砷镉复合污染稻田修复研究进展

我国农田土壤重金属污染严重,其中稻田土壤砷镉(As/Cd)复合污染形势严峻。相较于其他粮食作物,水稻具有更强的积累As/Cd能力,稻米中As/Cd通过食物链进入人体会对人类健康带来危害。因此,修复As/Cd复合污染稻田土壤,降低稻米As/Cd含量,对保障我国粮食安全生产意义重大。对农田As/Cd复合污染现状及危害进行综述,讨论As/Cd有效性影响因素及水稻中As/Cd吸收转运机制,详细探讨稻田中As/Cd污染的修复方法,最后针对目前修复技术提出存在的不足和展望,以期为As/Cd复合污染稻田土壤修复提供一定的指导。

赤铁矿与巯基坡缕石复配对砷镉复合污染土壤修复效应研究

为探讨巯基坡缕石(MPAL)和赤铁矿(Fe2O3)对土壤重金属污染钝化阻控效应,以江西某农田Cd-As复合污染水稻土为供试土壤,采用盆栽试验研究了巯基坡缕石、赤铁矿单一以及复配处理下土壤pH值、Cd-As有效态与形态分布及水稻生物量和Cd、As、Fe含量。结果表明:施加不同材料后水稻籽粒生物量较对照显著增加了2.37~2.45倍,土壤中DTPA-Cd含量显著降低16.94%~22.57%(P<0.05)。土壤连续浸提形态分析显示,MPAL和Fe2O3复配处理提高了土壤中无定形态铁氧化物结合态Cd、As含量。MPAL和Fe_(2)O_(3)复配处理下水稻根系Cd和As含量降幅分别达7.14%、25.13%,不同处理下稻米Cd含量降幅为40.00%~60.00%,但籽粒As含量处理间差异不显著。研究表明,巯基坡缕石和赤铁矿复配材料可以有效降低土壤中Cd和As含量,减少水稻对Cd和As的吸收,具备Cd-As复合污染农田修复和安全利用的潜在应用价值。

改性生物炭对镉砷复合污染土壤的修复研究进展

土壤镉砷复合污染已成为一个严重的环境问题,由于镉砷具有相反的化学性质,运用生物炭修复镉砷复合污染土壤效果不佳,而改性生物炭在修复镉砷复合污染土壤方面取得了显著的成果。本文介绍了生物炭制备的方法与理化性质,总结了生物炭修复单一镉、砷污染的效果与机理,并阐述了生物炭处理复合污染的不足和难点。重点综述了改性生物炭的制备方法及理化性质,改性生物炭修复土壤镉砷复合污染的影响因素,以及改性生物炭处理镉砷复合污染的效果与机理。与原始生物炭相比,改性生物炭对镉砷具有更高的吸附性能,在复合污染土壤修复中表现出明显优势。但是,改性生物炭的回收问题尚未完全解决,解吸再生和老化问题需要深入研究,改性生物炭仍具有广大的研究和发展前景。

机械力活化方解石复合硫酸亚铁去除水中镉/砷复合污染研究

水体中的镉、砷等重金属污染严重威胁人类的健康安全,其中镉/砷复合污染去除难度更大。通过水中镉/砷复合污染去除试验,探究机械力活化方解石复合硫酸亚铁去除镉/砷复合污染的性能,发现机械力活化方解石可显著提升水中镉/砷复合污染的去除效果。试验结果表明,活化方解石复合硫酸亚铁在30 min内对溶液中镉、砷离子的去除率可达到99%以上。采用SEM-EDS、XRD、XPS等方法对活化方解石复合硫酸亚铁高效去除水中镉/砷复合污染机理进行研究,结果表明,方解石在机械力活化的作用下改变了自身的结晶度和溶解活性,其在水体中溶解水解产生CO_(3)^(2-)与OH^(-)的性能明显提升,OH^(-)促进硫酸亚铁在溶液中与砷形成稳定的铁氧结合态沉淀,CO_(3)^(2-)与溶液中的镉结合形成稳定的碳酸镉沉淀。

