重金属高背景区水稻镉积累与健康安全风险评价:以云南省会泽县娜姑镇为例

调查发现,重金属高背景区存在土壤中的镉含量超标,而农作物中的镉含量并未超标的现象,但对其原因知之甚少。开展区内农作物镉积累研究并探寻制约农作物镉吸收的因素,对土壤环境质量评价和污染土地生态修复都具有重要意义。以云南省会泽县娜姑镇娜姑坝子为研究区,采集了水稻籽实和配套土壤样品各41件,采用ICP-MS方法检测了Cd含量。通过偏相关、R型聚类、逐步线性回归等分析了水稻镉与土壤元素(指标)之间的相关关系。结果显示,水田土壤镉(Cd)含量为0.467~1.87 mg/kg,平均为0.78 mg/kg,是全国土壤背景值的5.69倍,58.5%的样品超过农用地土壤污染风险筛选值。水稻(糙米)镉含量为0.007~0.062 mg/kg,平均0.016 mg/kg,均低于食品安全国家标准限值。水稻镉与土壤铀(U)、钼(Mo)等呈显著正相关,与土壤有机碳(TOC)、硫(S)等呈显著负相关,与土壤Cd总量和酸碱度(pH)无显著相关性。土壤镉超标而水稻镉不超标的现象可能与土壤富含有机碳有关,该地区土壤有机碳(TOC)含量达全国背景值的5.57倍。当TOC> 3%时,水稻镉含量迅速下降。据此提出土壤镉环境等级的有机碳修正方法,将研究区3.42 km^(2)(5 129亩)Ⅱ等水田修正为Ⅰ等。此外,还提出了一些土壤养护和修复的建议。

基于DGT和化学提取法研究浙西北地质高背景区土壤镉生物有效性

地质高背景区相较于人类活动引起的土壤镉污染影响范围更广,在区域尺度上对生态系统和人类健康构成危害。土壤镉生物有效性是决定其生物可利用性、生物毒性的关键因素,因此探寻可行的土壤镉生物有效性评价方法对污染农用地安全利用和风险管控具有重要的理论和实际意义。DGT技术、单一提取法、连续提取法和土壤溶液法常用于测定土壤有效镉,但已有研究成果主要基于同种土地利用类型土壤的室内盆栽实验,难以代表自然污染土壤中的复杂情况。为探明各土壤重金属有效态提取技术对地质高背景区不同土地利用类型土壤Cd生物有效性评估效果,本文以浙江西北部土壤Cd高地质背景区水田土壤-水稻籽实和旱地土壤-小白菜样品为研究对象,实验应用DGT技术、单一提取法(0.01mol/L氯化钙提取)、连续提取法(七步连续提取)和土壤溶液法评价土壤中镉生物有效性。结果显示:①研究区水田和旱地土壤Cd平均含量分别为1.07mg/kg和0.73mg/kg,显著高于浙江和全国土壤平均水平,Cd的异常富集主要与浙西北地区广泛分布的黑色岩系有关。②相较于碳酸盐岩区,黑色岩系区土壤中Cd的生物有效组分占比较高,水田和旱地土壤Cd的活动系数(MF)高达59.9%和51.8%,Cd易在土壤-作物系统中发生迁移富集;③植物体内镉含量Cd-P与不同方法测定的有效镉含量均呈显著正相关,但Cd-P与DGT技术测定的有效镉含量相关性优于其他三种方法,水田土壤测得的有效Cd与水稻籽实相关关系:C_(soln)>C_(DGT)>C_(Cacl_(2))>C_(F_(1)+F_(2)+F_(3)),旱地土壤测得的有效Cd与小白菜相关关系:CDGT>C_(Cacl_(2))>C_(F_(1)+F_(2)+F_(3))>C_(soln)。综合比较不同土壤有效Cd测定方法的优缺点,DGT技术可以模拟植物体对Cd的动态吸收过程,更能准确地反映土壤Cd生物有效性,预测作物Cd含量水平,这与已有研究成果一致。此外,本文研究成果表明DGT技术评价土壤Cd生物有效性,不仅适用于人为污染区,也可应用于地质高背景区。

