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基于APCS-MLR和PMF模型的石煤矿区及周边区域农田土壤重金属污染来源解析

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环境科学 2024年

作者：董天浩潘淑芳张仁杰姜立恒郭焱纪雄辉谢运河湖南省农业环境生态研究所中国农业大学土地科学与技术学院农业农村部长江中游平原农业环境重点实验室农田土壤重金属污染防控与修复湖南省重点实验室

为了探究石煤开采带来的农田土壤重金属污染风险，对某石煤矿区及周边区域农田土壤进行了采样分析及污染源解析。结果表明：①该石煤矿区及周边农田土壤重金属污染风险很高。按内梅罗综合污染指数确定的轻污染风险以上的采样点占比为61... 详细信息

为了探究石煤开采带来的农田土壤重金属污染风险，对某石煤矿区及周边区域农田土壤进行了采样分析及污染源解析。结果表明：①该石煤矿区及周边农田土壤重金属污染风险很高。按内梅罗综合污染指数确定的轻污染风险以上的采样点占比为61.6%，其中重污染风险采样点占比达21.9%。研究区土壤Cd污染很严重，超出风险筛选值和风险管制值的采样点占比分别为71.5%和18.5%。②土壤Cd、Zn、Ni、Cu和As之间，As、Hg和Pb之间，Cr与As和Ni，Hg与Zn、Ni和Cu，均存在极显著正相关关系。Cd与Cr和Pb的相关性均不显著，其余重金属元素组合均存在显著正相关关系。③基于不同受体模型对研究区进行土壤重金属污染来源解析，识别出3个污染来源，即石煤开采源，大气沉降源和自然源。APCS-MLR模型判定土壤Cd、As、Cu、Zn和Ni主要受石煤开采源影响，Pb和Hg主要受大气沉降源影响，Cr主要受自然源影响；3个污染源的贡献率依次为43.2%、31.5%和25.3%。PMF模型的源解析结果与之总体上相同，但判定土壤Cd和Hg均受石煤开采-大气沉降混合源影响；3个污染源的贡献率依次为45.0%、34.5%和20.5%。研究表明，石煤矿区及周边区域农田土壤有较大的重金属污染风险，联合使用两种受体模型能够更合理地判别各土壤重金属主要的污染来源。

关键词：土壤重金属石煤源解析 APCS-MLR模型 PMF模型

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安徽省典型区域农田地膜残留特征研究

农业环境科学学报 2024年第1期43卷 79-90页

作者：刘莹武升童童郑晶曹迟姜家生黄文星施俊生马友华农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室安徽农业大学资源与环境学院合肥230036 安徽省农业生态环境总站合肥230001

为探究安徽省典型区域覆膜作物地膜残留特征及影响因素,于2019—2021年选择安徽省8个代表性地市13个县区共计15个监测点,利用典型样点采集的方法开展地膜残留监测,同时随机选取周边的10个农户或合作社开展问卷调查。结果表明:2019—202... 详细信息

为探究安徽省典型区域覆膜作物地膜残留特征及影响因素,于2019—2021年选择安徽省8个代表性地市13个县区共计15个监测点,利用典型样点采集的方法开展地膜残留监测,同时随机选取周边的10个农户或合作社开展问卷调查。结果表明:2019—2021年安徽省地膜平均残留量为10.80 kg·hm^(-2),未超出国家标准限值(75.00 kg·hm^(-2))。各监测点3 a平均残膜量在0~30kg·hm^(-2)之间,残膜量为5~15 kg·hm^(-2)的监测点占53.33%。从不同区域来看,江淮丘陵区地膜残留量较多,其农田地膜残留量为3.62~25.76 kg·hm^(-2)。不同作物平均残膜量为马铃薯>露地蔬菜>烟草>果树>保护地蔬菜>大豆>瓜类>花生。保护地蔬菜地膜残留系数为1.59%,在沿用当前的覆膜生产模式下,此后连续覆膜8 a,残膜量将会超过国家标准限值。影响残膜量的因素有作物类型、覆膜年限、地膜规格。覆膜省各监测点覆膜作物区地膜污染状况较轻,主要回收方式为人工捡拾,机械化程度较低。回收后的地膜主要作为农村生活垃圾处理,占比为52.91%。安徽省应通过调整种植结构、推广使用标准地膜、加强回收意识、提高回收率等方法来降低地膜污染。

