现代地质 ›› 2017, Vol. 31 ›› Issue (02): 374-385.
收稿日期:
2016-10-16
修回日期:
2017-02-18
出版日期:
2017-04-10
发布日期:
2017-04-25
通讯作者:
余 涛,男,副研究员,1979年出生,地球化学专业,主要从事环境地球化学、生态地球化学、勘查地球化学和土地质量地球化学评价等方面的研究工作。Email:yutao@cugb.edu.cn。
作者简介:
刘 旭,男,硕士研究生,1993年出生,地球化学专业,主要从事环境地球化学研究。Email:liuxunm@outlook.com。
基金资助:
LIU Xu1(), GU Qiubei1, YANG Qiong1, YU Tao1(
), ZHANG Qizuan2
Received:
2016-10-16
Revised:
2017-02-18
Online:
2017-04-10
Published:
2017-04-25
摘要:
广西壮族自治区碳酸盐岩分布面积为96 372 km2,约占全区陆地国土面积的40.7%。由碳酸盐岩风化形成的土壤中Cd、Pb、Hg等重金属元素普遍富集。初步评价发现,农作物籽实对Cd的吸收量与土壤Cd含量无对应关系,农作物Cd超标多出现在土壤Cd含量较低的地区。进一步研究发现,Cd高含量的土壤中普遍含有铝土矿、Fe-Mn结核等颗粒。为了探索土壤中Cd存在形态及其影响因素,选择了含铝土矿和铁锰结核的横县土壤和无铝土矿与铁锰结核的象州土壤,系统研究了土壤Cd形态差异及其影响因素。结果表明:(1)象州土壤中Cd主要以活动态形式存在,生物可利用性高,横县土壤中Cd主要以稳定态形式存在,生物可利用性低。(2)pH值为6.0是象州土壤Cd活动态含量的突变点,pH值在6.0处含量达到最大值;而在横县,pH降低使活动态Cd比例增加。(3)象州土壤中活动态Cd随有机质增加而增加,表明Cd被有机质弱吸附;而横县土壤有机质含量与Cd形态无明显相关性。(4)由铝土矿导致的土壤高Cd含量,多以残渣态形式存在,不会对动植物造成危害。
中图分类号:
刘旭, 顾秋蓓, 杨琼, 余涛, 张起钻. 广西象州与横县碳酸盐岩分布区土壤中Cd形态分布特征及影响因素[J]. 现代地质, 2017, 31(02): 374-385.
LIU Xu, GU Qiubei, YANG Qiong, YU Tao, ZHANG Qizuan. Distribution and Influencing Factors of Cadmium Geochemical Fractions of Soils at Carbonate Covering Area in Hengxian and Xiangzhou of Guangxi[J]. Geoscience, 2017, 31(02): 374-385.
目数/目 | >10 | 10~20 | 20~40 | 40~60 | 60~80 | 80~100 | 100~120 | <120 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
比例/% | 20.44 | 27.46 | 11.09 | 5.61 | 3.49 | 2.99 | 2.08 | 26.84 |
表1 横县土壤不同粒径铝土矿、铁锰结核比例
Table 1 The different particle size of bauxite, Fe-Mn nodules of soil in Hengxian
目数/目 | >10 | 10~20 | 20~40 | 40~60 | 60~80 | 80~100 | 100~120 | <120 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
比例/% | 20.44 | 27.46 | 11.09 | 5.61 | 3.49 | 2.99 | 2.08 | 26.84 |
元素 | 检出限/(mg/kg) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
水溶态 | 离子交换态 | 碳酸盐态 | 腐殖酸态 | 铁锰氧化态 | 强有机态 | 残渣态 | |
Cd | 0.005 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.03 |
表2 Cd不同形态分析检出限
Table 2 Requirements of detection limits to various fractions of Cd
元素 | 检出限/(mg/kg) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
水溶态 | 离子交换态 | 碳酸盐态 | 腐殖酸态 | 铁锰氧化态 | 强有机态 | 残渣态 | |
Cd | 0.005 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.03 |
含量范围/(mg/kg) | 相对双差(RD)/% |
---|---|
≤3倍方法检出限 | 80 |
>3倍方法检出限 | 60 |
表3 Cd形态分析监控限
Table 3 Analyzing inspection limits
含量范围/(mg/kg) | 相对双差(RD)/% |
---|---|
≤3倍方法检出限 | 80 |
>3倍方法检出限 | 60 |
含量范围 | 准确度 | 精密度 | |
---|---|---|---|
ΔlgC(GBW)= | λ= | ||
检出限3倍以内 | ≤0.12 | 0.17 | |
检出限3倍以上 | ≤0.10 | 0.15 | |