土壤重金属地质高背景成因、风险与管控研究进展

土壤重金属地质高背景是近年来学术界研究的热点之一,涉及地质学、地球化学、土壤学、环境科学等学科。采用文献计量方法分析了土壤重金属地质高背景领域的研究进展与近期热点,介绍了全球和中国土壤重金属地质高背景分布特征、成因与类型,梳理了高背景区土壤重金属的环境风险及管控措施,以期为土壤重金属地质高背景成因机制与风险管控提供理论与技术参考。建议关注高背景区土壤重金属背景值调查、富集特征与形成机制、潜在活化与迁移,开展地质高背景区土壤风险评估、环境基准研究与管控技术研发。

江浙地质高背景区土壤-水稻系统重金属迁移富集特征研究

为了解地质高背景区农田土壤的重金属富集及迁移特点,该文对2种不同地质高背景(江苏玄武岩区和浙江黑色页岩区)农田土壤及水稻籽实中元素(Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As)分布特征进行分析;研究2个地区土壤-水稻系统中重金属迁移富集差异及主要影响因素,并结合土壤基本理化性质和有效态重金属建立对水稻籽实中主要重金属含量的预测模型。研究结果表明,Cd是江浙地质高背景区农田土壤中暴露风险最高的重金属元素,其中重金属元素Zn、Cu、Cd的生物富集因子最高,Ni和As相对较高,Cr和Pb最低,江苏玄武岩区农田土壤中Ni的迁移能力较强而浙江黑色页岩区Cd的迁移能力较强。土壤pH、CaO和Fe_(2)O_(3)等理化性质是影响农田土壤中重金属迁移能力的关键因素。回归预测模型表明,水稻籽实中重金属累积受到pH、CEC、黏土矿物和碳酸盐矿物的显著影响,而EDTA提取的有效态重金属更容易在水稻籽实中迁移富集。

三峡库区地质高背景区土壤-油菜重金属迁移特征

三峡库区广泛分布的黑色岩系富含镉(Cd)、铬(Cr)、镍(Ni)、锌(Zn)等重金属元素,导致土壤重金属元素含量显著高于我国土壤背景值,成为典型的地质高背景区。本文选择三峡库区地质高背景区油菜种植地为研究对象,分析了土壤-油菜系统中砷(As)、Cd、Zn、铜(Cu)、铅(Pb)、Cr、Ni、汞(Hg)等重金属元素含量分布特征、富集迁移规律以及影响因素。研究结果表明,研究区油菜种植地土壤中Cd、Cr、Cu、Hg、Ni等重金属含量显著高于我国土壤背景值,单因子污染指数评价显示土壤As、Zn、Hg、Pb等重金属均属于无污染等级,Cu、Ni污染程度受到pH影响,Cd为重度污染和极高生态风险。不同重金属元素在油菜各部位含量差异明显,Pb、Cd、As等生物非必需元素更倾向进入茎、果荚,营养元素Cu和Zn则在油菜籽中含量较高,而Cr易在果荚中富集。研究区土壤中重金属元素含量、土壤pH、重金属元素间的拮抗作用以及油菜解毒机制可能是影响重金属元素在土壤-油菜各部位富集迁移的重要因素。

广西龙州高背景镉地区人群镉暴露途径研究

目的:收集广西某高背景镉地区环境样品土壤、蔬菜和人群晨尿样本,检测重金属Cd的含量水平及其肾功能指标,以揭示该地区居民健康风险及肾功能状况。方法:选取4个相互邻近、自然条件、经济发展水平、生活习惯相近乡镇为研究对象,采集当地土壤(60份)、蔬菜(60份)、5~80岁人群晨尿样品(386份)。对样品进行消解,用ICP-MS测定样品Cd的含量,采用医用法测尿肌酐、尿Cd、尿β2-MG、尿NAG、尿RBP。结果蔬菜土壤与其对应的蔬菜Cd含量分别为1.514 mg/kg、0.412 mg/kg,风险值(10-5~10-4)/a,处于人体可接受风险水平,经口摄入是Cd对人体造成健康危害的主要途径,且儿童风险值大于成人。人群尿Cd含量男性1.46μg/gCr,女性2.09μg/gCr,女性尿Cd负荷比男性大;空间特征表明西南乡镇的尿Cd浓度最高,东南地区最低,呈西南到东北逐渐降低的趋势。尿Cd与尿β2-MG的相关性关系(r=0.512,P<0.01)大于尿NAG(r=0.202,P<0.01)大于尿RBP(r=0.118,P<0.01)。结合线性回归结果表明,尿Cd水平对尿β2-MG影响作用较大(R2=0.251,P<0.01),即尿β2-MG在一定程度上能反映镉致肾功能损害情况。

