碳酸钙对砷污染石灰性褐土-玉米系统砷有效性的影响

为明确碳酸钙(CaCO_(3))对石灰性褐土中砷有效性的影响,采用盆栽试验,通过设置质量比为0 mg·kg^(-1)、50 mg·kg^(-1)、100 mg·kg^(-1)和200 mg·kg^(-1)的外源砷污染,研究5%(质量分数)CaCO_(3)对石灰性褐土主要理化参数、砷形态特性及玉米对砷的吸收等影响。结果表明:在相同外源砷质量比下,CaCO_(3)添加均使土壤pH值显著上升2.14%~3.09%,土壤有机质质量比降低9%~19%。随着外源砷质量比的增加,土壤pH值逐步上升,有机质质量比先降低后增高;添加CaCO_(3)后,土壤交换态砷(Ae-As)占比和钙结合态砷(Ca-As)占比显著增加,Ca-As占比最大。玉米各部位砷质量比随外源砷质量比增加呈上升趋势,且表现为根>叶>茎>籽粒,CaCO_(3)的添加增加了玉米根、叶、茎、籽粒中砷质量比,其中,根部砷质量比增加15.0%~28.9%,籽粒砷质量比增加3.35%~6.98%,且各处理籽粒中砷质量比均小于0.5 mg·kg^(-1)。添加5%CaCO_(3)会对石灰性褐土中的砷起活化作用,但种植玉米仍然可以进行安全生产,因此,可推荐玉米在砷污染石灰性褐土土壤上种植。

碳酸钙和壳聚糖联用对高pH值石灰性土壤砷污染的钝化

为明确碳酸钙-壳聚糖联用对高pH值石灰性土壤砷污染的钝化效果,该研究采用田间As污染模拟试验,设置对照(CK)、砷污染(As)、砷污染+碳酸钙(As+Ca)、砷污染+碳酸钙+壳聚糖(As+Ca+C)4个处理。研究了碳酸钙和壳聚糖添加对As污染石灰性土壤酶活性影响,污染土壤中As的形态变化,以及As在供试作物玉米体内的迁移特征。结果表明:As污染石灰性土壤上添加碳酸钙(Ca)有利于提高土壤酶活性,碳酸钙和壳聚糖(Ca+C)联用后,土壤脲酶、纤维素酶和过氧化氢酶活性分别显著提高了52.35%、74.92%、8.72%(P<0.05)。高pH值石灰性土壤外源As的主要存在形态为残渣态,且残渣态占总砷含量的60%以上。与As处理相比,As+Ca和As+Ca+C处理的水溶态砷分别显著降低17.15%和27.03%(P<0.05);As+Ca+C处理的钙-砷、铁-砷和铝-砷分别显著升高了13.97%、14.24%、13.85%(P<0.05)。As+Ca和As+Ca+C钝化处理对As钝化率分别达9.78%和18.37%。As污染土壤上种植玉米会导致各部位As积累的增加,但Ca+C联用使玉米籽粒、根、茎、叶的As含量显著降低50%、13.98%、16.51%、14.94%(P<0.05)。可见,Ca+C钝化剂联用方法可应用于高pH值石灰性土壤As污染修复。

石灰性土壤添加污泥后土壤的肥力特征及磷素淋失临界值

开展2 a种植冬小麦-夏玉米的盆栽试验,研究污泥添加对石灰性土壤养分的影响,构建石灰性土壤中污泥添加量(0、3.75、7.50、37.5、75.0 t/hm^2)与有效磷之间的关系,确定磷素淋失的临界值。结果表明:污泥添加降低了石灰性土壤的pH值,但土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、速效钾和土壤综合肥力指数随污泥添加量的增加呈增加趋势。试验期间,同年轮作季的污泥添加量相同时,玉米季土壤养分含量小于小麦季,且各养分随污泥施用年限的增加而增加,并与污泥的累积施用量之间存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的正相关关系。当污泥添加量大于等于37.5 t/hm^2时,土壤养分含量与未添加污泥处理相比差异显著(P<0.05)。污泥施用后该土壤磷素淋失临界值为有效磷质量分数28.57 mg/kg,其对应的污泥施用量分别为61.39 t/hm^2。研究可为在石灰性土壤中污泥的合理施用提供依据。

