采矿区土壤重金属污染生态修复研究进展

本文阐述了矿区土壤重金属污染的评价方法和土壤重金属污染的植物、微生物的修复技术。探讨了植物修复特点以及研究动态、植物修复技术目前尚存在的某些不足和今后努力的方向;阐明了土壤微生物修复的机理,指出以较敏感的土壤微生物作为指示生物,确定土壤中重金属的最大允许浓度;展望了以生物技术培育对重金属具降解能力的微生物应用前景,为土壤重金属污染的整治及其生态修复提出新途径。

采矿区土壤重金属污染现状及检测方法研究

近年来,社会经济飞速发展,我国各个地区的矿山开发活动愈加频繁,从而造成严重的土壤重金属污染。在采矿区,通常是将矿物质开采出来直接放在地表环境中,从而加大了重金属对周边地表环境的渗透性,由于多种因素综合作用,致使产生一系列的风化、物化等负面反应,对周边矿区土壤及水体造成不同程度的重金属污染,严重影响生态系统平衡。对此,本文针对采矿区土壤重金属污染现状进行分析,探索采矿区土壤重金属的检测技术及方法,以便为土壤重金属污染的检测和治理提供科学的参考依据。

基于Meta分析的矿区周边土壤重金属污染特征及风险评价

本文基于2002—2022年期间,知网、万方、Web of Science数据库收录的矿区周边土壤重金属文献数据,采用Meta分析方法,探讨我国不同地区和矿种类别的矿山开采对土壤重金属分布特征的影响。同时,结合地累积指数法和潜在生态风险指数法评估矿区周边土壤重金属生态风险。Meta分析结果显示,我国矿区周边土壤中镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)、铅(Pd)、锌(Zn)、砷(As)、镍(Ni)和铬(Cr)的浓度相较于土壤背景值,分别增加了820.7%、309.6%、158.6%、158.6%、146.0%、103.4%、24.6%和15%,其中,Cd和Hg增加量较多。从地区来看,中南和西南地区的矿区周边土壤重金属的效应值较大,其重金属浓度增加量分别为285.7%和180.1%,其中西南、中南和华东地区矿山周边土壤中Cd、Hg、Zn、Pb和Cu的含量增加较为显著,华北和东北地区的Cd和As、西北地区的Cd和Hg增加较为显著。从矿种类型看,铅锌矿、多金属矿、铜矿、金矿、汞矿、钼矿、锰矿、锡矿和包含石墨矿等其他矿种的周边土壤重金属浓度增加量为166.4%~617.1%,其中铅锌矿开采会使得Cd、Hg、Pb和Zn显著累积,金矿开采对As、Hg和Pb累积显著,铜矿、石墨、硫铁矿等其他矿种对Cd和Cu的含量累积显著,各类型矿对Ni和Cr的累积影响都很小。地累积指数法和潜在生态风险指数法评价结果显示,我国矿区周边土壤Cd和Hg地累积污染指数分别达到中等和轻微污染等级,且大部分土壤位点二者都具有高等级的潜在生态风险,因此,需加强矿区周边重点重金属Cd和Hg的污染防治。

煤矿矿区土壤重金属及多环芳烃污染治理修复技术综述

土壤重金属和有机物污染是当前许多煤矿矿区及周边地区面临的严重问题,威胁居民健康,要采取有效措施予以解决。在对煤矿矿区周边土壤重金属和多环芳烃(PAHs)来源及危害分析的基础上,发现重金属元素在自然条件下难以降解,导致其在生物体中累积,并且PAHs具有致癌性、致畸性和诱变性。通过比较物理化学修复、植物修复和生物修复等方法在治理重金属及PAHs污染土壤的优缺点,发现植物修复和生物修复对气候和环境的依赖程度高,物理修复成本和能耗较高,因此提出矿区周边土壤污染的修复技术需要进一步创新,实现多领域、多学科协作发展的观点。通过持续的技术创新和多种修复方法的联合应用,达到有效治理煤矿矿区及周边重金属和PAHs污染的目的,实现土壤的重新利用,进而实现环境保护与经济可持续发展的良性互动。

矿区土壤重金属污染微生物生态修复技术研究

高浓度的重金属会抑制微生物的生长,且矿区土壤重金属含量和组成差异较大,从而影响修复效果。为此,研究矿区土壤重金属污染的微生物生态修复技术。采样分析矿区土壤重金属种类及含量等相关值;建立地累积指数模型及土壤重金属污染评价函数,分析重金属污染的生物毒性双权评价值与整体污染评价指数;分析各微生物的整体修复作用,以此达到土壤重金属污染微生物生态修复的目的。经实验表明,所提技术能够快速有效的对矿区土壤重金属污染展开修复作用,为矿区土壤健康提供保障。