1%~5% | ≤0.07 | 0.10 | |
>5% | ≤0.05 | 0.08 |
表4 日常分析准确度、精密度要求
Table 4 The accuracy and precision requirements of daily analysis
含量范围 | 准确度 | 精密度 | |
---|---|---|---|
ΔlgC(GBW)= | λ= | ||
检出限3倍以内 | ≤0.12 | 0.17 | |
检出限3倍以上 | ≤0.10 | 0.15 | |
1%~5% | ≤0.07 | 0.10 | |
>5% | ≤0.05 | 0.08 |
指标 | Cd形态 | pH | TOC | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
水溶态 | 离子态 | 碳酸盐态 | 腐殖酸态 | 铁锰态 | 强有机态 | 残渣态 | |||
准确度/% | 4.54 | 0.01 | 0.02 | ||||||
精密度/% | 0.00 | 15.22 | 15.96 | 14.89 | 10.68 | 9.44 | 8.95 | 0.00 | 0.03 |
表5 土壤Cd形态、pH和TOC的准确度与精密度
Table 5 The accuracy and precision of Cd fractions,pH and TOC of soil
指标 | Cd形态 | pH | TOC | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
水溶态 | 离子态 | 碳酸盐态 | 腐殖酸态 | 铁锰态 | 强有机态 | 残渣态 | |||
准确度/% | 4.54 | 0.01 | 0.02 | ||||||
精密度/% | 0.00 | 15.22 | 15.96 | 14.89 | 10.68 | 9.44 | 8.95 | 0.00 | 0.03 |
地区 | 平均值 | 水溶态 | 离子交换态 | 碳酸盐结合态 | 腐殖酸结合态 | 铁锰氧化态 | 强有机结合态 | 残渣态 | 各态加和 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
横县 | 含量/(mg/kg) | 0.011 | 0.079 | 0.036 | 0.037 | 0.076 | 0.01 | 0.391 | 0.661 |
n=30 | 比例/% | 1.66 | 11.87 | 5.47 | 5.58 | 11.50 | 4.73 | 59.18 | 100.00 |
象州 | 含量/(mg/kg) | 0.001 | 0.05 | 0.024 | 0.026 | 0.022 | 0.012 | 0.028 | 0.164 |
n=30 | 比例/% | 0.61 | 31.01 | 14.63 | 15.80 | 13.47 | 7.47 | 17.02 | 100.00 |
表6 横县、象州研究区土壤Cd不同形态含量与比例
Table 6 The content and percentages of different Cd fractions in Hengxian and Xiangzhou soil
地区 | 平均值 | 水溶态 | 离子交换态 | 碳酸盐结合态 | 腐殖酸结合态 | 铁锰氧化态 | 强有机结合态 | 残渣态 | 各态加和 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
横县 | 含量/(mg/kg) | 0.011 | 0.079 | 0.036 | 0.037 | 0.076 | 0.01 | 0.391 | 0.661 |
n=30 | 比例/% | 1.66 | 11.87 | 5.47 | 5.58 | 11.50 | 4.73 | 59.18 | 100.00 |
象州 | 含量/(mg/kg) | 0.001 | 0.05 | 0.024 | 0.026 | 0.022 | 0.012 | 0.028 | 0.164 |
n=30 | 比例/% | 0.61 | 31.01 | 14.63 | 15.80 | 13.47 | 7.47 | 17.02 | 100.00 |
[1] | KOJI Iimura, 宋琦. 日本水稻土的重金属污染[J]. 土壤学进展, 1985, 13(3): 41-47. |
[2] |
PAN J, PLANT J A, VOULVOULIS N, et al. Cadmium levels in Europe: implications for human health[J]. Environmental Geochemistry and Health, 2010, 32(1): 1-12.
DOI PMID |
[3] |
GODT J, SCHEIDIG F, GROSSE-SIESTRUP C, et al. The toxicity of cadmium and resulting hazards for human health[J]. Journal of Occupational Medicine and Toxicology, 2006, 1(1): 1-6.
DOI |
[4] |
PROKOP Z, CUPR P, ZLEVOROVA-ZLAMALIKOVA V, et al. Mobility, bioavailability, and toxic effects of cadmium in soil samples[J]. Environmental Research, 2003, 91(2): 119-126.
