影响

以培养试验模拟3种水分条件(80%田间持水量、干湿交替及淹水)下,重金属铅(Pb)在紫色土中形态转化的动态过程,结果表明,外源Pb进入紫色土后,随着培养时间的增长由交换态向碳酸盐态、铁锰氧化物态、有机结合态转变,残渣态所占比例基本稳定.Elovich方程可以拟合交换态Pb在紫色土中转化的动力学过程.交换态Pb在土壤中的下降速率可以作为Pb形态转变率的表征参数,并用它来比较不同水分条件下Pb在紫色土中形态转变速率的快慢.3种水分管理模式下,Pb在紫色土中交换态转变速率的顺序是:淹水>干湿交替>80%田间持水量.水分条件会改变紫色土pH、Eh及无定形氧化铁含量,并增加有机质复合体和碳酸盐对交换态Pb的吸附能力,从而间接影响外源Pb在紫色土中的形态转化及分布.

污灌区稻田汞污染特征及健康风险评价

选择天津北排污河灌区作为研究区域,调查了土壤和水稻总汞和甲基汞的含量及分布特征,评估污灌区稻米食用汞暴露风险,并对污灌区土壤-稻米甲基汞的影响因素进行了初步分析.结果表明,1.调查的29个污灌区稻田,土壤总汞含量为（367.04±129.36）μg/kg,显著高于区域土壤Hg背景值73μg/kg,甲基汞含量为（0.87±0.77）μg/kg;水稻各部位总汞含量依次为稻叶〉稻根〉稻茎〉稻米,稻米总汞含量为（12.80±5.14）μg/kg,甲基汞含量依次为稻米〉稻根〉稻茎〉稻叶,稻米对甲基汞具有很强的富集能力,甲基汞含量为（2.09±1.20）μg/kg,甲基化率均值超过10%.污灌区稻米总汞每周摄入量为0.068-1.25μg/（kg·bw）,甲基汞每周摄入量为0.0095-0.49μg/（kg·bw）,污灌区稻米总汞及甲基汞暴露对居民健康风险总体仍在安全阈值内,但个别汞污染较严重地块甲基汞暴露风险值得高度关注.土壤甲基汞含量仅与土壤总汞含量及黏粒含量的相关性达到显著性水平,稻米甲基汞含量与土壤总汞含量、土壤甲基汞含量、稻米总汞含量及黏粒含量的相关性达到显著性水平.

污水灌溉条件下Cu在农田土壤中的运移及其模拟研究

通过土柱模拟试验,分析污水灌溉条件下Cu在我国7种典型农田土壤中的迁移趋势及其对浅层地下水的污染风险.试验用添加含有Cu（20 mg·L^-1）的人工污水以相当于水作4年、旱作10年的灌溉量（20 L）进行土柱淋溶实验,并应用Hydrus-1D软件对Cu在土壤中的运移进行模拟分析.结果表明：黑土、黄潮土和黄绵土对Cu的吸附性能很强,淋出液中Cu浓度低于地下水水质Ⅱ类标准,污水灌溉风险较低,进入土壤中的Cu主要积累在0-5 cm表层,确定性平衡模型（DEM）可以对Cu在黑土、黄潮土和黄绵土土壤剖面中的分布进行拟合;红壤、灰潮土和2种水稻土对Cu的吸附能力相对较弱,进入土壤的Cu含量超过了土壤对它的吸持固定能力,Cu在较短时间里即可穿透土体,对地下水及环境造成潜在危害,污水灌溉风险较大,化学非平衡两点模型（TSM）对Cu在红壤、灰潮土和2种水稻土中的运移有较好的拟合效果.从Cu在不同农田土壤中的迁移分布及拟合过程来看,土壤对Cu的吸附性能是决定Cu在土壤中迁移的最重要因素,它从宏观上决定了Cu在土壤中迁移、积累的全过程,也是导致污水灌溉条件下Cu在7种农田土壤中迁移差异性的根本原因.