基于多种方法的煤矿区农田土壤重金属污染评价

本研究以宿州市芦岭矿区农田土壤为研究对象,对土壤中Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn的含量特征进行了分析。采用嵌入I_(geo)综合污染指数法、富集因子法和内梅罗综合指数法对土壤中重金属污染情况进行评价。结果表明:研究区内除Pb外其他重金属元素的平均含量均低于安徽省土壤背景值,Pb的平均含量超安徽省土壤背景值0.24倍,超标率为100%,最大超标倍数为0.37。嵌入I_(geo)的综合指数法评价结果显示:所有采样点受到轻至中度污染;富集因子法评价结果显示:87.5%的采样点为安全水平,12.5%的采样点为中度污染;内梅罗综合指数法评价结果显示:75%的采样点为轻度污染,25%的采样点为警戒水平。3种方法均显示Pb为主要富集元素,但污染程度具有一定差异性。故开展多方法的土壤重金属污染评价,有利于土壤环境保护与治理。

某煤矿区土壤中重金属污染状况及风险评估

为了探究山西省某煤矿区粗放式的矿业活动对矿区周边农田土壤的重金属污染状况以及种植农作物后,农作物体内的重金属含量对人类产生的不良效应,用梅花取样法选取矿区周围的土壤作为研究对象,采用电感耦合等离子体发射光谱仪测定了土壤中的Cu、Cr、Ni、Zn、Cd、Pb六种重金属含量及农田土壤中生长小白菜中重金属的含量。结果表明:土壤中六种重金属含量分别为17.8 mg/kg、48.8 mg/kg、25.2 mg/kg、65.9 mg/kg、0.3 mg/kg、19.1 mg/kg,采用单因子指数和内梅罗综合污染指数法评价该区土壤重金属污染程度,并进行土壤重金属含量分析。以山西省土壤背景值为参比,由单因子污染指数法得出:研究区土壤存在污染;内梅罗综合污染指数得出:研究区土壤达到中度污染水平。通过对小白菜各部位重金属含量监测,富集系数表明:各部位富集重金属能力大小为根>茎>叶。因此,应对调查地块采取有效的治理措施,避免重金属污染损害人体健康。

安徽矾矿土壤重金属污染源解析模型对比与优选

矿区资源开采导致土壤污染日益严重,直接影响周边土壤、水体环境的稳定性,精准预测重金属污染源解析对矿山修复、治理具有重要指导作用。在前期研究基础上,为提升土壤介质模型的解释度,进一步选取了土壤重金属源解析评价中成熟度高且精准性好的正定矩阵因子分析法(positive matrix factorization, PMF)及绝对因子分析-多元线性回归(absolute factor analysis-multiple linear regression, APCS-MLR)模型,以充实前期UNMIX多元受体模型分析矾矿土壤重金属污染来源及源贡献率的结果,结合生态风险评价方法,对比定量条件下最适宜解析研究区域源的模型。结果表明:1)生态高风险区域主要集中在研究区南部和东部,Cd是矿山主要风险元素,地累积指数(index of geoaccumulation)均值3.75与潜在生态风险指数(potential ecological risk index)均值731.22解析结果高度一致,但潜在生态危害指数的结果综合性更好。2)对比3种模型的污染源解析结果,PMF模型解析出4个污染源:分别为燃煤源、自然-交通综合源、自然源和大气沉降源,源贡献率分别为38.15%、20.62%、24.28%、16.95%。3)PMF模型的总体变量拟合优度R2达到了0.96,拟合效果最好。PMF模型模拟数据会集中采样点误差,确定最适污染源数目及相应污染物贡献率,使得源解析结果更精准,更适用于复杂的矿山污染土壤情况,符合实际研究情况。该研究结果可为后续矿区开采后污染土壤的修复治理工作提供溯源依据参考。