PMID |
[5] | 侯青叶, 杨忠芳, 杨晓燕, 等. 成都平原区水稻土成土剖面Cd形态分布特征及影响因素研究[J]. 地学前缘, 2008, 15(5): 36-46. |
[6] |
XIAN X. Effect of chemical forms of cadmium, zinc, and lead in polluted soils on their uptake by cabbage plants[J]. Plant and Soil, 1989, 113(2): 257-264.
DOI URL |
[7] |
HALL G E M, MACLAURIN A I, GARRETT R G. Assessment of the 1 M NH4NO3 extraction protocol to identify mobile forms of Cd in soils[J]. Journal of Geochemical Exploration, 1998, 64(1/3): 153-159.
DOI URL |
[8] | ZHENG M O, XIA W C, QIN C, et al. Form distribution and transformation of heavy metals of Cu, Pb, Zn, Cr and Cd in soils[J]. Agro-environmental Protection, 2002, 21(1): 9-12. |
[9] |
HE J, LÜ C, FAN Q, et al. Distribution of AVS-SEM, transformation mechanism and risk assessment of heavy metals in the Nanhai Lake in China[J]. Environmental Earth Sciences, 2011, 64(8): 2025-2037.
DOI URL |
[10] |
WANG X, LIANG C, YIN Y. Distribution and transformation of cadmium formations amended with serpentine and lime in contaminated meadow soil[J]. Journal of Soils and Sediments, 2015, 15(7): 1531-1537.
DOI URL |
[11] | SUMI H, KUNITO T, ISHIKAWA Y, et al. Plant roots influence microbial activities as well as cadmium and zinc fractions in metal-contaminated soil[J]. Chemistry & Ecology, 2015, 31(2): 105-106. |
[12] | 张颖异, 程相利, 齐渊洪, 等. 广西贵港高铁型铝土矿的矿物学特征研究[J]. 矿业研究与开发, 2015, 35(5): 52-55. |
[13] | 陈世益, 周芳, 罗德宣, 等. 广西贵港三水型铝土矿矿石特征及应用研究[J]. 广西地质, 1992, 5(3): 9-16. |
[14] | 王庆飞, 邓军, 刘学飞, 等. 铝土矿地质与成因研究进展[J]. 地质与勘探, 2012, 48(3): 430-448. |
[15] | 李建强, 刘志乾. 广西三水铝土矿矿床地质特征及成因探讨[J]. 甘肃冶金, 2008, 30(6): 56-59. |
[16] | 杨忠芳, 余涛, 李敏, 等. 土地质量地球化学评价规范(DZ/T 0295-2016)[S]. 北京: 地质出版社, 2016:19. |
[17] | 奚小环, 陈国光, 张德存, 等. 多目标区域地球化学调查规范(1∶250 000)(DZ/T 0258-2014)[S]. 北京: 中国标准出版社, 2014:13. |
[18] | 杨晓燕, 侯青叶, 杨忠芳. 重金属元素Cd在水稻土剖面中的分配系数及其影响因素研究:以四川省成都平原区为例[J]. 地学前缘, 2013, 20(2): 246-256. |
[19] | 李非里, 刘丛强, 宋照亮. 土壤中重金属形态的化学分析综述[J]. 中国环境监测, 2005, 21(4): 21-27. |
[20] | 彭刚华. 水稻土中重金属Cd的形态含量变化[J]. 福建环境, 2002, 19(1): 34-35. |
[21] | 黄思宇, 彭晓春, 吴彦瑜, 等. 土壤中重金属形态分析研究进展[J]. 广东化工, 2012, 39(2): 86-87. |
[22] | 侯秀. 铁锰氧化物对碱性盐化土壤镉污染中镉的行为影响及生物效应[D]. 天津: 天津师范大学, 2009:32. |
[23] | 李非里, 刘丛强, 宋照亮. 土壤中重金属形态的化学分析综述[J]. 中国环境监测, 2005, 21(4): 21-27. |
[24] | 杨炜林, 祖艳群, 李元. 土壤重金属化学形态的空间异质性及其影响因素研究[J]. 云南农业大学学报, 2007, 22(6): 912-916. |
[25] | ADRIANO D C. Trace elements in terrestrial environments: biogeochemistry, bioavailability, and risks of metals[M]. 2nd ed. New York: Springer, 2001: 102. |
[26] | 刘丹丹, 刘菲, 缪德仁. 土壤重金属连续提取方法的优化[J]. 现代地质, 2015, 29(2): 390-396. |
[27] | 代杰瑞, 郝兴中, 庞绪贵, 等. 典型土壤环境中重金属元素的形态分布和转化——以山东烟台为例[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2013, 32(6): 713-719. |
[28] | 侯青叶, 杨忠芳. 山西临汾盆地黄土剖面重金属分布特征及其影响因素[J]. 现代地质, 2008, 22(6): 922-928. |
[29] | 余涛, 杨忠芳, 钟坚, 等. 土壤中重金属元素Pb、Cd地球化学行为影响因素研究[J]. 地学前缘, 2008, 15(5): 67-73. |
[30] |
JIANG H, LI T, HAN X, et al. Effects of pH and low molecular weight organic acids on competitive adsorption and desorption of cadmium and lead in paddy soils[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2012, 184(10): 6325-6335.
