Harmful evaluation of heavy metals from soil layer to the groundwater: Take the Jilin Hunchun Basin as an example

The continuous enrichment of heavy metals in soils has caused potential harm to groundwater.Quantitative methods to evaluate the harm of heavy metals in soil to groundwater are lacked in previous studies.Based on the theory of groundwater circulation and solid-liquid equilibrium,a simple and easy-touse flux model of soil heavy metals migrating to groundwater is constructed.Based on groundwater environmental capacity,an innovative method for evaluating the harm of heavy metals in soil to groundwater is proposed,which has been applied in Hunchun Basin,Jilin Province,China.The results show that the fluxes of soil heavy metals into groundwater in the study area are Zn,Cu,As,Pb,Cd,Ni,and Hg in descending order.The content of heavy metals in groundwater(As,Hg,Cu,Pb,Zn,Ni,and Cd)in most areas has not risen to the threshold of environmental capacity within 10 years.The harm levels of soil heavy metals to groundwater in the most townships soils are at the moderate level or below.This evaluation method can quantify the flux of soil heavy metals into groundwater simply and quickly,determine the residual capacity of groundwater to heavy metals,evaluate the harm level of soil heavy metals to groundwater,provide support for relevant departments to carry out environmental protection of soil and groundwater,and provide a reference to carry out similar studies for related scholars.

土壤重金属对地下水的危害评价方法研究——以吉林省珲春盆地为例

【研究目的】土壤中不断富集的重金属对地下水产生潜在危害,但以往研究缺少定量评价土壤重金属对地下水危害度的方法。【研究方法】本文以地下水循环和固液平衡理论相结合,构建了简便易用的土壤重金属进入地下水的通量模型,在评价地下水环境容量的基础上,创新提出了土壤重金属对地下水危害评价方法。【研究结果】以珲春盆地为例进行了应用,结果表明:研究区土壤重金属进入地下水通量从大到小依次为Zn、Cu、As、Pb、Cd、Ni、Hg,大部分地区地下水重金属(As、Hg、Cu、Pb、Zn、Ni、Cd)在10年内达不到环境容量限值,大部分乡镇土壤重金属对地下水的危害等级在中度及以下级别。【结论】通过该评价方法能够简单快捷的定量计算土壤重金属进入地下水的通量,判定地下水重金属剩余容量,评价土壤重金属对地下水的危害状况,为相关部门开展土壤及地下水的环境保护提供支撑,为相关学者开展类似研究提供借鉴。

江西宜春袁州农用地富硒土壤分布及重金属环境容量研究

江西省宜春市袁州区拥有丰富的土壤硒资源,但由于城镇化和工业化的迅速推进所导致的土壤重金属种类和数量的增多,以及土壤硒与重金属伴生关系的存在,使得富硒土壤一定程度上受到重金属威胁,限制了富硒农产品的开发利用。采集检测袁州区162份表层土壤样品中铅(Pb)、铬(Cr)、镉(Cd)、砷(As)、汞(Hg)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)8种重金属的含量,通过土壤重金属环境容量估算以及运用环境容量指数法和空间插值法评价得到袁州区农用地富硒土壤重金属环境容量水平及空间分布情况,据此分析袁州区农用地富硒土壤重金属污染状况。结果表明:(1)整个袁州区农用地可以划分为富硒、潜在富硒和足硒3种土壤,分别占袁州区农用地的74.04%、16.00%和9.96%。(2)Pb、Cr、As、Hg、Cu、Zn和Ni 7种重金属在8个年限内的平均静态年容量和平均动态年容量大小排序相同,从大到小依次为Zn、 Cr、Pb、Ni、As、Cu、Hg,7种重金属的平均静态和动态年容量都随着控制年限的增长而减小,且7种重金属的平均动态年容量都比平均静态年容量大。(3)研究区富硒土壤中的Pb、Cr、As、Hg、Cu、Zn和Ni 7种重金属都以中容量区为主,而Cd主要为超载区。综合来看,研究区85%以上为低容量区,整体容量较小,土壤受到中度污染,为提高研究区土壤重金属环境容量,降低污染程度,保证富硒农产品的安全,可针对不同容量区采取土壤污染防控和修复等措施。