污染紫色土重金属的淋溶特征及释放动力学研究

通过室内土柱试验,探讨雨水作用下紫色土中Cu、Pb和Cd等重金属元素的淋溶和释放特征。结果表明,在淋溶量为6 000 ml的模拟降雨作用下,淋溶量2 000 ml内是紫色土中重金属快速释放时期,在这个期间,淋溶液内重金属浓度较高,释放速度不断减小,是快速释放过程,对环境及地下水威胁较大;2 000ml后,淋溶液内重金属浓度很低,累计释放量变化不大。整个淋溶过程中,3种重金属释放率的顺序为:Cd>Cu>Pb。模拟降雨条件下污染紫色土重金属的释放过程可用修正的Elovich方程和双常数方程进行拟合,且Elovich方程拟合的效果更好。

山东寿光设施菜地土壤-农产品邻苯二甲酸酯(PAEs)污染特征调查

为探究寿光设施菜地PAEs污染分布特征及在农产品中的富集状况,采集了寿光某镇0~8年棚龄共16个大棚的设施菜地土壤和农产品,采用加速溶剂萃取-高效液相色谱串联质谱技术(LC-MS/MS),对土壤-农产品(黄瓜)中PAEs含量进行了分析,结果显示:在调查的大棚中,土壤中6种优先控制的PAEs总量(∑PAEs)范围为0.453~1.615 mg·kg^(-1),均值±标准差为1.197±0.361mg·kg^(-1)。以邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)和邻苯二甲酸正二丁酯(DBP)为主,其中DEHP占∑PAEs含量的45%~77%,DBP占17%~44%。参照美国优先控制PAEs化合物的控制标准,100%的土壤样品DBP含量超过控制标准,52%的土壤样品DMP含量超过控制标准,表明调查设施菜地土壤已存在一定程度PAEs污染风险。随着种植年限(棚龄)的增长,土壤∑PAEs并非呈现线性增长态势,5年棚龄的大棚土壤∑PAEs含量最高,5年后含量稍许下降,变化比较平稳。∑PAEs与DBP、DEHP、有机质、CEC含量之间存在显著的正相关,与p H之间存在显著的负相关性。调查的农产品(黄瓜)中∑PAEs含量为0.42~1.62 mg·kg^(-1),平均为1.09 mg·kg^(-1),平均富集系数为1.02,以DEHP和DBP为主,两者合计共占PAEs总量的53%~97%。调查的农产品中PAEs含量及各组分含量均低于美国和欧洲的建议摄入标准。

应用in vitro法评估土壤性质对土壤中Pb的生物可给性的影响

选取22种典型土壤样品,应用2种in vitro(体外模拟)试验方法——SBET法(simple bioaccessibility extraction test,生物有效性简化提取法)和PBET法(physiologically-based extraction test,生物原理提取法),定量阐明土壤性质对Pb的生物可给性的影响.结果表明:①SBET法中Pb的生物可给性为18.78%～77.08%,平均值为44.14%;PBET法中Pb的生物可给性为0.72%～50.51%,平均值为13.77%.除赤红壤和贵州黄壤外,其余20种土壤样品均表现为SBET法中Pb的生物可给性显著高于PBET法,并且随着土壤pH的增长,2种方法的差距更加显著.②逐步回归分析结果表明,在SBET法中,对土壤Pb的生物可给性影响最大的因子是土壤中w(黏粒),其次为pH,二者可以解释69.49%的Pb的生物可给性的变化;在PBET法中,对土壤Pb的生物可给性影响最大的因子是pH,其次为w(黏粒),二者可以解释73.65%的Pb的生物可给性的变化.研究结果说明,污染土壤中Pb的生物可给性可以根据土壤pH和w(黏粒)进行预测.

再生水灌溉下紫色水稻土颗粒态有机质中重金属的富集特征

颗粒态有机质(POM)属于活性较高的有机碳库,为了解在长期再生水灌溉条件下,灌区土壤POM是否会富集更多的重金属而对作物生长造成不利影响,研究比较6个不同灌溉年限(2,3,5,8,10,12年)的再生水灌溉区紫色水稻土中POM分布规律及重金属铜(Cu)、铅(Pb)和镉(Cd)的富集特征,以探明再生水灌溉条件下POM中重金属的动态变化过程及影响因素。结果表明,灌区紫色水稻土中1～0.05mm是POM的主要分布粒级,该粒级POM所占比例超过78%,>1mm的POM所占比例较低。灌区紫色水稻土中POM对重金属有较明显的富集作用,对Cu、Pb和Cd的平均富集系数分别为6.58,5.78和4.03,富集的Cu、Pb和Cd分别占土壤重金属总量的8.22%,7.27%和7.65%。随着再生水灌溉年限的增长,灌区紫色水稻土的重金属含量未超出土壤重金属环境质量二级标准,土壤有机质含量显著提高,而POM中重金属的富集系数呈下降趋势。POM中重金属的富集系数与灌溉时间的关系可用Elovich方程表示。

