先锋植物修复介导的根际微域对铅锌冶炼废渣中重金属的形态分异特性影响

为研究金属冶炼废渣堆场内典型先锋草本植物对废渣养分及重金属形态的影响,以开展植被重建5年的铅锌冶炼废渣堆场上先锋草本植物(三叶草,Trifoliumrepens;黑麦草,Loliumperenne)根际微域为研究对象,分析在生态修复过程中两种草本植物根际微域不同粒径废渣(<0.25、0.25~0.5、0.5~1、1~2、2~5、>5 mm)中重金属含量与赋存形态及养分的分异特征。结果表明:废渣内植物养分主要分布在<1 mm的小粒径废渣中;植物根际与非根际废渣中有机质与全氮含量总体上随废渣粒径增加呈先升高后降低的趋势,而有效氮、有效磷含量则随废渣粒径增加呈降低趋势;两种草本植物对废渣养分的改善效果主要表现为三叶草>黑麦草>对照,并表现出明显的根际效应(根际>非根际)。两种植物修复作用显著影响废渣重金属含量及其赋存形态在不同粒径中的分布:(1)三叶草根际废渣Pb、Cu含量显著低于对照,并促使Cd向残渣态转化;(2)黑麦草根际不同粒径废渣Cu、Cd含量发生再分配,在细小粒径(<0.5 mm)废渣中的含量显著降低;(3)两种植物根际废渣酸可溶解态Cu、Pb、Cd、Zn的比例明显降低,且比例随废渣粒径增加而上升。综上,三叶草和黑麦草作为废渣堆场生态修复的先锋植物,可为外来优势植物的自然定居创造良好的植生条件,并对细小粒径废渣扩散迁移生态风险的控制具有重要意义。

黔西南汞铊矿废弃物中污染物释放的联合调控研究

为评价植生改良与先锋植物联合调控作用对矿产采冶废弃物中污染物迁移的控制情况,以黔西南兴仁市滥木厂大量露天堆存的汞铊矿废弃物(采冶废渣、尾矿、废石等混合物)为研究对象,选择当地广泛存在的碳酸盐岩、腐熟牛粪作为植生改良剂,并种植三叶草和黑麦草作为先锋植物进行联合调控,通过淋滤实验评价其对废弃物中高毒性污染物Hg、Tl、As和Sb释放的抑制效果。结果表明:对照组废弃物淋滤3次所得淋滤液中Hg、Tl含量平均为14.8μg/L和170.6μg/L,As和Sb平均为22.1μg/L和4.9μg/L,在雨水淋溶下具有持续释放进入环境的风险;联合调控可对废弃物中Tl和Hg的释放有明显的抑制效果,其中淋滤液Tl含量降为对照的12.2%~54.1%,10%碳酸盐岩梯度的混种组淋滤液Tl含量为19.6μg/L,效果最好;5%、10%碳酸盐岩梯度的三叶组和混种组淋滤液中Hg含量显著低于对照水平(p<0.05),较对照降低34.5%~47.9%;而联合调控则致使废弃物中As、Sb释放,相关性分析表明,植生改良剂添加引起的废弃物基质中溶解性有机质含量增加与植物诱导下游离氧化铁的溶解可能是导致As、Sb释放的关键因素。形态分析结果表明,联合调控促使汞铊矿废弃物中Hg、Tl向残渣态转变,而促使残渣态As、Sb占比下降导致其活化。综上,对汞铊矿废弃物采用植生改良剂-先锋植物联合调控可显著抑制Hg、Tl的释放,但需考虑所加植生改良剂中溶解性有机质增加及废弃物基质中游离氧化铁溶解引起的As、Sb活化与释放带来的环境风险。

黔西北典型炼锌区重金属污染特征及生态风险

贵州黔西北土地资源匮乏,当地居民在土法炼锌区废渣和土壤上种植农作物后,可能因重金属污染威胁居民身体健康。该文以黔西北土法炼锌区炼锌规模较大的水城区、赫章县、威宁县3个典型废弃矿区为研究对象,分别测定了废渣与土壤中Cu、Cd、Cr、Ni、Pb、Zn的含量,利用地积累指数法和Hankanson潜在生态风险指数法对受污染土壤进行评价,并对废渣与土壤中重金属含量进行多元统计分析。结果表明,3个研究区废渣中Cd(55.33、74.54、26.02 mg/kg)、Pb(2583.87、14818.66、4984.65 mg/kg)平均含量超过农用地土壤风险管制值,土壤污染风险极高。3个研究区土壤重金属均超过贵州省土壤重金属背景值,其中赫章县土壤中Pb、Zn、Cd污染严重,分别超标134.13、246.26、108.28倍。地累积指数法分析表明,研究区土壤中Cu、Pb、Zn、Cd污染较为严重,土壤中Cr、Ni污染较轻。潜在生态风险指数法分析表明,土壤中Cd污染严重,存在极强潜在生态风险;土壤中Cu、Pb和Zn污染较重,存在较强潜在生态风险。土壤重金属RI指数平均值达到2505.39,存在很强综合潜在生态风险。多元统计分析结果表明,冶炼废渣长期堆放是研究区土壤中Pb、Cd、Ni、Cu累积的主要来源。

