降雨对磷基材料修复镉铅污染土壤稳定性的影响研究

通过模拟加速老化实验和土柱淋溶实验,探究降雨对磷基材料修复镉铅污染土壤效果稳定性的影响。结果表明:模拟降雨加速老化对土壤中有效镉含量的影响不显著,但是加速老化12 a后,土壤中有效铅由(2.74±0.35)mg/kg增加到(3.66±0.39)mg/kg(模拟自然降雨)和(3.59±0.19)mg/kg(模拟酸雨)。在添加磷基材料的土壤中,模拟降雨加速老化后,镉和铅有效性变化不显著。在土柱淋溶实验体系中,模拟4个月降雨当量的酸雨淋溶后,所有处理组的滤出液镉离子和铅离子始终低于0.1μg/L。对照组的表层(0~5 cm)土壤pH显著低于其他剖面层;不同剖面层土壤的镉、铅有效性和赋存形态变化较小,5~10 cm剖面层土壤的酸可溶态镉比例高于表层土壤。在添加磷基材料F、F700的处理组中,土壤pH、镉和铅的有效性与赋存形态在垂向上大多不存在显著差异,但底层(10~15 cm)土壤的酸可溶态镉和铅比例高于其他剖面层。综上所述,磷基材料能够有效固持土壤中镉和铅,削减降雨对重金属的活化-释放作用。

田间条件下猪粪炭与黄磷渣配施对土壤镉污染的修复效果

为探究猪粪炭和黄磷渣配施对田间土壤镉(Cd)污染的修复效果,本研究以镉污染水稻田为研究对象,探讨两种钝化材料单施和配施对土壤理化性质、Cd有效态含量、Cd化学形态及水稻不同部位Cd含量的影响.结果表明猪粪炭与黄磷渣配施处理下土壤Cd有效态含量降低幅度最大,达90.49%,单施猪粪炭和单施黄磷渣处理下土壤Cd有效态含量分别降低了69.95%和15.77%.化学形态分析结果表明,相比对照,配施处理下土壤中易迁移的可交换态Cd比例降低了51.21%,而土壤中难迁移的铁锰氧化物结合态和有机结合态Cd比例分别增加了39.73%和38.15%.各处理对水稻生物量都没有负面影响,但水稻各部位Cd含量相比对照均显著降低.配施处理下水稻各部位中Cd含量均低于对照及单施处理,其中水稻籽粒中Cd含量降幅为78.31%,降低至0.05 mg·kg^(−1),远低于国家标准食品污染物限量标准值(<0.2 mg·kg^(−1)).生物炭与黄磷渣配施显著降低水稻土中Cd有效态含量和水稻籽粒中Cd的积累量,对Cd污染水稻田钝化修复效果优于单施处理,本研究结果可为土壤Cd污染的修复提供科学依据.

淹水还原条件下红壤中葡萄糖及腐殖酸对铁锰形态的影响

通过设置不同的葡萄糖/腐殖酸配比模拟还原性土壤体系,考察长期(约74 d)淹水培养过程中铁锰元素在土壤溶液/矿物相中的分布形态演变。结果表明:在淹水培养初期,葡萄糖的添加可以促进铁锰离子的还原溶出,同时土壤中可交换态和酸可提取态铁、以及可交换态锰的含量也会随之增加;而腐殖酸的添加则会促进土壤中可氧化态铁/锰含量的升高。随着培养时间的增加,铁锰离子浓度及各个土壤提取形态的铁锰含量大多呈现降低趋势,铁锰元素逐渐转化成提取性更低的矿物形态。因此,淹水环境中铁锰还原溶出-分布形态演变受到土壤中有机物质种类和含量的显著影响,呈现出不同的金属移动性和生物有效性。