黄土高原不同林龄土壤质地和矿质元素差异研究

对黄土高原不同林龄和不同树种条件下土壤的机械组成和矿质元素含量进行了分析研究,结果表明:①成林土壤砂粒、粉粒含量低于中幼林土壤,粘粒含量高于中幼林土壤,且呈显著性差异;②成林土壤Al2O3、Fe2O3、TiO2、MnO2、K2O含量相对于中幼林土壤有不同程度的增加,除MnO2外,差异均为极显著;成林土壤中Al2O3、Fe2O3、TiO2、MnO2在土壤中下层有不同程度的富集,SiO2、CaO含量降低;③矿质元素含量与土壤质地密切相关。

黄土高原不同类型人工林对土壤肥力的影响

选择黄土高原地区典型人工林为研究对象,以土壤有机质和阳离子交换量(CEC)等理化特性为评价指标,研究了不同人工林对林地土壤肥力的影响。结果表明,成龄油松和刺槐林对土壤的培肥效应超过其幼龄林;成龄油松林和刺槐林土壤几乎无石灰反应;在树龄相同的条件下刺槐林对土壤培肥效应优于油松林。

石灰性紫色土上磷肥老化过程中土壤Olsen-P的变化特征及其模拟

Olsen-P在石灰性土壤中被用来表征可被植物吸收利用的P,研究施肥处理后石灰性土壤老化过程中Olsen-P的动态变化特征,不仅对于指导石灰性紫色土合理施肥、提高磷肥利用率及农田作物生长管理有重要意义,还有助于控制磷素流失,减轻其对水体的污染.目前应用模型对Olsen-P在土壤中动态变化的研究已有报道[1]。

非污染土壤中颗粒态有机质对重金属的富集作用

为了解未受重金属明显污染土壤中颗粒态有机质是否存在重金属的富集现象,从浙北平原采集了23个农业土壤样品,采用物理与化学相结合的方法,分析了土壤有机质、土壤颗粒态有机质(POM)含量及土壤和颗粒态有机质中重金属(Cu、Pb、Zn、Cd)的分布。结果表明,虽然供试土壤重金属含量均未超出土壤重金属环境质量二级标准,但这些土壤中POM对重金属均呈显著的富集作用,Cu、Pb、Zn、Cd的富集系数分别为5.4～13.5、4.7～10.3、3.8～10.4和3.8～12.3,并随POM粒径减小而增加。富集系数一般是砂质土壤高于壤土和粘土。土壤有机质含量对POM的重金属富集效果也有一定的影响,中量有机质土壤>低量有机质土壤>高量有机质土壤。分析认为非污染土壤中POM对重金属的富集机理主要是有机质与土壤重金属相互作用的结果。

稳定同位素^(202)Hg稀释技术测定土壤汞有效性——与化学提取方法比较

准确评价汞(Hg)在土壤中的有效性对预测污染土壤中Hg的潜在生态风险及其环境质量标准的修订具有十分重要的意义。本研究通过稳定同位素202Hg稀释技术及同位素交换动力学方法(IEK)分析红壤和潮土中同位素可交换Hg含量(E值)及同位素可利用态Hg含量(Ea),并与4种单一提取法和1种连续提取法(改进的BCR法)获得的土壤有效态Hg含量进行比较。结果表明,外源稳定同位素202Hg加入土壤后,红壤和潮土的悬浮液中同位素交换均在24 h后达到稳定状态。同位素交换动力学方程对悬浮液中同位素比值及土壤同位素交换态含量Et值的变化有比较理想的拟合效果,红壤三个间段的E值(E1 min、E1 min-24 h和E>24 h)及所占全量的比例均高于潮土。两种土壤Ea(为E1 min与E1 min-24 h之和)所占全量的比例为38%~60%,显著高于单一提取法中提取率最高的0.03%TGA-1/15 mol L-1Na2HPO4(10%~15%)及连续提取的∑BCR(20%~27%,为酸可提取态、还原态和氧化态占全量之和),这表明与化学方法相比较,用土壤同位素可利用态Hg含量(Ea)作为土壤中有效态Hg含量的表征可能偏高,原因可能与外源同位素被土壤固持及土壤悬浮液的性质有关。

