镉,稀有金属元素,化学符号Cd,原子序数48,是作为副产品从锌矿石或硫镉矿中提炼出来的,大多用来保护其他金属免受腐蚀和锈损,也可用作制造一种叫做镉黄的亮黄色颜料。镉是一种致癌物,可通过食物链在人体中积累,严重危害人体健康。土壤中重金属镉的过量输入以其毒性、持久性和生物富集性受到了全世界的广泛关注。海陆交互作用下土壤环境中的pH、Eh、有机质和水动力条件等因素相对陆相沉积环境均有显著差异,要防治和减轻海陆交互背景下土壤重金属Cd的危害,急需对不同沉积环境下土壤Cd迁移转化机理进行研究。本文选取珠江三角洲南沙区陆相和海相沉积环境土壤作为研究对象,在综合分析已有资料和研究成果的基础上,通过水文地质调查、土壤/沉积物样品的采集和测试,分析重金属镉在土壤/沉积物与地下水环境中的分布规律,评价土壤镉的污染程度和生态风险,研究影响研究区土壤镉全量和形态分布的因素;分别以陆相和海相沉积土壤为研究对象,通过室内静态吸附实验研究两种不同沉积环境的土壤对镉吸附规律的区别,并探讨了溶液初始浓度、时间及pH等因素对吸附的影响;通过室内土柱实验,研究镉在陆相和海相沉积土壤中的吸附和迁移规律;最后以野外场地为例,探究野外试验场海陆交互作用土壤对于重金属镉的吸附特征及其影响因素。本文主要的研究内容和结果概述如下:1.通过野外调查与现场采样,分析南沙区的海陆交互作用土壤/沉积物中重金属镉污染特征,揭示海陆交互作用沉积物大多存在极高潜在环境风险。共在研究区内设置350个表层土壤样采样点和6个钻孔采样点,共取得了404个土壤/沉积物样品,最深土壤/沉积物取样深度为34.2m。发现:南沙核心区表层土壤多为酸性土,pH中值为5.44,镉含量为0.01-2.68mg/kg,均值和中值分别为0.54 mg/kg和0.57 mg/kg,浓度超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》(GB15618-2018)风险筛查值—0.3 mg/kg。根据风险评估编码法(RAC)可知,南沙区河流沉积物目前均为弱碱性至碱性,镉的生态风险为高风险^极高风险。海相沉积物Cd平均含量为0.36mg/kg,陆相沉积物中Cd含量显著低于海相沉积物,Cd平均含量为0.10 mg/kg,两种沉积物中Cd含量的显著差异,反映了研究区地理地质背景影响着Cd富集规律。然而不同深度的海相沉积物中Cd含量也有较大差异,反映了地理地质背景的影响具有局限性。调查的65%以上地区的表层土壤地质累积指数(Igeo)在2³范围内,达到中度-重度污染,局部达到重度-极度污染,呈现高风险的(160≤Er3kg/m2/d,装填海相沉积环境中的淤泥质砂的土柱最终稳定的渗流速度均值为44kg/m2/d。吸附实验后,外源输入的镉主要富集在0⁶cm的上层,随着淋入液中Cd2+的不断输入,土壤中的镉发生了垂向迁移。表层土壤中Cd含量并不是由吸附能力决定的,外源污染物进入土壤后的累积过程还要受土壤环境地球化学背景与迁移转化过程的影响和制约,如污染物的输入与输出、吸附与解吸、固定与溶解、累积与降解等等,这些过程都处于动态变化中。当0⁵cm表层土壤添加60(?)g/g Cd2+,经过持续淋溶后,土柱淋洗液中Cd2+浓度普遍较低,不同土柱中每次淋出Cd含量及累积淋出Cd的含量也很低,当pH为3.5时,镉更容易由表层污染土壤迁移至5¹0cm土壤。淋溶实验结束后,Cd主要是靠静电引力被吸附在土壤胶体表面的,各土柱土壤中主要存在形式为离子交换态,碳酸盐结合态占比也较高,残渣态和强有机结合态含量极少。4.通过野外试验场案例,验证了土壤沉积环境类型和pH值是影响土壤/沉积物中Cd元素纵向迁移转化的主要因素,揭示了海陆交互作用沉积物中Cd元素迁移转化规律。在研究区共选取18个深层土壤采样点(共90组土壤样品)进行分析,掌握南沙区海陆交互作用下影响镉迁移转化的因素,研究其循环规律。发现:表层陆相沉积环境耕作层土壤中有88.89%土壤pH≤7.5,有88.89%土壤Cd含量≥0.3mg/kg,大多超过了《土壤环境质量标准》中农用地土壤Cd污染风险筛选值。90¹40cm和140²00cm深度土壤主要属于海相沉积环境,土壤Cd含量均小于0.6mg/kg,分别有77.78%和83.33%的土壤pH>7.5,大多低于《土壤环境质量标准》中农用地土壤Cd污染风险筛选值。南沙区由浅至深5层土壤中水溶态Cd均值与pH均值呈显著性负相关(P<0.01),相关系数为﹣0.93,弱酸提取态Cd均值与pH均值呈显著性正相关(P<0.01),相关系数为0.92,也就是说,随着土壤埋深增加,土壤pH逐渐增大,土壤水溶态随pH值的增大逐渐减少,弱酸提取态逐渐增多。陆相沉积物形成的土壤中Cd的迁移随着环境pH的不同也体现不同的迁移能力:当环境为中性和碱性时,Cd2+沉淀为碳酸盐矿物,抑制土壤中Cd的纵向迁移;如果土壤环境为弱酸性,土壤对Cd的吸附量有限;只有在酸性环境中,Cd2+能被有效的解吸,pH值越低,吸附过程可逆性越高,Cd2+较难被吸附在土壤颗粒表面,会增加Cd在纵向上的迁移量及迁移深度,使得Cd更容易进入深层土壤进而污染下部的潜水含水层。