西南重金属高背景区农田系统土壤重金属生态风险评价

西南地区是我国典型重金属高背景区,在重金属高背景区开展生态风险评价对保障粮食安全有重要意义。采集云南省重金属高背景区土壤表层(0~20 cm)样品242件,农作物及对应的根系土样品74件,分析土壤和农作物样品中8种重金属(Cd、Cr、As、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni)含量以及土壤中重金属赋存形态。研究发现,受地质背景因素影响,Cd、Cr、Cu、Hg、Ni和Zn含量平均值均超过云南省土壤背景值,Cd、Cu和Ni含量平均值均超过农用地土壤污染风险管控标准规定的筛选值,土壤pH值多呈酸性,有机质含量较低。土壤中As、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn主要以残渣态形式存在,生物有效性低,是由地质背景引起的;Cd残渣态占比较低,生物有效组分较高,Cd元素的地累积指数分布显示,Cd受人为污染和地质背景交互叠加的影响,是研究区污染风险最高的重金属元素。Hg来源较为复杂,全量较低,污染风险较小。研究区大宗粮食作物(马铃薯和玉米)重金属含量均不超标,生物富集系数(BCF)均小于0.03,粮食作物较安全,生态风险较低。黄烟中Cd含量远远超过目前初步制定的安全限量标准,BCF为3.13,说明烟草特别能富集Cd,存在一定的生态风险。表层土壤重金属潜在生态风险指数(RI)统计结果显示,土壤重金属RI贡献降序依次为Cd(73.71)>Hg(57.40)>Cu(25.25)>Ni(8.76)>As(7.39)>Cr(4.15)>Pb(4.04)>Zn(2.0),Cd和Hg是研究区最重要的风险元素,但均以中等生态危害为主,很强生态危害分布面积较小,研究区生态风险整体较低,风险可控。

典型岩溶地质高背景土壤镉生物有效性及其控制因素研究

我国岩溶地貌主要分布在广西、贵州、云南等西南地区,全国土壤污染状况调查公报显示这些岩溶区土壤中金属元素通常超标严重,其生物有效性的相关研究仍较缺乏.采集广西典型岩溶重金属地质高背景地区的稻田土壤,分析金属元素As,Cd,Cr,Cu,Ni,Pb和Zn总量,并采用CaCl2和EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)提取方法分析土壤中金属的生物有效态含量.结果表明,与上部地壳相比,研究区土壤中不同重金属的富集程度顺序为Cd>As>Pb>Zn>Cr>Cu>Ni,与广西灰岩中这些重金属的富集程度顺序基本一致,揭示岩溶区地质高背景土壤重金属的富集具有显著的母岩继承性.土壤Cd的CaCl2提取的平均含量为0.02mg·kg-1,平均提取率为4.37%,远低于人为污染区土壤Cd的CaCl2提取的平均含量和提取率.EDTA提取态Cd的含量平均值为0.84mg·kg-1,平均提取率为52.86%.岩溶区土壤Cd的CaCl2提取态含量与土壤Cd总量没有明显的线性关系,生物有效性和生态风险主要受pH控制:当土壤pH>6.5时,虽然土壤Cd总量较高,但CaCl2提取态Cd含量偏低,生态风险低;而当土壤pH<6.5,土壤Cd总量相对偏低时,CaCl2提取态Cd含量较高,生态风险较高。

地质高背景农田土壤中水稻对重金属的富集特征及风险预测

为了解地质高背景农田重金属的行为特征,对两个不同地区(浙江北部丘陵地区和广西中部岩溶地区)土壤和水稻子实中As、Cd、Pb、Ni、Cu和Zn的含量进行了分析,研究重金属的迁移富集差异及其主要影响因素,并以土壤理化参数和有效态重金属(EDTA提取态)为变量,建立两个研究地区水稻子实中重金属含量的最优经验预测方程。结果表明,在浙江研究区土壤中Cd和As超标明显,广西研究区土壤Pb、As和Cd超标严重;但从水稻子实重金属含量结果来看,只有Cd在浙江研究区超标。两个研究区重金属元素在水稻中的生物富集因子均较低,明显低于人为污染的农田;相关性分析和回归预测表明,土壤有效态重金属、pH、有机质和CaO是影响水稻子实重金属含量的主要因子。

