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我国土壤重金属污染问题日益严重,污染土壤中的重金属元素可通过土-水系统进行迁移,进入水体环境对人类生存构成极大的生态威胁。而酸雨条件能够增强污染土壤中重金属的迁移能力并加大其控制的不可预测性。通过填充土柱试验,以重金属污染红壤(pH=4.5)和潮土(pH=7.5)为对象,研究了模拟酸雨(pH=3.5~6.5)及添加海泡石(0、5、10 g kg-1)条件下污染土壤中重金属的淋溶规律变化,并采用US EPA推荐模型综合评价了其人体健康风险。主要结论如下:
1.不同pH值酸雨条件下,红壤在淋溶过程中淋出液pH值均呈逐渐上升的变化趋势,淋溶结束后,其pH值由酸性4.5左右上升至6.5~7.5的中性范围,平均上升高达0.73个单位;而潮土在淋溶过程中淋出液pH值波动较小,基本维持在7.5以上;整个淋溶过程中酸雨pH值变化对两种土壤淋出液pH值均无显著影响。
2.红壤Cd、Pb的淋溶可分为快速淋溶期、平缓期和小幅增长期,其淋溶集中在快速淋溶期,即淋溶液体积1500 ml之内。潮土Pb的淋出浓度在累积淋溶3000 ml左右时最高。与潮土相比,红壤中的Cu、Zn更易淋出,且其快速淋出均在淋溶前期:Cu在第二次淋溶时浓度最高,Zn则首次淋出浓度最大。潮土Cu的淋出浓度在前三次淋溶波动较大,Zn浓度则在第四次淋溶时最高。首末次淋溶相比,潮土各处理淋出液Zn浓度经淋溶后下降4.63%~41.67%,Cu浓度下降64.38%~93.60%;而红壤淋出液Cu浓度整体比潮土高,但其首末次淋出浓度相比平均下降12.16%。
3.酸雨增加了红壤Cd、Pb的淋失风险,且减弱了海泡石的效果。较低pH值模拟酸雨(pH3.5、4.5)条件,促进了红壤和潮土中Cd、Pb的淋出,酸雨pH值为4.5时潮土Cd的淋出量最高。红壤重金属淋出量占土壤中相应重金属元素有效态含量的比例整体高于潮土,其中以Zn的比例最高,平均达2.46%,依次为Zn>Cu>Cd>Pb。潮土的Cd、Pb累积淋溶量较低,占其有效态的比例仅分别为0.021%和0.025%; Zn的累积淋溶量占其有效态的比例在pH3.5处理下最高,且随pH值的升高而降低。
4.在酸雨pH较高的条件下,添加海泡石降低了红壤的Cd累积淋溶量,在酸雨pH值4.5的条件下,与对照(S0)处理相比,添加海泡石5 g/kg(S5)和10 g/kg(S10)处理使红壤Cd总累积淋溶量分别降低了13.0%和1.4%; Pb的累积淋溶量随海泡石添加量的增加而降低,与S0处理相比,S5和S10处理分别使Pb的总淋溶量降低8.6%和17.6%。而在潮土中,添加海泡石对重金属淋溶的影响取决于酸雨的pH值,在非酸雨条件下(pH=6.5),添加海泡石增加了Zn的淋出风险。
5.采用US EPA推荐的模型对淋出液重金属的人体健康风险进行初步评价,致癌物(Cd)通过饮用水途径影响人体健康的风险值高于非致癌物(Pb、Cu、Zn),且以红壤Cd的风险值最高,会增加致癌风险,Cu、Zn次之,而潮土的为Cd>Pb>Cu>Zn;红壤和潮土Pb、Cu、Zn的健康危害风险值较低,部分低于可忽略水平,但红壤Pb的潜在风险较大。