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山东省滕州城市边缘区土壤潜在有毒元素来源解析和健康风险评价

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中国地质 2024年

作者：阎蓓蓓魏乾乾李新凤孙相宇姜星王敏张睿林高宗军刘久潭山东科技大学山东省煤田地质局物探测量队

【研究目的】为探究城市边缘区周边土壤潜在有毒元素（PTEs）污染特征、来源及生态风险状况。【研究方法】采集了滕州市边缘区周边456个表层（0～20cm）土壤样本，测定了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn含量。采用地累积指数法和潜在生... 详细信息

【研究目的】为探究城市边缘区周边土壤潜在有毒元素（PTEs）污染特征、来源及生态风险状况。【研究方法】采集了滕州市边缘区周边456个表层（0～20cm）土壤样本，测定了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn含量。采用地累积指数法和潜在生态风险指数法评估城市PTEs污染特征，利用绝对主成分得分多元线性回归模型（APCS-MLR）和正矩阵因式分解（PMF）定量解析PTEs污染物来源，并采用健康风险指数模型评估人体健康的风险。【研究结果】PTEs含量特征等结果表明，表层表土壤的生态风险相对较低，Hg污染最为严重，Hg污染存在空间差异大、污染聚集和受人类活动影响严重的特点。源解析表明，滕州市边缘区土壤PTEs源于自然源、工业源、交通源和农业源，在APCS-MLR模型中占比分别为39.59%、29.48%、25.17% 和 5.77%，在PMF模型中占比分别为29.64%、15.38%、28.03% 和 26.93%。人类健康风险评价表明，成人非致癌风险极低，儿童的非致癌风险及总人群的总致癌风险较大，As和Cr有一定致癌危害。【结论】表层土壤PTEs主要来源地质背景，要注意Hg、As和Cr监测和治理。建议加强饮用水资源的监测，并且减少交通污染排放，强化工厂废物排放监管。

关键词：表层土壤来源分析健康风险评估潜在有毒元素环境地质调查工程滕州山东省

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矿区潜在有毒元素评价及修复技术综述

当代化工研究 2024年第7期 26-28页

作者：周星星贾凌寒宁夏理工学院建筑与环境学院宁夏753000 沈阳市生态环境保护综合行政执法队辽宁110058

矿区开采在我国的工业化和城市化进程中发挥了不可或缺的作用,由于过度开采,矿区潜在有毒元素(PTEs)污染的问题逐渐凸显。矿区开采过程中PTEs不仅会对当地的生态环境造成破坏,还会通过降雨、地表径流和大气降尘等方式造成大面积的污染,... 详细信息

矿区开采在我国的工业化和城市化进程中发挥了不可或缺的作用,由于过度开采,矿区潜在有毒元素(PTEs)污染的问题逐渐凸显。矿区开采过程中PTEs不仅会对当地的生态环境造成破坏,还会通过降雨、地表径流和大气降尘等方式造成大面积的污染,故开展矿区污染评价和生态治理修复至关重要。本文将围绕矿区PTEs的污染评价方式:内梅罗污染指数、地质累计指数、潜在生态危害指数;矿区生态修复技术:物理修复、化学修复和生物修复技术归纳总结,为今后更好地开展矿区生态修复提供指导。

关键词：潜在有毒元素污染评价生态修复污染治理

北京市某金尾矿库周边土壤潜在有毒元素（PTEs）空间分布及风险评价

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中国地质 2023年

作者：田志君赵云峰梁凯旋杜闫彬邱富源于彩虹北京市矿产地质研究所中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院

【研究目的】分析北京市平谷区某金尾矿库周边土壤潜在有毒元素（PTEs）污染分布状况及生态健康风险，为区域土地安全利用及土壤污染防治提供数据参考。【研究方法】采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、潜在生态危害指数法和... 详细信息