广西贵港岩溶地质高背景区富含铁锰结核土壤的矿物学与重金属地球化学特征

岩溶地质高背景区土壤中普遍存在的铁锰结核对重金属的赋存状态和有效性有重要影响。选择广西贵港覃塘岩溶地质高背景区富含铁锰结核的表层土壤(0~20 cm)为研究对象,筛分出不同粒径的铁锰结核(10~120目)和细粒径土壤(<120目)样品进行化学分析,针对以下三个方面开展研究:(1)重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)在铁锰结核和细粒径土壤中的分布分配规律和铁氧化物矿物的组成;(2)铁氧化物矿物对富含铁锰结核的土壤中Cd等重金属富集的影响;(3)重金属在富含铁锰结核的土壤中的赋存机制。研究发现,铁锰结核中的Fe和Mn以及Cd等重金属含量随着粒径的增大而不断增加,说明Cd等重金属元素更倾向于在大粒径铁锰结核中富集;土壤中Cd等重金属总量的约90%赋存在结核中,表明研究区土壤中重金属主要以结核形式赋存;富含铁锰结核的土壤中赤铁矿和针铁矿的平均含量分别为0.61%和4.94%,且结核粒径越大,针铁矿和赤铁矿含量越高;除Hg外,Cd等重金属含量与针铁矿和赤铁矿的含量均呈现极显著正相关,与赤铁矿的相关性稍优于针铁矿,表明铁氧化物矿物与富含铁锰结核土壤中的Cd等重金属元素富集密切相关。铁锰结核的存在既能促进Cd等重金属在土壤中的富集,又能降低土壤中重金属的生物有效性,研究结果为解释岩溶地质高背景区土壤Cd等重金属元素高含量、低生物有效性提供了理论依据。

葱蒜类蔬菜多残留测定高背景干扰问题的研究

通过对葱蒜类蔬菜进行每100.0 g样品加入85%磷酸6 mL和微波(500 W)处理1.5min的特殊预处理,配合固相萃取的前处理方法,采用气相色谱-质谱联用法测定76种农药500×10-9水平上的添加回收率.结果表明上述2种预处理能够去除高背景干扰,得到良好的回收率.2者比较,加磷酸的效果略好.

高背景值土壤重金属生态风险区划及防控

近年来我国重金属污染日益严重,已严重威胁粮食安全,并对人类的健康造成一定的伤害,对重金属的防控刻不容缓;但由于我国土壤重金属污染类型、程度、受污染地区等差异较大,因此必须对其进行风险分区,实现对不同重金属、不同污染程度、不同污染地区的风险控制,并对重金属污染土壤进行修复。综述了中南、西南等土壤环境背景值较高地区土壤重金属污染表征方法,介绍生态风险分区的原则指标、风险评估方法,并对其进行风险区划,从而实现对土壤环境背景值较高地区土壤重金属的防控。这对于探讨高背景值重金属的来源及形成机制具有重要意义,为生态风险评价和土地资源安全区划提供理论依据。

湖北省地质高背景地区水稻-镉的耕地安全生产阈值研究

地质高背景地区土壤Cd超标与水稻超标不一致,需要筛选适合地质高背景地区水稻-镉耕地安全生产阈值。研究通过对土壤-水稻重金属、理化指标的相关性进行分析,通过空间插值及参数计算,结果表明,土壤中Cd含量与土壤主要理化指标(pH、有机质、阳离子交换量)的线性关系较弱,说明地质高背景地区由于土壤本底值等因素,土壤自污染程度较严重。水稻Cd与土壤理化指标之间关系紧密,可能是因为地质高背景地区重金属背景值较高,但未受人类活动影响,对所种植水稻的Cd含量影响不大。通过计算所需参数和插值,初步判断该地质高背景区耕地安全阈值为0.31 mg/kg。对预测结果的合理性进行检验,结果表明该地质高背景区耕地安全阈值设定合理。

