洞庭湖平原土壤铅活动性影响因素研究

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2019.04.09

现代地质 ›› 2019, Vol. 33 ›› Issue (04): 783-793.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2019.04.09

洞庭湖平原土壤铅活动性影响因素研究

戴高乐¹(), 侯青叶¹(), 杨忠芳¹, 姜华², 袁嘉欣¹, 唐志敏³

1.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院,北京 100083
2.中国地质调查局武汉地质调查中心,湖北武汉 430200
3.中国地质调查局南京地质调查中心,江苏南京 210016

收稿日期:2018-10-15 修回日期:2018-11-17 出版日期:2019-08-20 发布日期:2019-09-05
通讯作者: 侯青叶
作者简介:侯青叶,女,1978年出生,副教授,地球化学专业,主要从事环境地球化学和生态地球化学研究。Email: qingyehou@cugb.edu.cn。
戴高乐,男,1994年出生,硕士研究生,地球化学专业,主要从事环境地球化学研究。Email: 1149678463@qq.com。
基金资助:
中国地质调查局地质调查项目(DD20160323);国家自然科学基金项目(41773019)

Factors Affecting Mobility of Lead in the Soils of the Dongting Lake Plain, China

DAI Gaole¹(), HOU Qingye¹(), YANG Zhongfang¹, JIANG Hua², YUAN Jiaxin¹, TANG Zhimin³

1. School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China
2. Wuhan Geological Survey Center,China Geological Survey,Wuhan,Hubei 430200,China
3. Nanjing Geological Survey Center,China Geological Survey,Nanjing,Jiangsu 210016,China

Received:2018-10-15 Revised:2018-11-17 Online:2019-08-20 Published:2019-09-05
Contact: HOU Qingye

摘要/Abstract

摘要：

为了系统地探讨洞庭湖平原土壤铅(Pb)活动性特征及其影响因素,本次研究在常德市、益阳市、株洲市共采集了110件水稻根系土样品,讨论了土壤Pb活动态含量和活动系数与有机质、pH值、阳离子交换量(CEC)等土壤理化性质的相关性,并据此建立了Pb活动态含量和活动系数的预测模型。研究结果表明:土壤Pb含量、pH值、有机质含量、CEC和风化程度都是影响Pb活动态含量及活动系数的主要因素。pH值、CEC和有机质含量都会影响土壤缓冲能力,进而影响Pb的活动性。土壤Cd含量和Zn/Pb值也与Pb活动态含量有显著相关性;在不同的浓度梯度内,Cd与Pb的交互作用不同;土壤具有较高的Zn/Pb 值时,Pb活动态含量较低。采用逐步回归法建立了土壤Pb活动态含量以及活动系数的预测模型,土壤Pb活动态含量用土壤pH、Pb含量、CEC和Na₂O/K₂O值进行预测,活动态系数用pH、CEC、SiO₂/Al₂O₃值进行预测,预测效果均较好。

关键词: 洞庭湖平原, 土壤, Pb, 活动性, 影响因素

Abstract:

In order to systematically explore the mobility characteristics of Pb in the soils of the Dongting lake plain and its influence factors, 110 soil samples had been collected in Changde, Yiyang and Zhuzhou city. This study discussed the relationships between mobility of Pb and organic matter, pH, cation exchange capacity (CEC) and other parameters in soils. Based on their correlations, we established prediction models for the mobility of Pb. The results showed that Pb content, pH, organic matter content, CEC and weathering degree were the main factors affecting the mobile fraction and coefficient of Pb. They affected the mobility of Pb by changing the buffer capacity of the soil. Soil Cd content and Zn/Pb ratio were also significantly correlated with the mobile fraction of Pb. The interactions between Cd and Pb were different in different concentration gradients. The mobile fraction of Pb was lower when the soil had a higher Zn/Pb ratio. The multivariate stepwise regression analysis was adopted to establish prediction models for mobile fraction and mobility coefficient of Pb. The presented models had achieved good predicting effectiveness,when mobile fraction of Pb in soils was predicted by soil pH, Pb content, CEC and Na₂O/K₂O ratio and mobility coefficient of Pb was predicted by pH, CEC, SiO₂/Al₂O₃ ratio.

Key words: Dongting lake plain, soil, Pb, mobility, influence factors

中图分类号:

P595
X142

戴高乐, 侯青叶, 杨忠芳, 姜华, 袁嘉欣, 唐志敏. 洞庭湖平原土壤铅活动性影响因素研究[J]. 现代地质, 2019, 33(04): 783-793.

DAI Gaole, HOU Qingye, YANG Zhongfang, JIANG Hua, YUAN Jiaxin, TANG Zhimin. Factors Affecting Mobility of Lead in the Soils of the Dongting Lake Plain, China[J]. Geoscience, 2019, 33(04): 783-793.