【研究目的】分析北京市平谷区某金尾矿库周边土壤潜在有毒元素（PTEs）污染分布状况及生态健康风险，为区域土地安全利用及土壤污染防治提供数据参考。【研究方法】采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、潜在生态危害指数法和健康风险评价模型，对研究区的污染程度、生态风险及人体健康风险进行评价。【研究结果】研究区域PTEs浓度空间异质性较高，各污染物单因子污染指数超标率排序为As（63.34%）>Cd（44.76%）>Pb（34.76%）>Cu（8.57%）=Zn（8.57%）>Hg（0.48%）>Ni（0.00%）=Cr（0.00%）；As、Pb、Cd内梅罗综合污染指数平均值分别为4.88、4.43和2.28，达到重度污染水平；综合潜在生态风险指数平均值为640.73，达到很强风险等级，主要贡献元素为Cd、As、Hg和Pb；As、Pb、Cr元素是非致癌健康风险的主要贡献元素，尾矿库、冶炼点和开采场周边区域具有As的慢性病风险，儿童的致癌风险值处于不可接受致癌风险水平，经口摄入是健康风险的主要暴露途径。【结论】尾矿库周边区域土壤As、Pb、Cd污染严重，研究区处于很强生态风险等级，As为人体健康的优先控制污染物。矿业活动区域周边的生态健康风险需要特别关注。

关键词：金尾矿库土壤重金属潜在有毒元素地质调查工程生态风险评价健康风险评价

黔西南不同风化程度含煤岩系潜在有毒元素地球化学特征

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矿物学报 2022年第6期42卷 807-814页

作者：李松鹏吴攀李学先陈满志吴敏贵州大学资源与环境工程学院喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室贵州贵阳550025 贵州大学农学院贵州贵阳550025

为探究不同风化程度含煤岩系剖面中潜在有毒元素的地球化学特征,以黔西南龙潭组含煤岩系为研究对象,采用XRD、XRF、ICP-MS、BCR连续提取等技术和方法,对比分析不同风化程度含煤岩系剖面的化学组成、矿物学特征和潜在有毒元素含量及其赋... 详细信息

为探究不同风化程度含煤岩系剖面中潜在有毒元素的地球化学特征,以黔西南龙潭组含煤岩系为研究对象,采用XRD、XRF、ICP-MS、BCR连续提取等技术和方法,对比分析不同风化程度含煤岩系剖面的化学组成、矿物学特征和潜在有毒元素含量及其赋存形态。结果表明,含煤岩系在风化过程中表现为明显的Si、Al累积和Fe的流失。相较于弱风化剖面,强风化剖面中伊利石、高岭石等粘土矿物占比相对较大,黄铁矿占比相对较小。弱风化和强风化含煤岩系剖面均较为富集As。强风化泥岩较弱风化泥岩表现为As、Cd的流失和Cr累积的特征;强风化煤中Cr、As、Cd、Pb均出现不同程度的累积,其中Cr、As累积最为明显。不同风化程度的煤和泥岩中Cr以残渣态为主,As以残渣态和可还原态为主。潜在有毒元素的迁移释放与元素含量及赋存形态紧密相关,在风化作用过程中其环境效应值得人们关注。

关键词：含煤岩系潜在有毒元素赋存形态风化特征

三门湾沿岸土壤潜在有毒元素分布、来源及环境风险评价

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海洋地质前沿 2023年第6期39卷 32-45页

作者：田元曹珂印萍高飞段晓勇吕胜华陈小英中国地质调查局青岛海洋地质研究所青岛266237

土壤中潜在有毒元素(PTEs)易通过食物链的累积对人体健康构成严重威胁,探究其浓度对于生态环境安全具有重要意义。为查明浙江三门湾沿岸土壤中PTEs含量、分布特征及主要来源,在三门湾沿岸4个小流域采集了36个站位土壤样品,进行了土壤黏... 详细信息