胶东半岛某金矿周边土壤重金属的污染特征、来源分析及风险评价

【研究目的】本文采集了表层土壤样品34件,分析测定Hg、Cd、As、Pb、Cu、Cr、Zn、Ni等8种重金属元素含量;获取胶东半岛某金矿周边土壤重金属污染特征,分析土壤重金属来源并进行风险评价。【研究方法】运用相关性分析和主成分分析方法探索土壤重金属的来源,运用单项污染评价和地累积指数法确定其污染程度,采用潜在生态风险评价和人体健康风险评价的方法评估其风险。【研究结果】(1)全区仅存在3处点源污染,1处为Hg元素污染,2处为Cd元素污染;(2)元素Ni、Cr和As主要来自于土壤母质,元素Pb、Cd、Zn和Hg主要来自于矿业活动,Cu元素主要来自土壤母质和农业活动;(3)个别点状区域存在较高的潜在生态风险,风险主要来自于元素Hg和Cd,其他元素基本上不存在风险;(4)人体健康风险评价结果表明,全区土壤中的重金属元素未对人体产生明显的健康风险。【结论】该金矿周边的土壤受到了矿业活动的影响,并出现了点状污染,但程度较轻,风险可控,应当加强对该区域土壤重金属的监测和评价。

典型铅锌矿流域土壤重金属生态风险评价及环境容量预测

为探究广西典型铅锌矿区重金属的生态风险及其环境容量,以广西阳朔铅锌矿流域思的村为例,采用内梅罗综合污染指数(Nemerow multi-factor index,NIPI)和环境容量综合指数PI对研究区内土壤重金属进行污染状况评价、环境容量评价与预测,并基于ArcGIS经验贝叶斯克里金空间插值法对其生态风险评价和环境容量水平进行分区。结果表明:Cu、Zn、Cd、Hg和Pb的含量均值超过广西土壤环境背景值的3.29~10.67倍,存在不同程度的富集;Zn、Cd、Hg和Pb超标较为严重,超标率为46.43%~77.98%,对环境及人类造成的风险危害较大。内梅罗综合指数评价结果显示在不同深度层集的中度-重度污染区域占比高达70%,存在Pb、Zn和Cd多种元素复合污染;环境综合指数结果显示:PI范围为-9.84~1.24,整体环境容量水平低,主控元素是Cd、Hg和Pb。综合评价研究区土壤重金属污染状况严重,整体存在复合污染,环境容量水平低,总体上污染程度和环境容量与思的河关系密切,呈现与思的河空间距离愈远,污染程度逐渐减轻、环境容量逐渐增加的趋势。相比居民区,农业活动区的土壤环境容量基本处于超载状态,存在着较大的环境风险,重金属污染程度更高,对农作物危害更大,间接危害人体健康。基于近百年的环境容量预测结果显示环境总容量在理想状态下有逐渐好转的趋势。