DOI PMID |
[31] | 廖敏, 黄昌勇, 谢正苗. pH对镉在土水系统中的迁移和形态的影响[J]. 环境科学学报, 1999, 19(1): 83-88. |
[32] | 顾秋蓓, 杨琼, 余涛, 等. 耕作措施对土壤有机碳稳定性的影响——以黑龙江省与吉林省典型地区为例[J]. 现代地质, 2016, 30(2): 463-469. |
[33] | 杜明阳, 赵秀兰. 土壤有机质与重金属迁移转化关系文献综述[J]. 南方农业, 2016, 10(17): 92-94. |
[34] |
ZHAO X, JIANG T, DU B. Effect of organic matter and calcium carbonate on behaviors of cadmium adsorption-desorption on/from purple paddy soils[J]. Chemosphere, 2014, 99: 41-48.
DOI PMID |
[35] | 陈建斌. 有机物料对土壤的外源铜和镉形态变化的不同影响[J]. 农业环境保护, 2002, 21(5): 450-452. |
[36] | 黄志强, 胡自宁, 龙斌, 等. GIS空间叠置分析在广西红土型高铁三水铝土矿资源遥感地质调查中的应用[J]. 矿床地质, 2010(S1): 681-684. |
[37] | 文加波, 李克庆, 向忠宝, 等. 电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定铝土矿中40种组分[J]. 冶金分析, 2011, 31(12): 43-49. |
[38] | 张佳莉, 张青伟, 阳纯龙, 等. 桂西铝土矿中稀有和稀散元素地球化学特征[J]. 桂林理工大学学报, 2016, 36(1): 153-159. |
[39] | HIEMSTRA T, RIEMSDIJK W H V. Physical chemical interpretation of primary charging behaviour of metal (hydr) oxides[J]. Colloids & Surfaces, 1991, 59: 7-25. |
[40] |
WEERASOORIYA R, WIJESEKARA H K D K, BANDARA A. Surface complexation modeling of cadmium adsorption on gibbsite[J]. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2002, 207(1/3): 13-24.
DOI URL |
[41] |
YU G, SAHA U K, KOZAK L M, et al. Kinetics of cadmium adsorption on aluminum precipitation products formed under the influence of tannate[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2006, 70(20): 5134-5145.
DOI URL |
[42] |
SHOKATI POURSANI A, NILCHI A, HASSANI A H, et al. A novel method for synthesis of nano-γ-Al2O3: study of adsorption behavior of chromium, nickel, cadmium and lead ions[J]. International Journal of Environmental Science and Technology, 2015, 12(6): 2003-2014.
DOI URL |
[43] |
LOMBI E, ZHAO F J, ZHAN G, et al. In situ fixation of metals in soils using bauxite residue: chemical assessment[J]. Environmental Pollution, 2002, 118(3): 435-443.
PMID |
[44] | 刘晶, 郑楚光, 曾汉才, 等. 固体吸附剂控制燃煤重金属排放的实验研究[J]. 环境科学, 2003, 24(5): 23-27. |
[45] | 练佳佳, 唐庆杰, 吴文荣, 等. 赤泥在环境修复领域的应用综述[J]. 硅酸盐通报, 2015, 34(11): 3236-3242. |
[46] | 杨俊兴, 陈世宝, 郭庆军. 赤泥在重金属污染治理中的应用研究进展[J]. 生态学杂志, 2013, 32(7): 1937-1944. |
[47] | 朱晓波, 李望, 管学茂. 赤泥综合利用研究现状及分析[J]. 矿产综合利用, 2016, 37(1): 7-10. |
[48] |
LAURENCE M, STEPHENS N, MEGIRIAN G. Animal and human health is unlikely to be at risk when generations of sheep graze bauxite residue (Alkaloam)-amended pastures[J]. Animal Production Science, 2016, 56(12): 2074.