土壤中潜在有毒元素(PTEs)易通过食物链的累积对人体健康构成严重威胁,探究其浓度对于生态环境安全具有重要意义。为查明浙江三门湾沿岸土壤中PTEs含量、分布特征及主要来源,在三门湾沿岸4个小流域采集了36个站位土壤样品,进行了土壤黏土矿物、土壤酸碱度、10种PTEs及Si、Al、Fe和TOC含量分析。利用相关性和主成分分析进行了来源分析,并采用《土壤环境质量》(GB 15618−2018)、富集因子(EF)、内梅罗污染指数(PI)及潜在生态风险污染指数(RI)评价模型进行了环境风险评价。结果表明,不同地貌单元土壤黏土矿物组成差异明显,山间平原土壤高岭石和绿泥石占比相对高(平均值>30%),海积平原伊利石占比相对高(>60%)。山间平原土壤主要为原地母岩风化成壤,而海积平原区土壤主要为历史时期长江来源沉积物改造而成。土壤PTEs整体上呈现流域上游向下游增加的分布趋势。平均富集程度依次为Hg>Cd>Sb>As>Pb>Ni>Cr>Co>Zn>Cu。Hg元素轻微富集、中等富集和中等严重富集站位占比分别为27.8%、2.8%和2.8%。Cd、Sb、As和Pb分别有13.9%、8.3%、8.3%和16.7%的站位为轻微富集。PI值显示,5.6%的站位为严重和重度污染。RI值显示,16.7%的站位处于中生态风险水平,其中Hg和Cd分别贡献了44.8%和25.9%。相关性及主成分分析表明,Cu、Zn、Cr、Ni、Co、As、Sb主要是自然来源,受到成土母质、土壤机械组成、土壤pH等因素的影响。Pb、Cd、Hg主要为工业、农业及交通等人类活动来源。

关键词：三门湾土壤黏土矿物潜在有毒元素污染评价

酸性矿山废水中潜在有毒元素的地球化学行为——以贵州省金沙县某煤矿区为例

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酸性矿山废水中潜在有毒元素的地球化学行为——以贵州省金沙县某...

作者：秦时婵贵州大学

学位级别：硕士

矿业活动中形成的酸性矿山废水(Acid mine drainage,AMD)具有p H值低、硫酸盐浓度高的特点,还含有许多潜在有毒元素(Potentially toxic elements,PTEs)(如铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、砷(As)、钼(Mo)、锑(Sb)、铅(Pb)、镉(Cd)等)。这些PTEs随着降雨、渗流和径流等迁移扩散到环境中。且PTEs通常不可降解,具有显著生物毒性,会对周围生态环境产生严重的威胁,已经是世界范围内的环境问题。本研究选取贵州省金沙县为研究区,通过研究酸性矿山废水系统中水体、悬浮颗粒物、沉积物三者中潜在有毒元素的分布特征,来探讨酸性矿山废水中潜在有毒元素的地球化学行为。研究得出主要结论如下:(1)矿区水体中PTEs的浓度大体上高于花滩河。总体而言,矿区水体中PTEs浓度随水流迁移而降低,且易受到干扰。随着AMD的汇入,PTEs浓度有所上升,上升的幅度受到AMD流量及其中PTEs浓度等多方面影响。相较之下,花滩河中PTEs浓度变化并不明显。此外,Pearson相关性分析结果表明,金属Co、Ni、Zn、Cr等元素有相似的空间分布,有着相似的地球化学行为。(2)随着水体中PTEs的浓度有不同程度的下降,悬浮颗粒物中PTEs的浓度有不同程度的上升。此外,悬浮颗粒物中金属元素Mn、Al、Zn和Cr在花滩河中的浓度要高于矿区,而金属元素Fe、Cu、As、Mo、Cd和Pb在花滩河悬浮颗粒物中的浓度要低于矿区水流悬浮颗粒物。潜在有毒元素的固液分配系数表明,元素Mn、Cr、Co、Ni、Zn和As的分配系数在不同区域变化较为一致,均由矿区水流至花滩河呈上升趋势。即这些元素在花滩河中更多以颗粒态形式存在。而元素Mo、Sb、Pb矿区水流至花滩河呈下降趋势。Pearson相关性分析和主成分分析结果表明,悬浮颗粒对PTEs的吸附能力有所不同,受到元素Fe、Al的影响,且其吸附Co、Cr、Sb、Cu、Ni、Zn的能力存在联系。(3)沉积物中元素Fe、Mn、Al、Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Cd、Sb的平均浓度远超于中国土壤元素背景值,分别为其的42558.5、1.6、290.9、2.5、1.7、4.0、4.1、9.0、2.4、16.5和3.0倍。且不同沉积物中PTEs的赋存特征差异明显。总体而言,元素As、Cr、Cu、Mo、Sb、Pb和Zn的形态以残渣态为主,弱酸溶态含量少。而元素Cd、Co、Mn、Ni的四种形态中,弱酸溶解态占据了一定比例。此外,RSP指数及RAC指数显示,沉积物中Mn、Ni、Zn、Fe、Co、Cd等元素易容易二次释放,具有较高生态风险。X-射线衍射、电子扫描电镜及能谱分析的结果表明,沉积物中主要为各种Fe的次生矿物相。(4)水体中的高浓度硫酸盐及PTEs受水流的稀释作用,在随水流迁移的过程逐渐降低,且富集于悬浮颗粒物。而在不同的p H条件下,发生水解的金属离子形成了氢氧化物和羟基硫酸盐,其对其他PTEs亲和力的强弱影响了悬浮颗粒物对PTEs的富集。随着悬浮颗粒物带着PTEs进入沉积物中,沉积物由不稳定形式趋向稳定形式发展。其中以弱酸溶解态存在的元素在微生物的作用下,极易被二次释放,成为二次污染的“源”。当沉积物中的PTEs被再次被释放于水体中,完成了PTEs在AMD系统中的循环。