基于物质来源解析的汕头市土壤重金属环境容量研究

大多数研究评价土壤环境容量时忽略了重金属来源的影响,而基于物质来源解析探讨土壤重金属环境容量,能更好地评估区域环境容量特征及其动态变化原因,对有效防控、预警和治理重金属污染具有重要意义。汕头市是广东省的经济特区之一,拥有较高的工业化和城市化水平,土壤重金属污染不容忽视,而目前区域环境容量状况尚不明确。因此本研究以汕头市表层土壤为研究对象,采集了511件土壤样品,以进行土壤环境容量研究。基于GIS技术和地统计学方法,我们采用富集因子法评估研究区土壤重金属富集程度,运用主成分分析和相关性分析方法判断土壤重金属来源,根据综合指数法分析土壤重金属的环境容量特征以及各环境容量指数空间分布规律。结果表明:汕头市表层土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量分别为4.84(0.23~119.4)、0.14(0.013~4.94)、36.05(2.2~109.1)、19.08(2.9~453.1)、0.18(0.008~1.394)、13.29(3.7~229.6)、51.73(9.9~1000)和79.83(9.2~309.5)mg/kg。除土壤Pb整体为中度富集,研究区其他土壤重金属整体为轻度富集。主成分分析结果表明:5个主成分来源分别为自然和农业混合源、农业和工业混合源、工业来源、采矿来源和石材开采来源。土壤重金属静态环境容量大小排序为Zn>Cr>Ni>Pb>Cu>As>Hg>Cd。土壤重金属综合环境容量为中等容量水平,受地质背景的影响,但盐鸿镇、贵屿镇和陈店镇等区域由于综合人类活动导致重金属环境容量普遍较低,存在一定风险。本研究结果可为汕头市预警和管控土壤重金属污染,修复和治理污染土壤,提高环境容量和土壤质量提供科学参考依据。

客观地看待我国耕地土壤环境质量的现状——关于《全国土壤污染状况调查公报》中有关问题的讨论和建议

《全国土壤污染状况调查公报》是调查样点真实而表观的反映。之所以说它是真实的,因为它是从大约630万km2实际调查面积中所取土壤样品分析结果所获得的结论;继之说它是表观的,因为它对于数据形成的原因缺乏必要的深度分析,因而对土壤环境质量现状的描述需要客观而理性的对待。文章第一部分就有关标准、耕地超标判别的关键因素、高背景值土壤样点问题、污染或超标点位的溯源性分析等进行了讨论,提出了下列见解:(1)需要明确评价标准。就耕地土壤重金属而言,其标准受到多种因素的影响,故当在公报中表明质量状况时,应该说明评估的标准,它应该与土壤和农作物类型密切相关。(2)需要给出对应土壤样点农产品中有关元素的含量。农产品可食部分重金属含量是判断土壤重金属影响的关键指标,缺乏相关数据则无法判断土壤是否污染。(3)高背景值土壤不应列为污染土壤。根据土壤污染的定义,它不具有污染的特征要素。在一些地区因母质和自然成土过程所形成的高背景值,通常归属于环境异常;在利用方面应属于"土宜学"范畴。(4)污染或超标点位的原因应该慎重甄别。从物料平衡的角度考虑,区域性Cd增量要达到50%或者40%的可能性需要进一步考虑。文章的第二部分讨论了采用负载容量管理法对土壤环境质量管控的优势和可行性。从正常土壤考虑,有利于从单一标准过渡到双标准管理,从而兼顾土壤自然环境质量的可持续性和土壤资源的可持续利用;从污染土壤考虑,有利于修复标准的确定;从污染源影响的赔偿考虑,根据外源物质所消耗的容量值,可量化有偿利用和恢复容量的经济评估;从责任主体考虑,有利于责任主体的认定和保护措施的落实;从方法的简便性和可操作性考虑,简单易行。

重庆市城市污泥中的重金属及其农用环境容量

城市污泥农用的环境风险取决于城市污泥中的污染物含量及土壤理化性质。该文分析了重庆市10个城市污水处理厂污泥中的Cu,Zn,Pb和Cd含量及形态,根据土壤环境容量及氮肥施用量计算了重庆主要旱地土壤的最大施用量和年施用量。结果表明,重庆市城市污泥中的Zn、Cu、Pb和Cd含量分别为362.12～725.32mg/kg,69.84～170.22mg/kg,21.25～107.24mg/kg和1.26～4.25mg/kg。污泥中不稳定态Zn、Cu、Pb和Cd的比例分别为42.89%～44.74%,2.69%～9.45%,0.95%～12.06%和61.05%～79.91%。根据土壤重金属的静态容量,计算出重庆主要旱地土壤紫色土和黄壤城市污泥的一次性最高施用量分别为384.62t/hm2和98.90t/hm2。根据土壤重金属动态容量,以15、20、50为年限,计算出的城市污泥的年施用量,紫色土为66.10,60.91和55.71t/(hm2·a),黄壤为30.32,28.99和27.53t/(hm2·a)。根据作物的需氮量计算城市污泥的年施用量为3.04～6.40t/(hm2·a),该施用量低于根据土壤环境的动态容量计算的施用量,按此用量施用城市污泥更安全。

