双酚A在消落带土壤中的吸附/解吸及降解行为

为探究双酚A(BPA)在消落带的环境行为,于涪陵清溪消落带采集不同高程土壤样品(S_(L):155m,S_(M):160m,S_(H):165m),开展批量吸附/解吸和模拟降解实验,研究了BPA在消落带土壤中的吸附、解吸及降解行为.15℃、25℃、35℃条件下,各高程土壤对BPA的吸附等温线符合Freundlich模型,吸附能力均随温度升高而降低,并表现出一定吸附非线性.各实验温度下,消落带土壤对BPA的吸附能力均与土壤有机质含量趋势一致,随采样高程降低而增加(S_(L)>S_(M)>S_(H)).吸附热力学参数ΔG、ΔH和ΔS均小于0,BPA在消落带土壤中的吸附为自发、放热的熵减过程,受物理吸附主导.解吸迟滞系数HI(0.853-0.981)接近1,BPA在消落带土壤中的解吸迟滞性不明显,易于解吸释放.25℃实验条件下,BPA在消落带土壤中的降解半衰期为S_(L)(4.88d)<S_(M)(6.68d)<S_(H)(10.07d),落干期较长区域的土壤中BPA降解速率更低.10℃条件下,BPA在土壤S_(H)中的降解半衰期延长至12.01d,分别为25℃的1.19倍和35℃的1.20倍,低温条件抑制BPA的降解.

纳米Fe_(3)O_(4)/生物炭促进红壤性水稻土中六氯苯厌氧脱氯作用研究

为明确磁铁矿(Fe_(3)O_(4))与生物炭对厌氧土壤中六氯苯(HCB)还原脱氯降解的影响及其机理,首先制备并表征了纳米Fe_(3)O_(4)、生物炭及纳米Fe_(3)O_(4)/生物炭复合材料,采用红壤性水稻土的泥浆进行厌氧培养试验,分析反应体系的pH、Eh、吸附态和溶解态Fe(Ⅱ)与HCB脱氯降解过程之间的内在关系。结果发现,灭菌对照处理的HCB脱氯降解作用很弱,表明HCB还原脱氯主要在微生物的作用下进行;添加生物炭可通过降低土壤的酸性、增强反应体系的还原性且促进生成吸附态Fe(Ⅱ)而加速HCB还原脱氯降解;纳米Fe_(3)O_(4)促进HCB还原脱氯的效果较生物炭更强,主要归因于添加纳米Fe_(3)O_(4)使反应体系中生成更多的吸附态Fe(Ⅱ);纳米Fe_(3)O_(4)/生物炭复合材料促进HCB还原脱氯的效果较纳米Fe_(3)O_(4)更强,是因为Fe_(3)O_(4)/生物炭复合材料的比表面积更大且纳米Fe_(3)O_(4)的分散性更好,更有利于反应体系中的电子传递过程。因此,与纳米Fe_(3)O_(4)和生物炭相比,纳米Fe_(3)O_(4)/生物炭复合材料是一种更加理想的HCB污染土壤的修复剂。

某化工场地土壤有机污染及环境风险研究

为深入研究和探讨废弃化工场地的有机污染现状和环境风险问题,本文选择河北邯郸某化工场地,开展场地及周边区域的污染判别和分析,确定重点关注区、次重点关注区和一般关注区,进行针对性的不同深度土壤样品采集,分析土壤中重金属、挥发性有机化合物(VOCs)、半挥发性有机化合物(SVOCs)和总石油烃类等污染物质的含量,综合研究土壤污染的现状情况和空间分布特征,运用污染物苯、人体接触污染介质、污染物苯的迁移途径、污染物的接触方式等要素的污染评估模型,经污染物暴露计算模型、污染物毒性评估模型、风险计算模型进行综合建模研究,确定挥发性有机物(VOCs)苯存在较大的致癌环境风险,研究苯污染物环境传输模型和迁移规律。该研究为污染场地环境风险研究提供技术研究思路,也为污染场地开展风险评估、土壤治理和土地利用规划提供基础依据,实现污染土地的环境安全再利用。

