生态毯不同上层承载材料对土壤水分及植物生长的影响

生态毯是一种使用便捷的边坡修复材料,但因承载材料的限制,实际应用中植被恢复效果差。为提高生态毯的性能,比较纤维纸、薄无纺布、厚无纺布、针织布4种不同上层承载材料对边坡植物生长状况、水分入渗率以及土壤含水率等指标的作用差异。结果表明:种植30 d后,植物生长指标表现为针织布组>薄无纺布组>纤维纸组>厚无纺布组;坡面水分入渗量表现为针织布组(0.52 L)>纤维纸组(0.47 L)>薄无纺布(0.44 L)>厚无纺布(0.41 L);24 h内土壤含水率降低率表现为厚无纺布组(12.7%)<薄无纺布组(16.2%)<针织布组(17.2%)<纤维纸组(28.4%)。针织布在水分入渗、减少蒸发方面表现良好,也不会阻碍植物出苗,植被恢复情况最佳,是一种较为理想的上层承载材料,可以替代传统的无纺布,改善生态毯的性能。

煤矸石土壤化利用与土壤改良剂研究进展

煤矸石大量堆存不仅对周围环境造成污染,也是对资源本身的一种浪费。系统阐述了煤矸石在土壤化利用与土壤改良剂制备方面的研究现状,主要包括煤矸石直接覆土,煤矸石与土壤、有机质、菌类、固废等直接混配改良土壤,改性煤矸石制肥或制备多孔生态土壤,改性煤矸石与外源材料混配制育苗基质、肥料及人造土壤。我国在利用煤矸石进行土壤化利用与土壤改良剂方面已有一些进展,但还应注意对煤矸石重金属的控制,尽可能实现煤矸石的大规模消纳。最后指出了煤矸石在土壤化利用与土壤改良剂方面存在的问题,并提出了相应的建议,以期为相关研究提供参考。

粉煤灰陶粒的研究进展

粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕的细灰,是燃煤电厂排出的主要固体废物,危害环境和人类健康。利用粉煤灰制备陶粒是粉煤灰资源化的重要途径之一。粉煤灰陶粒因密度小、质轻、保温、隔热、耐火性好、抗震性能好、吸水率低、抗冻性能和耐久性能好等优异性能,在废水处理、废气处理、噪声控制和建筑材料等领域具有广阔的应用前景。综述了近年来粉煤灰陶粒的最新发展动态,分别对焙烧法和免烧法制备粉煤灰陶粒进行了可行性分析,介绍了粉煤灰陶粒的相关研究成果,着重介绍了生产粉煤灰焙烧陶粒和粉煤灰免烧陶粒的机理、所用原料、工艺条件及产品性能。同时提出了我国在粉煤灰综合利用过程中面临的主要问题及解决措施,并对今后的发展趋势进行展望,为粉煤灰制备陶粒的机理研究和工艺研究提供参考。粉煤灰焙烧陶粒的制备过程主要包括配料、混合、造粒、干燥、预烧、焙烧、冷却和筛分等过程;影响其性能的主要因素有原料配比、预热时间、预热温度、升温速率、煅烧时间、煅烧温度等。粉煤灰免烧陶粒的制备过程主要包括配料、混合、造粒、陈化、干燥、养护和冷却等过程;影响其性能的主要因素有原料性质、激发剂掺量、黏结剂用量、发泡剂种类及用量、养护方式、蒸养温度和养护时间等,可通过改变工艺条件,制备出不同性能和用途的产品。目前,我国的粉煤灰陶粒以焙烧型为主。焙烧陶粒具有技术成熟、产品强度高等优势,但存在能耗高、投资大、工艺复杂等缺点。因此,开发粉煤灰免烧陶粒就成为发展的新趋向。我国的免烧陶粒尚处于研制阶段,虽然产品强度低、比表面积小,但克服了焙烧法制备陶粒成本高、污染大等缺点,可将其应用于对筒压强度要求偏低、堆积密度要求偏高的场合。为提高陶粒的性能、降低成本,可从多孔免烧陶粒的外加剂选择、工艺和环境安全性等方面进行深入研究。利用粉煤灰制备陶粒,不但解决了粉煤灰的污染问题,还解决了陶粒原料的来源问题,具有重要的现实意义。