制定我国土壤环境标准(汞、镉、铅和砷)的探讨

本文依据国内外土壤环境质量标准的研究现状,在提出土壤环境标准制定依据和原则的基础上,对Hg、Cd、Pb和As的土壤环境质量标准进行了研究。研究表明,我国土壤环境质量功能分区可包括:(1)自然保护区或“清洁”无污染区;(2)农牧区;(3)森林区;(4)城市区、废物处置区和工矿区。其相应的土壤环境质量标准,汞为0.10、0.20、0.50和1.00mg/kg;镉为0.15、0.30、0.50和1.00mg/kg;铅为30、60、100和300mg/kg;砷为15、20、27和30(砂土区除外)mg/kg,并论证这些标准值在全国应用的可能性。为全国土壤质量的宏观管理与控制污染提供了科学依据。

论土壤环境质量重金属标准的独立性与依存性

土壤环境质量重金属标准的独立性与依存性是指其土壤环境标准赋值时的依据。依据土壤背景状况所建议之土壤自然质量保护基准值或目标值,视为赋值的独立性;而将土壤作为资源利用或健康与生态风险评估时所规定之元素的限量值,称为赋值的依存性。文中讨论了土壤环境质量标准制定的原则与方法,论述了独立性、依存性和两者之间的关系。土壤环境质量标准赋值的独立性是主动保护土壤资源的需要,通常以背景值为依据获得土壤自然质量保护基准值,它不以土壤资源利用的差异而改变,是保护土壤自然环境质量的目标值;可以土类为单元制定全国标准,土壤重金属可用总量标示。土壤环境质量标准赋值的依存性是土壤作为资源利用的需要,基准或标准受制于多种因素,因而具有依存性和相对性,很难给出一个全国的统一标准,可由产业部门和地方单位制定,以重金属总量或可提取态标示均可。就农产品产地而言,可从食品污染物限量或其他合适的指标推导土壤临界值。在全面考虑土壤环境质量的独立性和依存性的基础上,建议土壤环境质量的保护应该从简单的依靠质量标准,过渡到以污染物负载容量为依据的管理模式——一个新的土壤环境质量的管理思路,它强调了外源物质的动态平衡,以切实保障土壤资源的可持续利用、坚守18亿亩耕地红线和粮食安全。

土壤环境质量标准研究现状及展望

概述了国内外土壤环境质量标准的制订方法———地球化学法、生态环境效应法和有效态毒性临界值法,指出了各种方法的优点和不足。对我国现行的《土壤环境质量标准》中存在的问题进行了分析,对其中一、二级标准制订的原则,污染物种类和临界值的确定,以及有效态作为土壤环境质量标准的评价指标等问题作了进一步讨论。建议土壤环境质量标准的制订应考虑地域特点,应增加标准中有机污染物的种类和重金属有效态作为评价指标,应降低标准中铅的临界值。

污灌对土壤重金属环境容量及水稻生长的影响研究

对农田污灌区污水和土壤监测结果表明 ,土壤中Cd、As、Hg、Cu、Pb、Cr和Zn等含量为当地环境背景值的1 5 5～ 5 2 9倍 ,其中Cd和As含量分别为国家土壤环境质量 2级标准的 3倍和 1 4 2倍。污水中 7种重金属含量为农田灌溉水质标准的 4 8～ 34倍 ,部分有机污染物含量为灌溉水质标准的 1 1 0～ 1 87倍。以 3级标准为最大容量限值 ,土壤重金属达土壤环境容量的污灌年限估算结果依次为Cr>Hg >Pb >Cu >Zn >Cd。污土清灌和污水直接灌溉均影响盆栽水稻的正常生长 。