上海市奉贤区农田土壤-农产品中的重金属含量特征和污染评价

为分析奉贤区农田土壤和农产品的重金属污染状况,采集粮田、菜田和果园3种作物的农田土壤及其对应农产品,分别测定土壤8种重金属元素(Hg、As、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn和Ni)和农产品5种重金属元素(Pb、Cd、Cr、As和Hg)的含量特征,采用单项污染指数法、综合污染指数法、积累指数法和富集因子等方法对土壤-农产品中重金属元素进行污染风险评价,并将地统计学与因子分析相结合分析农田土壤重金属的空间分布特征。结果表明:与上海市土壤背景值相比,奉贤区农田土壤Hg、Cd、Cr、Zn和Ni的平均含量较高,分别是背景值的1.40、1.36、1.06、1.15倍和1.44倍。单项及综合污染指数值显示土壤重金属处于无污染水平;但Cd、Ni、Hg元素的积累指数值显示无-中度污染水平,其中有4.92%农田土壤处于Hg元素的中度污染。在空间分布上,Hg呈连片分布;As、Cd整体含量低,南北区域分布;Cr、Zn呈条带状分布,自南往北递增状态;Pb呈散点状分布;Cu元素整体含量高,呈东西梯度分布;Ni元素呈岛状分布。因子分析中,因子1包括Cu和Zn,因子2是Pb,因子3包括Cd、Cr,因子4是Ni,因子5是As和因子6是Hg。奉贤地区土壤重金属含量主要受到工业源、农业源、交通源和自然源影响较大,应加强污染源控制,降低风险水平。农产品样中的5种重金属均未超出标准限量值,单项及综合污染指数值显示农产品重金属属于清洁水平。经土样和农产品样中的重金属含量相关性分析,两者无相关,农产品对土壤重金属的富集因子较小。不同土地利用方式对土壤和农产品中重金属含量影响较大,菜地土壤和农产品对Cd较为敏感,吸收能力较强,而果园土壤和农产品对各重金属吸收总体较弱。在农业生产中可以根据作物吸收重金属特性来调整种植结构,以减轻重金属污染。综合来看,奉贤区土壤-农产品系统中重金属累积程度低,但局部农田土壤中重金属含量存在轻微污染,需引起重视。

耕作措施与有机肥施用对旱地麦田土壤重金属污染特征的影响

农田土壤重金属污染是当前突出的环境污染问题之一。为揭示不同耕作措施与长期施用有机肥对土壤重金属积累的影响及其生态效应,本研究以始于2007年的旱地小麦长期定位耕作与施肥试验为基础,分析了深翻+化肥(T)、深翻+鸡粪+化肥(TM)、免耕+化肥(NT)、免耕+鸡粪+化肥(NTM)4种处理对旱地小麦0~20 cm土壤pH、电导率(EC)、有机质和全氮含量以及Pb、Cd、As、Hg、Cr、Cu、Zn和Ni等重金属含量的影响,并通过地累积指数法和潜在生态风险指数法对土壤重金属污染状况及生态风险进行评价。结果表明:与T处理相比,TM、NT和NTM处理土壤pH显著降低1.10%~2.56%,电导率提高6.19%~57.08%;NTM处理下土壤有机质含量较T处理显著提高33.22%。施鸡粪显著影响土壤重金属含量,其中TM和NTM处理土壤总Hg含量较T处理分别显著提高123.60%和150.56%,有效态Cu、Zn和Cd含量分别显著增加16.89%~23.48%、219.04%~520.99%和2.90%~20.29%。耕作方式同样显著影响各土壤重金属含量,NTM处理下总Hg、总Zn、有效Cu、有效Zn、有效Cd含量较TM处理分别显著提高12.06%、8.11%、5.64%、94.65%和16.90%,总Pb、有效Pb和总Cr含量分别显著降低63.74%、70.00%和3.14%。4个处理Hg的潜在生态风险指数最高,表现为T(32.36)<NT(41.45)<TM(72.36)<NTM(81.09),其他重金属为轻微级别;综合潜在生态风险污染指数表现为T(79.05)<NT(82.33)<TM(115.27)<NTM(120.00),为轻度风险级别。综上,长期免耕和鸡粪施用能够显著降低土壤pH,增加电导率及全氮和有机质含量,并提高Cu、Zn和Cd的有效性;其中,鸡粪处理中Hg的潜在生态风险指数为中等-强级别,其他重金属为轻微级别,综合潜在生态风险污染指数为轻度风险级别,因此在农业生产过程中应加强有机肥的安全施用技术。

贵州福泉煤矿区土壤重金属污染及风险评价

为研究福泉市煤矿周边土壤重金属污染情况,以矿区周边土壤为研究对象,对土壤中的Hg、As、Cd、Zn、Cu、Cr 6种重金属含量进行了测定,同时利用单因子指数法、内梅罗综合污染指数法及潜在生态风险指数对土壤进行风险评价。含量分析结果显示,该矿区周边土壤中6种重金属含量存在一定的差异,主要以Cd、Zn污染为主,土壤母质和人为活动是重金属污染的重要来源;单因子和综合污染指数显示土壤受到了一定的污染,大部分样品的综合污染指数达到了重度污染;生态风险评价表明矿区土壤总体处于中等污染水平,需对Cd的污染进行重点管控。