不同来源污泥重金属的含量特征及其风险评价

分别选择市区污泥、县城污泥、腐熟污泥作为研究对象,开展污泥重金属含量、生态风险及人体健康风险评价,为污泥资源化利用提供依据。结果表明:同类污泥中重金属平均含量均排序为锌(Zn)>铜(Cu)>铬(Cr)>砷(As)>铅(Pb)>镉(Cd)>汞(Hg),只有市区污泥中As的含量超过农用泥质A级标准(CJ/T 309—2009)。Cu、Zn、Cr、Cd在3类污泥中的含量、单因子污染指数和单因子潜在生态风险指数的平均值都表现为腐熟污泥>市区污泥>县城污泥。腐熟污泥、市区污泥、县城污泥中重金属内梅罗综合污染指数平均值分别为4.684、1.995、1.145,分别为重污染、轻度污染、轻度污染,腐熟污泥、市区污泥、县城污泥重金属综合潜在生态风险指数平均值分别为321.06、214.49、106.08,相应的综合潜在生态风险程度分别为重、中等、低。基于健康风险评价模型进行成人健康风险评价,腐熟污泥、市区污泥、县城污泥对成人非致癌综合危害指数分别为1.10×10^(-1)、5.13×10^(-2)、2.58×10^(-2),重金属多因子致癌综合危害指数分别为3.39×10^(-5)、4.77×10^(-5)、1.87×10^(-5)。县城污泥无论是生态风险还是对人类健康风险都最低。

脱水污泥堆肥过程中养分、有机质与重金属的变化特征

对城市脱水污泥在堆肥过程中的氮、磷等主要养分、不同有机物以及铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)4种重金属的变化特性开展研究,分析不同有机物与有效态重金属之间的相关关系。结果表明:堆肥结束时,总氮、铵态氮含量分别降低了18.57%、13.93%,硝态氮含量增加了7.69%,速效磷含量增加了100.35%。堆肥期间不同有机物含量的变化趋势不同,堆肥结束时污泥有机质、溶解性有机物含量分别下降了50.92%、12.11%,而腐殖酸、富里酸、胡敏酸的含量分别增加了59.77%、30.85%、218.66%,胡敏酸、富里酸的比值从0.10上升到0.24。在堆肥结束时4种重金属总量都高于堆肥开始时的含量。有效态重金属含量在堆肥结束时最低,此时分别占重金属总量的28.13%、23.76%、11.08%、25.33%。污泥堆肥过程中不同有效态重金属和不同参数之间的相关性存在明显差异。

颗粒无烟煤活性炭去除水体中低浓度磷酸盐研究

为探讨颗粒无烟煤活性炭对水体中低浓度磷酸盐的吸附优化条件、去除效果及其机理,利用小试实验开展不同吸附剂量、温度、吸附时间和pH值等对磷酸盐的吸附影响研究。利用等温吸附、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线能谱(XRD)、颗粒Zeta电位、扫描电镜(SEM)表征无烟煤活性炭吸附磷酸盐的特征和机理。结果表明:吸附体系中不同pH值和温度条件对颗粒活性炭吸附磷酸盐的效果影响不同,pH值为6.0时对磷酸盐吸附效果最好,并且在高温条件下有利于活性炭对磷酸盐的吸附。对低浓度磷酸盐[ρ(PO4^3-)=2 mg·L^-1],颗粒无烟煤活性炭的优化吸附条件为:活性炭用量为10 g·L^-1、吸附时间为6 h、pH值为6.0、温度为25℃,磷酸盐的去除率可达80%。颗粒活性炭对磷酸盐的等温吸附符合Langmuir和Freundlich模型,说明对磷酸盐的吸附同时具有物理和化学作用,即磷酸盐不但与活性炭表面官能团之间存在相互吸附作用,且与活性炭上存在的金属离子沉淀作用有关。

污泥施用对根际和非根际石灰性土壤中细菌多样性的影响

为研究污泥施用对石灰性土壤细菌多样性的影响,在连续2年种植夏玉米大田系统中,施用不同量的腐熟污泥,采集根际和非根际土壤进行16S rDNA-V3-V4区高通量测序,分析污泥施用对石灰性土壤细菌丰富度、多样性指数、群落结构、功能基因在代谢途径的影响,同时对细菌群落和环境因素之间的相关性进行分析。结果表明:污泥用量分别在3.5~37.5 t·hm-2和3.5~7.5 t·hm-2有利于非根际和根际土壤OTU数量增加;但污泥在75 t·hm-2过量施用时,根际和非根际土壤细菌的Shannon多样性指数显著降低,Simpson指数显著增加,Ace,Chao丰富度指数显著降低。主成分和门水平物种丰度分析表明:污泥施用量不同会造成根际和非根际细菌群落结构差异,并且当污泥施用量为75 t·hm-2时,明显降低了非根际土壤放线菌门的丰度;污泥施用量在3.75~37.5 t·hm-2时,非根际土壤中拟杆菌门丰度会明显增加。与对照相比,当污泥用量为75 t·hm-2时,根际土壤拟杆菌门有明显的增加,增加丰度达1.45倍,但酸杆菌门和放线菌门丰度降低了49.74%和80.57%。冗余分析(RDA)表明,土壤TN、Cd、Cu、TP是影响土壤细菌群落最主要的因素,其中TN、Cd、Cu和细菌Shannon、Simpson多样性指数呈现显著相关性(P<0.05)。由此可见,连续过量施入污泥会对根际和非根际石灰性土壤中细菌多样性造成不利影响,而且上述微生物多样性变化可作为污泥合理施用的判断依据。