绿洲土Cd、Pb、Zn、Ni复合污染下重金属的形态特征和生物有效性

通过模拟基于干旱区绿洲土壤Cd-Pb-Zn-Ni复合污染下的油菜盆栽试验,采用Tessier五步连续浸提法探究了重金属复合污染对油菜生长的影响及其各形态的转化归趋和生物有效性.结果显示,随着Cd-Pb-Zn-Ni复合胁迫水平的升高,油菜的干重先增加后减小,根系的生长由促进作用转变为抑制作用;对照土壤中4种重金属元素均以残渣态为主要赋存形态,可交换态的含量均很小;随着外源重金属的添加,油菜种植土壤中4种重金属元素的各形态含量随之增加,Cd、Pb、Zn的可交换态和Ni的碳酸盐结合态对外界胁迫响应强度最大,Cd、Pb、Zn、Ni的活性增加,且Cd、Pb的主要赋存形态迅速转变为碳酸盐结合态和铁锰氧化态,Zn的主要赋存形态由残渣态和碳酸盐结合态过渡到碳酸盐结合态和铁锰氧化态,Ni的主要赋存形态为碳酸盐结合态;Cd、Zn在茎叶中的含量大于根系,Pb、Ni反之,油菜能将Cd、Zn更多的运输至茎叶,Pb、Ni则主要积累在根系;油菜茎叶吸收Cd和油菜各部位吸收Zn的主要贡献形态为可交换态,根吸收Cd的主要贡献形态由可交换态转变为有机结合态,根吸收Pb和油菜各部位吸收Ni的主要贡献形态为碳酸盐结合态.     

Cd、Pb投加浓度对其在黑土中化学形态分布及油菜生长和吸收Cd、Pb的影响

采用室内模拟实验和连续形态分级方法研究了Cd、Pb投加浓度对其在黑土中化学形态分布及油菜生长和吸收Cd、Pb量的影响.结果表明:随Cd、Pb投加量的增加,土壤中Cd交换态含量增幅较大,Pb碳酸盐结合态、Fe-Mn氧化物结合态含量增幅较大;外源Cd在土壤中的存在形态以交换态和残留态为主,Pb的交换态比例相对较低,其存在形态主要为残留态;土壤Cd、Pb投加浓度较低时,促进了油菜的生长,投加浓度较高时,对油菜生长的抑制作用较为明显;地下部分Cd、Pb含量远高于地上部分,与Cd相比,Pb向地上部的迁移率相对较小;土壤中Cd、Pb各形态含量与油菜地下、地上部分吸收的Cd、Pb量均呈显著正相关,与干质量呈负相关;交换态Cd、Pb对油菜干质量影响最大,碳酸盐结合态对油菜吸收Cd、Pb的贡献最大.     

镉与豆磺隆复合胁迫下小麦根－土界面镉形态的变化

通过根际箱试验,研究了Cd与豆磺隆复合胁迫下小麦根 土界面Cd形态变化的空间和时间效应.在空间上将根－土界面(0～5 mm)细化到1 mm,在时间上将取样时间分为14、21、28、35和42 d,并将小麦体吸收的Cd与根 土界面各形态Cd作相关分析,从而得出影响小麦体生长的Cd形态.结果表明,在小麦不同的生长时间内,可交换态Cd表现出的空间效应明显不同.在小麦生长的第14天,根－土界面可交换态Cd大体上由根中心区(6.186 mg·kg^-1)向根外区(6.482 mg·kg^-1)逐渐增加;从小麦生长第21天到42天,根-土界面可交换态Cd呈现出由根中心区到某一层升高,之后又由该层到土体下降的趋势.根-土界面各层碳酸盐和铁锰结合态Cd向可交换态Cd转化的趋势由根中心区向根外区逐渐减弱,而向残留态Cd转化的趋势逐渐加强,有机结合态Cd浓度变化在近根区较大.碳酸盐结合态Cd、铁锰结合态Cd、有机结合态Cd浓度随时间而逐渐下降;残留态Cd浓度则表现出明显的上升趋势.相关分析表明,近根层的可交换态Cd和有机结合态Cd是小麦能直接利用的两种Cd形态.豆磺隆对可交换态Cd含量变化以及碳酸盐和铁锰结合态Cd的转化有明显影响.     