巯基坡缕石对镉砷复合污染土壤钝化修复及微生物群落的影响

为探究巯基坡缕石对镉(Cd)–砷(As)复合污染土壤的修复效果及其对土壤生态功能的影响,以Cd-As复合污染水稻土为研究对象,探究了1%、2%巯基坡缕石添加对土壤理化性质、Cd和As有效态的影响,并采用高通量测序技术分析了不同处理对土壤微生物群落结构的影响。结果表明:巯基坡缕石添加显著降低了土壤pH,其中2%处理下pH降低更明显。与对照相比,1%和2%巯基坡缕石处理下,土壤有机质含量分别增加了30.2%、60.9%,Cd的有效态含量与毒性特性浸出量分别降低了97.7%~98.3%、77.1%~92.7%,而As的有效性未发生显著变化。巯基坡缕石添加对土壤微生物多样性及丰度无显著影响,但属水平下Pseudanabaena_NgrPSln22和Pseudomonas的相对丰度显著降低了85.4%~98.1%、75.3%~78.9%。巯基坡缕石处理下土壤微生物群落结构显著改变,其中pH和Cd的有效性是显著影响因素。总之,巯基坡缕石不仅能显著降低Cd有效性,提高土壤有机质含量,还会影响细菌群落结构,增加土壤抗病菌丰度和减少固氮菌丰度。

富里酸改性FeMnNi-LDH对砷镉污染土壤的钝化修复

选用腐殖质活性组分富里酸(FA)作为铁锰镍层状双氢氧化物(FeMnNi-LDH)的修饰物,采用共沉淀法制备出稳定层状FA@FeMnNi-LDH复合材料,并运用于As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)复合污染土壤的钝化修复.通过小白菜盆栽实验研究了在不同砷镉复合污染水平及不同初始土壤pH值条件下,复合材料对土壤As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)的钝化效果、各形态含量变化及对小白菜根部和地上部As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)转运、富集系数的影响,并进行相关性分析.结果表明,FA@FeMnNi-LDH复合材料对As和Cd具有显著的同步钝化效果.当复合材料添加量由0%增加到1.0%,促进了土壤非专性吸附态和结晶铁铝氧化物结合态As向专性吸附态、无定型铁铝氧化物结合态和残渣态As转化,土壤可交换态Cd主要向残渣态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态Cd转化;土壤初始pH对As和Cd的钝化效果影响明显,酸性和中性土壤的pH分别增加了1.65和0.64个pH单位,土壤有效态As的降低率分别达到69.74%和63.31%,有效态Cd的降低率分别为60.25%和61.78%;小白菜的鲜重和株高随复合材料添加量的增加而提高,并且复合材料添加量的增加降低了小白菜各部位对As和Cd的转运和富集系数,使小白菜地上部As、Cd的浓度均低于国家食品安全标准限值.相关性分析显示,非专性吸附态As、可交换态Cd与土壤pH值呈极显著负相关性,残渣态As和Cd与土壤pH呈现极显著正相关,小白菜地上部分和根部中As和Cd的含量与土壤残渣态As和Cd呈极显著负相关关系.FA@FeMnNi-LDH复合材料能提高土壤pH值,促进土壤As和Cd向残渣态的转化,从而降低土壤As和Cd生物有效性和在小白菜植株中的累积,为土壤中As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)复合污染的同步修复提供了新的参考.

镉砷复合污染水稻土原位钝化修复技术研究进展

随着工农业的发展,稻田土壤正面临严重的重金属污染问题,水稻作为南亚和东南亚的主要粮食作物,稻米安全问题显得尤为突出。镉和砷两者在生物地球化学循环上有明显差异,因此镉和砷复合污染水稻土的修复一直是一个棘手的问题。综述了镉砷复合污染水稻土原位钝化技术的研究现状,将钝化技术梳理为氧化还原型、微生物转化累积型、材料型和耦合钝化技术四类。氧化还原型钝化技术重点指出稻田水分调控驱动的氧化还原电位Eh和pH变化、不同元素的生物地球化学循环、有机质等对镉和砷的迁移转化机制;微生物转化累积型钝化技术重点阐明功能微生物对砷和镉的吸收、转化、区室化、菌表吸附等作用机制;材料型钝化技术重点分析现有钝化材料的分类及其与镉和砷的固定化机制;耦合型钝化技术重点总结上述三种技术综合体系下,镉和砷的协同钝化应用。同时对未来镉砷复合污染水稻土的原位钝化修复提出展望,进一步探讨了镉砷在稻田土壤生物地球化学循环过程涉及的新型机制研究方向、修复钝化技术的创新延展趋势;期望在稳产、增产的基础上,寻求一种深度融合现代农业生产模式、保障稻田安全利用的土壤钝化改良技术体系或模式。

