农田土壤重金属污染现状与安全利用技术研究进展

重金属污染农田直接影响粮食安全和农业可持续发展。安全利用技术主要通过降低土壤中重金属的生物有效性,以减少作物对重金属的吸收累积和消减重金属进入食物链的风险,其对解决我国重金属污染农田有效利用和保障粮食安全生产具有重要意义。因此,本文首先分析了农田土壤重金属污染成因与现状,然后综述了不同安全利用技术,如农艺调控措施(包括低累积作物品种筛选、水肥管理及间作或轮作耕作方式)、原位钝化改良和叶面阻控技术的研究进展,最后提出了强化重金属污染农田土壤安全利用研究及应用的对策。

氢气代谢及其环境生物修复功能研究进展

分子氢是多种微生物代谢之间相互作用的关键中介物,环境中产氢微生物和耗氢微生物的活动决定了全球氢气循环,对其他重要元素生物地球化学循环具有潜在的驱动作用。环境功能微生物在维持环境生态系统平衡、消除次生环境污染等领域中扮演着不容忽视的重要作用。因此,理解环境中氢气代谢(氢气的产生和消耗)微生物对生态环境的影响及其在环境生物修复中的作用与功能,对认识氢气的生态环境效应并将该生物能源应用于生物修复具有重要的科学意义和实践价值。系统分析了氢气代谢过程及氢化酶的分类和功能,总结了微生物产生和消耗氢气的多种途径及其对土壤生态环境效应和生物修复作用的影响,指出了目前氢气代谢过程及氢化酶应用于环境生物修复领域存在的关键科学技术问题,提出了未来的研究思路与重点方向,以推动氢气这种生物能源成就一种有前景的环境污染修复策略。

土壤重金属–有机物复合污染环境效应与修复技术研究进展

重金属–有机物复合污染已是土壤污染的一种普遍形式,其环境危害和治理难度远大于单一污染土壤,因此,重金属–有机物复合污染土壤修复治理是我国环保领域亟需解决的现实难题。基于此,本文首先介绍了重金属与有机污染物在土壤中的复合污染现状;其次,分析了土壤中重金属与有机污染物的交互作用及其环境效应;然后,从物化修复、生物修复和联合修复这3方面综述了不同技术手段对重金属–有机物复合污染土壤修复的研究进展;最后,提出了重金属–有机物复合污染土壤修复研究的发展方向。

老化微塑料吸附重金属镉及其毒性效应

微塑料广泛存在于各种环境介质中,且能够作为载体影响其他污染物环境行为.本文主要探究了不同老化程度的微塑料PE和PP对重金属镉(Cd)的吸附特性及生物毒性.结果表明,微塑料颗粒随老化程度的增加其对Cd的吸附能力逐渐增强.通过模型拟合发现,初始微塑料和老化微塑料对重金属Cd的吸附动力学符合准二级模型,热力学符合Freundlich吸附模型.实验结果表明,微塑料吸附Cd的量与环境pH值及微塑料浓度密切相关.随pH值升高,由于微塑料表面的去质子化作用Cd的吸附量逐渐增加.然而,随着微塑料浓度升高,微塑料颗粒表面吸附位点的竞争作用则导致Cd吸附量的降低.微塑料吸附Cd后其复合污染的生物毒性有所增加,二者的复合生物毒性与微塑料老化程度、Cd吸附量正相关,存在明显的协同效应.本研究为充分认识微塑料及老化微塑料在环境中的行为作用提供理论依据,为准确评估微塑料与其他污染物复合污染的生态风险提供参考.

加热对有机-重金属复合污染土壤影响研究

该文考察了加热温度和加热时间对废旧电器拆解场地的有机-重金属复合污染土壤有机污染物浓度、重金属浸出浓度、重金属弱酸提取态含量和土壤理化性质的影响。加热温度试验结果表明,300℃以上加热6 h后,土壤有机污染物含量均达到建设用地第一类用地要求,但镉和镍的浸出浓度均超过了地下水Ⅳ类水质标准。400℃以上加热6 h后,土壤重金属浸出浓度均达到地下水Ⅳ类水质标准,但土壤理化性质变化较大,综合考虑加热温度对土壤污染物含量和理化性质的影响,300℃是最佳的加热温度。300℃下加热时间试验结果表明,随着加热时间的增加,镉和镍的浸出浓度逐渐下降,但加热至18 h后,镉的浸出浓度依然超标,而土壤理化性质变化较大,综合考虑加热时间对土壤理化性质影响,300℃下的加热时间需要控制在12 h以内。后续根据需要再结合固化/稳定化技术处理可使土壤满足使用要求。