玉米根际土壤中铜形态的动态变化

采用根垫法研究玉米根际土壤形态动态变化。结果表明：玉米生长过程中根际土壤铜形态发生显著变化。植物生长前期交换态和碳酸盐结合态铜含量逐渐增加,随后增加量减少。植物生长后期根际交换态和碳酸盐结合态铜含量低于非根际土壤。这种变化主要由根际环境变化与植物吸收引起。与根限土壤中铜形态变化,特别是交换态铜含量变化关系密切的因素包括土壤溶解性有机碳、pH和土壤微生物。随着植物生物量的增加,对铜的吸收速率不断增加,导致根限土壤中有效态铜的先增后减。     

根瘤菌对土壤铜、锌和镉形态分配的影响

以湖南郴州红壤和河北巩义褐土为供试土壤。制备Cu、Zn、Cd污染土壤。接种大豆根瘤菌(Rhi-zobium fredii)HN01,用连续提取法浸提土壤中不同形态的重金属．结果表明。褐土接种根瘤菌后固相结合态Zn总量降低10％。专性吸附态、氧化锰结合态和有机结合态Zn减少达9％～26％．红壤中结合态Zn的总量变化不显著,但专性吸附态和氧化锰结合态Zn含量显著减少。交换态Zn含量显著增加．褐土中接种根瘤菌抑制了Cu向土壤溶液的释放,固相结合态Cu总量增加18％,可交换态、专性吸附态、氧化锰结合态和有机结合态的Cu增加20％～54％．接种根瘤菌对土壤中Cd的溶解没有明显的抑制或促进作用,但改变了红壤中各形态Cd的含量高低顺序．Cd污染红壤中可交换态和有机结合态Cd含量分别增加22％和11％,专性吸附态和氧化锰结合态Cd分别减少14％和29％．根瘤菌对不同类型重金属及不同土壤中重金属形态影响的差异主要与土壤pH降低有关．     

河北主要土壤中Cd、Pb形态与油菜有效性的关系

当今土壤重金属污染日趋严重而表征土壤污染程度 的指标不够完善、相关性亦较差。为此,采用网室盆栽试验,研究了河北平原主要土壤类型潮土和潮褐土上Cd、Pb的化学形态特征及其与油菜植株干物重、油菜吸收重金属含量的关系。结果表明Cd对油菜的毒害作用大于Pb。总量及各形态Cd、Pb含量与油菜可食部分干物重呈负相关,对油菜干物重影响最大的是交换态Cd、Pb。而对油菜吸收Cd、Pb贡献最大的形态是碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态。深入研究重金属形成与植物有效性间的关系,可为进一步揭示重金属的生物有效性,为更准确评价土壤重金属污染程度提供理论依据,具有重要的理论意义和实际应用价值。     

模拟酸雨对污染土壤中Cd、Cu和Zn释放及其形态转化的影响

研究了模拟酸雨连续浸泡下污染红壤和黄红壤中重金属释放及形态转化．结果表明。随着模拟酸雨pH值下降,污染土壤中重金属释放强度明显增大;Cd、Zn释放量与酸雨pH值呈线性极显著负相关．Cu与酸雨pH值呈线性显著负相关．模拟酸雨作用下,污染红壤和黄红壤中Cd均以交换态为主;Cu则以有机结合态和氧化锰结合态为主;Zn在污染红壤中以残留态和交换态为主．在污染黄红壤中以残留态和有机结合态为主．土壤有机质含量和阳离子交换量对Cd、Cu、Zn的释放产生一定的影响并影响Cd、Zn的形态转化,但对Cu形态转化影响不明显,随着模拟酸雨酸度增大,污染红壤和黄红壤中重金属Cd、Cu的生物可利用态明显增多,但难解吸态Zn向生物有效态转化效应不明显．     