生物炭对土壤中微生物群落结构及其生物地球化学功能的影响

生物炭是由生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质,具有改善土壤理化性质、调控营养元素循环、防治重金属、多环芳烃等污染物迁移转化等功能,因此,在土壤改良与修复领域具有较好的应用前景。但是,生物炭的施用将对土壤中的微生物群落结构组成带来影响,从而改变整个生态系统的物质循环过程。本文综述了近年来国内外有关生物炭对土壤微生物分布影响的研究进展,探讨了生物炭对土壤微生物生长代谢的作用机制,阐述了生物炭对于微生物主导的土壤生物地球化学过程产生的影响作用。相关研究发现,土壤总微生物生物量在生物炭施用后或增加,或不变,或呈现下降趋势;不同种类微生物对于生物炭的响应非常复杂,从而呈现出各异的土壤微生物群落结构组成。生物炭对微生物生长代谢的影响源于改变p H环境、影响水分分布、调节养分循环等多种机制的协同作用,而生物炭在对环境物质的吸附以及对微生物的直接吸附方面扮演着重要角色。同时,生物炭对于土壤微生物群落结构组成的影响还会随着时间的推移而发生变化。生物炭对土壤中微生物分布的改变还会进一步影响微生物的生物地球化学功能,对温室气体排放、碳氮循环和有机污染物降解等生物地球化学过程产生重要影响。因此,有待开展更多关于生物炭对于土壤微生物分布及其生态功能的影响的深入研究,以期更全面地评价生物炭对土壤环境质量的影响作用,为生物炭的实际应用提供依据。

生物炭对土壤中铁生物还原作用和重金属分布的影响

构建厌氧精瓶培养实验体系,探讨生物炭对土壤中铁的生物还原和其他重金属形态转化的影响。结果表明:生物炭会影响铁还原菌希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1)对土壤中铁矿物的还原溶出,降低亚铁离子浓度。培养70d后,土壤-希瓦氏菌(SR)处理组亚铁离子摩尔浓度为(291.0±58.0)μmol/L,土壤-希瓦氏菌-生物炭(SRB)处理组亚铁离子摩尔浓度降为(94.7±32.4)μmol/L。同时,生物炭改变了铁生物还原作用对土壤中重金属迁移性的影响。SRB处理组土壤中可交换态锌、钴和镍含量低于土壤-生物炭(CB)处理组,而铁锰氧化物结合态含量增加;与SR处理组相比,SRB处理组可交换态和铁锰氧化物结合态锌、钴、镍含量均有所增加。因此,在稻田等厌氧环境下应用生物炭修复重金属污染土壤时,生物炭对铁矿物生物还原、重金属形态转化的影响需要引起关注。

调控pH对于人工湿地中红壤吸附固持锰离子的影响

人工湿地是一项高效的矿山废水重金属污染控制技术。如果能使用当地土壤作为基质,则可以大大降低人工湿地的构建成本。文章比较了不同pH调控措施下红壤对矿山废水中锰离子的吸附效率,并探讨了生物还原作用与植株生长对红壤湿地中锰运移的影响。结果表明:添加碳酸钙比氢氧化钙处理更能显著提高红壤对锰离子的吸附效率。伴随着生物还原作用,红壤土柱间隙水中保持一定的锰浓度,而碳酸钙处理能维持锰离子的吸附固持趋势。在野外红壤基人工湿地中,碳酸钙添加能够显著降低间隙水中锰浓度,但在植株种植与碳酸钙添加共存时,间隙水中锰浓度反而高于对照红壤组。因此,构建处理重金属污染废水的红壤基人工湿地时必须同时优化pH调控与植株种植措施。

表面活性剂对硝基苯污染土壤的增效修复技术研究

在研究硝基苯和表面活性剂在土壤中吸附行为的基础上,探讨了表面活性剂对硝基苯在土壤中吸附的影响,并研究了不同表面活性剂对硝基苯污染土壤的增效修复效果。结果表明:!)在0～25 mg.L-1浓度范围内,硝基苯在土壤中的吸附量与溶液中平衡浓度之间存在较好的线性关系,硝基苯在土壤中的吸附是以分配作用为主。")CTAB、SDBS和Tween80在土壤中的吸附等温线均近似为S形,且都在各自临界胶束浓度附近达到饱和吸附,饱和吸附量顺序为CTAB>>SDBS>Tween80。一定浓度的硝基苯可以增加表面活性剂在土壤中的饱和吸附量。#)在较低浓度的表面活性剂存在下,硝基苯的吸附量随着表面活性剂浓度升高而升高,而在高浓度表面活性剂存在下硝基苯吸附量随表面活性剂浓度升高而降低,其中SDBS对硝基苯吸附量的降低效果最为明显。$)当应用表面活性剂对硝基苯污染土壤进行增效修复时,SDBS的修复效果最为显著。