关键词：地膜残留回收分布特征残留系数农作物

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鸽粪农业利用潜力及其重金属风险评价

农业资源与环境学报 2024年第2期41卷 442-451页

作者：王家裕何振贤郑雄开赖伟斌陈惠诗贾爱萍邹梦遥陶雪琴杜建军仲恺农业工程学院资源与环境学院广东省农业产地环境污染防控工程技术研究中心广州510225 华南理工大学环境与能源学院工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室广州510006

为了解鸽粪组分及其农业利用过程中重金属的潜在生态风险,本研究采集了广东省肉鸽养殖基地的鸽粪样品,检测分析了鸽粪中Cu、Zn、Cd、Cr、Ni、Pb、Hg、As 8种重金属含量以及全氮、全磷、全钾含量,采用单因子污染指数法与综合污染指数法... 详细信息

为了解鸽粪组分及其农业利用过程中重金属的潜在生态风险,本研究采集了广东省肉鸽养殖基地的鸽粪样品,检测分析了鸽粪中Cu、Zn、Cd、Cr、Ni、Pb、Hg、As 8种重金属含量以及全氮、全磷、全钾含量,采用单因子污染指数法与综合污染指数法评价了鸽粪重金属污染程度,同时,根据水稻所需全氮含量分析鸽粪安全农用年限,并通过Hakanson潜在生态污染评价法进行验算。结果表明:对比德国腐熟肥料标准,鸽粪中Cu、Zn含量超标,样品超标率分别为18.18%和36.36%,总超标率为45.45%。单因子污染指数表明鸽粪重金属Zn、Cu、Ni分别有36.36%、18.18%、18.18%的样品处于污染水平,其余重金属含量均在《有机肥料》(NY/T525-2021)的限量范围内。内梅罗综合污染指数表明,处于警示及以上污染水平的点位主要受Cu、Zn污染。在不考虑重金属流失情况下,广东省水稻种植中连续施用鸽粪10 a无重金属污染风险,而在水田旱作系统中,以作物所需全磷量为施肥指标的情况下,鸽粪安全农用年限可达50 a。研究表明,鸽粪农用过程中会使重金属在农田土壤中累积,引起重金属污染,应加强鸽粪无害化处理及安全利用等技术研究。

关键词：鸽粪农业利用重金属安全施用年限风险评价

农业面源污染治理效果监测与评价_以铜陵市义安区为例

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中国环境监测 2024年第4期40卷 220-233页

作者：常珺枫骆美李陈刘莹武升马友华安徽农业大学资源与环境学院农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室安徽合肥230036

农业面源污染治理效果监测与评价对于衡量农业面源污染治理效果具有重要意义。针对安徽省铜陵市义安区农业面源污染治理项目,按照“污染源—输送途径—受纳水域”的监测思路,确定了各治理工程的监测点位、频次和指标,采用单因子评价法... 详细信息

农业面源污染治理效果监测与评价对于衡量农业面源污染治理效果具有重要意义。针对安徽省铜陵市义安区农业面源污染治理项目,按照“污染源—输送途径—受纳水域”的监测思路,确定了各治理工程的监测点位、频次和指标,采用单因子评价法及综合污染指数法分析和评价了各项治理工程的实施效果。结果表明,总氮(TN)为导致研究区农田面源污染的主要污染物,在治理工程建设前的平均超标倍数(Ⅲ类水体标准)达到了1.58倍。治理工程建设完成后,各污染物的浓度削减幅度排序为铵态氮(NH_(4)^(+)-N)>TN>化学需氧量(COD)>总磷(TP)。在畜禽养殖污染治理工程中,各工艺的污染物去除效果排序为厌氧还田工艺>异位发酵工艺>氧化塘工艺。厌氧还田工艺和异位发酵工艺的治理后污染物去除率均高于治理前,氧化塘工艺反之。其中:厌氧还田、异位发酵、氧化塘3种工艺的COD综合去除率分别为44.43%、20.91%、33.70%;厌氧还田工艺的NH_(4)^(+)-N综合去除率最高,为69.66%;异位发酵工艺对应的去除率最高的污染因子为悬浮物(SS),去除率为55.44%;氧化塘工艺的TP综合去除率最高,为74.72%。水产养殖污染治理工程采用的是“三池两坝”工艺,对应的各污染物的去除率排序为TP>TN>SS。基于熵权综合污染指数的农业面源污染状况评价结果显示,项目区在实施农业面源污染治理工程前处于污染状态,在实施农业面源污染治理工程后达到合格状态。研究结果可为长江流域农业面源污染治理效果监测与评价提供参考。

