利用叶片光谱的作物铜铅污染判别

重金属污染种类的判别是作物生长环境监测的重要组成部分。该研究旨在提出一种由叶片光谱构建的铜铅污染判别特征(Copper and Lead Contamination Discriminating Features,CLCDF),以实现作物铜、铅污染判别。以典型作物玉米为试验对象,运用包络线去除与导数处理叶片光谱,基于该研究提出的归一化铜铅污染指数(NormalizedDifference Copper and Lead Contamination Index,NDCLCI)构建叶片CLCDF,在CLCDF分布域内建立判别平面(Discriminating Plane,DP)。依据CLCDF与DP的位置关系,得出直观的污染种类判别规则,并利用判别距离(Discriminating Distance,DD)对判别规则进行量化。基于训练集数据进行试验,提取到189种用于判别铜、铅污染的DP,同时获取了对应的污染种类判别规则,判别正确率为100%。使用验证集数据进行验证,189种DP中的88种判别效果较好,判别正确率为78.22%。该研究结果证明,基于CLCDF的铜铅污染判别方法效果良好且稳定。

污泥生物炭对铜铅污染土壤的修复研究

污泥的处理不当会导致环境的危害,而现阶段污泥的处置方法难免有些浪费污泥中的有机物质。通过介绍现阶段污泥生物炭制备的工艺流程,从污泥生物炭对土壤理化性质、微生物环境、土壤肥力的改变探讨其修复效果,又从化学形态、浸出潜力、生物有效性三个方面论述其对Pb、Cu的吸附效果。从文献中可以明显看出,污泥生物炭有着良好的应用前景。

光谱二阶差分Gabor展开法土壤铜铅污染鉴别

土壤是人类生存环境的重要载体,因此,土壤重金属污染问题一直备受关注。随着遥感技术的发展,高光谱遥感在土壤重金属研究中取得了大量的成果,但是,基本上是根据土壤中有机质、铁、粘土矿物等的光谱吸收特征和反演土壤中重金属含量,而不能够区分土壤重金属污染光谱之间的微弱差异。通过盆栽土壤不同浓度铜(Cu)、铅(Pb)污染实验得到不同浓度Cu和Pb污染下盆栽土壤光谱曲线、土壤含水率和有机质含量,提出了一种光谱二阶差分Gabor展开方法探测不同浓度Cu和Pb污染下土壤光谱曲线之间的微弱差异。以二阶差分为基础,首先将土壤光谱转换为稀疏光谱,然后结合土壤稀疏光谱与Gabor展开理论,在频率域中检测不同浓度土壤重金属污染光谱之间的微弱差异,因此,摆脱了单纯通过土壤光谱反射率信息反演土壤重金属含量的研究,而是对土壤重金属污染光谱信息进行时频分析,最终达到检测土壤重金属污染瞬时光谱存在的目的。结果表明:受Cu和Pb污染的盆栽土壤光谱二阶差分Gabor展开系数尺度及等高线分布有较大的差异,Cu污染的盆栽土壤光谱二阶差分Gabor展开系数尺度分布存在两个较高的峰值,且等高线在第1 800~3 600项之间稀疏分布,Pb污染的盆栽土壤光谱二阶差分Gabor展开系数尺度分布存在一个较高的峰值,且等高线在第3 200~3 600项之间密集分布;二阶差分Gabor展开法检测的土壤Cu和Pb污染结果与土壤Cu和Pb含量、土壤含水率、土壤有机质是密切相关的,由于土壤Cu和Pb含量、有机质含量、含水率的不同,土壤Cu和Pb污染二阶差分Gabor展开光谱尺度分布而不同。根据相关性分析结果,分别将土壤Cu和Pb污染划分为三组:Cu(50)~Cu(300),Cu(400)~Cu(800),Cu(1 000)以上;Pb(50)以下,Pb(100)~Pb(300),Pb(400)~Pb(1 200)。

紫色土壤中镉铜铅砷污染对作物根系酶活性的影响

本文通过对重庆较有代表性的中性紫色土地区不同浓度Cd、Cu、Pb、As对水稻根系酶活性的影响研究,揭示了水稻根系脱氢酶、过氧化物酶受抑制与产生抗性的过程。研究结果表明,除Cu外,其余元素对脱氢酶、过氧化物酶都呈不同程度的抑制作用,且均以脱氢酶最为敏感。达到临界浓度时,两种酶的抑制率均为脱氯酶>过氧化物酶。因此选定脱氢酶为指标确定重金属临界浓度可能更为适宜。