炼油厂周边PAHs污染土壤中微生物群落结构多样性研究

直接从污染土壤中提取微生物基因组DNA,对基因组DNA进行16S rDNA聚合酶链式反应(PCR)扩增和末端限制性片段多态性(T-RFLP)分析,进而对炼油厂附近PAHs污染区土壤微生物群落结构和多样性进行初步研究。结果表明,PAHs浓度较高的土壤中PAHs主要以高相对分子质量PAHs为主,此外,其土壤微生物群落多样性明显低于PAHs浓度较低的土壤。高浓度PAHs刺激了某些土壤微生物生长。不同污染程度的土壤存在一定数量相同的优势菌群,但相对丰度具有明显差异。其中α-变形菌是五个区域土壤中的主导微生物。研究结果将为炼油厂周边土壤的修复治理提供科学依据。

福建某钢铁厂区域表层土壤PAHs污染特征与风险分析

采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析福建某钢铁厂区域不同功能区表层土壤中16种优控PAHs含量,并对其组成、来源和环境风险进行了分析.结果表明,各样点土壤中16种优控PAHs的检出率达到100%,其总含量范围为68.7—18100.6μg.kg-1,平均值为5084.5μg.kg-1.7个功能区土壤中PAHs主要以高环(4—6环)为主.异构体比值法分析表明该钢铁厂区域各功能区土壤中PAHs主要来源于石油燃料的燃烧.土样中16种PAHs的TEQBaP为6.01—3110μg.kg-1,平均值为852μg.kg-1,7种致癌PAHs对16种PAHs总TEQBaP的贡献达到99.1%,其中BaP和DBA对总TEQBaP的贡献值较大,分别达到61.6%和14.5%.除郊区外,其它6个功能区土壤样品10种PAHs的总TEQBaP都超过荷兰土壤标准目标参考值,表明该钢铁厂区域多数功能区表层土壤均存在潜在的环境风险.

添加园林废物及冻融预处理对餐厨垃圾厌氧消化效率的影响

通过批处理试验,研究了三种不同类型园林废物〔小叶桉叶,美人蕉叶以及混合杂草(包括空心莲子草、猪毛蒿和胜红蓟)〕对餐厨垃圾厌氧消化的影响。结果表明,添加混合杂草处理表现出最佳的甲烷生产能力,甲烷产率达到827.0mL/g(以挥发性固体计,下同);而添加小叶桉叶和美人蕉叶处理,甲烷产率分别为307.9和287.3mL/g。冻融预处理可以使添加混合杂草处理和美人蕉叶处理的甲烷产率分别提高25.0%和85.4%,混合杂草处理的产能效益由6106kW·h/t提高到7633kW·h/t,美人蕉叶处理的产能效益则由1694kW·h/t提高到3141kW·h/t。

模拟土壤团聚体中金属离子的吸附-还原解吸

通过高分子水凝胶包裹技术,研究了不同的团聚体模拟体系中金属离子的吸附-生物还原解吸机制。结果表明:无定形铁矿物模拟团聚体对于金属离子的吸附量高于针铁矿模拟团聚体,且交联密度1.0%包裹组金属离子吸附量小于0.3%包裹组。在希瓦氏菌的作用下,凝胶包裹的铁矿物体系中亚铁浓度先升高后下降,而铁矿物上吸附的Cu2+和Mn2+则随着生物还原作用而解吸释放;针铁矿组的解吸量低于无定形铁矿物,而交联密度高的1.0%包裹组金属离子解吸量高于0.3%包裹组。在凝胶包裹的水稻土团聚体体系中,生物还原作用同样会引起铜/镍/钴/锰离子的溶出,从而影响土壤环境中重金属污染的迁移转化。