关键词：农业面源污染长江流域环境监测综合污染指数法效果评价

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西北六省区农田地膜残留特征与关键影响因素

农业环境科学学报 2024年第6期43卷 1260-1270页

作者：孙源辰何文清靳拓严昌荣赵梓君刘勤中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 农业农村部农膜污染防控重点实验室北京100081 农业农村部农业生态与资源保护总站北京100125

为了探明西北六省区农田地膜残留特征与关键影响因素,本研究于2020—2022年在新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区、青海省、宁夏回族自治区、陕西省、甘肃省布设共计160个农田地膜残留监测点,利用典型样点采集的方法进行农田地膜残留监测,... 详细信息

为了探明西北六省区农田地膜残留特征与关键影响因素,本研究于2020—2022年在新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区、青海省、宁夏回族自治区、陕西省、甘肃省布设共计160个农田地膜残留监测点,利用典型样点采集的方法进行农田地膜残留监测,同时对农田农户背景资料进行问卷调查。结果表明:2020—2022年西北六省区160个农田地膜残留监测点的农田地膜残留量介于0.46~369.29 kg·hm^(-2)之间,平均残膜量70.30 kg·hm^(-2),处于接近国家标准限值75 kg·hm^(-2)的水平。不同省份之间残膜量差异显著(P污染较严重的农田主要分布在新疆和内蒙古,陕西、青海、甘肃和宁夏地区残膜污染较轻。农田地膜残留量与覆膜年限呈显著正相关、与地膜厚度呈负相关关系,在不同作物类型及覆膜比例条件下差异显著,受不同回收方式、不同种植户类型及其距村庄的距离、不同土壤类型影响显著。残膜量主要影响因素及其贡献度分别为回收方式30.8%、作物类型15.2%、覆膜比例13.8%、覆膜年限10.8%;种植户类型、地块距村庄距离、土壤类型、地膜标识厚度对农田地膜残留量的贡献度较小,均不足10%。研究表明,西北六省区存在较大的地膜污染隐患,建议因地制宜地加强防治力度、改良防治方案,改进和推广地膜污染防治技术,在充分考虑农民利益的基础上完善地膜防治政策。

关键词：农田地膜残留影响因素贡献比例西北六省区

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珠三角赤红壤常年菜地土壤肥力质量评价

草业学报 2024年第5期33卷 25-40页

作者：宁建凤李彤曾瑞锟姚建武陈勇梁紫薇广东省农业科学院农业资源与环境研究所农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室广东省农业面源污染监测评估与防控工程技术研究中心广东广州510640

赤红壤是广东省地带性土壤,研究位于该地带性土壤的菜地肥力变化特征,以客观评价耕作施肥管理的科学性,助力耕地质量保护与提升。在广东省珠三角地区广州市、江门市、肇庆市、惠州市惠阳区选取了89个蔬菜常年种植菜地,测定了耕层(0~20 ... 详细信息

赤红壤是广东省地带性土壤,研究位于该地带性土壤的菜地肥力变化特征,以客观评价耕作施肥管理的科学性,助力耕地质量保护与提升。在广东省珠三角地区广州市、江门市、肇庆市、惠州市惠阳区选取了89个蔬菜常年种植菜地,测定了耕层(0~20 cm)土壤理化指标,利用第二次全国土壤普查养分分级标准和内梅罗综合指数法分析评价土壤肥力状况。珠三角赤红壤常年菜地土壤质地以壤土、砂质壤土、粉壤土为主,分别占比46.1%、23.6%和19.1%;pH 5.83,呈微酸性;有机质含量23.83 g·kg-1,为中等水平;阳离子交换量8.67 cmol(+)·kg-1,为中等偏下水平;全氮(N)、全磷(P)、全钾(K)含量分别为1.19、1.47、12.53 g·kg-1,其中全氮和全磷含量均属中等水平,全钾含量为中等偏下水平;有效态养分中碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为135.24、120.24、222.48 mg·kg-1,属于丰富(碱解氮和速效钾)和极丰富水平(有效磷)。内梅罗综合指数法评价结果显示,珠三角赤红壤常年菜地土壤综合肥力指数为1.69,属良好等级。相比第二次全国土壤普查广东省赤红壤普查结果,土壤全钾含量不同程度降低,pH值、有机质、全氮、碱解氮含量均不同程度提高,增幅分别为16.6%、23.5%、38.4%和62.5%;阳离子交换量、全磷、有效磷和速效钾含量大幅增加,增幅分别达1.29、6.00、65.80和3.07倍,其中土壤有效磷累积较为普遍。全氮和全磷的年均累积量分别为8.46、32.31 mg·kg-1,碱解氮、有效磷和速效钾年均累积量分别为1.20、3.04、4.30 mg·kg-1。总体上,经过近40年耕种,珠三角赤红壤常年菜地肥力水平不同程度改善,土壤pH由酸性改善为微酸性,阳离子交换性能、有机质、全氮含量提升1个等级,碱解氮和有效钾含量提升2个等级,全磷和有效磷含量分别提升3和5个等级。各肥力指标总体上由原来的极度缺乏至中等偏下状态改善为目前的中等偏下至极丰富水平,总体肥力状况良好。在实施蔬菜有机无机肥配施技术基础上,合理施用氮、钾肥,降低磷肥投入量,可以进一步提升珠三角赤红壤区菜地地力水平,维持土壤资源的可持续利用。