土壤中铬的毒性阈值(EC_(x))及其预测模型

毒物学资料的缺乏成为制约我国污染土壤中Cr生态风险评价及土壤环境质量标准修订的主要瓶颈。本研究选取了我国7种不同性质土壤,分别以蚯蚓生物量、小白菜生物量和微生物基质诱导呼吸(SIR)为毒性测试终点,基于Log-logistic剂量效应关系及低剂量刺激效应函数模型对不同土壤中铬的毒性阈值(EC x)进行了测定,在此基础上,对不同性质土壤中Cr的毒性阈值进行了预测。研究结果表明:不同性质土壤中Cr对蚯蚓、小白菜、土壤微生物毒性均随着土壤Cr含量的增加而表现出明显抑制效应,剂量效应关系呈现明显的S型曲线;不同性质土壤中,基于微生物(SIR)、蚯蚓、小白菜毒性测试的EC 10分别为22.1~53.7、65.0~137.2和82.1~220.2 mg/kg,EC 50分别为50.3~103.7、103.9~369.0和159.9~441.9 mg/kg;不同物种Cr毒性阈值由大到小顺序为小白菜>蚯蚓>土壤微生物,土壤微生物对Cr毒性最为敏感;在土壤Cr低含量(<112 mg/kg)条件下,3种测试物种对Cr毒性表现出明显的低剂量刺激效应,其中,蚯蚓在不同性质土壤中最大刺激效应为102%~108%,小白菜为105%~112%,相对来说,土壤中Cr对微生物的低剂量刺激效应较小,最大刺激效应为104%;pH、黏土含量和土壤阳离子交换量(CEC)可以较好预测不同性质土壤中Cr的毒性阈值。研究结果对土壤中Cr的生态风险评价及土壤中Cr环境质量标准制、修订提供了科学依据。

土壤中微塑料分析、环境行为及风险研究进展

微塑料作为一种新兴的持久性污染物,其造成的全球性环境问题不容忽视。土壤中微塑料污染的相关研究相较于水环境滞后和缺乏。该文综述了土壤环境中微塑料的来源、分析方法、环境行为和生态效应的研究进展以及亟待解决的问题。具体介绍了土壤中微塑料的来源及输入路径;总结了土壤微塑料的分离和分析方法以及优缺点;主要评述了土壤中微塑料的环境行为,即在土壤中的迁移、降解及与其他污染物的相互作用;阐述了土壤中微塑料的生态效应,包括其对土壤理化性质、土壤微生物、土壤动物和植物的影响;并展望了土壤环境中微塑料未来的研究方向与重点。土壤中微塑料的源头控制、与其他污染物相互作用规律和机制、复合污染对人类健康的风险评估是未来研究的难点和重点。

天然磁铁矿光催化转化水中头孢菌素类抗生素研究:共存离子的影响

头孢菌素类抗生素(CEPs)在环境水体中普遍存在,但目前水环境中含量较高的无机离子对天然磁铁矿光催化转化CEPs的影响研究尚不全面.本研究发现可见光(λ≥420 nm)/天然磁铁矿体系对水中CEPs有一定去除能力,确定活性物种有空穴、电子及羟基自由基.以头孢哌酮钠(CFP)为代表性CEPs,重点考察了多种无机离子对可见光/天然磁铁矿体系催化降解水中CFP的影响.研究表明:共存的SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、HCO_(3)^(-)、Cl^(-)、Br^(-)及I^(-)通过改变体系中的活性物种影响降解,SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、Br^(-)及高浓度I^(-)均有较好的促进作用,而HCO_(3)^(-)反应前期、Cl^(-)及低浓度I^(-)抑制降解.另外,高浓度HCO_(3)^(-)在反应后期会引起CFP发生碱水解而表现出促进.F^(-)、Ca^(2+)及Mn^(2+)通过改变磁铁矿活性而影响CFP降解,其中Ca^(2+)、Mn^(2+)及低浓度F^(-)不利于降解,但高浓度F^(-)有利于降解.共存的Mg^(2+)、Zn^(2+)及Cu^(2+)通过与CFP相互作用促进降解.各无机离子存在下的CFP降解中间产物相同,并分析了其在可见光/天然磁铁矿体系下的主要降解产物及降解途径.

