湖南耕地土壤和稻米重金属污染防控实践与思考

湖南省是我国主要产粮区之一。由于矿产经济活动及其他人类活动,大面积耕地土壤受到重金属污染,从而一些地方的稻米重金属含量超过国家食品卫生标准。本研究对湖南省耕地土壤与稻米重金属污染现状和成因进行剖析。结果表明:湖南耕地土壤重金属污染特征是复合污染为主,污染程度逐年上升,主要分布在湘江流域和工矿区,并逐渐蔓延至养殖区,稻米重金属污染主要以Cd为主,其次是As和Pb。针对湖南稻米重金属污染的各种防控措施,阐述其工作原理、应用实例和优缺点,然后对湖南省开展的土壤重金属污染修复措施和研究进行总结与思考,提出应当构建一种基于土壤组成的原味钝化材料耦合易操作农艺措施的经济、绿色、高效的综合性技术方案,以期来修复耕地土壤重金属污染和降低稻米重金属含量,保障粮食安全生产。

添加Delftia sp.B9对土壤Cd形态分布及水稻吸收积累Cd的影响

为探究耐镉细菌Delftia sp.B9(菌株B9)对土壤镉(Cd)形态、水稻吸收Cd及土壤微生物群落结构的影响,本研究通过盆栽种植试验,在中度Cd污染土壤中施加不同添加量的菌株B9,并将最佳添加量应用在田间试验中验证菌株B9对土壤Cd的钝化作用及降低稻米Cd含量的效果。结果表明:盆栽试验中,与对照(CK)相比,菌株B9不同添加量均可显著提高土壤pH值,DTPA提取有效态Cd含量显著降低4.72%~15.65%,糙米Cd含量显著降低22.87%~59.90%。其中,菌株B9添加量为1.28 g·盆^(-1)(T2)时,土壤Cd的钝化效果及降低稻米Cd效果最好。与CK相比,T2处理可显著促进土壤弱酸可溶态Cd向可还原态、可氧化态及残渣态Cd转化。同时,T2处理显著提高了土壤微生物可操作分类单元(OTU)数,土壤微生物群落多样性及丰富度指数(ACE、Chao1、Shannon)均显著增加,菌株B9所属变形菌门(Proteobacteria)相对丰度显著增加。小区(株洲)早晚稻及大区(浏阳)中稻试验中,菌株B9添加量为12.50 g·m^(-2)时,稻米中Cd含量较对照组降低28.38%~91.43%。研究表明,添加菌株B9可降低土壤Cd潜在风险,降低中度Cd污染土壤中水稻吸收积累Cd的量,使稻米Cd含量符合国家食品卫生标准。

螯合剂和有机酸对商陆修复镉砷污染农田的影响

基于利用植物提高Cd和As复合污染农田修复效率的目标,通过大田试验方法探究了乙二胺四乙酸(EDTA)、皂素(SAP)、柠檬酸(CA)和苹果酸(MA)对商陆萃取农田土壤Cd和As的影响。结果表明,施用4种不同螯合剂和有机酸对商陆的生长没有产生不利影响,且可以显著影响商陆对土壤Cd和As的吸收积累。与对照组相比,EDTA、SAP、CA和MA处理60 d后导致商陆叶片Cd含量分别提高116.4%、55.0%、81.5%和109.9%,商陆地上部Cd积累量提高40.4%~106.0%,商陆地上部As积累量提高15.8%~55.1%。商陆各器官Cd和As的富集系数和转运系数也受螯合剂和有机酸施用的影响。施用EDTA、SAP、CA和MA均对商陆根际土壤Cd和As含量产生显著影响,SAP处理对降低商陆根际土壤Cd含量的影响最显著,而MA处理对降低商陆根际土壤As含量的影响最显著。研究表明,EDTA、SAP、CA和MA均可提高商陆萃取农田土壤Cd和As的效率,尤其是EDTA和MA的效果更好。