关键词：赤红壤土壤肥力常年菜地阳离子交换量耕地质量

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云南地质高背景区苹果矿质元素富集特征和营养及健康风险评价

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环境科学 2024年第9期45卷 5538-5547页

作者：刘炎樊玉刘江贾志玮万亚男李花粉孟凡乔王琪庄重中国农业大学资源与环境学院农田土壤污染防控与修复北京市重点实验室北京100193

地质高背景区土壤中矿质元素含量较高,探究高背景区矿质元素在土壤-植物系统中迁移特征,评价重金属累积风险至关重要.为解析云南重金属高背景区苹果中矿质元素富集特征、营养价值和健康风险,从云南苹果主产区采集土壤和苹果点对点样品30... 详细信息

地质高背景区土壤中矿质元素含量较高,探究高背景区矿质元素在土壤-植物系统中迁移特征,评价重金属累积风险至关重要.为解析云南重金属高背景区苹果中矿质元素富集特征、营养价值和健康风险,从云南苹果主产区采集土壤和苹果点对点样品30对,测定了苹果和土壤中12种矿质元素含量.试验结果表明,土壤样品中Cd、As、Pb和Cr含量超出风险筛选值的比例依次为50%、17%、48%和30%,而苹果样品中只有ω(Pb)超过新鲜水果安全限值(0.1 mg·kg^(−1)),超标率为13.3%.除有害元素外,苹果中ω(K)、ω(Ca)、ω(Mg)、ω(Mn)和ω(Zn)较高,均值依次为1.241 g·kg^(−1)、0.045 g·kg^(−1)、0.061 g·kg^(−1)、0.648 mg·kg^(−1)和0.944 mg·kg^(−1).营养评价结果表明,食用足量苹果提供K和Cu的营养指数(INQ)均值大于2,可以作为人体摄入K和Cu的主要途径之一.健康风险评价结果显示,单一重金属目标危害系数(THQ)依次为:Cu>As>Cr>Pb>Zn>Cd;多种重金属元素危害指数(HI)小于1,表明食用苹果不会引起明显的重金属暴露风险.研究结果将为地质高背景区土壤-作物系统中矿质元素营养和健康风险提供科学依据.

关键词：苹果矿质元素营养评价健康风险评价地质高背景

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典型冶炼厂大气沉降区农田耕层土壤重金属(Cd、Cu、Pb)输入输出平衡研究

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土壤学报 2024年第5期61卷 1339-1348页

作者：米雅竹梁家妮周俊刘梦丽寇乐勇夏睿智田瑞云施颖舒天才舒伍星周静中国科学院南京土壤研究所南京211135 中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室南京211135 国家红壤改良工程技术研究中心中国科学院红壤生态实验站江西鹰潭335211 鹰潭市农业农村粮食局江西鹰潭335001 鹰潭市余江区农业农村粮食局江西鹰潭335211

为探究不同大气沉降区农田耕层土壤镉(Cd)、铜(Cu)、铅(Pb)的质量平衡特征,以距离贵溪冶炼厂34 km(背景区)、6 km(中沉降区)、1 km(高沉降区)的0~20 cm农田耕层土壤为研究对象,通过化学质量平衡方法对土壤重金属的主要输入途径(大气沉... 详细信息