黄土中铜铅金属的电动迁移及强化去除机理研究

以人工配制的铜铅污染黄土为研究对象,使用性价比更高、二次污染风险更低的电动修复技术,研究污染黄土中铜铅金属离子迁移规律,分析电极材料、阳离子交换膜及酸预处理等单一强化方法对电动力学修复过程中电流、电渗流、pH、电导率、去除效率、离子赋存形态等的影响规律,揭示强化方法的电动修复机理,并在此基础上明确三者联用电动修复强化机理。结果表明:电动土工合成材料(EKG)电极比石墨电极具有更高的电流,同时能够快速释放较多的氢离子和氢氧根离子,在阳极附近提供了酸性环境促进了更多重金属离子的解吸和迁移,从而提高了修复效率,但阴极附近的沉淀导致去除效率较低;阳离子交换膜能够较好地调控阴极附近土壤的pH值,有益于金属离子的解吸,然而阳离子交换膜引起的浓度差极化作用,以及阳离子交换膜表面沉淀现象使电流和电渗流显著降低,限制了去除效率的提高;酸预处理能够降低污染黄土试样pH值,使黄土中黏土矿物、水合氧化物及有机质表面原始的负电荷减小甚至变为正电荷,有助于重金属提前解吸,显著提高电导率,从而提高电流和电渗流,与阳离子交换膜强化效果接近,是一种较为经济的强化手段;EKG电极、阳离子交换膜及酸预处理三者联用能够充分发挥各自的强化机制及优势,可提高电流且降低黄土pH值,避免重金属在阴极附近形成沉淀,促进重金属离子的解吸和迁移,强化电动修复去除效率。研究成果进一步证明了电动修复技术应用于去除黄土中铜铅金属污染的可行性及强化方法联用的有效性。

重金属复合污染对水稻镉吸收积累的影响

鉴于自然界重金属污染以重金属复合污染为主,基于田间试验和水培试验,探究Cd低积累材料T2-1在复合污染背景下的Cd吸收转运和籽粒积累特征。结果表明:不同重金属污染田块种植的T2-1籽粒Cd积累均显著低于对照9311。与9311相比,在单一Cd污染田块种植的T2-1籽粒Cd积累降幅较大,达29.72%~61.63%;而在重金属复合污染田块种植的T2-1籽粒Cd含量降幅较小,仅11.07%。结果表明重金属复合污染条件下,其他重金属元素影响T2-1对Cd的吸收和运转。水培条件下,随Pb和Cu的加入,水稻苗高和干重呈下降趋势;相较Cd和Cd-Pb胁迫,Cu对水稻的抑制作用更显著。培养15 d和30 d的水稻苗高和干重变化趋势一致,苗期T2-1干物质积累稍小于9311,可能与T2-1根系固定更多的Cd需要消耗能量有关。T2-1根系对Cd的积累高于9311,而根系向地上部转运的Cd低于9311。在Cd-Pb-Cu复合处理下,低浓度Pb促进水稻吸收Cd。与单独Cd胁迫相比,Cd-Cu和Cd-Pb-Cu处理下的水稻地上和地下部Cd含量均显著降低。Cu可抑制T2-1对Cd的转移,且抑制效果远大于Pb的促进作用。综上,Cd低积累突变体在水稻重金属污染控制与食品安全中有应用前景,但鉴于重金属复合污染对水稻Cd的吸收、运转和积累存在影响,因而在筛选Cd低积累品种时需要增加复合污染的鉴定。

方解石对复合重金属污染土壤的修复研究

通过在人工配置的复合铜铅锌重金属污染土壤中添加不同比例的方解石粉,开展原位钝化修复试验,研究不同比例不同修复时间(30d、60d和90d),方解石对该复合污染土壤的修复效果。结果表明:方解石浓度增加及培养周期的延长对供试土壤pH无显著影响;方解石粉对供试土壤重金属有一定修复效果。相同培养周期内,土壤可提取态重金属含量并不随方解石剂量增加而显著变化;随培养周期延长,修复效果逐渐增强。培养30d时,1%的添加剂量修复效果较好;培养60d时,2%的修复效果较好;培养90d时,1%和2%的修复效果均有所增加,但均小于1.5%的修复效果。就不同重金属而言,培养30~60d时,各处理组方解石添加对供试土壤3种可提取态重金属修复效果依次为Pb>Cu>Zn;培养90d时,修复效果为Cu>Pb>Zn。综上,后期采用方解石进行重金属污染原位修复时,最适添加剂量为1.5%(质量比,风干土计),最佳修复时间≥90d。