天津污灌区盐分累积对土壤汞赋存形态的影响

应用稳定同位素^(202)Hg稀释技术,通过培养试验及改进的Tessier连续提取法,分析同位素比值R_(Hg)(^(202)Hg/^(200)Hg)的变化情况及同位素可交换态含量(E值),探索盐渍化对外源汞在天津潮土中形态分布及有效性的影响.主要盐分NaCl和Na_2SO_4,设置的盐度梯度为7个,添加质量分数为0%~5%.结果表明,外源^(202)Hg进入NaCl处理的土壤后,同位素比值R_(Hg)变化最为显著的形态集中在交换态(含水溶态)、胡敏酸结合态和富里酸结合态,对碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机质结合态、残渣态的影响较小,其中交换态、富里酸结合态的同位素比值R_(Hg)大幅度上升,富里酸结合态含量显著下降.Na_2SO_4处理的土壤各形态Hg的同位素比值与对照土壤相比均不显著,基本保持稳定.5%NaCl处理下土壤Hg的E值相比对照提高了51%,土壤Hg同位素可交换态含量E值与Cl^-含量呈现显著的正相关关系,取对数后的一元回归方程为lny=0.0961lnx+4.895(x为Cl^(-1)含量,y为E值,n=7,R^2=0.918).研究表明,高浓度的NaCl环境对外源Hg在土壤中形态分布有显著影响,土壤的盐渍化趋势会使汞释放及作物吸收风险更趋严重.

模拟降雨条件下典型土壤汞淋溶风险研究

采集全国22种典型土壤,通过室内土柱试验,探讨雨水(p H 5.6)作用下污染土壤Hg(外源添加2mg/kg)的淋溶和释放特征,并对影响土壤Hg淋溶特性的因子进行分析.结果表明,22种土壤Hg的释放过程大致分为3类,第1类包括黑土?黑钙土?草毡土?水稻土?暗棕壤?福州黄壤?黄泥土?栗钙土,这8种土壤在整个淋溶过程中淋出液Hg浓度极低,未超过地下水III级标准(1μg/L).第2类包括广西红壤?贵州黄壤?棕壤?灰钙土?黄绵土等5种土壤,淋溶前期(2~3L)Hg含量较低,到淋溶中期含量显著上升,随后出现下降,到淋溶末期(5~6L)淋溶液Hg含量降低到III级标准以下.第3类土壤包括砖红壤?黄棕壤?紫色土?褐土?赤红壤?潮土?盐碱土?江西红壤?棕漠土等9种土壤,淋溶过程呈现2个阶段,当淋溶体积在4L之内,淋出液中Hg浓度较高,且变化比较剧烈,对环境及地下水威胁较大,超出4L后,Hg释放速率明显变缓,浓度降低到III级标准以下.模拟降雨条件下22种土壤Hg的释放率为0.33%~5.95%,最高的是贵州黄壤,最低是吉林黑土,平均为1.55%.逐步回归分析的结果表明,土壤有机质(OM)?p H及土壤汞含量(THg)对降雨作用下土壤Hg累计释放量(q)有重要作用,三者累计的决定系数为0.5865,回归方程为lnq=1.8+0.62ln THg-0.109p H-0.918ln