三级模拟人工湿地对镉钨复合污染废水净化研究

为探究水培条件下,模拟人工湿地对镉(Cd)、钨(W)复合污染废水的净化效果及机理,本研究通过预实验筛选出的三种常见水生植物:再力花(Thalia dealbata Fraser)、旱伞草(Cyperus alternifolius L.)、铜钱草(Hydrocotyle vulgaris L.)搭建水培模式的三级模拟人工湿地,设3个处理,分别为单独种植处理(T1)、两两搭配种植处理(T2)、3种搭配种植处理(T3),对初始浓度为25μg·L^(-1)Cd、75μg·L^(-1)W的复合废水进行动态试验的研究。结果显示:T1、T2、T3三级模拟人工湿地的平均出水Cd浓度分别为3.30、3.20、2.75μg·L^(-1),平均去除率分别为87.01%、87.41%、89.18%;平均出水W浓度分别为24.02、20.14、26.75μg·L^(-1),平均去除率分别为68.24%、73.36%、64.62%,模拟人工湿地系统对Cd、W复合废水净化效果良好。T3处理共输入Cd约375 mg,系统截留333.75mg,其中植物富集截留102.66 mg,沉积物吸附截留231.09 mg;输入W约1 125 mg,系统截留723.75 mg,其中植物富集截留375.02mg,沉积物吸附截留348.73 mg。3种植物对Cd和W的富集效果良好,同种植物富集浓度沿出水方向降低,即第一级湿地>第二级湿地>第三级湿地。沉积物在系统中对两种重金属都有较大的吸附量,通过SEM电镜扫描其形态以及FTIR红外光谱图分析得知沉积物表面存在大量凹凸不平的吸附位点,存在主要吸附官能团:—OH、—COOH、C=C、C—O—C,揭示了沉积物对Cd、W吸附的部分机理。三级模拟人工湿地对废水中Cd、W净化效果良好,可以为钨矿区污染灌溉水中Cd、W的净化提供技术支撑。

重金属单一污染对龙须草生长与生理生化特性的影响

试验研究了不同处理水平下Cd、Pb、Cu、Zn、As单一污染对龙须草生长和生理生化特性的影响。结果表明:龙须草地下部对重金属的抗性大干地上部,种植龙须草的污染土壤中Cd、Pb、Cu的土壤临界值可分别设定为10mg／kg、300mg／kg和100mg／kg;龙须草叶绿素含量随重金属处理浓度的增加呈先升后降趋势,但其总叶绿素含量和叶绿素a／b值均低于对照;龙须草SOD活性随Zn、As单一污染处理浓度的增加呈先升后降趋势,而随其他3种重金属处理浓度的增加呈下降趋势;龙须草CAT和POD的活性随As处理浓度的增加呈上升趋势,而随其他4种重金属处理浓度的增加呈先升后降趋势。

重金属复合污染对灯心草的生态毒性效应及重金属积累特性的影响

以现行土壤环境质量标准为浓度设置依据并结合实际污染土壤,通过盆栽试验研究了Cu、Cd、Pb、Zn、As5种重金属复合污染对灯心草的联合生理毒性效应及各重金属在灯心草植株内的积累和分布情况。结果表明,5种重金属复合污染对灯心草地上部生长有一定程度的抑制作用,当污染达土壤环境质量二级标准上限值,灯心草地上部生物量减产9.15%,但地下部生物量减产趋势不明显,灯心草分蘖数、株高与地上部干重呈显著正相关。生长在矿毒水和铅锌尾矿污染土壤中的灯心草,地上部生物量分别减产28.23%和37.1%,但POD、SOD和CAT3种酶活性均高于对照。在Cd、Pb、Cu、Zn、As复合污染条件下,各重金属在灯心草茎叶和根系中的积累和分布存在差异,且与土壤中重金属含量间存在一定的相关性。应用综合生态环境效益法,以灯心草为指示植物,可以将土壤环境质量二级标准上限值设定为土壤中5种重金属的临界毒性效应值。

美洲商陆(Phytolacca americana L.)——一种新的Mn积累植物

通过野外调查和水培试验,研究了锰在美州商陆体内积累情况及对其生长发育的影响,发现并鉴定出美洲商陆(Phytolacca am ericana L.)是一种新的M n积累植物。调查结果发现,美洲商陆对土壤中高含量的锰有很强的忍耐、吸收和积累能力,叶片中M n含量为5160￣8000m g·kg-1,平均为6490m g·kg-1。营养液培养试验证明,美洲商陆对生长介质中的M n有很强的忍耐能力,当生长介质中M n浓度高达10m m ol·L-1,叶片中M n含量达到11.76g·kg-1,植株仍生长正常。地上部M n含量及其积累量均随生长介质中M n浓度的增加而增加,当生长介质中M n浓度为50m m ol·L-1时,叶片中M n含量达到47.06g·kg-1。结果表明,美洲商陆是我国发现的一种新的M n积累植物,为今后探明植物积累M n的机理和M n污染土壤的植物修复提供了一种新的种质资源。

