高地球化学背景地区重金属污染分布特征及源解析研究

广西壮族自治区作为我国典型重金属高地球化学背景地区及有色金属重要产地,其土壤存在重金属污染问题。本研究结合随机森林模型、GIS技术和实地采样调查对广西不同地貌类型区域(峰丛喀斯特、峰林喀斯特、孤峰残山平原)中的土壤重金属含量特征及其富集特征进行综合分析对比,识别区域尺度高背景地区土壤重金属的地球化学特征。结果表明:在广西三种地貌类型中,土壤Cd、Hg、Pb、Zn的平均含量均高于广西背景值,其中Cd的平均含量为背景值的4.51倍,且样品中有27.2%的Cd、30.9%的Hg、65.5%的Pb和37.8%的Zn含量超出背景值。喀斯特地貌区的重金属高值区域与岩溶区高度重合,主要受到碳酸盐岩成土过程中的次生富集和金属氧化物吸附的影响。孤峰残山平原区域的重金属含量较低,未显示明显的高地球化学背景特征。研究区内人为工业活动和农业活动的复合作用对土壤中As和Cu的富集有显著贡献;采矿冶炼活动会对金属冶炼工业区周边土壤Cd、Zn有显著贡献;公路运输对附近土壤Hg的富集有显著贡献,铁路运输对土壤Cu的富集有显著贡献;城市活动对土壤Pb的富集有显著贡献。研究显示,广西地区土壤重金属污染具有明显的区域差异性,其中喀斯特地貌区域受高地球化学背景影响显著,重金属的富集主要由自然因素主导,但也受到多种人为活动的显著影响,尤其是在As、Cu、Cd、Zn、Hg和Pb等元素的分布上体现出复杂的成因机制。该研究不仅深化了对广西地区土壤重金属地球化学特征的理解,还为区域重金属污染防治提供了重要的科学依据。

地球化学高背景农田土壤重金属镉的累积效应及环境影响

镉(Cadmium)是自然环境中普遍存在且毒性极强的重金属元素,几乎所有的土壤、地表水和植物体内均含有镉,摄入微量的镉不仅威胁生物个体的生理和健康,而且还对生物种群数量和物种分布产生影响。全球碳酸盐岩出露面积约占陆地面积的12%,沉积岩发育土壤普遍具有镉的地球化学高背景特征,在我国西南地区,工矿业排放、农用化学品投入、污水灌溉等与高背景值叠加,导致农田土壤镉累积严重,点位超标率高,存在一定的农产品安全风险。本文从镉的地球化学高背景成因、土壤镉的地球化学过程和累积效应、环境影响和风险评估等方面阐述农田土壤重金属镉的研究进展,以期对镉地球化学过程机制的深入研究和土壤环境质量管控提供科学参考。

地质高背景区马铃薯安全生产的土壤镉风险阈值

为探讨我国西南喀斯特镉(Cd)地球化学高背景区马铃薯的安全生产,以贵州省5个县区105对土壤样品及对应马铃薯样品为试验材料,以食品安全污染物限量为标准(GB 2762—2017,Cd<0.1 mg·kg^(-1)),利用回归模型推导基于马铃薯质量安全的土壤Cd风险阈值。结果表明:赫章县(HZ)和威宁县(WN)采样区土壤总Cd全部超过了土壤环境质量标准GB 15618—2018中农用地土壤污染风险筛选值,分别有92.3%和77.4%超过管制值,土壤处于中度到重度污染水平;长顺县(CS)和册亨县(CH)分别有80%和50%的土壤超过筛选值,但未超过管制值,土壤处于地质高背景的无污染水平。马铃薯Cd的点位超标率为17.1%,超标倍数仅为0.01~1.11倍,主要分布在WN;马铃薯Cd与土壤总Cd和有效态Cd的相关系数分别为0.587和0.755,均呈极显著正相关(P<0.01)。回归模型模拟基于马铃薯Cd限量标准(pH≤6.5、6.5<pH≤7.5、pH>7.5)的土壤总Cd风险阈值分别为4.30、7.34、9.39 mg·kg^(-1),土壤有效态Cd阈值分别为0.22、0.02、0.01 mg·kg^(-1);黔西北HZ和WN的污染土壤总Cd风险阈值分别为5.11、7.75、9.39 mg·kg^(-1)。研究区土壤Cd超标严重,马铃薯超标率相对较低,超标倍数小,基于马铃薯质量安全的土壤Cd风险阈值是农用地土壤污染风险管制值的2倍以上;基于本研究,现行的农用地土壤Cd标准应用于喀斯特地区较为严格。