精河县重金属土壤环境容量及近百年趋势预测

【目的】开展重金属土壤环境容量研究,准确了解土壤环境承载力,为土壤环境质量评价、区域重金属污染研究与控制等提供科学依据。【方法】通过土壤环境容量计算模型估算精河县土壤重金属元素的静态和动态环境容量,并预测其发展趋势。【结果】草甸土、林灌草甸土、风沙土和盐土4种土壤类型的各种重金属元素的静态容量排序为:Pb>Cr>Zn>Cu>Co。各重金属元素在不同年限下、不同土壤类型中的动态容量排序为:Co和Pb在控制年限20、50、80 a时为盐土>林灌草甸土>草甸土>风沙土;Cr、Cu和Zn在控制年限20、50、80 a时为盐土>林灌草甸土>风沙土>草甸土;5种元素在控制年限100 a时各土壤类型的动态容量基本保持一致。盐土和林灌草甸土的重金属静态容量高于风沙土和草甸土,可以充分利用容量较大的土壤实现经济发展。【结论】精河县土壤综合质量指数为2.354 7,污染级别为Ⅳ级,属中度污染。精河县土壤中的其它重金属元素在保持目前不受污染现状值的情况下,随着土壤自净作用,环境污染现状会趋于好转。

福州地区农业用地土壤重金属环境容量评价

运用GIS技术,依据福州地区土壤背景值资料,采用综合指数法对福州地区农业用地进行土壤重金属环境容量评价,划分出高容量区、中容量区、低容量区、警戒区和超载区5个等级,并依据所得评价结果,对福州地区农业用地的规划与布局提出了建议。

百里杜鹃矿区附近土壤重金属潜在生态风险及环境容量研究

[目的]研究百里杜鹃景区土壤重金属污染的现状。[方法]选取矿区附近的土壤测定其重金属含量,采用Hakanson潜在生态危害指数法和环境指数法对其进行潜在生态危害评价和环境容量分析。[结果]重金属对矿区附近的土壤已造成不同程度的生态危害,尤其是Hg和Cd,其中离矿区较近的位置达到了高生态危害水平,土壤环境对重金属的承载力很低,处于警戒水平或无容量状态。[结论]在开采百里杜鹃矿产资源的同时,应尽快着手治理景区内土壤重金属污染。

陕西省泾惠渠灌区土壤重金属污染累积趋势预测

在对泾惠渠灌区农业生态环境污染现状调查的基础上,以灌区土壤中Cd、Hg、Pb、Cr、As、Cu、Zn为评价因子,通过建立模型,预测和分析了施肥、灌溉等农事活动对土壤中重金属环境容量及累积趋势的影响。结果表明,从2007年到2050年,泾惠渠灌区耕层土壤中Cr增加了4.87%,As7.61%,Pb11.7%,Hg26.4%,Zn30.3%,Cd68.1%,Cu83.2%;各重金属元素的总静环境容量由大到小依次为Zn>Pb>Cu>Cr>As>Hg>Cd,其中Zn的环境容量高出Cd的270倍;灌区土壤用完现存容量所需要的时间Zn最短,只有52a,其次是Cu,为54a,Hg最长,可达572a,但就现存容量所占的比例来看,灌区土壤中As和Zn的现存容量所占比例最小。

中国主要类型土壤若干重金属临界含量和环境容量区域分异的影响

本文通过八年研究结果，分析了土壤区域、地带性土壤类型分布、土壤ｐＨ、碳酸盐、有机质等因素对Ｃｄ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ａｓ四种元素土壤临界含量和环境容量区域分异的影响，其中以土壤ｐＨ和土壤类型分布是主要影响因素。Ｃｄ和Ｃｕ的土壤临界含量、环境容量和土壤ｐＨ间呈负相关性，并随土壤类型由北到南的分布而减小。土壤Ａｓ的临界含量和环境容量随土壤ｐＨ增大和土壤类型由南到北的分布而增大。但它们之间无相关性。