DOI URL |
[49] | 张宏, 黎新, 陈永红, 等. 对广西重金属污染土壤修复可行性方案的探讨[J]. 南方国土资源, 2016, 33(1): 27-29, 32. |
[1] | 张健, 文美兰, 叶武, 蒋小明, 谭江东, 杨航, 罗海怡, 刘攀峰, 蒋羽雄. 广西融水374矿床外围地电提取测量法找矿预测[J]. 现代地质, 2024, 38(01): 214-223. |
[2] | 罗海怡, 罗先熔, 刘攀峰, 马明亮, 陆显盛, 蒋小明, 鲍官桂, 蒋羽雄. 广西崇左市那渠地区土壤地球化学特征及找矿前景[J]. 现代地质, 2023, 37(06): 1553-1566. |
[3] | 胡力文, 邹华耀, 杨伟强, 黎霆, 邓成昆, 程忠贞, 诸丹诚, 陈星岳. 川北寒武系碳酸盐岩压溶作用的影响因素[J]. 现代地质, 2023, 37(05): 1221-1231. |
[4] | 李东升, 高平, 盖海峰, 刘若冰, 蔡益栋, 李刚, 周秦, 肖贤明. 川东南地区龙马溪组页岩有机质纳米孔隙结构表征[J]. 现代地质, 2023, 37(05): 1293-1305. |
[5] | 邵威猛, 牛永斌, 程梦园, 韩科龙, 孙凤余, 程怡高, 荆楚涵. 豫西北奥陶系马家沟组碳酸盐岩中裂缝-溶洞的发育特征及成因机制[J]. 现代地质, 2023, 37(05): 1306-1320. |
[6] | 金霄, 冯艳芳, 罗晓玲, 温心禹, 张所文, 张枝焕. 准噶尔盆地南缘环博格达山中二叠统黑色泥页岩生烃动力学研究:对周边探区油气勘探启示[J]. 现代地质, 2023, 37(05): 1321-1335. |
[7] | 王续学, 张祥玉, 李守军, 张家豪, 张振宇. 莱阳凹陷莱阳群黑色页岩氧化还原敏感微量元素特征与有机质富集的控制因素[J]. 现代地质, 2023, 37(03): 733-744. |
[8] | 刘思逸, 高平, 肖贤明, 刘若冰, 秦婧, 袁桃, 王旭. 四川盆地五峰—龙马溪组黑色页岩有机岩石学特征研究[J]. 现代地质, 2022, 36(05): 1281-1291. |
[9] | 姜秉仁, 邓恩德, 韩明辉, 马子杰. 黔西北地区石炭系祥摆组页岩微观孔隙结构及分形特征[J]. 现代地质, 2022, 36(04): 1065-1073. |
[10] | 樊妍, 王绪龙, 向才富, 王千军, 刘嘉, 廖健德, 徐怀民. 准噶尔盆地东部二叠系平地泉组烃源岩富集规律与主控因素[J]. 现代地质, 2022, 36(04): 1105-1117. |
[11] | 付嵩, 李社宏, 马文恩, 蒋超, 谢卓麟, 吴金铭, 胡煦阚, 张紫桐. 广西龙围地区石英脉型铜矿中硫化物Re-Os测年及意义[J]. 现代地质, 2022, 36(04): 1146-1154. |
[12] | 郭正材, 郭华明, 魏亮, 高志鹏. 河北保定典型污灌区土壤Cu吸附特性研究[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 524-532. |
[13] | 罗海怡, 罗先熔, 刘攀峰, 马明亮, 卓银义. 广西三江县土壤硒含量分布特征及其影响因素研究[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 645-654. |
[14] | 陈华鑫, 康志宏, 康志江. 塔河油田碳酸盐岩油藏古岩溶洞穴层状结构与形成机理[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 695-708. |
[15] | 白翔宇, 马郡伟, 夏清萍, 谭先锋, 李开开. 北京西山下苇甸第三统/芙蓉统界线附近碳酸盐岩地球化学特征及古环境意义[J]. 现代地质, 2022, 36(02): 729-741. |
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