高速公路风光能源自洽照明的功能配置方法

为保证风光能源自洽照明系统的供电可靠性及经济性,依据多年风速、水平面总辐照量的气象日值数据,选取月均风速、月均辐照量指标比较多年同一月份的风光能源特性,将两者均极小的月份组成风光能源多年最不利的1~12月,并以其风速、水平面辐照度、温度的小时数据构建风光能源自洽系统发电设施的气象设计参数基本数据集;以日均风速低于风机启动风速、日晴空指数KDCI<0.2为筛选条件确定多年连续极端弱风光天气最大持续天数,作为风光能源自洽照明系统储能设施配置的气象设计参数;依据单杆照明的用电需求、风/光/储能设施的工作性能,以储能设施充放电状态、连续极端弱风光天气与风光能源多年最不利各月的系统供电可靠性为发电与储能设施配置约束条件,以风光能源自洽照明系统的建设与运维总成本最低为配置目标,构建风/光/储能设施容量配置的数学模型,形成计及可靠性成本的高速公路风光能源自洽照明功能配置方法;并以昆明市长龙高速公路照明工程为例,完成风光能源自洽照明的功能配置。结果表明:依据昆明市风光能源特性,其单杆自洽照明系统的配置为300 W的垂直轴风机+600 W的单晶硅光伏电池+12 V 4×200 Ah的铅酸蓄电池,相较于传统市电供能,该系统20年可节约用电6.64×10^(6)kW·h,建设与运维总成本降低了288.7万元,减少CO_(2)排放5340 t。

复合人工湿地对陆基水产养殖废水中氮磷的净化及其微生物群落特征

高密度陆基水产养殖外排废水中的氮(N)、磷(P)浓度往往远高于传统的塘库养殖而对周边环境带来更大的压力。为探究复合人工湿地系统对陆基水产养殖外排废水中N、P的净化效果及其微生物群落特征,本文以“高效生态浮床单元-垂直流人工湿地单元-沉水植物池单元”三级不同类型湿地单元构成的复合人工湿地系统为研究对象,研究不同干湿交替时间下该系统对模拟高密度陆基水产养殖外排废水中N、P的净化效果,并揭示系统内各湿地单元植物根系和填料中微生物群落的结构特征。结果表明,复合人工湿地系统在不同干湿交替时间下对NO_(3)^(-)-N、NO_(2)_(-)-N、NH_(4)^(+)-N、TN、TP的平均去除率分别为99.04%~99.43%、98.72%~100%、93.89%~95.26%、92.23%~98.60%、56.85%~77.50%。各湿地单元植物中不同类型植物分析结果表明,高效生态浮床单元中巨菌草的根系活力、POD酶活性、生物量均明显优于垂直流人工湿地单元中的美人蕉和沉水植物池单元中的狐尾藻(P<0.05),且植物中N、P含量呈现沿流向逐级减少的趋势,与各湿地单元排水中的污染物浓度所呈现的逐级降低的规律相一致。各湿地单元N、P去除途径的分析结果表明,一级单元微生物作用(74.42%)和一级、二级单元填料吸附(13.05%和38.70%)分别是N和P元素的主要归趋途径。各湿地单元植物根系和填料中微生物群落分析结果表明,植物根系及填料微生物的共同优势菌门主要有Proteobacteria、Chloroflexi、Actinobacteria、Bacteroidetes。属水平上各级湿地单元存在的优势菌属存在明显差异,其中生态浮床单元优势菌属相对丰度最高,主要有Chloronema、unclassified_p__Chloroflexi、Candidatus_Competibacter等。基于FAPROTAX数据库功能预测结果表明,各湿地单元植物根系和填料中化能异养型(12.43%~27.19%)和好氧化能异养型(10.11%~26.46%)细菌功能群占优势,且氮循环相关功能的发现表明细菌在复合人工湿地系统除氮过程中起着关键作用。以上结果说明,经不同类型湿地单元功能菌群与湿地植物的协同作用,可使该系统对高密度陆基水产养殖外排废水中的特征污染物N、P具有较好的生态净化效果。

改良剂与植物联合修复对汞铊矿废弃物重金属淋溶释放行为及微生物群落结构的影响

为探究改良剂赤泥(富铁铝的工业废弃物)与鱼粪(富氮磷的有机质)作为改良剂结合2种典型先锋速生植物(巨菌草和黑麦草)对汞铊矿废弃物中典型重金属(Hg、As、Sb、Tl等)淋溶释放的原位控制效果,通过150 d淋滤实验,考察了单一改良剂、混合改良剂及改良剂联合植物对汞铊矿废弃物和淋滤液理化特征、重金属淋溶释放规律及微生物群落结构的影响。结果表明,添加鱼粪和赤泥结合植物种植能显著抑制汞铊矿废弃物中As、Tl和Sb的释放,同时显著促进废弃物中Hg的溶出(P<0.05)。随着淋溶时间的延长,5个批次淋滤液中As、Tl和Sb的质量浓度分别降至对照组的21.28%~56.56%、33.21%~63.15%、32.23%~56.62%。经处理后汞铊矿废弃物中养分有所提高,相较于对照组,各处理组废弃物pH由3.87升至5.56~6.78,速效钾(AK)含量是对照组的5.60~8.75倍,有机质(OM)由对照组的0.64 g·kg^(−1)增至2.50~3.14 g·kg^(−1)。同时,改良剂与植物联合修复改善了汞铊矿废弃物微生物群落丰富度和多样性,其中以黑麦草组的细菌群落丰富度最高。综合考虑重金属淋溶释放控制和微生物群落结构改善,选择鱼粪和赤泥混合改良并种植巨菌草对汞铊矿废弃物的修复效果最佳,以上研究结果可为汞铊矿废弃物中重金属释放的原位控制与无土快速生态修复提供技术支持。