利用方式对砂质土壤有机碳、氮和磷的形态及其在不同大小团聚体中分布的影响

【目的】为了解林地转化为农地对砂质土壤有机碳、氮和磷的形态及其在不同大小团聚体中分布的影响。【方法】本文采用物理与化学相结合的方法比较研究了自然林地、桔园和蔬菜地等3种利用方式下砂质土壤不同粒径团聚体中有机碳(C)、氮(N)和磷(P)的分布和化学形态。【结果】林地开垦种植柑桔和蔬菜,表土有机碳平均分别减少了79%和67%,全氮平均分别下降了64%和31%,而土壤磷却成倍的增加。农业土壤(桔园和蔬菜地土壤)的C/N比(11～19)低于林地土壤(25～37)。土壤颗粒态有机质对土地利用变化极为敏感,在林地开垦为桔园和蔬菜地后,颗粒态有机质形式的碳(POM-C)的下降幅度明显高于非颗粒态有机碳,林地、桔园和蔬菜地土壤POM-C占土壤总有机碳的平均比例分别为69.1%、41.0%和12.5%。林地土壤有机碳和氮素主要分布在>0.5mm和0.25～0.5mm的团聚体中;而桔园和蔬菜地土壤的有机碳和氮素主要分布在0.25～0.5mm和0.053～0.125mm团聚体中。磷素主要分布在>0.5mm和<0.053mm等2个粒级中。农业土壤磷素主要以HCl-P形态存在,而林业土壤的磷主要以NaOH-OP(有机磷)和H2O-P形态存在。【结论】研究证实了由原始林地开垦转变为农业用地不利于砂质土壤有机碳和氮的积累;利用方式改变可极大地影响砂质土壤中有机碳、氮和磷的形态及其在不同大小团聚体中的分布。

两种外源抗生素在农业土壤中的吸附与迁移特性

长期施用禽畜排泄物可导致抗生素在土壤中的积累,对生态环境产生不良影响。为了解长江三角洲和珠江三角洲农业土壤中长期施用含抗生素的有机肥可能产生的环境影响,选择了7个典型农业土壤,用室内模拟方法研究了我国常用的2种抗生素(泰乐菌素和土霉素)在这些土壤中吸附和迁移行为。研究表明,抗生素在土壤中的吸附、迁移行为与抗生素种类和土壤性质有关,土壤对土霉素的吸附能力明显高于泰乐菌素。土壤对抗生素的吸附能力主要与土壤粘粒含量、有机质和氧化铁呈正相关,与其它土壤性质的相关性较小。这2类抗生素在粘质农业土壤剖面中的迁移能力较弱;但泰乐菌素在砂质土壤中较易迁移,有较大的环境风险。

污灌区盐分累积对外源汞在土壤中甲基化的影响

将汞同位素示踪剂^(199)Hg^(2+)(土壤背景含量的80%)加入不同盐分和盐度处理的盐渍化土壤中,利用多重标记稳定同位素示踪技术,研究盐分累积对外源汞在土壤中甲基化的影响.盐分种类为NaCl和Na_2SO_4,设置的盐度梯度为7个,添加质量分数为0%~5%.结果表明,外源199Hg2+加入土壤后,在培养期间,土壤中CH_3^(199)Hg^+生成量变化趋势总体呈S型曲线,表现出迟缓-最大速率-稳定3个阶段,用Logistic方程可以理想拟合盐处理下外源汞添加入土壤后生成甲基汞的动力学过程.在未添加盐分处理的对照土壤中,甲基汞最大生成量为0.698μg/kg,最大甲基化速率为0.217μg/(kg·d).NaCl处理下,随着盐度的增长,外源Hg进入土壤后汞甲基化程度总体呈现先增长后降低的趋势.0.2%~0.6%盐度下,甲基化程度显著提高,0.4%盐度下最高,最大生成量和最大甲基化速率分别达到3.589μg/kg和0.415μg/(kg·d).盐度在1%~2%时汞甲基化程度与对照比较接近,高盐度(5%)对汞甲基化有明显的抑制作用.Na_2SO_4处理下,当盐度水平超过0.2%时,会显著抑制外源汞加入土壤后甲基汞的生成.

土壤中黑碳的表面化学性质及其变化研究

为了解进入土壤的黑碳性质的长期变化,采用物理和化学方法研究不同形成时间土壤黑碳的理化性质.研究初步表明,随着黑碳进入土壤后保存时间的延长,黑碳的C含量逐渐下降,而O和H含量则有逐渐增加的趋势;同时,黑碳的CEC增加,比表面积下降,含氧官能团增加,正电荷逐渐消失,而负电荷明显增加,增强了对土壤养分离子的吸持能力.黑碳的以上变化可能与其在土壤环境中发生生物与非生物氧化反应或与黑碳表面吸附非黑碳有机物质有关.土壤环境中黑碳的这些变化可对土壤碳的地球化学循环和土壤的生物化学性质产生影响.