锰改性水稻秸秆生物炭对碱性土壤中砷-镉复合污染的钝化作用

为了探究锰改性生物炭(MBC)对砷-镉(As-Cd)复合污染土壤的修复效果和机制,采用室内培养试验,在微碱性As-Cd复合污染土壤中添加原始生物炭(BC)和MBC,研究其对土壤TCLP提取态As/Cd含量和As/Cd形态分布的影响,并进行土壤As/Cd生态风险评估。结果表明:改性后MBC的电荷零点升高且表面负载MnO_(2)。与不加生物炭相比,添加3%BC可使土壤TCLP提取态As和Cd显著降低35.3%和33.4%,而MBC可降低75.5%~84.2%和43.3%~49.9%,显著高于BC处理。同时,MBC施入土壤可降低土壤As和Cd的生态风险,且土壤Cd生态风险随着MBC施用量增加而降低。此外,MBC可通过减少复合污染土壤中非专性吸附态As、酸溶态Cd和可还原态Cd的含量,增加残渣态As和Cd的含量来实现土壤中As-Cd的钝化。

镉、砷复合污染对苎麻生长及吸收镉、砷的影响

采用室内盆栽试验,研究镉、砷复合污染对中苎1号、湘苎3号、多倍体1号和湘苎7号生长及吸收积累镉的影响。结果表明,随着污染物中砷浓度增高,苎麻株高、茎粗、生物量等下降。苎麻各部位镉、砷含量大小依次是根>叶>茎。在镉5 mg/kg、砷50 mg/kg处理下,中苎1号、湘苎3号根内镉含量有所增加,中苎1号、湘苎3号、湘苎7号茎内镉含量降低;四个苎麻品种根、茎内镉积累量降低,叶内镉含量及镉积累量均增高。在镉5 mg/kg、砷100 mg/kg处理下,苎麻根、茎、叶内镉含量及镉积累量均下降。

砷、镉复合污染土击实特性及微观结构试验研究

重金属污染土不仅破坏环境健康,同时威胁岩土工程安全。通过控制变量法对砷(As)、镉(Cd)单一污染土和复合污染土的土壤化学、土体微观结构和击实特性对比分析,研究了不同重金属污染源、不同重金属浓度对污染土的击实特性影响规律及作用机制。结果表明:单一污染土中,As使土壤扩散双电层变厚,土颗粒呈絮凝状,小孔隙增加,小颗粒含量先增后减,最优含水率升高5.90%,最大干密度降低1.02%;Cd的作用效应截然相反,Cd压缩土壤扩散双电层,土体呈堆积状,小孔隙减少,小颗粒含量减少,最优含水率降低8.03%,最大干密度增加1.00%。Cd对土体击实特性影响大于As。复合污染土中,As、Cd对土体最优含水率的影响呈协同作用,而对最大干密度无明显相互作用关系。污染土宏微观联系桥梁可以通过分形维数与最大干密度建立,二者拟合结果为二次函数关系。研究成果可为重金属污染土环境与工程灾害防控提供关键参数和理论支撑。

镉、砷复合污染土壤钝化修复研究进展

镉、砷复合污染土壤给农田生产和农产品食用安全构成严重威胁。由于镉、砷赋存形态的差异,同步治理难度较大。概述了土壤镉、砷复合污染现状及原位钝化修复难点,着重介绍了当前钝化处理过程中常用的无机和有机钝化材料,多角度探讨了钝化材料多元组配和材料改性的钝化效果及机理,对不同钝化材料的修复成本进行简要的成本效益分析,为镉、砷复合污染土壤钝化修复工程实践提供参考。

矿物基土壤调理剂对修复镉砷复合污染土壤及植株的作用

以矿物基土壤调理剂为主体,配合农艺措施,对Cd-As复合污染土壤进行修复改良。通过比较不同修复方法所得烟草产量、植株重金属含量及土壤理化性质等,探究适宜的复合污染修复方法。研究发现:矿物基土壤调理剂施用可以明显降低土壤中有效镉和有效砷含量,与对照相比,处理2(3750 kg·hm^(-2)矿物基土壤调理剂+深翻耕+常规施肥)和处理4(3750 kg·hm^(-2)矿物基土壤调理剂+深翻耕+有机硅)有效镉降幅超过15%,有效砷降幅超40%,均达到显著水平;烟叶中镉、砷含量都有所降低,与对照相比,处理4(3750 kg·hm^(-2)矿物基土壤调理剂+深翻耕+有机硅)下、中、上部烟叶镉含量分别降低39.85%,22.38%及14.59%,处理3(3750 kg·hm^(-2)矿物基土壤调理剂+有机硅)下、中、上部烟叶砷含量分别降低53.57%,28.57%及2.63%。此外,矿物基土壤调理剂施用可以在一定程度上增大烟叶产量,提升烟草质量与产值。