盐碱胁迫下黑麦草生长及离子微区分布特征

盐碱生境通过离子毒害和渗透胁迫等抑制植物的生长发育。离子微区分布调控主要通过调整盐分在不同部位的分布来减轻Na+等高浓度离子对重要组织器官的毒害作用,是盐碱胁迫下植物生存的重要策略之一。为探究黑麦草在盐碱胁迫下的离子微区分布特征,本研究通过水培法,采用不同盐碱浓度(0、50、100、200 mmol·L^-1)培养液处理黑麦草植株,考察其生长、离子吸收、运输选择性和微区分布变化,揭示黑麦草对盐碱胁迫的适应机制。结果表明:1)盐碱胁迫下,植株的相对含水率、叶绿素含量逐渐降低,电解质外渗率显著升高;当盐碱浓度大于100 mmol·L^-1时,根长、株高和生物量均显著降低,即黑麦草的耐盐阈值是100~200 mmol·L^-1;2)盐碱浓度为50 mmol·L^-1时,植株根中K^+/Na^+较空白升高了48.3%,Ca^2+/Na^+升高了54.1%,说明黑麦草根部可通过增强K^+、Ca^2+的吸收来维持细胞渗透压并缓解高浓度Na+的毒性;3)在50~200 mmol·L^-1的盐碱浓度下,黑麦草叶片中可溶性组分及细胞壁中Na+的相对含量较对照显著增加,但细胞器内Na^+的相对含量降低,说明叶部将Na^+富集在液泡和细胞壁中,以减少Na^+对细胞器的毒害作用;4)叶片微观结构的SEM电镜图片显示,盐碱胁迫下叶片表皮增厚、导管数量减少和孔径缩小。综上所述,盐碱胁迫下黑麦草不同器官的适应机理不同,根部主要通过强化K^+、Ca^2+的吸收,降低对Na^+的吸收,并将Na^+区隔化在液泡中以降低离子毒害和维持渗透调节,而叶片主要通过将Na^+区隔在液泡及细胞壁中,以及微观结构的变化来保护细胞器免受离子毒害。本研究可为黑麦草的耐盐碱适应机制及其在盐碱土上的种植提供理论依据。

盐碱土施用硅钙渣对披碱草生长的影响及机制

盐碱土的改良和利用是人们关注的热点,脱硫石膏是常见的盐碱土改良剂之一。硅钙渣是粉煤灰提铝的副产物,富含钙和硅等有益于抗盐碱的元素,经烟气脱硫后性质与脱硫石膏相似,有应用于盐碱地改良的潜力。采用盆栽试验,探究盐碱土施用硅钙渣(硅钙渣施用量为0、10、25、50 g·kg^-1,以50 g·kg^-1脱硫石膏处理作为参照)对披碱草生长的影响及机制。结果表明:施用硅钙渣后的披碱草单株生物量增加0.4~1.6倍,总生物量增加2.8~6.8倍,根长增加3.16%~40.21%,株高增加9.07%~17.35%,以50 g·kg^-1的添加量效果最好。硅钙渣改善披碱草在盐碱土上生长的主要机制为:1)硅钙渣显著降低土壤pH并改善土壤的理化性质;2)硅钙渣促进了披碱草对钙(Ca)、硅(Si)等有益于抗盐碱元素的吸收,提高了植物的抗盐碱能力;3)施用硅钙渣后披碱草富钾拒钠的过程得到加强,细胞内K/Na提高,渗透压得到改善,减轻了盐碱胁迫对植物的伤害。综上,硅钙渣可有效改良盐碱土性质并促进披碱草的生长,为我国北方地区硅钙渣等煤基固废的资源化利用及盐碱土的改良提供了借鉴。