单一重金属污染对灯心草生长及重金属积累特性的影响

盆栽试验结果表明：在设置的低浓度范围内，Cd、Ph、Cu能够刺激灯心草的生长。而As（地上部除外）、Zn在整个浓度设置范围内对灯心革的生长都表现出抑制作用，且各重金属对灯心草地下部生物量影响不显著。各重金属对灯心草生长抑制程度为：Zn〉As〉Cu〉Pb〉Cd。以灯心草生物量减产10％为依据，将土壤中Cd、Pb、Cu3种重金属临界值分别设定为10、100、100～200mg·kg^-1。灯心草不适合在Zn污染的土壤中种植，土壤中As临界值尚需作进一步的研究来确定。除Cd外，其余4种重金属主要累积于灯心草根部。回归分析表明，Cd、Ph在灯心草地上和地下部以及As在灯心草地下部的积累量与土壤中各重金属添加量之间存在显著线性关系（P〈0．05）。

UV/Fe^(3+)/H_2O_2催化-混凝联合工艺处理络合铜镍废水

采用UV/Fe3+/H2O2催化-混凝联合工艺对难处理络合铜镍电镀废水进行了研究,考察了Fe3+和H2O2初始浓度、初始pH值、温度、反应时间及混凝液pH、混凝剂质量浓度对处理过程的影响,探讨了废水的降解途径和机理。结果表明:在体系初始pH=3,温度50℃,H2O2和Fe3+初始浓度分别为1.5×10-4mol/L、2.5×10-5mol/L,反应时间60min,混凝液pH=8及混凝剂质量浓度为500mg/L的条件下,废水的COD去除率为96.98%,Cu2+为99.91%,Ni2+为99.92%,处理水达到国家一级排放要求。同时依据GC/MS对X-GN降解最终产物的分析结果,推导出废水的基本降解机理和途径。

3d金属离子对H_2O_2氧化活性艳红的催化性能

以H2O2氧化活性艳红为研究对象,探讨了七种3d金属离子的催化性能、影响因子及其作用、氧化降解动力学和催化作用机理.通过对pH值、氧化剂用量、金属离子浓度、温度的影响研究,确定了七种3d轨道过渡金属离子的催化性能大小为:Fe3+>Cu2+>Co2+>Mn2+>Cr3+>Ni2+>Zn2+.在此基础上得到了该催化氧化反应的一级动力学模型,通过一级动力学模型求得各个金属离子的表观活化能,从活化能的大小得出受温度影响大小的顺序为:Cr3+>Mn2+>Co2+>Cu2+>Ni2+>Zn2+>Fe3+.

浅析绿色社区创建措施——以长沙市芙蓉区国家级绿色社区为例

随着我国经济建设的发展,生态环境受到了一定程度的破坏,环境污染成为制约城市发展的重要问题。国家颁布文件要求全国环境保护重点城市要逐步开展创建“绿色社区”活动,培养公众良好的环境伦理道德规范,促进良好社会风尚的形成。生态学在城市社区规划和建设中的应用为社区研究提供了指导思想和理论依据。绿色社区的创建工作在全国已经蔚然成风,关于绿色社区的研究在国内外逐渐兴起,成为建筑界、城市生态学研究的热点,由于它平衡了环境保护和人类社会经济发展之间的关系,被认为是可持续发展理论在城市发展中有效可行的具体应用。本文分析了绿色社区的基本内涵,指出绿色社区以可持续发展思想为指导,体现“人与自然和谐共生”的思想,具有整体性、长期性和地域性的特点,进而阐明长沙市芙蓉区绿色社区的创建情况,最后探讨了绿色社区的创建措施和途径。

UV/Fe^(3+)/H_2O_2体系降解活性艳橙X-GN废水的动力学研究

在自制的光催化反应器中,采用UV/Fe3+/H2O2体系光解活性艳橙X-GN模拟废水,考察了X-GN、Fe3+和H2O2初始浓度、初始pH值及温度对光解过程的影响。结果表明,在8 W低压汞灯(λ=254 nm)照射下,UV/Fe3+/H2O2能够有效地降解结构稳定的X-GN,在pH=3.0、温度50℃、时间120 min、Fe3+和H2O2初始浓度分别为2.5×10-5mol.L-1和1.5×10-4mol.L-1时,含200 mg.L-1X-GN模拟废水的色度去除率和TOC去除率分别达到100%和90.15%。在此基础上得到了该催化氧化反应的一级动力学模型,求得X-GN氧化和TOC降解动力学模型的表观活化能分别为8.67 kJ.mol-1和25.38 kJ.mol-1。同时依据离子色谱(IC)、GC/MS对X-GN降解中间产物和最终产物的进行了鉴定,证实有导致X-GN氧化和TOC降解不同步的中间产物存在。