土壤镉砷复合污染界面过程与调控技术研究进展

土壤镉砷复合污染修复是近年来土壤污染修复领域的热点和难点。我国镉砷复合污染分布区往往与水稻主产区重合,对粮食安全和人体健康存在潜在风险。本文概述了我国土壤镉砷复合污染的现状与镉砷在土壤固相界面的环境行为及其影响因子,就国内外土壤镉砷调控技术,特别是水分管理、功能材料钝化和植物萃取进行了深入分析和讨论,指出全面理解镉砷土壤固相界面化学行为是选择调控手段的基础和前提,并提出了镉砷土壤复合污染修复的主要措施,阐明了未来发展方向。

土壤镉砷复合污染修复剂筛选研究

本文以镉砷复合污染土壤为研究对象,从粘土矿物类、石灰性物质、金属氧化物、含磷矿物类等无机钝化剂中筛选出最佳镉、砷钝化剂,并将筛选出的最佳镉、砷钝化剂进行稳定化复配试验,优化出适用于镉砷复合污染土壤的“钙基 + 铁基 + 磷基”钝化剂复配配方,为镉砷复合污染土壤钝化技术应用提供数据支撑。复配钝化剂对镉砷复合污染土壤进行修复后,土壤镉、砷有效态含量均降低45%以上。

钝化剂在镉砷复合污染耕地治理过程中对不同作物生长及修复效果的影响

通过对南方某镉砷复合污染农田修复示范基地采区钝化剂修复的实践,探讨钝化剂对不同类型作物,不同品种作物生长以及修复效果的影响,筛选出一种更经济、更有效的修复模式,为实现钝化修复在实际应用过程中的增产增收提供一定的参考。

土壤调理剂联合芽孢杆菌施用对水稻吸收镉砷的影响

矿区农田重金属污染严重影响生态环境质量和农产品安全,重金属污染治理修复研究是矿区农田土壤安全利用的前提.为探究不同土壤调理剂联合芽孢杆菌施用对矿区土壤镉(Cd)和砷(As)的修复效果,采用田间小区试验的方法,设置对照处理(CK)、单一/复合施用芽孢杆菌(J)以及两种土壤调理剂(氧化钙镁肥,D1;硅钙镁钾肥,D2)共8个处理(CK、J、D1、D2、J+D1、J+D2、D1+D2和J+D1+D2),分析不同处理对土壤化学性质、土壤有效态Cd和As含量、水稻产量以及水稻各部分Cd和As含量的影响.结果表明:①除菌剂外,单一/复合施用两种土壤调理剂能提高土壤pH,对比CK处理,其余处理组均能提高阳离子交换量(CEC)、有效磷(AvP)含量和有效硅(Si)含量.②单一/复合施用土壤调理剂和菌剂均同时降低了土壤有效态Cd和As含量,二者降幅分别为5.46%~47.53%和5.32%~25.49%,同时有效态Cd和As含量的降幅以D1+D2处理最大,D2处理次之,菌剂(J)单独施用的降幅最小.③D2、J+D1、J+D2、D1+D2和J+D1+D2这5种处理均能显著降低糙米和精米中Cd的含量,J处理和J+D1+D2处理均能显著降低精米As含量,达到《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762−2022)中的食品安全生产标准.④试验材料主要通过改变土壤pH、CEC和有效Si含量来影响土壤Cd和As的生物有效性,以及水稻对Cd和As的吸收和转运.研究显示,硅钙镁钾肥(D2处理)无论单施还是联合施用均能显著降低糙米Cd含量,达到《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762−2022)中的食品安全标准,但其对糙米As含量无显著影响,因此硅钙镁钾肥可为单一Cd污染土壤的水稻安全生产提供有效的解决途径.