关键词：潜在有毒元素地球化学行为水体悬浮颗粒物沉积物

黔西龙潭组含煤岩系剖面中潜在有毒元素地球化学特征研究

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黔西龙潭组含煤岩系剖面中潜在有毒元素地球化学特征研究

作者：李松鹏贵州大学

学位级别：硕士

含煤岩系中含有砷、镉、铬、铅、镍等多种潜在有毒元素,这些元素不仅具有一定的地质意义,异常高的潜在有毒元素还会对环境造成危害。为掌握黔西地区含煤岩系中潜在有毒元素的地球化学特征,提升潜在有毒元素污染过程的认识和治理能力,以... 详细信息

含煤岩系中含有砷、镉、铬、铅、镍等多种潜在有毒元素,这些元素不仅具有一定的地质意义,异常高的潜在有毒元素还会对环境造成危害。为掌握黔西地区含煤岩系中潜在有毒元素的地球化学特征,提升潜在有毒元素污染过程的认识和治理能力,以及完善我国西南区域生态地球化学评价,维护西南地区生态环境安全。本文以黔西地区的龙潭组含煤岩系剖面为研究对象。采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)、BCR连续提取以及浸提实验等技术手段和方法,结合地球化学、矿物学知识,对含煤岩系中的常量元素、矿物组成、潜在有毒元素含量和分布富集规律,以及潜在有毒元素形态、浸出释放特性开展了系统性研究。通过研究现得出以下结论:(1)含煤岩系剖面中常量元素中以Si O、AlO、FeO为主体,其次为Ti OKO、Mg O、NaO。含煤岩系中的石英和黏土矿物是Si的主要载体,黔西地区含煤岩系剖面大部分样品中Si O/AlO的比值均高于中国煤均值,表明黔西含煤岩系中含有大量的Si O,主要原因是黔西含煤岩系中含有大量的石英。黔西地区含煤岩系中潜在有毒元素Cr、As可能会存在一定的潜在环境风险。黔西含煤岩系剖面中Cr、As的含量高于贵州煤均值,Ni、Cd、Pb在剖面中的平均含量与贵州煤均值较为接近。潜在有毒元素富集系数显示,As富集程度较高,部分样品呈高度富集,Cr呈轻度富集,Ni、Cd、Pb富集程度较低。(2)黔西含煤岩系剖面中潜在有毒元素含量分布不均。煤层上部和底部泥岩潜在有毒元素含量相对较高,煤层中间层位潜在有毒元素含量相对较低,而且分布不均匀,相对越靠近泥岩其潜在有毒元素含量相对越高。黔西含煤岩系剖面中潜在有毒元素的来源和分布受到含煤岩系形成时的多种地质因素影响,在本研究含煤岩系剖面中潜在有毒元素含量分布不均,且泥岩中含量相对更富集的原因,应是地质历史时期的一系列地质作用所导致。(3)含煤岩系剖面As残渣态的含量和质量分数最高,其次为可还原态,弱酸提取态的质量分数和含量最低。可还原态较高的主要原因是由于黄铁矿为As的主要赋存载体。Cr以残渣态的含量和质量分数最高,其次为可氧化态,弱酸提取态的含量和质量分数最低。泥岩中可还原态的含量和质量分数要高于煤层,造成这一现象的原因可能是泥岩中有较多的黄铁矿。(4)通过浸提实验发现,含煤岩系会释放一定量的铬、砷等潜在有毒元素,需要注意其在环境中积累所带来的潜在生态危害。浸出液p H整体呈现为酸性,并且当酸性越强,p H越低时,浸出含量往往越高。煤层中浸出含量相对较低,p H相对较高,而泥岩中浸出含量相对较高,p H较低,造成这种现象的原因可能是由于泥岩中潜在有毒元素含量较高以及黄铁矿氧化产酸所导致。