重金属污染土壤修复技术及其修复实践

近年来我国重金属污染事件频发,严重影响广大群众的身体健康,土壤重金属污染与防治成为人们关注的环境问题之一。作者结合多年的工作经验,综述了近年来国内外有关重金属污染土壤修复技术的研究进展,包括物理/化学修复技术、生物修复技术和农业生态修复技术等,对每种技术的基本修复原理、技术特点和应用范围进行了讨论。同时,对国内外典型的重金属污染土壤修复工程实践进行了介绍,以期为重金属污染土壤的修复提供借鉴和参考。

不同改良剂对铅锌尾矿污染土壤中灯心草生长及重金属积累特性的影响

通过盆栽试验研究了铅锌尾矿污染土壤上施用钙镁磷肥、海泡石、碳酸钙和有机肥等4种改良剂对灯心草生长发育和产量以及重金属元素Cu、Cd、Pb、Zn积累特性的影响,并分析了施用改良剂后土壤pH值和土壤中有效态重金属含量的变化。结果表明,与对照比较,不同改良剂及其不同施用水平均能不同程度地提高土壤pH值,降低土壤中有效态重金属含量,从而显著地抑制了Cu、Cd、Pb向灯心草地上部的转移,降低了重金属在灯心草地上部植株中的积累,改善了灯心草的生长和发育,增产效果达到极显著水平(P<0.01)。改良剂的施用显著地抑制了灯心草地下部对Cd、Pb、Zn的积累,但对Cu则表现出促进作用。改良剂的不同处理间存在显著差异。总体来看,当土壤中钙镁磷肥、碳酸钙、海泡石和有机肥施用量分别为80、40、40、80g·kg-1时改良效果最佳。

硫化物沉淀法处理含EDTA的重金属废水

在运用MINTEQA2模型对模拟重金属废水和EDTA萃取液中重金属离子形态进行分析的基础上,选用Na2S沉淀法处理含EDTA的重金属废水.结果表明:没有含EDTA的重金属废水,Cd2+,Cu2+,Pb2+和Zn2+是重金属离子的主要形态;而在含EDTA的模拟重金属废水和重金属萃取液中,重金属络合物是重金属离子的主要形态.在c(EDTA)为0的条件下,Cd2+,Cu2+和Pb2+的去除率达到100%,而Zn2+的去除率仅为57.0%;随着c(EDTA)的增加,相同c(Na2S)对废水中重金属的去除率逐渐下降.在一定c(EDTA)的条件下,废水中重金属的去除率随着c(Na2S)的增加而增加;但是在相同c(Na2S)的条件下,Zn2+的去除率较Cd2+,Cu2+和Pb2+低.工程实例进一步表明,Na2S能够有效去除含EDTA重金属萃取液中的重金属离子,而完全去除Zn2+则需要高浓度的Na2S.

改良-农艺综合措施对水稻吸收积累镉的影响

通过田间原位小区试验,以湖南冶炼区周边典型单一Cd污染稻田为研究对象,选取晚稻中优978为供试品种,在水稻孕穗末期施加石灰,同时采取后期持续淹水的综合调控措施,分析水稻5个关键生育期内各器官中Cd含量,探索改良-农艺综合措施对水稻吸收积累Cd的影响。结果表明,与采用传统农艺管理措施的对照区水稻相比,改良-农艺综合措施管理下的晚稻增产33.24%,糙米中Cd含量降低39.32%。采用该措施有可能使得土壤中Cd元素最终更易富集在水稻的根、茎、叶等不可食用部分,从而在一定程度上降低了水稻穗部的Cd累积量;孕穗末期施加石灰结合后期持续淹水的措施可有效阻控Cd向稻米中迁移,降低稻米中Cd的含量。该措施是一种经济、有效的稻米Cd污染控制技术,具有良好的推广应用前景,为镉污染农田的稻米安全生产提供有效的科学支持和理论依据。