苯并[a]芘降解菌在不同土壤无机胶体表面的吸附研究

基于等温吸附实验,结合扩展DLVO(Ex-DLVO)理论、傅里叶红外光谱(FTIR)等方法与手段,探究高岭石、蒙脱石和赤铁矿胶体对苯并[a]芘的高效降解菌噬氨副球菌(Paracoccus aminovorans)HPD-2的界面相互作用机制。结果表明,3种典型土壤无机胶体对菌株HPD-2的等温吸附曲线符合Langmuir吸附模型,其理论最大吸附量由大到小为赤铁矿>>蒙脱石>高岭石。Ex-DLVO理论计算结果表明,赤铁矿对菌株HPD-2细胞的吸附过程是自发的,而高岭石和蒙脱石对降解菌的吸附均需要越过能障;胶体颗粒与细胞之间的静电力作用在吸附过程中起到关键作用,其产生的作用能远高于范德华力和疏水作用力。FTIR结果表明,高岭石和蒙脱石对菌株HPD-2的作用力主要为细胞表面蛋白质构型的变化,相互作用较弱。除氢键外,赤铁矿与菌株HPD-2发生吸附的作用力还形成了较强的P—OFe化学键。研究结果阐明了不同性质无机矿物胶体与菌株HPD-2细胞间的界面作用机制,为研究无机矿物对降解微生物活性和微生物在无机矿物表面定殖的影响机制提供理论依据。

铅锌银尾矿区土壤微生物活性及其群落功能多样性研究

通过对浙江省天台铅锌银尾矿区土壤微生物活性指标以及微生物群落功能多样性研究 ,结果表明 ,尾矿污染区土壤几种重金属含量比非矿区土壤有明显的增加。尾矿区土壤微生物特征发生了显著的变化 ,微生物生物量和可培养细菌数量显著降低 ,但土壤基础呼吸和微生物代谢商 (qCO2 )值却明显升高。Bi olog测试结果显示 ,随着重金属污染程度的加剧其土壤微生物群落结构发生了相应变化 ,尾矿区土壤微生物群落代谢剖面 (AWCD)及群落丰富度、多样性指数均显著低于非矿区土壤 ,且供试土壤间均达极显著水平差异 (p <0 .0 1) ,表明尾矿区重金属污染引起了土壤微生物群落功能多样性的下降 ,减少了能利用有关碳源底物的微生物数量。

重金属复合污染农田土壤DNA的快速提取及其PCR-DGGE分析

国内首次运用FastPrep○R 核酸快速提取系统提取了重金属复合污染农田土壤的DNA ,并对其进行了聚合酶链反应—变性梯度凝胶电泳 (PCR DGGE)分析。结果表明 ,FastPrep○R核酸提取仪与相应的FastD NASPINKitforSoil试剂盒联用时 ,能有效地分离到纯度较高的重金属污染农田土壤的DNA。PCR DGGE电泳图谱表明 ,PCR产物经DGGE检测后得到的电泳条带清晰且分离效果好 ,可以明显反映出重金属复合污染导致了农田土壤微生物在基因上的损伤 ,影响到农田土壤生态系统的细菌丰富度 ,改变了土壤环境的优势菌群 ,从而使农田土壤微生物群落结构多样性发生变化。可见 ,FastPrep○R核酸提取系统同样适用于重金属污染农田土壤环境中微生物基因组DNA的快速分离和纯化 ,得到的DNA可直接用于PCR DGGE分析。

铅锌银尾矿污染区土壤酶活性研究

对浙江省天台铅锌银尾矿污染区土壤酶活性进行了测定.结果表明,污染区土壤酶活性随着重金属污染程度的加剧而显著降低,其中脱氢酶和脲酶活性下降最明显.多元回归模型显著性检验表明,单一脱氢酶活性与矿区土壤重金属复合元素含量之间呈极显著相关,而单一脲酶、蛋白酶以及酸性磷酸酶活性与重金属复合元素含量呈显著相关.主成分分析结果显示,尾矿污染土壤的酶信息系统的第1、2主成分方差贡献率之和达98.06%,以第1、2主成分建立了2个土壤酶活性的综合指标(即总体酶活性),依据总体酶活性对各供试样本进行空间分类,其结果与以重金属含量为依据的划分结果基本上相吻合.可见,采用酶活性构筑的土壤信息系统的总体酶活性,表征矿区土壤的重金属污染状况是可行的.