关键词：含煤岩系潜在有毒元素赋存形式龙潭组

铊矿区土壤-作物潜在有毒元素污染及风险评估

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铊矿区土壤-作物潜在有毒元素污染及风险评估

作者：江锋湖南科技大学

学位级别：硕士

潜在有毒元素是环境中有害金属和非金属元素的统称,具有高毒性、长期残留性、生物富集性、隐蔽性、难分解等特点,对生态环境系统和人体健康造成的危害巨大,潜在有毒元素污染早已成为一个备受社会各界关注的环境问题。一般来说,金属与非... 详细信息

潜在有毒元素是环境中有害金属和非金属元素的统称,具有高毒性、长期残留性、生物富集性、隐蔽性、难分解等特点,对生态环境系统和人体健康造成的危害巨大,潜在有毒元素污染早已成为一个备受社会各界关注的环境问题。一般来说,金属与非金属是作为微量元素存在于岩石和土壤中,但由于人类活动,大量的金属和非金属元素通过采矿冶炼、农药化肥、垃圾焚烧、汽车尾气排放、污泥和废水在耕地上的应用等方式被释放到土壤中。这些人为因素是一个漫长且不可逆转的过程,最终会导致潜在有毒元素在土壤中富集和土壤理化性质的恶化以及各类环境问题。本文以贵州省兴仁县铊矿区作为研究区,先对采矿点及矿区内50个表层土壤样品和10个河流沉积物样品的采集和预处理,然后分析并测定所采集的土壤样品中七种潜在有毒元素(Tl、As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn)的浓度。在此基础上,采用多元统计分析和地统计学知识对土壤中潜在有毒元素的污染程度、空间分布特征、各元素之间的相关性及其污染来源进行解析,并对研究区土壤中的潜在有毒元素的生态风险和人体健康风险进行评估。此外,本研究还对研究区主要的粮食作物(大白菜、甘蓝、辣椒、红萝卜、玉米、水稻)中的几种有害元素污染和生物累积及其健康风险进行了评估。主要研究内容及结果如下:(1)研究区所有土样中Tl、As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn平均浓度为28.82 mg/kg、133.75 mg/kg、1.14 mg/kg、52.11 mg/kg、79.63 mg/kg、44.39 mg/kg、118.23 mg/kg,分别是贵州省土壤背景值的40.48、6.69、1.73、0.54、2.49、1.26、1.19倍。利用Arc Map中的Kriging插值方法绘制铊矿区潜在有毒元素的空间分布图,确定其分布趋势。结果表明Tl和As在矿区中心分布集中,Cd、Pb和Zn在西边含量较高,Cu在南边和北边的含量较中间高,Cr的空间分布特征不明显。(2)通过多元统计分析(变异系数、富集因子、Person相关分析和主成分分析),对所研究的7种潜在有毒元素来源进行识别,我们推断出研究区Tl、As、Cd、Cu、Pb和Zn的含量均受外界因素的干扰,而Cr则为自然源。通过主成分分析,得到三个特征值大于1的因子,结合空间分布和富集系数,得知Tl、As、Cd、Cu、Pb和Zn的空间分布受采矿、煤炭燃烧,河流,运输和农业活动的影响。(3)采用地质累积指数(I)、潜在生态危害指数(RI)、人类非致癌风险指数(HQ)和致癌风险指数(HI)评价了研究区土壤中潜在有毒元素的污染程度和生态环境及人体健康风险。