铅与镉对棉花和水稻萌发及生长的影响

为探明重金属在不同作物体内的积累及对作物的毒害作用 ,以培两优 2 88水稻、转 Bt基因棉、湘杂棉 2号和湘棉 1 5号为材料 ,研究了铅、镉对棉花、水稻种子萌发及幼苗生长的影响 .结果表明 ,当水中铅质量浓度≥ 1 0 0 0mg/ L ,或镉质量浓度≥ 2 0 mg/ L时 ,严重影响棉花、水稻种子萌发 ,芽长受到抑制 .镉质量浓度为 1 0 mg/ L时 ,对棉花、水稻种子萌发的影响则较小 .当土壤中铅质量浓度≥ 1 0 0 0 mg/ kg,或镉质量浓度≥ 2 0 m g/ kg时 ,严重抑制棉花、水稻幼苗生长发育 ,植株矮小且呈现严重受害症状 .在相同处理条件下 ,转 Bt基因棉抗铅、镉污染能力较普通棉花强 .铅、镉 2种重金属元素在棉花、水稻鲜叶中的含量随浓度的增加而增加 .在同一处理水平上 ,棉花的铅。

EDTA调控下灯心草和龙须草对铅锌尾矿污染土壤的修复潜力

采用盆栽试验，研究了不同质量摩尔浓度EDTA（b（EDTA））调控下灯心草和龙须草对铅锌尾矿污染土壤的修复潜力．结果表明：当b（EDTA）为0．125-2．000mmol／kg时能显著促进生长在铅锌尾矿污染土壤中灯心草和龙须草地上部生物量的增产，分别在0．500和1．000mmol／kg时达到最大值．EDTA对2种草地上部生物量的影响大于地下部，分别通过影响株高和分蘖数实现，且对灯心草的影响程度大于龙须草．添加EDTA可以显著提高2种草对各重金属的富集能力，尤其以Pb，Cu最为明显．同时发现，EDTA对植物积累重金属能力的促进作用存在植物种类和重金属元素种类之间的差异．灯心草和龙须草分别在重金属积累、转运和生物量上存在优势，在EDTA调控下将2种植物合理搭配种植在铅锌尾矿污染土壤中能取得良好的重金属去除效果。

矿物硅肥与微生物菌剂对水稻吸收积累镉的影响

采用室外盆栽试验和田间随机区组试验相结合的方法,研究基施矿物硅肥、微生物菌剂、矿物硅肥与微生物菌剂组配施用,对湖南地区晚稻成熟期内各部位中Cd的含量及产量的影响。结果表明,在盆栽试验中,与CK相比,微生物菌剂处理对水稻根部、茎鞘、谷壳和糙米中Cd含量的抑制效果最佳,降低幅度分别为46.19%、52.46%、38.39%和55.31%,而矿物硅肥处理对叶片中Cd含量的抑制效果最佳,降低幅度为54.39%;在田间随机区组试验中,与CK相比,矿物硅肥处理对水稻根部、茎鞘和叶片中Cd含量的抑制效果最佳,降低幅度分别为73.91%、71.28%和76.77%,而微生物菌剂处理对谷壳和糙米中Cd含量的抑制效果最佳,降低幅度分别为65.52%和69.57%。对于轻度污染土壤,施用三种改良剂后,糙米中Cd含量明显降低,分别为0.09、0.07、0.12 mg·kg^(-1),均能达到国家食品卫生标准(Cd<0.2 mg·kg^(-1));水稻产量方面,施用改良剂均能使水稻增产,其中以矿物硅肥+微生物菌剂组配处理的效果最为显著,在盆栽试验和田间随机区组试验中,分别比对照增产28.06%和31.1%。

重金属污染评价方法(TCLP)评价资江流域土壤重金属生态风险

采用美国最新法定重金属污染评价方法TCLP法(Toxicity characteristic leaching procedure)对湖南省资江流域土壤重金属生态风险进行评价.结果表明,资江流域土壤As、Cd、Cu、Zn、Ni和Pb的有效态含量分别在0.07—9.85、0.10—1.49、0.09—3.58、0.94—90.55、0.13—2.50和0.18—8.25 mg.kg-1范围之间,TCLP提取的土壤As、Cu、Zn、Ni、Pb有效态量分别与其总量之间存在显著的相关关系.采用内梅罗综合污染指数进行评价,发现资江流域43个土壤样品中属安全水平、轻污染水平和中污染水平的比率分别为90.7%、7.0%和2.3%.