闭坑煤矿矸石山周边农用地土壤—小麦重金属污染特征

以皖北煤电某闭坑煤矿矸石山周边农田为研究对象,通过采集矸石山4个方位300 m范围内的土壤和对应的小麦样品,分析土壤重金属含量、空间分布特征以及小麦不同器官中重金属含量变化及迁移特征,根据小麦中金属含量建立了根系—茎—籽中重金属的迁移转化回归模型。研究结果表明:土壤中Cd、Hg、As、Cr、Ni、Cu、Zn等元素重金属含量均值均低于国家土壤二级标准;矸石山周边农地土壤重金属含量随迁移距离的增加整体呈下降趋势;小麦各器官中,籽实中Zn含量最高,杆径中Hg含量最高,As、Pb、Cr和Ni主要赋存于根系中,小麦中Cu和Zn迁移能力较强。根据小麦的根—茎—籽体系线性回归模型发现,Cu和Zn有着较强的迁移能力,Cr、Hg、Pb和Ni迁移能力较弱,As迁移能力极弱。

膨润土和海泡石复配对农田土壤Cd、Pb的钝化潜力

黏土矿物被广泛应用于农田土壤重金属污染修复研究和实践。为探究膨润土和海泡石复配用于重金属Cd、Pb复合污染土壤修复的钝化效果和钝化机理,采用小麦根箱试验研究2种黏土矿物以不同比例(1∶1、1∶2、2∶1)复配,在1%施用量的情况下对根际和非根际土壤理化性质、重金属有效性和赋存形态、小麦各部位(根茎叶籽实)重金属富集的影响。结果表明:(1)膨润土和海泡石复配施加,除对根际和非根际土壤的pH(升高)和水解性氮(降低)有轻微影响外,对其他指标(速效磷、速效钾、总有机碳、总硫)的影响可以忽略。(2)膨润土和海泡石按照质量比1∶1复配施用(1%)对根际土壤中Cd、Pb的有效态含量降低幅度分别为37.2%、66.6%,对非根际土壤中Cd、Pb的有效态含量降低幅度分别为33.0%、38.6%,对小麦籽实部位的Cd、Pb含量降低幅度分别为41.9%、75.0%。(3)膨润土和海泡石复配施用使根际土壤中的离子交换态Cd和铁锰氧化态Cd转化为残渣态Cd为主的非活性形式,使根际土壤中碳酸盐结合态Pb、腐殖酸结合态Pb主要转化为残渣态Pb。综合而言,膨润土和海泡石复配施加对土壤的环境扰动较小,二者按照1∶1的比例复配对Cd、Pb的钝化效果更佳,钝化机制上主要是将土壤中的Cd、Pb活性态转化为残渣态为主的非活性态。尽管施用1%的膨润土和海泡石1∶1复配钝化材料后,小麦籽实中的Cd仍然高于国家的限量指标,但采用此种钝化材料,适当增加施用量(1%~3%)或者联合其他手段,有望实现Cd、Pb复合污染农田的安全利用。

污染土壤中含锌矿物—溶液之间的同位素平衡分馏效应

表生环境中,复杂的物理化学过程导致的锌(Zn)同位素分馏严重干扰了污染物的源解析。利用同位素手段示踪重金属污染的前提是精确确定污染土壤中典型含Zn矿物—水溶液之间的Zn同位素分馏系数。该研究基于密度泛函理论的第一性原理计算,探索了水合Zn^(2+),含Zn层间羟基物矿物、含Zn层状双金属氢氧化物、含Zn三八面体型黏土矿物,和高岭石(010)面及铁锰(氢)氧化物表面吸附态Zn^(2+)的最稳定几何结构,及不同形态Zn与水溶液相的Zn^(2+)之间的同位素平衡分馏系数。结果表明,六配位表面吸附态略微富集^(64)Zn(Δ^(66/64)Zn=-0.29‰~-0.20‰),而四配位表面吸附态富集66Zn(Δ^(66/64)Zn=0.45‰~0.73‰)。当Zn转变为更稳定的晶质沉淀物时,次生矿物显著富集^(66)Zn(Δ^(66/64)Zn=0.51‰~1.11‰)。基于获得的不同形态Zn与水溶液之间的同位素分馏系数,成功地模拟出平衡分馏和动力学分馏模式下电镀废弃物、铅锌矿石、熔炼烟气和冶金污泥等单一污染源影响下的土壤Zn同位素组成演化趋势,通过对比已知Zn同位素比值甄别出了污染土壤中Zn的主要来源。