地质累积指数表明Tl和As为主要的污染元素,Cd、Cr、Cu、Pb、Zn都处于无污染或轻微污染的水平。所有采样点的潜在生态风险指数RI的范围为91.25.13～1479.34,且主要是来自于Tl的贡献(74.32%),其次是As(8.57%)和Cd(7.32%),其余元素的生态风险均值都低于40(低风险阈值),可忽略不计。(4)健康风险评估模型显示:土壤中Tl、As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn在3种暴露途径下造成成年人和儿童的非致癌风险指数分别为1.66和12.60,高于安全阈值1.0(尤其是儿童)。三种暴露途径下的非致癌危害排序为:经口摄入>皮肤接触>呼吸,且是对成年人和儿童来说,As和Tl都是造成非致癌风险的主要元素,二者的贡献比超过90%。As是所研究的元素中唯一对成年人和儿童有致癌风险的元素,且其几乎自于As元素经口摄入的暴露途径。由此可见:采矿区对当地居民,特别是儿童的健康造成不可接受的非致癌和致癌风险。(5)研究区农作物的污染状况和对潜在有毒元素的吸收能力表现为:根系蔬菜>叶片蔬菜>果类蔬菜>谷物。除了玉米外其它农作物对人体健康都存在较高的风险,且几乎是由Tl元素贡献的,胡萝卜中Cu元素对人体也有较高的风险,农作物中As、Cd、Pb虽有污染,但是它们并未对人体健康造成不利影响。总之,研究区不适合种植粮食农作物,除非土壤中的Tl元素经过特别的修复。

关键词：铊矿区潜在有毒元素空间分布来源解析生态风险健康风险

生物炭联合城市污泥复合堆肥辅助植物修复杭州湾PTE土壤试验

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当代化工研究 2024年第9期 67-69页

作者：潘双叶沈涛郭林山朱靖浙江省宁波生态环境监测中心浙江315000 宁波市生态环境保护协会浙江315000 浙江仁欣环科院有限责任公司浙江315000 不详

为了评估生物炭联合城市污泥复合堆肥对于土壤中PTEs的辅助治理效果,以杭州湾滨海湿地土壤为研究对象,采用原子吸收分光光度法(AAS)测定了土壤中重金属锌(Zn)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、铅(Pb)和镉(Cd)的含量。并以城市污泥复合堆肥联... 详细信息

为了评估生物炭联合城市污泥复合堆肥对于土壤中PTEs的辅助治理效果,以杭州湾滨海湿地土壤为研究对象,采用原子吸收分光光度法(AAS)测定了土壤中重金属锌(Zn)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、铅(Pb)和镉(Cd)的含量。并以城市污泥复合堆肥联合生物炭为修复剂,进行辅助盆栽植物(鸭茅)修复土壤试验。结果表明:(1)杭州湾湿地土壤存在不同程度的重金属累积,虽然整体污染程度较低,但镉存在轻度污染,铜已经到达警戒线水平;(2)城市复合堆肥联合生物炭可以有效提升土壤pH值,降低土壤中金属含量;(3)鸭茅是一种优质的土壤PTEs修复植物,根部可以大量吸附土壤中的金属,城市污泥复合堆肥联合生物炭可以有效提升鸭茅修复成效;(4)2.5%的城市污泥复合堆肥联合生物炭的添加比例较为合适。

关键词：潜在有毒元素生物修复杭州湾