城市餐厨垃圾厌氧消化液对番茄产量和品质的影响

[目的]研究城市餐厨垃圾厌氧消化液对番茄生长及产量、品质的影响。[方法]以番茄品种无限大果T-63为试验材料,在田间试验中设置不同叶面施肥配方。[结果]不同配方叶面肥均可促进番茄植株生长,但喷洒餐厨垃圾厌氧消化液的效果最好,其番茄植株地上部分与地下部分干重均为各处理组最高。餐厨垃圾厌氧消化液处理组的番茄平均单果重达到101.4 g,相比对照增加了16.27%,同时显著提高番茄品质,番茄VC含量达到264.78 mg/kg,高出对照组17.76%。[结论]城市餐厨垃圾厌氧消化液在番茄叶面施肥中具有较好的应用前景。

EDTA和酒石酸对生物铁还原和重金属溶出的影响

通过微宇宙-精瓶体系,研究了模拟湿地环境条件下不同EDTA和酒石酸复合体系对生物铁还原过程及重金属溶出的影响。结果表明,高浓度的EDTA和酒石酸络合体系促进了针铁矿的生物还原作用,但对无定形铁矿物中铁的生物还原过程产生了一定抑制;不同浓度的EDTA和酒石酸络合体系对柠檬酸铁的生物铁还原过程产生明显的复合效应,并导致沉积物中钴、铬、锌等重金属溶出。

湿地中胶体态重金属与形态监测技术研究现状

湿地沉积物间隙水中无机、有机以及生物胶体普遍存在且迁移活性强,这些土壤胶体对重金属的环境污染行为及其地球生物化学循环过程具有重要的调节作用。目前有关湿地环境中胶体态组分耦合重金属形态转化及其相应的形态监测技术逐渐引起人们的关注。文章重点分析了有关沉积物及其间隙水中胶体-重金属形态及相关原位监测方面的研究现状,阐述了国内外高分子凝胶基重金属形态监测技术的研究态势,指出传统原位采样技术存在的问题,并对新型湿地采样技术在胶体态重金属原位监测方面的发展前景进行了展望。

新型纳米凝胶包被生物炭基固定化酶研究

[目的]探讨一种新型的脂肪酶固定化载体。[方法]采用酶底物类似物油酸分子修饰的纳米凝胶包被生物炭表面,首次制备出一种新型高效的纳米凝胶包被生物炭基质作为脂肪酶酶固定化载体。[结果]通过油/水界面的活化效应激活脂肪酶分子的催化活性位点,并通过凝胶的溶胀/退溶胀作用增强脂肪酶的固定化效果,所制备的新型固定化脂肪酶的催化活性和催化稳定性都得到了充分提高。[结论]新型固定化脂肪酶为酶固定化技术研究提供了材料。

餐厨垃圾制菌肥对番茄根结线虫病的防效以及对土壤生物活性的影响

采用盆栽试验方法,研究了以腐熟餐厨废弃物有机肥为载体,添加生防真菌淡紫拟青霉(Paecilomyces lilacinus)制成的菌肥(BOF)对番茄根结线虫病的防效和对土壤生物活性的影响。结果表明:施用菌肥可显著降低根结线虫病的发生,在对照(CK)防效指定为0时,BOF处理达到54%,比化肥(CF)和有机肥(OF)处理分别提高了218.6%和178.4%;在养分含量相当的情况下,BOF处理的株高、茎粗、地上部鲜重分别比CF处理增加了14.7%、12.7%、7.6%,表现出显著的促生效果。利用荧光定量PCR对不同处理组土壤中细菌和放线菌含量测定发现,与CK和CF处理组相比,BOF处理组土壤中细菌和放线菌数量显著增加。土壤酶活测定结果显示,BOF处理土壤脲酶、转化酶、酸性磷酸酶和脱氢酶活性均显著提高。研究结果表明,餐厨废弃物制成的淡紫拟青霉菌肥能有效降低番茄根结线虫病害的发生,促进番茄生长,改善土壤微生物区系,提高土壤酶活性,具有广泛应用前景。