氧化钙活化过硫酸盐修复重金属-有机物复合污染土壤

采用氧化钙活化过硫酸盐氧化法修复重金属-有机物复合污染土壤,考察了过硫酸钠投加量、过硫酸钠与氧化钙投加比、水土比等对修复效果的影响,探讨了机理。结果表明,在过硫酸钠投加量2.5 mmol/g,氧化钙与过硫酸钠投加比2∶5,水土比3∶1的条件下,汞、砷的钝化率分别为81%和83%,存在形态由弱酸提取态转化为更为稳定的残渣态,氯仿、苯、总石油烃和1,2,3-三氯丙烷的去除率分别为99%,98%,82%,80%。氧化钙一方面,催化过硫酸盐,产生硫酸根自由基和羟基自由基氧化重金属、降解有机污染物。另一方面,通过物理固封和吸附、络合、沉淀作用钝化汞、砷。研究为重金属-有机物复合污染土壤修复技术的实际应用奠定基础。

峨眉河流域土壤重金属元素污染评价

应用原子荧光分光光度法和原子吸收分光光度法测定重金属As、Hg、Cu、Zn、Ni、Pb、Cd和Cr在峨眉河流域土壤中的分布情况,根据单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法,并结合国家土壤环境质量标准GB 15618-2018进行分析和评价峨眉河流域土壤的重金属污染程度。结果表明,As、Hg、Cu、Zn、Ni、Pb、Cd和Cr含量分别为1.48~4.64、0.14~0.36、34.00~370.00、212.00~818.00、0.00~2.00、5.00~53.00、0.10~1.20、0.00~476.00 mg/kg。变异系数显示Cu和Pb的分布最不均匀,受人类活动影响较为强烈;而土壤中Cu、Zn含量普遍超标,按单因子污染指数污染程度依次为Zn>Cu>Cd>Hg>Cr>Pb=As>Ni。

浅谈城市土壤重金属的污染特征及其修复方法

重金属是指一些具有生物毒性的金属和类金属,如镉、汞、砷、铅和铬等。近年来,土壤重金属污染已严重影响生态环境和人类健康,并已成为世界性的环境问题。随着人们对土壤修复意识的增强及科学技术水平的不断提升,越来越多的环境友好且高效的土壤修复方法被广泛应用。现针对城市土壤重金属污染的特征,在污染范围、时空特征等方面进行分析,并对目前几种常见的土壤重金属修复方法进行梳理,以期为城市土壤重金属污染的预防和控制提供参考。

重金属-PAHs污染土壤植物微生物修复效果及机理

针对焦化厂等土壤中铬(Cr)、砷(As)重(类)金属和菲(Phe)、苯并[a]芘(BaP)等多环芳烃(PAHs)风险高、绿色低碳修复技术缺乏等突出问题,以黑麦草-玉米-食醚红球菌(Rhodococcus aetherivorans,BW2)开展植物微生物联合。结果表明,63 d后植物微生物联合修复组土壤中Cr、As、Phe和BaP浓度分别下降9.63%、5.28%、45.14%和26.87%,其中重金属的去除主要依赖于植物作用,而PAHs去除则在很大程度上取决于微生物与植物的共同作用;植物主要吸收可提取态重金属,63 d后不同修复组土壤中可交换态Cr平均下降2.19%,而As则由于降解作用使修复过程中可交换态增加;可交换态Cr和碳酸盐结合态Cr与土壤中放线菌门呈强正相关,2种形态As则与拟杆菌门、装甲菌门、FBP菌门和浮霉菌门呈正相关。污染物去除效率间存在明显的相互作用,同时受酶活性和不同功能微生物丰度的动态影响,反之土壤微生物群落结构和功能也在土壤污染物种类、浓度及理化性质等综合作用下发生改变。

徐州市潘安湖周边土壤和水果中重金属污染分析

本文以徐州市潘安湖湿地为例,采用微波消解-原子吸收光谱法对周边土壤、水果中重金属含量(Pb、Cr、Cd)进行测定,利用单因子污染指数及综合污染指数对土壤和水果的重金属污染状况进行评价。结果表明,潘安湖周边土壤中Pb、Cr、Cd的含量均符合《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)的二级标准要求。单项污染指数表明,土壤未受到重金属污染;综合污染指数为8.2,表明污染处于警戒范围。水果中Pb均未超标,但Cd、Cr含量存在不同程度的超标现象,导致其综合污染指数偏高。葡萄、西瓜和甜瓜处于警戒线附近,草莓为轻度污染,说明不同水果对重金属的富集能力不同。徐州市潘安湖周边地区土壤及水果重金属总体污染水平不高,但部分水果对重金属的富集能力较强,应继续加强监管和控制。