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。

高背景噪声激光诱导击穿光谱数据分析方法研究

采用调Q脉冲Nd:YAG激光器二倍频波长532nm作为激光光源,应用多通道小型光栅光谱仪,采集了不同含量的铅黄铜合金样品和自制含有铬元素土壤样品未经延时处理的激光诱导击穿光谱数据。针对较高的背景噪声数据分别采用外定标法、参考元素内标法和背景内标法,对合金中Pb405.78nm和土壤中Cr425.44nm的特征谱线进行分析处理。经过比较研究表明,背景作内标数据分析方法得到的合金及土壤中测量元素含量曲线具有较高的线性相关系数,适用于分析处理高背景噪声光谱,可提高其分析的可靠性和精确度。

地质高背景土壤重金属赋存特征及微生物群落结构差异

以广西岩溶地区不同发育阶段和母质类型的地质高背景农田土壤(马岭、锣圩、苏圩、云表)为研究对象,比较重金属赋存状态、土壤理化性质以及微生物群落功能多样性差异,结合冗余分析(RDA)获得影响地质高背景土壤微生物群落结构的关键环境因子。结果表明:(1)发育阶段和母质类型显著影响土壤基本性质以及重金属浓度。发育阶段较早的马岭土壤有机质含量及重金属富集量更高。碳酸盐系石灰岩发育而来的马岭土壤镉(Cd)元素含量高于第四纪河流沉积物发育而来的其他土壤。(2)不同土壤微生物活性和群落结构差异显著。苏圩土壤微生物对碳源的利用能力及微生物多样性指数显著低于其他三个土样;云表、锣圩与马岭土壤利用胺类和氨基酸类碳源的微生物代谢活性较高,苏圩土壤利用糖类和多聚物类碳源的微生物代谢活性较高。(3)冗余分析(RDA)表明,土壤有机质、pH、全量砷(As)、Cd、铅(Pb)以及有效砷是引起土壤微生物碳源利用分异的主要环境因子。(4)相关性分析表明土壤微生物对胺类、氨基酸类、酚酸类的利用强度与土壤有机质、pH呈正相关,与As、有效铜、有效砷呈负相关。

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。

人体血清中邻苯二甲酸酯高背景干扰因素去除研究

由于比较难获取具有临床背景资料的人体血清样品,为了能高效利用血清,建立一种有效的同时检测多种目标物的分析方法,为临床研究提供科学的参考依据.为了准确地检测人体血清中邻苯二甲酸酯(PAEs)的含量,其高背景污染及干扰因素去除成为首要难题.文章系统考察了实验操作中不同干扰因素对空白背景值的影响,结果表明,实验溶剂、实验材料、样品浓缩方法等因素严重影响空白背景值,造成血清中邻苯二甲酸酯检出量有较大的波动和误差.通过采用现配洗脱液、减小样品暴露于空气的时间、使用活化去活化的硅胶及全玻璃的硅胶层析柱等措施,有效降低了干扰因素对PAEs测定的影响,建立并完善了一种稳定可靠的人体血清中多目标物检测的分析方法.

琼北土壤重金属高背景值区人群健康风险评价

在琼北土壤重金属高背景值区采集农田土壤及采样点附近的蔬菜、水果、大米和杂粮等农产品样品,测定其中的Pb、Cd、Cu、Zn、Ni含量,并采用美国环保局(USEPA)推荐的健康风险评价模型对蔬菜、水果、大米和杂粮等4类农产品中的重金属,经膳食摄入对成年男性、女性和儿童造成的健康风险做出评价。结果表明:(1)土壤及4类农产品中重金属Pb、Cd、Cu、Zn、Ni存在不同程度的超标现象。(2)成年人群通过膳食摄入5种重金属造成的健康风险大小为HICu>HIZn>HICd>HINi>HIPb。相比成年人群,儿童面临风险更大,其健康风险大小为HINi>HICd>HIZn>HICu>HIPb。(3)4类农产品经膳食摄入途径引发的健康风险程度排序为蔬菜>大米>杂粮>水果。(4)4种膳食中Pb引发的致癌风险除个别地区外,均在可接受范围内。蔬菜、大米和杂粮摄入途径的Cd引发的致癌风险大于可接受风险水平10-6。此结果说明长期食用此地区的蔬菜、水果、大米和杂粮可能会带来较高的健康风险。

战场上高背景噪声下的话音检测技术

本文通过分析语音和枪炮噪声的短时特征 ,提出了一种在高背景噪声下检测语音的方法。实验表明 ,该方法能在较低的信噪比条件下准确地检测出话音信号 ,且计算简单 ,硬件处理容易 ,可靠性高 。