施用污泥对油菜根际养分和不同种类重金属的影响

根际是控制植物养分动态的重要因素,养分动态也影响着根际土壤环境。当土壤被污水污泥改良后,根际土壤中的养分和重金属性质也会发生变化。目前很少有人研究施用污泥的土壤中植物根系对根际重金属有效性和分布的影响。采用根垫—冰冻薄层切片法对施用污泥后土壤中油菜根际的养分和重金属分布情况进行研究,以期探明污泥改良土壤中根际重金属的活化特征。当土壤施用污泥后,根际土壤中DTPA提取态Zn,Cd,Ni,Mn,有效磷,有效钾和铵态氮被显著消耗,而根际土壤中DTPA提取态Cu没有明显的消耗或积累。当土壤中施用大量污泥时,根际土壤的pH值随着离根表面距离的增加而增加。无论土壤是否用污泥处理,油菜根际土壤中可交换态Cu都显著减少。当土壤被50%污泥改良时,在距离根表面0—2 mm处的油菜根际土壤中碳酸盐结合态,铁锰氧化物结合态,有机物结合态,残渣态的Cu和Zn都被消耗较多。污泥的施用对油菜的生长有促进作用。随着污泥施用量的增加,油菜地上部分Cu和Zn的含量没有显著变化。施用污泥量小于25%的土壤中,污泥没有增加重金属的可利用性和移动性。除了Cu,油菜根际土壤中DTPA提取态Zn,Cd,Ni的减少表明施用污泥的土壤中重金属的活化是非常有限的。     

镉在土壤-蔬菜-昆虫食物链的传递特征

通过温室盆栽试验,以两种蔬菜(小白菜和苋菜)和一种昆虫(斜纹夜蛾)幼虫为对象,研究了重金属镉(Cd)在土壤-蔬菜-昆虫食物链的传递特征以及两种蔬菜中Cd化学形态分布特征.结果表明： 随着土壤Cd处理浓度的升高,两种蔬菜生物量均显著下降(P<0.05),而其各器官中的Cd含量均显著上升(P<0.05),两种蔬菜各器官Cd含量大小顺序为苋菜茎>根>叶,小白菜茎>叶>根;食用小白菜和苋菜的斜纹夜蛾幼虫体内Cd含量随着土壤Cd处理含量的升高而升高,最高分别为36.7和46.3 mg·kg^-1,但粪便中Cd含量分别高达190.0和229.8 mg·kg^-1,表明斜纹夜蛾幼虫食入的Cd大部分通过粪便排泄出体外.小白菜和苋菜各器官Cd化学形态均以氯化钠提取态为主(>70%),其次为无机态和有机水溶态Cd(乙醇提取态和去离子水提取态),而不溶性Cd磷酸盐(醋酸提取态)、草酸盐结合态Cd(盐酸提取态)和残渣态均极低,这有利于重金属Cd在食物链中传递.斜纹夜蛾幼虫通过粪便排泄大量Cd以缓解Cd对自身的毒害,可有效限制Cd向下一营养级传递.小白菜和苋菜对Cd的富集性均较高,不宜在Cd高污染土壤种植.     

珠江三角洲典型肝癌高发区土壤锰形态及其生态效应

通过对珠江三角洲典型肝癌高发区及低发区表层、深层土壤样品和作物样品的系统采集,分别对土壤中各化学形态Mn含量及其与土壤Mn全量、土壤理化性质、蔬菜Mn富集之间的相关关系进行研究.结果表明: 研究区土壤Mn主要来自成土母质,受人类活动影响很小,肝癌高发区土壤Mn平均含量为577.65 mg·kg^-1,显著低于肝癌低发区（718.04 mg·kg^-1）和全国土壤Mn平均含量（710 mg·kg^-1）;肝癌高发区土壤Mn以残渣态和铁锰态为主,水溶态和交换态等生物有效态含量较少,二者分配系数之和不超过4%,低发区土壤Mn形态分布也有相似的分布特征,但其绝对含量显著高于肝癌高发区.Mn全量负荷水平和pH对各形态Mn的含量有重要影响,尤其是铁锰结合态、腐植酸结合态、碳酸盐态和残渣态的含量与土壤Mn全量呈显著正相关;水溶态、有机态Mn与pH呈显著负相关.5类蔬菜中,肝癌高发区油麦菜和大白菜Mn含量及富集系数显著低于肝癌低发区,其它蔬菜品种无显著差异.Mn在蔬菜中的累积量与土壤中有效态Mn（水溶态Mn与离子交换态Mn之和）呈显著正相关,而与土壤Mn全量和其他形态均无显著相关性.     