氧化石墨烯负载铁锰复合材料对镉砷污染土壤的钝化修复

为修复受到镉砷复合污染的农田土壤,将铁锰氧化物负载于氧化石墨烯表面,制备得到了新型氧化石墨烯负载铁锰复合材料.在此基础上开展了为期60 d土壤培养试验,通过对pH、DOC含量、土壤有效态Cd和As含量动态变化,以及土壤Cd和As形态的测定,探究了氧化石墨烯(GO)和氧化石墨烯负载铁锰复合材料(GO-FM)在不同添加比例下(0.1%、0.2%和0.3%),对上虞和佛山两种理化性质和污染程度不同的土壤中Cd和As的钝化效果,并阐明其相应修复机制.结果表明,与空白对照相比,GO-FM提高了酸性上虞土的pH,但使佛山土pH降低.培养结束后,GO和GO-FM处理均增加了土壤DOC含量.GO-FM使佛山土可溶态Cd含量降低了5.08%~19.19%,有效态Cd含量降低了36.57%~42.8%,其主要钝化机制是静电吸附、络合和羟基化金属离子的形成.而酸性上虞土受静电斥力的影响使得GO-FM对Cd的钝化效果低于佛山土,但随着材料添加量的增加,GO-FM使氧化石墨烯增加土壤Cd有效性的趋势得到了抑制,添加0.2%和0.3%的GO-FM使上虞土有效态Cd含量降低了6.45%~13.56%.同时,复合材料通过锰氧化物对As的氧化作用以及As与铁氧化物表面羟基形成内表面螯合物的钝化机制,促使上虞土和佛山土的有效态As含量分别降低了4.34%~9.15%和0.87%~5.71%.总之,在佛山土中GO-FM对Cd的钝化效果优于上虞土,在上虞土中GO-FM对As的钝化效果优于佛山土.研究结果可为不同类型土壤镉砷复合污染防治提供理论依据和参考.

有机肥及复配硫酸盐对土壤-水稻系统砷镉有效性的调控

探索了有机肥(OF)及其与硫酸盐复配(SOF)对砷/镉(As/Cd)复合污染水稻土As/Cd水溶性、作物有效性和赋存形态转化的影响。结果表明,OF处理使土壤孔隙水As(Ⅲ)浓度在淹水前10周内下降明显,但使孔隙水Cd显著增加,使土壤固相As/Cd均向生物有效性较高的赋存形态转化;复配硫酸盐对有机肥所引起的土壤As/Cd水溶性变化和固相赋存形态转化不能产生显著逆转作用,但SO42-向S2-的还原转化使土壤硫化砷较对照(CK,不施有机肥或硫酸盐)增加了71%。水稻盆栽试验进一步显示,OF处理使水稻幼苗茎叶和根部As积累量降低44%~47%,但使成熟期水稻糙米总As和白米无机As含量分别增加22%和12%;同时,OF处理显著增加了水稻幼苗Cd累积量并使糙米Cd含量达到CK的1.2倍。复配硫酸盐可明显逆转有机肥所引起的水稻糙米As含量升高,但对糙米Cd积累和白米无机As浓度的增加不能产生显著减控作用。综上,向As/Cd污染稻田中施用有机肥对稻米质量安全所产生的潜在威胁值得引起高度关注。

镧改性生物炭对砷、镉的吸附特征研究

为研究改性生物炭对砷镉复合污染水体中镉和砷的吸附特征。本研究以牛粪、污泥、竹屑三种不同原料制备生物炭,利用镧(La)对生物炭进行改性,并采用元素分析、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等分析手段对改性前后的生物炭进行表征,结合等温吸附实验及吸附动力学实验,对比各生物炭对As(V)、Cd(II)的吸附性能并探讨其内在机理。结果表明,竹屑炭(BB)的芳香性大于牛粪炭(CB)和污泥炭(SB)。La改性使三种生物炭在热解过程中形成了酮类、酯类、羰基等含氧官能团,并在表面引入羟基。X射线光电子能谱结果显示La以氢氧化物的形式负载在生物炭表面。各生物炭对Cd(II)、As(V)的吸附符合准二级吸附动力学和Langmuir等温吸附方程。La改性生物炭对As(V)的最大拟合吸附量达到3.47~4.51 mg/g,显著高于未改性生物炭(1.82~2.50 mg/g)(p<0.05)。在As(V)、Cd(II)吸附过程中,La改性生物炭表面的La与As(V)发生络合反应,同时Cd(II)与镧基氢氧化物发生配体交换,生成Cd(OH)_(2)沉淀。本研究证明了La改性有效提高了生物炭对As(V)、Cd(II)同时吸附的能力。

稻田土壤砷、镉复合污染阻控技术研究进展

砷(As)和镉(Cd)是稻田土壤中最常见的有毒有害重金属元素,且易从土壤迁移到水稻籽粒中.目前,我国稻田土壤中As和Cd及其复合污染现象普遍,对粮食安全和人体健康均构成了严重威胁.As和Cd在土壤中的环境行为相反,对As-Cd复合污染的同步治理是当前水稻安全生产的关键技术难点.通过综述近年来同步阻控水稻对As和Cd吸收以及转运的若干实用技术,包括水分管理、钝化技术、淋洗技术、电动修复技术、植物修复技术、低累积水稻品种的选取以及叶面阻控技术,归纳并分析了各种技术的处理效果、作用机制和制约因素,提出了主要阻控技术的发展方向,指出构建区域高适配性综合技术模式的重要性,以期为稻田As-Cd复合污染治理和水稻安全生产提供参考.