中国地质学会岩矿测试技术专业委员会、国家地质实验测试中心主办

城镇周边和江河沿岸土壤中Hg和Cd存在形式解析与生态风险评估

马生明, 朱立新, 汤丽玲, 唐世新. 城镇周边和江河沿岸土壤中Hg和Cd存在形式解析与生态风险评估[J]. 岩矿测试, 2020, 39(2): 225-234. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201906060081
引用本文: 马生明, 朱立新, 汤丽玲, 唐世新. 城镇周边和江河沿岸土壤中Hg和Cd存在形式解析与生态风险评估[J]. 岩矿测试, 2020, 39(2): 225-234. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201906060081
Sheng-ming MA, Li-xin ZHU, Li-ling TANG, Shi-xin TANG. The Occurrences of Hg and Cd in Soils around Cities and Rivers and Their Ecological Risk Assessment[J]. Rock and Mineral Analysis, 2020, 39(2): 225-234. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201906060081
Citation: Sheng-ming MA, Li-xin ZHU, Li-ling TANG, Shi-xin TANG. The Occurrences of Hg and Cd in Soils around Cities and Rivers and Their Ecological Risk Assessment[J]. Rock and Mineral Analysis, 2020, 39(2): 225-234. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201906060081

城镇周边和江河沿岸土壤中Hg和Cd存在形式解析与生态风险评估

  • 基金项目:
    中国地质调查局地质调查项目(DD20190305)
详细信息
    作者简介: 马生明, 博士, 教授级高级工程师, 主要从事勘查地球化学理论方法研究。E-mail:mashengming@igge.cn
  • 中图分类号: P592

The Occurrences of Hg and Cd in Soils around Cities and Rivers and Their Ecological Risk Assessment

  • 受人类活动和自然作用双重影响,土壤中重金属元素异常普遍存在,其中尤以城镇周边的Hg异常和大江河沿岸区域Cd异常最为典型。近年来,通常采用化学分步提取的方式,探讨土壤水溶态、离子交换态、有机态、铁锰氧化物态等形态中Hg、Cd等重金属元素含量的状况,进而分析其生态效应,但对土壤中Hg、Cd等重金属元素的自然存在形式缺乏深入探讨。本文以Hg、Cd两元素为重点,选择我国代表性城市和地区,采集城镇周边Hg异常区和江河沿岸Cd异常区的土壤样品,采用王水溶样原子荧光光谱法(AFS)测定Hg含量,采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸溶样电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定Cd含量,同时配合其他相关实验手段,对Hg、Cd的自然存在形式进行解析;并以水稻中Hg、Cd含量为依据对Hg、Cd的生态效应进行了评价。结果表明:长春、南京、漳州和广州等城镇周边土壤Hg异常区Hg主体以硫化物形式存在,而且至少有一部分是以辰砂矿物形式存在,由此决定了土壤中Hg有效态在Hg全量中所占比例较小,土壤中Hg平均含量达到500μg/kg时,水稻籽实中Hg含量超过无公害食品标准的比例为3.4%,生态效应不甚敏感;长江、珠江等江河沿岸区域Cd异常区内Cd主要呈黏土吸附形式存在,由此导致50%左右的Cd以有效态形式存在,在土壤Cd全量中所占比例较大,当土壤中Cd平均含量达到1000μg/kg时,水稻籽实中Cd含量超过无公害食品标准的比例为43%,生态效应敏感。由此揭示出土壤中Hg、Cd等重金属元素生态效应敏感程度更直接地受到自然存在形式的影响。以辰砂矿物形式存在的Hg呈现“惰性”,不容易被农作物吸收,故生态效应不敏感;以黏土矿物吸附形式存在的Cd活动性更强,容易被农作物吸收,故生态效应敏感。Hg、Cd等重金属元素被农作物乃至人体吸收后,其存在形式及其转化特性是评估该元素是否存在生态风险的关键。
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  • 图 1  不同试验区土壤热释Hg图谱

    Figure 1. 

    图 2  南京试验区土壤Hg异常区重矿物中辰砂(a)及其拉曼光谱谱图(b)

    Figure 2. 

    图 3  生物组构黄铁矿显微图片

    Figure 3. 

    表 1  土壤样品测试项目及测试方法

    Table 1.  Analytical items and methods of soil samples

    测试项目 测试方法 测试单位
    土壤中Hg、Cd含量 Hg:原子荧光光谱法
    Cd:电感耦合等离子体质谱法
    中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室
    土壤中Hg存在形态 离子交换态、有机物结合态、硫化物态 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室
    土壤热释谱法 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所项目组
    辰砂矿物鉴定 电子探针、拉曼光谱法 中国地质科学院矿产资源研究所
    土壤中Cd、Hg有效态 AB-DTPA法 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室
    土壤矿物组成 X射线衍射法 国家建筑材料工业地质工程勘查研究院测试中心
    土壤粒级组成 激光粒度仪 石油工业油田化学剂质量监督检验中心
    水稻籽实中Hg、Cd含量 Hg:原子荧光光谱法
    Cd:电感耦合等离子体质谱法
    中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室
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    表 2  水稻根系土中Hg和Cd含量统计

    Table 2.  Hg and Cd content in rice root soils

    试验区 Hg全量(μg/kg) 有效态Hg含量(μg/kg) 有效态Hg在Hg全量中的占比(%) Cd全量(μg/kg) 有效态Cd含量(μg/kg) 有效态Cd在Cd全量中的占比(%)
    黑龙江—吉林 53(N=340) 0.23 0.4 122(N=340) 82 66.8
    江苏 538(N=198) 0.82 0.15 234(N=198) 105 44.7
    浙江—湖南 483(N=248) 0.72 0.15 1008(N=248) 475 47.1
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    表 3  水稻中Hg和Cd食品卫生质量统计

    Table 3.  Food hygienic quality of Hg and Cd in rices

    试验区 水稻中Hg含量(μg/kg) 所占比例(%) 水稻中Cd含量(mg/kg) 所占比例(%)
    Hg含量≤GS GS < Hg含量≤NS Hg含量>NS Cd含量≤GS GS < Cd含量≤NS Cd含量>NS
    黑龙江—吉林 5.7(N=90) 92.2 6.7 1.1 0.011(N=90) 98.9 1.1 0
    江苏 8.7(N=86) 71.6 25.0 3.4 0.035(N=86) 98.3 1.7 0
    浙江—湖南 5.5(N=248) 94.0 6.0 0 0.47(N=248) 42.2 13.7 44.1
    注:GS—绿色食品卫生标准,在此标准中,Hg限量为0.01mg/kg,Cd限量为0.1mg/kg;NS—无公害食品卫生标准,在此标准中,Hg限量为0.02mg/kg,Cd限量为0.2mg/kg。
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出版历程
收稿日期:  2019-06-06
修回日期:  2019-09-17
录用日期:  2019-10-21

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