为了解冀北山区有色金属尾矿库对周边农用地的重金属污染特征和生态健康风险,通过资料搜集和调研,最终确定一处具有代表性的金铅锌尾矿库及周边农用地作为研究区。针对研究区农用地进行了样品采集与测试分析工作,并总结了农用地重金属污染特征,同时通过重金属累积分析、潜在生态风险和人体健康风险3种评价方法,开展了农用地土壤重金属污染评价工作。主要研究结果如下:农用地表层土壤不同程度地受到Zn、Cu、Cd、Pb和As的污染较为严重,其中Cd、Pb、Zn和Cu表现为重度累积;农用地土壤重金属潜在生态危害处于极强的水平,应引起高度重视,重点关注重金属Cd、Pb和Hg;人体健康暴露风险方面,农用地土壤重金属非致癌与致癌暴露途径均应重点关注手口摄入,单元素非致癌与致癌日平均暴露量方面,均应重点关注Zn、Pb、Cu和Cr;人体健康儿童手口途径非致癌风险不可接受,单元素Pb和As手口途径非致癌风险指数分别为11.23和1.75,故应特别关注Pb和As手口途径对儿童的非致癌风险,成人手口途径非致癌风险也不可接受,重点关注单元素Pb手口途径对成人的非致癌风险;人体健康致癌风险方面,单元素Cd手口途径儿童与成人致癌风险不可接受,儿童单元素Cd手口途径致癌风险指数为3.38×10^-4,成人Cd重金属手口途径致癌风险指数为1.63×10^-4,故应特别重点关注研究区Cd手口途径对儿童与成人的致癌风险。总之,需要加强冀北山区有色重金属尾矿库周边农用地土壤的风险预警及相应管控工作,消除潜在的健康风险。

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。

我国是全球最大的水稻生产国和消费国,部分地区稻田土壤重金属污染严重,威胁粮食安全和人体健康。目前稻田土壤重金属复合污染是我国土壤污染治理的重点和难点。Fe在地壳中分布广泛,居元素分布序列的第四位,是土壤中的高活性元素,参与多种重金属的地球化学过程。文章针对Fe氧化物对重金属的作用机制、土壤中Fe的生物化学过程、稻田系统中Fe对重金属吸收转运的影响,以及Fe相关材料在重金属污染土壤修复中的应用等方面进行总结。结果显示:(1)土壤中Fe氧化物主要通过吸附/络合/沉淀作用固定重金属,或通过氧化还原作用降低重金属的毒性和有效性;(2)土壤环境的变化容易引起Fe氧化物的还原溶解/氧化沉淀,以及微生物介导的Fe(III)还原和Fe(II)氧化等过程;(3)稻田环境变化关系到土壤中Fe氧化物的形态转化、水稻根表铁膜的形成与成矿过程、水稻对Fe的吸收转运等,从而影响重金属在土壤-水稻中的运移;(4)Fe相关材料对土壤单一重金属污染修复效率高,但尚未在重金属复合污染土壤修复中大面积应用。同时,对我国当前Fe相关材料在稻田重金属复合污染修复应用中存在的问题进行思考,对今后的研究方向进行展望,以期为稻田重金属复合污染修复的推广应用提供参考与借鉴。

土壤中镉(Cd)被作物吸收的程度及其生态风险取决于土壤中Cd的赋存形态,基于Cd有效形态的污染土壤风险评价及在此基础上制订污染土壤修复安全阈值是Cd污染农田土壤风险评价和治理亟待解决的问题。目前针对土壤中重金属有效态的化学浸提方法较多,但缺乏针对不同性质土壤中有效态Cd的普适性浸提方法已成为Cd污染土壤风险评价技术瓶颈。本研究采集了全国9个不同性质农田土壤,以水稻、小白菜和玉米为测试作物,通过外源添加方法制备Cd污染土壤,结合土壤培养和盆栽实验,测定了5种常用化学浸提方法,包括中性无机盐浸提方法(CaCl₂浸提法)、弱酸浸提法(HCl浸提法)、络合螯合剂浸提方法(DTPA和ETPA浸提法)和组合浸提方法(Mehlich-3(M3)浸提法)对不同性质土壤中有效态Cd浸提效果及其与作物Cd吸收的量化关系,筛选适用于不同性质土壤中有效态Cd的通用浸提方法。结果表明,不同化学浸提法提取的土壤有效态Cd含量间具有显著差异,不同浸提方法对土壤中Cd的浸提率(%)为DTPA≈EDTA≈HCl> M3≈CaCl₂。不同化学浸提态Cd与作物Cd吸收的相关系数间具有显著差异,基于综合相关系数方法,得出5种不同浸提态Cd与作物Cd吸收的综合相关系数为I_M3=0.765,I_EDTA=0.641,I_DTPA=0.627,I_HCl=0.606,$I_{CaCl_{2}}=0.711$,M3浸提态Cd含量与不同性质土壤中水稻、小白菜和玉米植株地上部Cd相关性最高,可作为不同性质土壤中有效态Cd通用浸提方法。相关研究结果可为农田土壤中Cd有效态评价及Cd污染农田的修复提供理论依据。