为探究不同大气沉降区农田耕层土壤镉(Cd)、铜(Cu)、铅(Pb)的质量平衡特征,以距离贵溪冶炼厂34 km(背景区)、6 km(中沉降区)、1 km(高沉降区)的0~20 cm农田耕层土壤为研究对象,通过化学质量平衡方法对土壤重金属的主要输入途径(大气沉降、灌溉水、农药肥料)和输出途径(地表径流、土壤淋溶、籽粒带走)开展为期三年的监测与定量分析。结果表明:背景区、中沉降区、高沉降区由大气沉降导致的Cd年均输入通量分别为0.84、2.26、9.01 mg·m^(-2)·a^(-1),分别占比43.18%、38.33%、100%;Cu年均输入通量分别为17.62、99.68、747.6 mg·m^(-2)·a^(-1),分别占比80.76%、86.24%、100%;Pb年均输入通量分别为13.93、27.43、73.17 mg·m^(-2)·a^(-1),分别占比97.75%、92.36%、100%。背景区和中沉降区由灌溉水导致的Cd年均输入通量分别为1.05、3.60 mg·m^(-2)·a^(-1),分别占比54.62%和60.82%;农药肥料带入的重金属年均输入量占比小于5%,可忽略不计。不同沉降区土壤的主要输出途径均为地表径流和土壤淋溶,输出占比介于86.66%~100%;籽粒带走的重金属输出占比介于2.88%~13.34%。2019—2021年,背景区、中沉降区、高沉降区土壤Cd、Cu、Pb的年均净输入通量均大于0,Cd年均净输入通量分别为1.54、1.96、4.38 mg·m^(-2)·a^(-1);Cu年均净输入通量分别为12.72、28.02、184.0 mg·m^(-2)·a^(-1);Pb年均净输入通量分别为13.03、21.31、55.04 mg·m^(-2)·a^(-1)。综上,建议加强研究区域大气污染源和灌溉水质的长期监测并采取一定的控制措施,同时避免秸秆直接还田。本研究可为区域农田环境质量保护及重金属污染修复治理提供理论支持。

关键词：重金属大气沉降灌溉水水稻输入输出

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珠三角赤红壤常年连作菜地土壤磷库特征

草业学报 2024年

作者：宁建凤陈勇姚建武梁紫薇曾瑞锟王荣辉李彤广东省农业科学院农业资源与环境研究所农业部南方植物营养与肥料重点实验室广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室广东省农业面源污染监测评估与防控工程技术研究中心

磷既是作物营养必需元素也是重要面源污染因子，研究集约化菜地土壤磷库特征，为有针对性地制定菜地磷养分管理措施，降低菜地磷素面源污染风险提供依据。以珠三角地区（广州、江门、肇庆、惠州等地）赤红壤常年菜地系统为研究对象，共... 详细信息

磷既是作物营养必需元素也是重要面源污染因子，研究集约化菜地土壤磷库特征，为有针对性地制定菜地磷养分管理措施，降低菜地磷素面源污染风险提供依据。以珠三角地区（广州、江门、肇庆、惠州等地）赤红壤常年菜地系统为研究对象，共采集89份城郊菜地土壤样品，采用修正的Hedley磷库分级法分析土壤磷组分，探明土壤性质与磷库相关性。赤红壤菜地土壤磷库以无机磷（Pi）为主要赋存形态，无机磷在磷库占比达88%，有机磷（Po）、残余磷在磷库占比均较低，分别为8.1%、3.9%。菜地土壤无机磷含量为1176.78 mg·kg-1，远高于有机磷(109.03 mg·kg-1)和残余磷含量(52.19 mg·kg-1)。无机磷库中，H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、稀HCl-Pi、浓HCl-Pi含量分别为46.35 mg·kg-1、264.64 mg·kg-1、427.45 mg·kg-1、274.82 mg·kg-1、163.52 mg·kg-1，在总磷中相应占比分别为3.32%、20.74%、31.29%、16.32%、14.13%。有机磷库中，NaHCO3-Po、NaOH-Po、浓HCl-Po含量分别为27.24mg·kg-1、62.35 mg·kg-1、19.44 mg·kg-1，占总磷比例依次为2.33%、5.70%、1.56%。NaOH提取磷（NaOH-P）在菜地无机磷库、有机磷库中均占主导地位。从土壤磷活性角度分析，活性磷、中等活性磷、稳定性磷含量分别为338.23 mg·kg-1、764.62 mg·kg-1、235.15 mg·kg-1，在总磷中相应占比分别为25.3%、57.1%、17.6%。几乎全部89个样点土壤活性磷与中等活性磷之和在总磷库占比均超过50%。土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾、阳离子交换量（CEC）均与活性磷、中等活性磷含量呈显著正相关性，且存在浓度效应。赤红壤菜地土壤总体上磷含量丰富、有效性高。施肥、耕作管理等人为活动及赤红壤特性共同影响土壤磷库形成。考虑到赤红壤区的强降水气候特征，常年菜地磷素面源污染风险大，应注意通过合理施肥降低磷的污染风险。

关键词：赤红壤菜地 Hedley磷库分级法无机磷组分有机磷组分磷有效性