草酸和酒石酸对稻田土壤中砷解吸行为的影响研究

低分子量有机酸(Low molecular weight organic acids,LMWOAs),如草酸(Oxalic Acid,OA)和酒石酸(Tartaric Acid,TA),是土壤水溶性有机质(DOM)的重要组成部分,对土壤(类)重金属的吸附和解吸行为具有明显的影响。以As污染超标土壤为研究对象,利用泡桐制备的生物炭(BC),通过批解吸试验研究了TA和OA对土壤中As解吸行为的影响,分析了BC对OA和TA影响土壤As解吸行为的作用,探讨了可能的作用机理。结果表明,OA和TA均能降低土壤pH,且其浓度越高pH值越小;OA对土壤pH的作用强于TA,在40 mmol·L^(-1)时pH分别降为1.89和2.62。BC的添加未改变土壤pH降低的趋势,但减小了pH降低的幅度,OA和TA在40 mmol·L^(-1)时使pH分别降为2.34和2.72,BC使土壤pH分别提升了0.45和0.10。OA和TA明显影响土壤As的解吸行为,As的解吸量随OA或TA浓度的增加而先降低后增加;OA对土壤As的解吸量明显高于TA。BC的添加未改变土壤As的解吸趋势,但使OA和TA对土壤As的解吸量分别增加了15%-98%和21%-509%。OA和TA可能是通过降低pH和羧基结合作用而影响土壤As的解吸行为,BC的添加可能提升DOM含量和土壤表面质子化反应而促进As的解吸。结合Langmuir和Freundlich模型分析,OA和TA对土壤As的解吸主要以其与As化学结合作用为主。该研究成果有助于加深对LMWOAs对土壤As解吸行为影响的认识,明晰了生物炭修复As污染土壤存在的风险,对土壤污染防控具有重要的参考价值。

赤壁市茶园土壤多环芳烃季节分布的特征分析

土壤是持久性有机污染物多环芳烃(PAHs)的主要归趋之一,城市、农业、工业等土壤中PAHs浓度水平、污染来源及风险评估等研究得到了广泛的关注。采用气相色谱质谱联用法对赤壁市太平口村茶园土壤PAHs的分布、来源及生态风险评价进行了季节差异分析。结果表明:茶园土壤中16种PAHs的总浓度为18.38~154.44 ng·g^(-1),平均值71.33 ng·g^(-1);夏季土壤中PAHs浓度略高于冬季。整体上茶园土壤中PAHs是以5~6环组成为主,但在冬季有25%样点是以2~3环为主。通过源解析发现,赤壁市茶园土壤PAHs主要来自石油燃烧,木材及煤炭燃烧等混合燃烧源。其中冬季土壤PAHs还存在石油输入源。茶园土壤中总有机碳(TOC)与总PAHs存在显著的相关性(r^(2)=0.46,p≤0.05),其中与高环PAHs之间存在显著相关性(r^(2)=0.5,p≤0.01),与低环PAHs不存在相关性(r^(2)=0.13,p≥0.05)。生态风险评价结果表示,尽管赤壁市茶园土壤PAHs整体生态风险相对较低,但也存在一定致癌风险,其中以苯并(b)荧蒽(BbF)、二苯并(a,h)蒽(DahA)和茚并(1,2,3-cd)芘(InP)的毒性当量浓度贡献最大。