图/表 14

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指标(元素)	分析方法	检出限^*
SiO₂	X荧光光谱法(XRF)	0.05
Al₂O₃	X荧光光谱法(XRF)	0.01
TFe₂O₃	X荧光光谱法(XRF)	0.01
MgO	X荧光光谱法(XRF)	0.02
CaO	X荧光光谱法(XRF)	0.02
K₂O	X荧光光谱法(XRF)	0.01
Na₂O	X荧光光谱法(XRF)	0.02
pH	离子选择电极法(ISE)	—
有机质	容量法(VOL)	0.05
Cd	等离子体质谱法(ICP-MS)	0.02
Pb	等离子体质谱法(ICP-MS)	1.5
Zn	等离子体质谱法(ICP-MS)	1

指标(元素)	分析方法	检出限^*
SiO₂	X荧光光谱法(XRF)	0.05
Al₂O₃	X荧光光谱法(XRF)	0.01
TFe₂O₃	X荧光光谱法(XRF)	0.01
MgO	X荧光光谱法(XRF)	0.02
CaO	X荧光光谱法(XRF)	0.02
K₂O	X荧光光谱法(XRF)	0.01
Na₂O	X荧光光谱法(XRF)	0.02
pH	离子选择电极法(ISE)	—
有机质	容量法(VOL)	0.05
Cd	等离子体质谱法(ICP-MS)	0.02
Pb	等离子体质谱法(ICP-MS)	1.5
Zn	等离子体质谱法(ICP-MS)	1

形态	提取剂	检出限/(mg/kg)
水溶态	2.5 000 g样+25 mL水	0.1
离子交换态	25 mL MgCl₂溶液	0.5
碳酸盐结合态	25 mL NaAc溶液	0.5
腐殖酸结合态	50 mL Na₄P₂O₇溶液	0.5
铁锰氧化态	25 mL HONH₃Cl溶液	0.5
强有机结合态	8 mL H₂O₂-HNO₃溶液	0.5
残渣态	HNO₃-HClO₄溶解	2

形态	提取剂	检出限/(mg/kg)
水溶态	2.5 000 g样+25 mL水	0.1
离子交换态	25 mL MgCl₂溶液	0.5
碳酸盐结合态	25 mL NaAc溶液	0.5
腐殖酸结合态	50 mL Na₄P₂O₇溶液	0.5
铁锰氧化态	25 mL HONH₃Cl溶液	0.5
强有机结合态	8 mL H₂O₂-HNO₃溶液	0.5
残渣态	HNO₃-HClO₄溶解	2

指标	准确度(ΔlgC_GBW)	精密度(λ)
Al₂O₃	0.013	0.023
CaO	0.020	0.040
MgO	0.018	0.041
Na₂O	0.016	0.035
K₂O	0.014	0.020
SiO₂	0.013	0.028
TFe₂O₃	0.017	0.036
Cd	0.011	0.035
Pb	0.015	0.055
Zn	0.008	0.024
pH	0.044	—
有机质	0.012	0.013

洞庭湖平原土壤铅活动性影响因素研究

Factors Affecting Mobility of Lead in the Soils of the Dongting Lake Plain, China

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指标	单位	最小值	最大值	平均值	标准差	变异系数^*	峰度^*	偏度^*
SiO₂	%	55.47	79.78	68.05	5.84	8.67	-0.55	-0.25
Al₂O₃	%	8.56	17.40	14.11	1.62	11.79	0.44	-0.72
TFe₂O₃	%	2.55	8.67	5.29	1.17	21.78	-0.12	0.16
MgO	%	0.35	3.25	1.07	0.69	54.30	-0.20	0.96
K₂O	%	0.97	3.68	2.55	0.62	26.46	-0.62	-0.57
Na₂O	%	0.07	1.14	0.32	0.25	68.11	-0.14	0.89
CaO	%	0.20	5.05	0.44	1.32	123.18	1.22	1.68
有机质	%	0.80	6.40	3.31	1.15	33.52	-0.42	0.16
pH	—	4.97	8.45	5.88	1.13	17.91	-1.01	0.70
CEC	cmol(+)/kg	5.35	26.41	13.45	4.45	29.89	-0.43	0.28
砂粒	%	16.80	59.60	43.51	9.52	21.89	-0.13	-0.46
粉粒	%	8.10	73.20	32.74	13.23	40.42	0.52	0.71
黏粒	%	8.70	44.30	24.10	5.59	23.53	1.32	0.19
Cd	mg/kg	0.32	1.40	0.65	0.26	36.59	0.00	0.86
Pb	mg/kg	29.10	84.90	38.65	12.17	28.20	2.48	1.61
Zn	mg/kg	65.10	308.70	115.60	27.02	22.85	22.01	3.21

统计值	单位	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	活动态	潜在活动态	活动系数
最大值	mg/kg	0.68	5.61	6.02	11.89	18.12	44.85	6.19	11.89	59.19	20.16
最小值	mg/kg	0.04	0.05	0.74	1.41	1.54	6.08	0.01	1.41	12.77	3.79
平均值	mg/kg	0.20	1.40	2.18	5.03	15.38	1.55	18.30	3.77	25.73	8.42
占比	%	0.41	2.93	4.56	10.52	32.17	3.24	38.28	8.57	58.44	—

地区	种类	Pb活动系数/%	参考文献
洞庭湖平原	水稻	8.42	本研究
赣南钨矿区	水稻	4.43	文献[34]
海南省土壤	蔬菜	7.79	文献[35]
杭州城郊土壤	农业	2.90	文献[36]
云南省有色矿区	蔬菜	28.00	文献[37]
铁岭地区农田土壤	水稻	23.40	文献[38]
珠三角城市郊区农业土壤	农业	26.84	文献[39]
湘江流域土壤	水稻	31.96	文献[40]

指标	SiO₂/Al₂O₃	Fe₂O₃/K₂O	Na₂O/K₂O
Pb全量	0.17	0.48^**	-0.58^**
活动态含量	0.38^**	0.26^**	-0.47^**
活动系数	0.41^**	-0.02	-0.26^**

预测指标	逐步回归方程	R	F	SE
活动态	y=-0.857+1.258x₁- 0.200x₂-0.374x₄+0.188x₇	0.860	74.253	0.254
活动系数	y=5.457-0.165x₂- 0.627x₄-0.425x₅	0.754	46.683	0.254

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