花生连作障碍发生机理研究进展

连作导致花生产量和品质下降,严重影响了花生持续生产。本文结合20年花生长期定位试验研究,从土壤理化性质恶化、化感自毒作用和微生物区系失衡3个方面系统地综述了花生连作障碍的发生机理,认为花生根际微生态系统综合功能失调是造成花生连作障碍的主要原因,并分别就化感作用、根际分泌物与根际微生物的关系、根际微生物与连作障碍的关系和多因子综合考虑等角度对该领域未来的研究方向进行了展望。

多氯联苯污染土壤菌根真菌-紫花苜蓿-根瘤菌联合修复效应

选用紫花苜蓿(Medicago sativa L.)作为宿主植物,盆栽试验研究了丛枝菌根真菌(Glomus caledonium)和苜蓿根瘤菌(Rhizobium meliloti)单接种及双接种对PCBs复合污染土壤的联合修复效应.结果表明,在紫花苜蓿-菌根真菌-根瘤菌共生体系中,紫花苜蓿对土壤中PCBs的降低起到明显作用,使轻度污染和重度污染土壤中PCBs浓度分别下降了15.8%、23.5%,紫花苜蓿单接种菌根真菌和苜蓿根瘤菌后轻度污染和重度污染土壤中PCBs浓度分别下降了14.8%、24.1%和20.6%、25.5%,双接种后土壤PCBs分别降低了23.2%、26.9%,而且也改变了紫花苜蓿根际土壤微生物群落的碳源利用程度,改善了微生物群落功能多样性.可见,紫花苜蓿豆科植物-菌根真菌-根瘤菌特殊共生体对PCBs污染土壤显示了较好的修复潜力.

重金属复合污染下土壤微生物群落功能多样性动力学特征

用碳素利用法对浙江省天台铅锌银尾矿区重金属复合污染土壤微生物群落功能多样性动力学特征进行了初步探讨。研究结果表明 ,矿区重金属复合污染降低了供试土壤的微生物群落代谢剖面 ,且群落代谢剖面值与培养时间之间呈非线性关系 ,其变化过程符合微生物种群生长动态模型 (S形 )。随着重金属复合污染程度的加剧 ,土壤微生物群落功能多样性动力学参数K和r值越低 ,参数s值所需的时间则越长。上述动力学参数与群落代谢剖面各自的主成分分析结果显示 ,微生物群落功能多样性的动力学参数K值和s值能够很好地区分矿区土壤重金属污染程度 ,并且其区分效果比微生物群落代谢剖面值好。土壤微生物群落功能多样性动力学特征的变化可以较好地显示矿区重金属复合污染土壤微生物群落对碳源利用模式的差异 ,反映矿区特定生境土壤微生物群落功能多样性的变化 ,在一定程度上揭示重金属胁迫下环境微生物种群作用机理。

铅锌银尾矿污染区土壤微生物区系及主要生理类群研究

通过现场采样及室内培养分析,研究了浙江省天台铅锌银尾矿污染区土壤微生物区系组成及主要生理类群。结果表明,尾矿污染区土壤几种重金属含量比非矿区土壤有明显的增加。尾矿区土壤微生物区系组成和各生理类群发生了明显变化,土壤细菌、真菌、放线菌以及各生理类群数量均显著降低,且三大微生物以及各生理类群对尾矿污染的敏感性大小分别表现为放线菌>细菌>真菌,自生固氮菌>氨化细菌>硝化细菌>反硝化细菌>纤维分解菌。可见,土壤中微生物区系组成及参与物质转化的生理类群种类、数量及变动在一定程度上可反映该尾矿污染区生境的重金属污染特征及其生态功能的演变规律。

铜尾矿污染区土壤酶活性研究

对浙江省哩浦铜尾矿污染区土壤酶活性进行了研究 .结果表明 ,尾矿区及其周边土壤环境受到不同程度的Cu、Zn、Pb、Cd污染 ,从尾矿库中心到外围重金属污染程度逐渐减轻 ,而土壤酶活性则不断提高 ,其中以脱氢酶和脲酶活性增加最明显 .回归分析表明 ,单一脱氢酶、脲酶、酸性磷酸酶以及蛋白酶活性与重金属复合元素含量之间存在显著线性关系 .主成分分析结果显示 ,尾矿区土壤酶信息系统的第一、二主成分方差贡献率之和达 98.2 4 % ,以第一、二主成分建立了两个土壤总体酶活性指标 ,并用此指标对各供试样本进行空间分类 ,其结果与以重金属含量为依据的划分结果基本吻合 .可见 。

复垦红壤中牧草根际微生物群落功能多样性

通过盆栽试验研究了浙江省诸暨铜矿区复垦红壤牧草根际微生物生物量及群落功能多样性的变化.结果表明,种植不同牧草使矿区土壤根际微生物生物量碳发生了显著的变化,其影响大小因矿区土壤污染程度而异.无污染和轻度污染土壤根际微生物生物量碳变化表现为黑麦草+三叶草>三叶草>黑麦草>未种植土壤,处理间差异均达显著水平(P<0.05),重度污染环境下各处理间差异不明显.Biolog数据分析显示,种植不同牧草的矿区土壤根际微生物群落结构和功能多样性也发生了相应改变,根际土壤微生物群落代谢剖面(AWCD)均显著高于未种植牧草土壤,处理间差异达极显著水平(P<0.001).典型变量分析揭示了不同牧草根际微生物群落利用碳源种类和数量存在明显差异.