丛枝菌根真菌对人工湿地植物生长及水质净化的影响研究

丛枝菌根真菌(AM真菌)是湿地植物的主要共生菌,可以强化植物对养分的吸收、促进植物的生长,是一种潜在的提高人工湿地污染物去除效率的微生物,然而目前关于AM真菌在实际人工湿地中应用及其效果评价的研究较少。鉴于此,在北京某人工湿地进行了现场实验,以水葱、黄菖蒲两种湿地植物为对象并分别施加AM真菌菌剂,考察了植物菌根侵染状况,植物株高、根长、鲜物质量等植物生长指标以及COD、氨氮、TP浓度等水质指标;基于AM真菌接种与未接种区域的各指标差异,探讨了接种AM真菌对人工湿地植物生长和水质净化的影响。结果表明:2种湿地植物(水葱、黄菖蒲)均能与AM真菌建立良好的共生关系,接种AM真菌后,植物根系中的菌根侵染率和菌根侵染强度均得到了显著提高(P>0.05),水葱和黄菖蒲的菌根侵染率分别达到了37.67%和23.91%;接种AM真菌显著提高了植物的株高、根长、鲜物质量(P>0.05),分别提高了17.79%—31.35%、18.79%—29.14%、54.56%—116.43%;与未接种组相比,接种AM真菌提高了人工湿地对COD、氨氮、TP的去除,污染物去除分别提高了12.32%—24.19%、5.45%—45.31%、5.30%—57.06%;污水原水质状况属于劣V类,经人工湿地处理6个月后,实验区域水体的COD浓度、氨氮浓度以及TP浓度均达到了地表水Ⅲ类水质标准。研究表明:接种AM真菌促进了人工湿地植物的生长,且对水质净化起到了积极作用。该研究结果揭示了在实际运行人工湿地中丛枝菌根真菌对湿地植物生长和水质净化的影响,可为中国人工湿地的高效运行提供理论依据和技术支持。

放射性同位素氧化燃烧仪的维护及故障分析

放射性同位素氧化燃烧仪是采用氧化燃烧法对放射性14 C和3 H固体样品进行预处理的仪器。由于仪器高度的集成化和自动化,所以在其日常使用时更需加强维护。基于PerkinElmer Model 307型号氧化燃烧仪在国家重点实验室公共平台的使用经验,总结了该仪器的日常维护及故障解决方法,以期最大化该仪器的使用率。

煤矸石基多孔基质对土壤溶质运移的影响

针对矿区存在的养分贫瘠、干旱缺水、表土缺乏等问题,提出了利用煤矸石制备多孔基质,并选择其作为矿区表土重构材料进行生态修复的思路,以及从溶质运移的角度评估其可行性。通过垂直土柱易混置换试验,研究了煤矸石基多孔基质对土壤中Cl^(−)和Na^(+)运移特征的影响,揭示了多孔基质对土壤孔隙分布、饱和土壤溶质运移的影响规律。结果表明,当多孔基质掺量为10%~30%(体积分数)时,会缩短Cl^(−)和Na^(+)的穿透时间,这是由于少量掺杂的多孔基质与土壤颗粒相互填充,小孔隙数量增加,形成了更为复杂的运移路径及多孔基质对Na^(+)具有较强的吸附性,会延长Cl^(−)和Na^(+)的穿透时间;随着多孔基质添加量的继续增加(>30%),由于多孔基质容重较小,导致饱和导水率增加,反而会逐渐缩短Cl^(−)和Na^(+)的穿透时间。添加30%多孔基质时,出流液中的Cl^(−)和Na^(+)浓度分别降低了1.65%~46.30%和10.12%~32.88%,Cl^(−)和Na^(+)运移方式以对流为主。土壤孔隙分布和土壤对溶质的吸附性是影响溶质运移的主要因素。煤矸石基多孔基质和黄土以体积比为3∶7混合的复配模式,可以有效减少溶质运移。

固废基土壤调理剂的制备及其矿区生态修复效果

我国煤矸石产量大,利用率偏低,大量堆积没有得到合理利用,造成了土地资源浪费和严重的环境污染。以煤矸石为主要原料,通过添加铝粉发泡养护得到多孔材料,再将其与废弃有机质以及含碳辅料发酵制成固废基土壤调理剂。对比探究喷播固废基土壤调理剂(SWSC)、丛枝菌根真菌(AMF)和固废基土壤调理剂耦合菌根真菌(SWSC+AMF)的土壤理化性质以及对矿区典型植物生长的影响,研究不同处理下植物中重金属的累积量。结果表明:固废基土壤调理剂的优选配方为:当煤矸石和水泥掺比为85%∶15%时,制备的多孔材料性能最优;优选鸡粪和风化煤作为有机质和含碳辅料;当多孔颗粒、鸡粪与风化煤的质量配比为4∶2∶4时,制备的固废基土壤剂调理剂最优。对土壤调理剂的制备及应用全流程进行重金属安全性评价,重金属含量均低于国家标准中重金属的限定值。喷播SWSC+AMF的土壤中有机质含量为35.24 mg/kg,速效钾含量为261 mg/kg,有效磷含量为278 mg/kg,碱性磷酸酶含量可达到293.07 mg/kg,且喷播SWSC+AMF对披碱草的株高和根长生成具有促进作用,可有效减少对披碱草中重金属Cd、Pb、Ni的累积,同时对改善土壤结构,提升土壤肥力方面有积极作用。