根际环境中铅的形态转化

用根际箱试验研究了红壤植麦和植稻后根际中Pb的形态转化,讨论了与Cd复合处理对Pb形态的影响.结果表明,Pb在红壤根际、非根际的主要形态为酸解态+碳酸盐态、交换态和铁锰氧化物结合态.交换态Pb都是根际>非根际;不同Pb处理浓度和PbCd交互作用都对Pb的形态分布产生影响,小麦根际随加入Cd浓度增大,根际交换态Pb和铁锰氧化物结合态Pb下降;水稻根际交换态Pb与Cd复合处理浓度密切相关,5mgCd·kg^-1复合处理,根际交换态Pb的活化较单元素弱,10mgCd·kg^-1复合处理,根际交换态Pb的活化较单元素要强.     

铜尾矿库区狗牙根根际土壤铜的形态变化

通过野外调查和室内分析,对安徽省铜陵市铜尾矿库区狗牙根根际土壤Cu的形态进行了研究．结果表明,尾矿库区狗牙根根际与非根际土壤Cu大部分为矿物态Cu,交换态Cu含量偏低．与非根际土壤相比,狗牙根根际土壤pH值下降,有机质含量显著增加．随着狗牙根的生长,根际土壤有机结合态Cu和交换态Cu含量显著增加,其占土壤总Cu量的比例分别增加7．89％和超过5％,碳酸盐结合态Cu和铁锰氧化物结合态Cu含量则有所下降．狗牙根生长促进了根际土壤Cu形态的转化,提高了Cu在土壤中的迁移能力,加之狗牙根的吸收作用,其根际土壤Cu含量显著降低．     

露地栽培向设施栽培转变对菜田土壤重金属含量及形态的影响

为了研究露地栽培向设施大棚栽培转变对土壤重金属含量的影响,对武汉市郊区露地和设施塑料大棚两种栽培条件下菜田土壤重金属Cd、Cr和Pb各形态含量及分布特征进行了研究。结果显示,露地和大棚栽培条件下土壤重金属元素Cr和Pb各种形态含量之间没有明显差异,但Cd各种形态含量间有显著差异;从露地到大棚,土壤中Cd酸可提取态含量从露地的0.62 mg/kg上升到大棚的1.19 mg/kg,其次是Cd残渣态、有机结合态、氧化态和碳酸盐结合态;Cd总含量从露地的0.79 mg/kg升高到大棚的1.58 mg/kg,显著超过土壤环境质量标准中的Cd含量标准值(0.3 mg/kg),达到严重污染水平。Cd碳酸盐结合态和氧化态占总量的比例有所降低,而酸可提取态占总量的比例有所升高。说明从露地到设施大棚栽培,促使了土壤中部分Cd碳酸盐结合态和氧化结合态向酸可提取态转变,提高了土壤中Cd的生物有效性。因此,在设施大棚栽培快速发展的情况下,要加强重金属Cd对土壤污染的治理,减少重金属Cd对蔬菜的毒害。     