矿区侵蚀土壤的微生物活性及其群落功能多样性研究

通过对浙江省天台铅锌银矿区侵蚀土壤的微生物活性以及微生物群落功能多样性研究,结果表明:人为开矿使矿区土壤环境呈现不同层次的加速侵蚀特征。矿区侵蚀土壤的几种重金属含量比无明显侵蚀土壤有明显的增加,且其基本理化性质相应变差。矿区侵蚀土壤微生物特征发生了显著的变化,与无明显侵蚀土壤相比,微生物生物量和可培养细菌数量显著降低,但土壤基础呼吸和微生物代谢商(qCO2)值却明显升高。Biolog测试结果显示,随着土壤侵蚀程度的加剧,其微生物群落结构亦发生了相应改变,侵蚀土壤微生物群落的丰富度、多样性指数、均匀度均显著低于对照土壤,且几项指标都达极显著水平差异(P<0.001),表明矿区水土流失引起了土壤微生物群落功能多样性的下降,减少了能利用有关碳源底物的微生物数量,降低了微生物对单一碳源底物的利用能力,最终导致土壤微生物群落结构和功能多样性发生变化。

重金属复合污染下红壤微生物活性及其群落结构的变化

在室内培养条件下,应用4因素5水平二次正交回归旋转组合设计方案,对重金属复合污染红壤的微生物活性及群落功能多样性进行了研究。结果表明,在Cu、Zn、Pb、Cd复合污染生境中重金属的微生物毒性效应发挥主要由Cd、Cu两元素决定,其生物毒性顺序表现为:Cd>Cu>Zn>Ph,红砂泥中表现较为突出。与单一镉、单一铅污染处理相比,重金属复合污染对供试红壤微生物生物活性及其群落功能多样性的影响并非仅仅表现出简单的加和作用,同时还存在协同作用和拮抗作用。典型相关分析显示,红壤微生物活性与重金属含量之间关系密切,第一对典型变量的相关系数r达0.885 8、0.932 8,均达极显著水平(p<0.001), 说明重金属复合污染与红壤微生物间存在较为稳定的数量反馈机制,红壤总体微生物活性指标能较好地反映供试红壤重金属复合污染状况,可作为重金属污染红壤环境质量评价及量化分类的有效指标。

污染土壤的微生物修复原理与技术进展

微生物修复是土壤环境生物修复技术的重要组成部分,是最具发展和应用前景的生物学环保新技术。本文以土壤中重金属及典型有机污染物为对象,从土壤微生物与污染物质的相互作用入手,较为系统地综合评述国内外污染土壤的微生物修复原理与技术,并结合当前土壤污染的新特点,提出了需进一步认识和解决微生物修复过程中出现的新现象和新问题,以不断丰富和拓展土壤环境微生物修复范畴与内涵。

土壤重金属复合污染对脲酶、磷酸酶及脱氢酶的影响

采用模拟实验对铅锌矿区重金属(Pb、Zn、Cu、Cd)复合污染土壤酶活性变化的动力学参数进行了研究.结果表明,矿区土壤酶活性随着重金属污染程度的加剧而显著降低.尾矿区土壤脲酶、酸性磷酸酶、脱氢酶的Vmax平均值分别是非矿区土壤的60%、77%、38%,而土壤脲酶和酸性磷酸酶的Km平均值分别是对照土壤的2.73和2.25倍.逐步回归和通径分析结果表明,矿区土壤中Pb、Zn、Cu、Cd元素含量与脲酶、磷酸酶及脱氢酶Vmax和Km之间均存在着显著或极显著的相关关系;4种重金属元素对不同性质酶酶动力学参数的相对贡献大小存在差异,且元素之间也存在着交互效应.

场地土壤-地下水污染物多介质界面过程与调控研究进展与展望

近年来,中国重点行业场地土壤-地下水重金属和有机污染物污染十分突出,已成为土壤环境治理修复亟待解决的重要问题之一。多介质界面是控制场地系统复合污染物环境行为的关键。因此,开展场地土壤与地下水污染物多介质界面过程与调控机制研究,对于认知场地污染成因与治理修复具有重要的科学意义。系统分析了国内外场地土壤-地下水污染物多介质界面过程与调控研究进展与发展趋势,指出了目前该研究领域中存在的科学与技术问题,提出了我国场地土壤-地下水污染物多介质界面过程与调控原理的研究思路与重点方向,以推动我国场地土壤和地下水环境科学理论与技术的发展。