东北黑土重金属污染发生机理及健康动力学研究

东北黑土高有机质含量和巨大而连续的耕作带使它成为中国重要的粮食生产基地。随着人类开发和利用程度的加剧，其直接后果是导致黑土健康质量逐渐下降。土壤重金属污染是导致黑土健康质量下降的重要因素之一。本研究通过对东北黑土重金属污染初步调查，确定黑土分布地区重金属污染的主要类型、来源、污染趋势和分布状况，分析污染黑土中重金属形态、迁移和生物有效性等特点。结果表明：黑土环境中，镉、铅、锌的含量呈明显上升趋势，镉是对土壤健康危害最大的重金属；污染较为严重的区域主要分布在城区和城乡结合部，重金属在这些区域中生物有效性高，工业排放和污水灌溉是其重要来源；而在农区耕作土壤中磷肥的长期施用是造成土壤中镉含量上升的主要原因。 根据调查结果，选择黑土中主要重金属污染类型—镉，对其在土壤中导致污染发生的主要机理进行了深入研究。从形态、生物有效性和吸附-解吸过程等方面阐述了镉在土壤环境中的主要化学行为，以及这些行为对有机农药交互作用的响应。研究表明，外源镉离子进入土壤后能很快被吸附，由于这种吸附作用，使交换态镉容易向结合态和残渣态转化，被土壤吸附的镉离子有一部分被解吸下来，这也使形态转化呈一个互为可逆的过程。由于黑土特殊的土壤理化性质，镉离子在黑土中的吸附和转化趋势明显强于棕壤。乙草胺的加入能加强这种吸附作用和转化趋势，而敌敌畏的作用则增加了吸附态镉离子释放的风险。镉和乙草胺复合污染条件下对生物的毒性呈拮抗作用。 最后，采用化学固定修复的方法，对镉污染黑土进行健康调控研究。通过重金属溶出、形态转化、生物毒性和微观构像等实验评估的结果表明，一种富含H2PO4-、HCO3-和CO32-等配位体的人工合成固定剂对镉污染黑土具有一定的修复潜力。对污染程度较低的重金属面源污染耕作土壤的调控，化学固定化修复在时间和成本等方面显示其修复的优越性。