表面活性剂添加对土壤低温热脱附修复效果的影响

热脱附技术是将土壤升至一定温度,使得土壤中的有机物受热挥发而被去除,但是土壤中有机污染物通常需要较高的温度,因此修复能耗较高。本研究以乙苯和对硝基苯酚为研究对象,在小于100℃的低温脱附条件下,采用CTAB、Trition-X-100和6501为添加试剂,研究利用共沸共溶原理去除土壤中乙苯和对硝基苯酚的效果。结果表明:单一共沸处理能有效加快土壤中乙苯的去除,在1.5 h内的去除率最高可达92.5%,而添加表面活性剂后,乙苯去除的速率明显加快,反应1.5 h内乙苯去除率高达99.99%。但是,在低温条件下,添加表面活性剂于对硝基苯酚的去除并没有较大影响,最高去除仅为20%,因而利用共沸共溶原理去除土壤中的半挥发性有机物的可行性,尚待进一步研究论证。

生物炭对CO_(2)气体吸收排放影响的研究进展

全球气候变暖是当前人类所面临的共同难题,农田土壤生态系统作为温室气体排放的重要源之一,探究其对大气中主要温室气体CO_(2)的吸收和排放规律具有重要意义。有研究指出,在农田土壤中施用生物炭,可以在改善土壤结构的同时,有效减少温室气体排放,生物炭作为生物质在缺氧条件下高温热解的产物,也具有稳定性强、比表面积大、气孔结构丰富等特点。通过综述农田土壤施加生物炭后,对于CO_(2)的吸收与排放的影响与作用机理,以期为生物炭的合理施用、农田固碳减排等提供理论基础与参考依据。

多驱动因子影响土壤有机碳动态变化的研究进展

土壤作为陆地上最大的碳库,其中有机碳分解和积累等动态变化直接影响空气中二氧化碳浓度,促进土壤有机碳稳定有助于减少气候变化引起的负面效应。目前,土壤有机碳动态变化的研究很多,但相关研究成果的总结有待完善。文章系统综述了气候因子、土壤理化性质、植物、动物、微生物以及人类活动对土壤有机碳动态变化影响的研究进展,总结和展望了未来发展方向,以期为“双碳”目标顺利实现提供一定参考。

丛枝菌根真菌-植物共生体系在石油污染土壤修复上的研究进展

丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌能够与陆地80%~90%的维管植物建立共生关系,产生的地下菌丝体网络连接着植物根系、土壤及根际微生物。目前,丛枝菌根真菌被认为是提高石油污染土壤修复的工具。该文从石油对丛枝菌根真菌及其群落结构的影响、丛枝菌根真菌对植物的帮助及与其它微生物及物质共同作用提高石油修复效率等方面做以阐述。未来研究方南有以下几个方面:(1)寻找并选择针对不同石油及土壤的丛枝菌根真菌与宿主植物组合,并建立组合库;(2)利用分子手段及基因工程等技术研究丛枝菌根真菌对石油的降解或者提高宿主植物对石油的耐受性或降解等机制等;(3)关注菌丝际生态功能区,以“共生功能体”的概念入手深入挖掘,探究植物、根际及菌丝际微生物之间的相互作用及功能等三个方面开展工作,以期对未来修复工作提供科学支持。

黑色岩系成壤过程中镉和硒的形态转变与迁移特征

[目的]黑色岩系含有高量的镉和硒,为明确其在风化成土过程中,岩石镉和硒的形态转变和释放对周围生态环境产生影响。[方法]在浙西北寒武统荷塘组地层的黑色岩系分布区,通过沿地形不同部位(丘陵上坡、丘陵中坡、丘陵下坡、丘间谷底和河谷阶地)采集土壤剖面分层土样,探讨黑色岩系风化成土及其风化物迁移过程中镉和硒的数量与形态转变规律。[结果]从母岩经母质到土壤,土壤总镉和总硒均呈下降趋势。黑色岩系风化物镉和硒损失随沿丘陵坡地向下迁移搬运距离增加而增加,其中,由坡积物演变为洪积物的过程中,镉和硒的损失大于由残积物演变为坡积物的损失。从风化物中流失的镉和硒以流水扩散方式对下游河流冲积物发育表土镉和硒含量产生影响,但影响程度随距离增加而减小。随着风化物搬运距离增加和土壤的演变,发生碳酸盐结合态镉和残留态镉向水溶性镉、交换性镉、有机质结合态镉、氧化物结合态镉转变,残留态硒逐渐活化转变为交换性硒、有机质结合态硒、氧化物结合态硒。土壤水溶性镉、交换性镉(硒)、有机质结合态镉(硒)呈现向地表增加的趋势;硒的有机富集及表土富集现象比镉更为明显。[结论]黑色岩系风化不仅可通过残留方式直接影响其分布区土壤镉与硒的含量,也可通过流水扩散方式影响周边地区土壤镉和硒的含量。

