1477 / 2019-08-10 21:31:42

甘肃白银地区土壤和沉积物中重金属的微观赋存状态和迁移转化规律

3、环境科学 > 专题7：关键核素与重金属的环境微界面过程及效应

甘肃白银地区由于常年的矿产开采、冶炼等活动，成为了全国最为典型的土壤污染区。在2011年和2015年政府进行了大规模修复治理工作，虽然取得了一定的成效，但由于对该地区土壤重金属污染物的微观赋存状态和生物有效性认识不足，也暴露出一系列问题。本文结合宏观和微观研究方法，对治理后白银地区土壤和沉积物中重金属污染物进行了系统研究，为研究区重金属污染的修复和治理提供必要的理论基础和技术支持。
研究发现，白银地区土壤主要重金属污染元素为Zn、Cu、Pb及Cd，其中Cd污染最为严重。与1999年和2012年研究区土壤重金属污染物平均含量对比发现，重金属污染状况明显改善，这主要得益于2011年和2015年白银市城郊土壤的污染治理，但是土壤中重金属含量仍然高于甘肃省土壤背景值，研究区域的土壤重金属污染问题仍不容忽视。研究区河道沉积物中重金属含量较高，上游及中游地区污染极为严重。
µ-XRF光谱显示污灌区土壤中Zn主要形态为碳酸盐结合态、黏土矿物结合态、锌-铝层状氢氧化物沉淀（Zn-Al LDH）和一些自然成因的锌矿物。整体扩展X射线吸收精细结构谱（Bulk EXAFS）结果显示污灌区土壤中Zn的碳酸盐结合态略高于黄河水灌区土壤，说明其环境活性和生物毒性较黄河水灌溉区土壤略高。总体而言，土壤中Zn的生物不可利用态达50%以上，环境毒性和生态风险较低。
沉积物中Zn的化学形态受环境介质的理化性质及矿物组成控制，整体EXAFS谱证实沉积物中Zn主要以碳酸盐结合态、铁锰结合态和Zn-Al LDH沉淀等化学形态存在，其中，沉积物中Zn的生物不可利用态也高达50%左右，但是由于沉积物中Zn含量较高，可利用形态的绝对含量亦高，潜在环境风险较高。
Cd在土壤和沉积物中的形态类似，µ-XRF光谱结果显示Cd主要与Ca和Zn相关，根据整体XANES结果发现Cd主要以碳酸盐结合态和黏土矿物结合态为主，易受环境条件影响，生物可利用性高，易迁移，环境毒性和生态风险高。