农田土壤重金属污染现状与安全利用技术研究进展

重金属污染农田直接影响粮食安全和农业可持续发展。安全利用技术主要通过降低土壤中重金属的生物有效性,以减少作物对重金属的吸收累积和消减重金属进入食物链的风险,其对解决我国重金属污染农田有效利用和保障粮食安全生产具有重要意义。因此,本文首先分析了农田土壤重金属污染成因与现状,然后综述了不同安全利用技术,如农艺调控措施(包括低累积作物品种筛选、水肥管理及间作或轮作耕作方式)、原位钝化改良和叶面阻控技术的研究进展,最后提出了强化重金属污染农田土壤安全利用研究及应用的对策。

基于Meta分析的2000—2022年中国茶园土壤重金属污染风险评价与来源分析

重金属污染是影响茶园生态环境和茶叶产品安全的重要因素之一。针对我国主要茶产区(湖北、湖南、福建、云南、贵州、四川等省份),搜集调查茶园土壤重金属Cu、Pb、As、Hg、Cd、Cr、Zn、Ni污染的相关文献,使用Meta分析方法计算单个研究的权重,从而获得各省份及全国茶园土壤重金属浓度的加权平均值,采用潜在生态风险指数法和地质积累指数法进行生态风险评估,并通过APCS-MLR模型进行来源分析。结果表明,与背景值相比,8种重金属均有一定程度的富集,其中Hg、Cd污染较为严重,Hg中度及以上风险主要分布在贵州、陕西、四川和安徽等内陆省份,Cd中度及以上风险主要分布于广东、福建、浙江、江苏、山东、海南等沿海省份,两种重金属主要表现为轻微至中度风险。与世界其他国家相比,发展中国家的茶园或农业用地重金属含量普遍较高,Cd、Hg是污染程度较为严重的元素。来源分析结果表明,第一、第二、第三、第四主成分分别为自然源、工业活动污染源、交通废气污染源、农业活动污染源,工农业活动是主要污染因素,Hg主要来自工业活动,Cd主要来自农业活动。

云南喀斯特地貌区土壤重金属污染风险评估及水稻叶面肥筛选

为探究云南水稻种植区土壤重金属含量与叶面肥种类对水稻中重金属迁移,以及对糙米质量安全的影响,本研究选取地质高背景区泸西县水稻种植区作为研究区,采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、潜在生态风险指数法对研究区稻田土壤污染情况进行了评估,并以锰锌肥、硅硒肥两种不同成分叶面肥作为试验材料,通过转运系数等指标探究不同成分叶面肥在田间大规模应用中的效果。研究结果表明:研究区稻田土壤中As、Cd、Cr的平均值均超过云南省土壤重金属背景值且变异系数较大,主要以Cd污染最为严重。研究区土壤总体上处于轻度污染状态,As、Pb、Cr均处于轻微潜在生态危害,40%的Cd处于中等潜在生态危害,但综合潜在生态危害指数仍为轻微潜在生态危害。喷施叶面肥的处理较仅喷施清水的处理而言,茎叶-糙米间转运系数降低,糙米及茎叶中重金属含量显著降低,产量无显著差异。供试的锰锌肥的肥效较硅硒肥更为显著,适合在田间大规模种植使用。

金矿矿渣遗存点土壤重金属污染评价和来源解析

以海南某金矿矿渣清理后的14件表层土壤为研究对象,分析测定Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As、Hg等8种重金属元素含量;采用单因子和内梅罗综合指数法、地累积指数法、潜在生态风险指数法,评价矿渣对土壤的污染程度。Spearman分析表明,Cr、Ni、Cu、Pb、Zn、Cd、As等7种重金属具有较强的相关性,来源于矿石;Hg为外源性的重金属。14个点位内梅罗指数均值均达到中重度污染水平,主要贡献因子为Hg、As、Pb、Cd等;地累积结果显示所有点位重金属地质累积指数的均值为3.2,均大于0,表明区域土壤存在重金属累积现象;8种重金属单项地积累指数均值大小顺序为As>Hg>Pb>Cd>Zn>Cr>Cu>Ni;Hg、As、Cd、Pb四元素明显高于其他元素,处于极强危害水平级别。潜在生态结果显示,整体处于极强危害水平,主要贡献因子为Hg、As等。