鄂西山区农田土壤多环芳烃分布特征及风险评价

多环芳烃(PAHs)因其在环境中的广泛性和稳定性以及特殊的毒性受到广泛关注,而土壤中PAHs可能通过皮肤接触或农产品食用威胁到人体健康,因此研究土壤中PAHs的分布特征并对其进行风险评估具有重要的科学价值和现实意义。以鄂西山区(咸丰县)农田土壤为例,分析不同类型PAHs的空间分布特征,探究其潜在来源及环境风险。结果表明,咸丰县农田土壤中PAHs分布总体较为均匀,其浓度均低于土壤污染风险筛选值;PAHs主要来自于混合源(如煤/生物质燃烧源、液体化石燃料燃烧源、石油源);PAHs总体为低生态风险,对儿童和成人不存在明显的致癌风险。总体上,咸丰地区农田土壤中PAHs污染程度较轻,但重要工业发展区域和主要人类活动区域的PAHs影响值得重视。

施工缺陷下土-膨润土隔离墙系统中有机污染物迁移数值模拟研究

通过有限元软件COMSOL Multiphysics耦合“达西定律”和“多孔介质中稀物质传递”物理场,建立了污染物在有缺陷的隔离墙场地系统下二维迁移模型。考虑无隔离墙、有完整隔离墙和有缺陷隔离墙三种情况下,研究地下水路径变化和污染物迁移规律。结果表明,地下水流速仅在隔离墙内恒定,远离隔离墙的流速非线性增大。相比假设的恒定流速,这更符合实际,能够更加准确模拟污染物迁移。有窗口缺陷隔离墙的宽度或水力传导率越大,隔离墙出口处污染物总质量通量和最大浓度越大,污染物通量稳定时间越短。此外,窗口位置在纵向上越靠近污染源,隔离墙出口处通量越大。

南方某生活垃圾卫生填埋场地下水污染修复模拟与分析

通过有限元软件COMSOL Multiphysics耦合“达西定律”和“多孔介质中稀物质传递”物理场建立氯化物污染物穿过土-膨润土隔离墙或GCL-膨润土复合隔离墙系统的二维迁移模型。模型考虑污染源浓度沿深度非均匀变化和随时间呈指数衰减,研究服役期内隔离墙氯化物迁移规律,并对土-膨润土隔离墙/GCL-膨润土复合隔离墙进行关键参数分析。结果表明:(1)嵌入土-膨润土隔离墙后,氯化物浓度逐年减小,主要分布在含水层内;(2)土-膨润土隔离墙到污染源距离越远,在土-膨润土墙内的氯化物浓度越大;(3)GCL厚度变化对氯化物浓度几乎无影响。此外,GCL位置越靠近土-膨润土墙左侧,墙内峰值浓度越大。

腐殖酸对汞在棕壤中动力学研究

以棕壤为供试材料,在其中添加不同比例的腐殖酸后,对汞在棕壤中的吸附-解吸行为产生的影响进行了分析。结果表明,汞在棕壤中的吸附过程包括快反应和慢反应,解吸过程则遵循慢-快-慢的反应历程;当外源汞进入土壤后,很快会被土壤颗粒吸附,而且被吸附的汞很难被解吸;腐殖酸的加入会影响汞在棕壤中的吸附-解吸速率,从而对汞在棕壤中的解吸起抑制作用;腐殖酸对汞在棕壤中的吸附-解吸动力学方程均以Elovich方程的拟合度最高(r=0.9380),其次是双常数方程。