应用四种体外消化方法比较研究场地土壤中重金属的生物可给性及其人体健康风险

本研究采用PBET(physiologically based extraction test)、DIN(Deutsches Institut für Normung)、IVG(Invitro Gastrointestinal)和UBM(Unified BARGE Method)等4种体外消化方法,比较8个工矿废弃场地土壤中6种典型重金属的生物可给性并进行健康风险评估分析.结果显示,在4种方法的胃阶段,土壤Co、Ni、Cu、Zn、As和Cd的生物可给性范围分别为1.57%—88.07%、6.69%—129.78%、8.68%—122.62%、18.55%—128.75%、4.17%—61. 14%和32. 22%—118. 44%;小肠阶段分别为0—43. 49%、3. 12%—61. 94%、4. 75%—123. 91%、1.48%—99.02%、5.93%—39.70%和8.48%—67.83%.总体而言,采集的场地土壤中多数重金属生物可给性在各方法的胃阶段均显著高于小肠阶段.土壤重金属在胃阶段的生物可给性分析显示,Co、Ni、Cu和As在UBM和IVG方法中较高,Zn在DIN方法中最高,Cd在UBM和DIN方法中高于其他方法.土壤重金属在小肠阶段的生物可给性分析显示,Co和Ni在UBM方法中最高,Cu在DIN和UBM方法中高于PBET和IVG方法; Zn生物可给性的顺序为DIN>PBET>IVG>UBM; As和Cd在IVG方法中均较高.与基于总量的重金属健康风险评估相比,采用生物可给性为评估参数,对8个场地土壤进行的评估分析显示风险水平显著降低,本研究中的场地土壤若采用基于总量的评估方法可能会高估重金属污染的风险.

基于微生物生物完整性指数的地下水生态系统健康评价:以包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统为例

生物完整性指数是水体生态系统健康评价的重要指标,已被广泛应用于湖泊河流等的生态系统健康评价中.但利用水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的报道很少,针对地下水生态系统的研究更是鲜见.本研究针对包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统健康开展评价工作,基于地下水环境中微生物群落Illumina高通量测序信息,筛选关键环境因子,甄别敏感或耐受微生物分类属,确定候选生物参数,探索针对地下水的微生物完整性指数(microbiome index of biotic integrity,M-IBI)评价流程与标准构建方法.结果表明,总计12个地下水样点中,4个样点属于健康等级(Ⅰ级),占总样点的33.3%;2个样点属于亚健康等级(Ⅱ级),占总样点的16.7%;5个样点属于一般等级(Ⅲ级),占41.7%;1个样点属于较差等级(Ⅳ级),占8.3%;总体来看,靠近尾矿库的样点健康等级较低,而远离尾矿库参照点受到的干扰较小,健康等级较高,这可能与人类活动干扰影响程度密切相关.参照该地区地下水理化参数基础上的水质情况分析结果,发现应用M-IBI指数可较合理地评估包头稀土尾矿区周边地下水生态系统健康状况.结合生态系统健康内涵,本研究初步提出针对地下水生态系统健康的M-IBI指数评价体系构建流程.

竹叶与餐厨垃圾厌氧共消化工艺

将黄金竹和毛竹的竹叶分别与餐厨垃圾厌氧共消化,通过分析消化过程中的产气量、p H、COD、NH4+-N和VFAs变化,探讨添加不同竹叶对餐厨垃圾厌氧消化效果的影响。实验结果表明,添加毛竹叶显著增强了餐厨垃圾的厌氧消化能力。毛竹叶+餐厨垃圾组的总产气量是餐厨垃圾对照组单独厌氧消化总产气量的3.28倍,甲烷总产量为10.1 L,COD去除率高达83.0%。而添加黄金竹叶对餐厨垃圾厌氧消化的影响则不明显,可能因为黄金竹叶在消化过程中释放了大量挥发性脂肪酸(VFAs),造成体系酸中毒。