有机物料对滨海盐渍土重金属根际效应的影响 Ⅰ.土壤内源Zn形态分布

研究了排水条件下施用腐熟有机物料、种稻改良滨海盐渍土内源Zn形态分布。结果表明,单淹水使土中各形态Zn一定程度上向生物有效性较低的Zn形态转化,有效态Zn降低。土壤盐分量不同,明显影响无定形氧化铁结合态、紧结有机态以及硅酸盐矿物态Zn变化。种稻不施有机物料,根际交换态和硅酸盐矿物态Zn亏缺;碳酸盐结合态、氧化锰结合态和无定形氧化铁结合态Zn富集。根际Zn形态转化强度大于非根际,其有效态Zn量接近临界值并高于非根际。有机物料利于根际内外土壤中硅酸盐矿物态Zn的转化,低盐土壤根际更强烈。随有机物料用量增加,促使根际硅酸盐矿物态、碳酸盐结合态及氧化锰结合态Zn向交换态、紧结有机态和无定形氧化铁结合态Zn转化,低盐土壤较明显。     

有机物料对滨海盐渍土重金属根际效应的影响Ⅰ.土壤内源Zn形态分布

研究了排水条件下施用腐熟有机物料、种稻改良滨海盐渍土内源Ｚｎ形态分布．结果表明,单淹水使土中各形态Ｚｎ一定程度上向生物有效性较低的Ｚｎ形态转化,有效态Ｚｎ降低．土壤盐分量不同,明显影响无定形氧化铁结合态、紧结有机态以及硅酸盐矿物态Ｚｎ变化．种稻不施有机物料,根际交换态和硅酸盐矿物态Ｚｎ亏缺;碳酸盐结合态、氧化锰结合态和无定形氧化铁结合态Ｚｎ富集．根际Ｚｎ形态转化强度大于非根际,其有效态Ｚｎ量接近临界值并高于非根际．有机物料利于根际内外土壤中硅酸盐矿物态Ｚｎ的转化,低盐土壤根际更强烈．随有机物料用量增加,促使根际硅酸盐矿物态、碳酸盐结合态及氧化锰结合态Ｚｎ向交换态、紧结有机态和无定形氧化铁结合态Ｚｎ转化,低盐土壤较明显．     

稻麦轮作下水稻土重金属形态特征及其生物有效性

在成都平原稻麦轮作下86个土样中重金属全量和各形态含量分析的基础上,采集分析相应点位上种植的主要粮食作物小麦和水稻籽粒的重金属含量,通过描述性统计分析、相关性分析及线性回归方程的模拟,研究了土壤中重金属的形态分布特征及其生物有效性。统计分析结果表明：土壤中Cr、Cu、Pb、Zn各形态含量的分配顺序为：残渣态〉有机物结合态〉铁锰氧化物结合态〉碳酸盐结合态〉可交换态,而Cd各形态含量的分配顺序为：铁锰氧化物结合态〉残渣态〉碳酸盐结合态〉有机物结合态〉可交换态。若以活性态（非残渣态含量）而论,Cd的活性最高,Cr的活性最低。除Cr外,各元素全量与各活性形态之间的关系较为密切。土壤中全Cd含量与4种活性形态Cd含量间的相关性均达极显著水平;Cu、Zn全量分别与其铁锰氧化物和有机物结合态含量,Pb全量分别与其可交换态和铁锰氧化物含量间的相关系数达显著或极显著水平。用卫生部颁布的食品中重金属限量卫生标准评价稻麦籽粒重金属累积情况,其结果表明,小麦籽粒（旱作）中的Cd、Cr、Cu、Pb分别超标14.71%、8.70%、6.50%和17.40%,而水稻籽粒（水作）仅有Pb和Cd含量超标10.90%和8.70%。不同形态重金属对水稻和小麦籽粒中重金属累积的影响效应不同，从多元线性回归方程的回归系数来看：稻一麦籽粒中Cd含量受到土壤中各活性形态Cd含量的影响。除铁锰氧化态Cd和有机物结合态Cd含量分别对小麦和水稻籽粒中Cd的累积表现出负效应外，其余均为正效应。可交换态Cu含量对稻-麦籽粒Cu累积的效应最大，其次受碳酸盐结合态Cu含量的影响。稻一麦籽粒Pb含量的累积受土壤各活性态Pb含量影响效应的差异不甚明显。稻-麦籽粒Zn含量与土壤各活性态Zn含量间无显著线性关系。     

