秸秆生物炭吸附/钝化土壤重金属的过程机理与影响因素

土壤重金属污染因其隐蔽性、滞后性及对环境和人体健康的危害性,已引起广泛关注。生物炭因具有较大的孔隙率、比表面积及丰富的表面官能团,常用来修复重金属污染土壤。秸秆作为农业废弃物,将其制备为生物炭是其资源化利用和减少环境污染的有效途径。因此,本文综述不同秸秆生物炭的原料、制备技术和改性方法等对吸附重金属的影响,探讨其对重金属的吸附机理以及修复重金属污染土壤实际应用效率与影响因素,包括:(1)秸秆种类及制备温度对生物炭特性和重金属污染土壤修复效率的影响;(2)秸秆生物炭吸附/钝化土壤重金属的过程与机理;(3)可提高生物炭修复重金属污染土壤效率的改性技术及其实际应用效率和影响因素。并结合秸秆生物炭制备和应用中存在的问题提出展望,以期为提高秸秆生物炭在重金属污染土壤修复效率,实现农业废弃物资源化回收利用,减少环境污染提供理论基础和技术参考。

纳米材料固定化植酸酶的制备及其催化效率与影响因素综述

植酸是土壤磷的重要组分部分,但难以被植物吸收利用,需在专一性酶--植酸酶作用下,经脱磷酸化过程矿化水解释放磷酸(盐)。然而,植酸酶活性极易受环境因素影响,导致酶活性降低甚至失活。如何保持或提高土壤中植酸酶的活性,进而提高土壤内源植酸磷的利用率已引起广泛关注。植酸酶经纳米材料固定化可提高其环境稳定性和活性。总结了不同纳米载体的制备技术、产品特征及优缺点,深入分析了不同纳米载体固定化植酸酶的制备及表征方法、负载酶的酶活性及作用机理。分析发现:1)功能载体固定化植酸酶的环境稳定性(高温、强酸、强碱和金属离子等)和催化水解效率显著优于游离植酸酶,是提高土壤内源植酸磷利用效率的有效途径;2)纳米材料固定化植酸酶的稳定性受载体种类、植酸酶来源与特性及制备方法的影响,应根据植酸酶来源与特性选择适宜的载体种类和固定化方法。针对固定化植酸酶实际应用中的局限性,今后应关注如下几方面:1)稳定性好、活性高的植酸酶生产菌;2)稳定性好、高负载率载体,制备纳米级材料;3)负载率高、成本低的固定化方法,在生产、运输、使用和储存过程中保持酶活;4)不同种类固定化植酸酶在不同种类土壤中的适用性。该综述可为理解纳米材料固定化植酸酶制备技术特征和实际应用影响因素提供理论依据,为开发高负载率、高稳定性固定化植酸酶制剂,进而提高土壤内源植酸磷的生物利用率提供科学依据,对降低外源磷肥施用、降低磷流失污染风险和保障农业生产具有一定的现实意义。

钙磷对蜈蚣草淹水胁迫响应的调控效应

蜈蚣草(Pteris vittata)是世界上第一个被发现的砷超积累植物,是砷污染土壤植物修复的理想材料。淹水胁迫是影响蜈蚣草生长和分布的重要环境因子,限制其在高水分环境中的应用。研究蜈蚣草对淹水胁迫的响应及其调控措施具有重要的现实意义。钙(Ca)和磷(P)可提高植物对干旱、低温、盐碱等逆境胁迫的抗性,促进其生存和生长。然而,关于Ca、P对植物淹水胁迫响应及其调控效应的研究较少。本研究以蜈蚣草为对象,分析饱和持水量(相对含水率35%)和淹水胁迫(相对含水率40%)对叶片光合速率、超氧化物歧化酶(SOD)活性、细胞膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量及生物量的影响,以不添加Ca、P为对照(CK),研究Ca、P对蜈蚣草淹水胁迫抗逆性的调控效应。结果表明:相较于35%含水率,40%含水率淹水胁迫使叶片光合速率降低30.8%,SOD活性降低71.7%,MDA含量提高46.4%,生物量降低77.3%,表明淹水胁迫使蜈蚣草抗氧化胁迫能力降低,使叶片光合速率和生物量均显著下降(P<0.05);淹水胁迫时,添加5~20 g·kg^(-1)Ca和0.1~0.2 g·kg^(-1)P使叶片光合速率、SOD活性和生物量较CK分别提高0.15~1.65、0.58~1.91和0.91~5.01倍,MDA含量降低14%~36.1%,表明Ca、P可缓解淹水胁迫对蜈蚣草的不利影响,且缓解作用随Ca、P添加量的升高而增强;相关性分析证实,添加Ca、P显著降低含水率与叶片光合速率、SOD活性、生物量的负相关性,及含水率与MDA的正相关性,且该趋势随Ca、P添加量的升高而增强,表明添加Ca、P使蜈蚣草对淹水胁迫的抗逆性提高。因此,Ca、P可通过提高抗氧化酶活性,增强活性氧清除能力,减轻膜脂过氧化,从而维持较高的光合活性,进而提高蜈蚣草对淹水胁迫的耐受性。