再生水灌水水平对土壤重金属及致病菌分布的影响

为了探讨再生水不同灌水水平对土壤重金属、活性微生物和典型环境致病菌分布的影响,采用室内土柱灌水实验,研究再生水、自来水不同灌水水平对土壤重金属Cd、Pb、Cu、Zn和土壤细菌、真菌、大肠菌群、大肠埃希氏菌分布的影响.结果表明:相同灌水水平下,与自来水灌溉处理相比,再生水灌溉处理下土壤重金属含量略有提高,但仍远低于《土壤环境质量标准》[GB15618-1995]限值,因此短期再生水灌溉不会造成土壤重金属污染;再生水不同灌水水平对比分析表明,充分灌溉相比非充分灌溉提高了表层土壤Cd、Pb含量,Cu、Zn含量无明显差异.此外,相同灌水水平下,再生水灌溉相比自来水显著提高了表层土壤细菌总数和大肠菌群、大肠埃希氏菌数量,对土壤真菌总数影响不大;再生水不同灌水水平对比分析表明,充分灌溉相比非充分灌溉显著提高了表层土壤细菌和真菌总数及大肠菌群、大肠埃希氏菌数量.土壤重金属与土壤活性微生物及典型环境致病菌之间的相关性分析表明,土壤Cd、Pb、Zn含量与土壤细菌、真菌总数及大肠菌群、大肠埃希氏菌数量之间呈正相关性,推断较低含量重金属对土壤活性微生物及典型致病菌的生长繁殖存在一定程度上的刺激作用.因此,再生水灌溉促进了土壤活性微生物的繁衍,并且在一定程度上增加了土壤重金属和环境致病菌的污染风险;合理控制再生水灌水水平可以有效阻控土壤重金属和致病菌含量.

县域尺度耕地土壤重金属污染评价中的标准选择研究

为提升区域土壤重金属污染风险评价的科学性与准确性,本研究以太湖沿岸某产粮大县为研究对象,分别基于国家《土壤环境质量/农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)与地区土壤环境负载容量对研究区耕地土壤中As、Hg、Cr、Cd、Pb五种重金属进行污染风险评价.结果显示,两种评价方式在区域整体评价结果上趋于一致,却在各类土壤重金属污染程度评价上存在一定差异.有别于“一刀切式”的浓度标准评价模式,土壤环境负载容量法通过“双界面”标准进行污染总量控制,可以在一定时空范围内较为准确的反映外源污染累积变化情况.为提升区域耕地土壤重金属污染评价的准确性,建议相关评价在普适性国标的基础上引入土壤环境负载容量评价作为有益补充,继而为县、镇尺度土壤污染责任主体认定与风险控制区划提供参考借鉴.

吐鲁番盆地葡萄园土壤重金属环境容量评价与预测

土壤与农产品重金属污染风险评价是当前国内外研究的热点领域。从新疆吐鲁番盆地葡萄园采集101个代表性土壤样品,测定其中As、Cd、Cr、Ni、Pb和Hg等6中元素的含量。采用综合环境容量指数法(PI),分析葡萄园土壤重金属环境容量特征及其空间分布规律,估算静态和动态环境容量,并预测其近百年变化趋势。结果表明:(1)吐鲁番盆地葡萄园土壤中As、Cd、Cr、Ni、Pb与Hg含量平均值均未超出《农用地土壤污染风险管控标准(GB15618-2018)》中的土壤风险筛选值;(2)葡萄园土壤各重金属元素单项环境容量指数平均值由大到小依次为:Ni>Pb=Hg>As>Cr>Cd其中,Ni元素的环境容量指数处于高容量状态As、Cd、Cr、Pb与Hg等5种元素环境容量指数均处于中容量状态。研究区98.02%的葡萄园土壤处于中容量区,研究区中部葡萄园土壤重金属元素的PI值较高,研究区东部和西部葡萄园土壤重金属元素的PI值较低;(3)静态年容量和动态年容量排序相同大小依次为:Cr>Ni>Pb>As>Hg>Cd。20~40年之内的静态和动态年容量变化速度大于其他年限的变化速度,各年限动态年容量均大于静态年容量。