铜尾矿库区土壤与植物中重金属形态分析

对铜陵铜尾矿区土壤和植物中重金属形态进行了研究.结果表明,尾矿库区种植地极端贫瘠,有机质含量仅2.6～.8 g·kg^-1,而土壤Cu、Cd、Pb、Zn含量皆高于对照土壤,其中Cu含量达809.30～1 39.4 mg·kg^-1,Cd含量达3.2～6.3 mg·kg^-1,达到对照土壤30～60倍.结缕草和三叶草体内重金属含量与土壤重金属交换态及有机结合态含量成正相关,与碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态成显著或极显著负相关,与矿物态含量相关性不显著.在两种优势植物中,Cu、Zn、Pb均以活性较低的醋酸提取态、盐酸提取态和残渣态为主;Zn在根系和茎叶中,NaCl提取态占有较大比例,而Cd均以NaCl提取态为主.     

根际环境中铅的形态转化

用根际箱试验研究了红壤植麦和植稻后根际中Pb的形态转化 ,讨论了与Cd复合处理对Pb形态的影响 .结果表明 ,Pb在红壤根际、非根际的主要形态为酸解态 +碳酸盐态、交换态和铁锰氧化物结合态 .交换态Pb都是根际 >非根际 ;不同Pb处理浓度和Pb Cd交互作用都对Pb的形态分布产生影响 ,小麦根际随加入Cd浓度增大 ,根际交换态Pb和铁锰氧化物结合态Pb下降 ;水稻根际交换态Pb与Cd复合处理浓度密切相关 ,5mgCd·kg-1复合处理 ,根际交换态Pb的活化较单元素弱 ,10mgCd·kg-1复合处理 ,根际交换态Pb的活化较单元素要强 .     

施用污泥对土壤重金属形态分布和生物有效性的影响

采用盆栽技术和BCR连续浸提法研究了污泥的添加对土壤Cd、Pb、Cu和Zn形态分布的影响及重金属在黑麦草-施污泥土壤中迁移转化规律.结果表明:污泥的添加使土壤中生物有效态的Cd和Zn含量显著增加,生物有效态Pb含量显著降低,残渣态Pb的比例较CK增加了33.3％～74.5％,而可交换态和可还原态Cu含量在污泥与土壤添加比为1∶1时,仅占总量的0.7％和0.2％.污泥的添加能促进黑麦草对Cd、Cu和Zn的吸收,抑制对Pb的吸收.多元线性回归分析结果表明,黑麦草体内Cd、Zn和Cu含量分别与土壤中可还原态Cd、Zn和可氧化态Cu含量存在正相关,草体中Pb的含量则受土壤中可交换态和可氧化态Pb含量共同影响.种植黑麦草后根际土中可氧化态Cd和Cu分别向可交换态Cd和残渣态Cu转化,可交换态和可还原态Zn向可氧化态Zn转化,Pb的生物有效性基本未受影响.     

典型小流域农田土壤Cd形态分布及纳米羟基磷灰石阻控效果

沿浏阳铁山河流域采集6个土壤样品(S1～S6),分析其Cd含量及形态空间差异特征,并结合室内淹水模拟实验,研究淹水条件下纳米羟基磷灰石添加量对不同样品Cd有效性与形态转化的影响。结果表明,从流域上游到下游,土壤总镉含量分别为1.14、1.37、1.98、7.44、7.45、6. 99 mg·kg~(-1),有效态Cd所占百分比依次为51.75%、40.15%、39.39%、16.40%、28.86%、29.76%,总量与有效态Cd的空间差异均非常明显,而有效态Cd所占百分比与土壤p H呈显著负相关。淹水可降低土壤Cd的有效性,且随着淹水时间延长,土壤有效态Cd逐渐向残渣态转化。添加纳米羟基磷灰石可明显降低土壤有效Cd含量,且随着添加量增加,阻控效果越好。当添加量为5%时,阻控效果最佳;与对照相比,S1～S6有效Cd含量分别降低了77.97%、83.64%、82.05%、77.87%、74.88%、73.56%。研究结果可为矿区小流域农业安全生产的分区管理和重金属污染治理提供数据支持与科学参考。