As污染土壤制备烧结砖影响因素及环境安全性研究

重金属污染土壤烧结过程的影响因素和烧结产品环境安全性是其资源化利用的重要问题,基于此,以广州(GZ)、长沙(CS)、苏州(SZ)和淄博(ZB)等区域As污染土壤为原料开展烧结制砖资源化利用的模拟研究。结果表明:抗压强度随烧结温度升高(900~950℃)提升了7.9%~382.9%;土壤机械组成不同会导致烧结砖抗压强度差异显著(P<0.01);添加5%Na_(2)CO_(3)+5%Al_(2)O_(3)不仅能将GZ土壤烧结砖抗压强度提高0.6~4.1倍,同时烧结砖中As浸出浓度降低88.4%~98.8%,烧结过程As的挥发量降低99.3%。扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)结果表明,烧结过程中添加Na_(2)CO_(3)和Al_(2)O_(3)等化合物会导致土壤矿物变化,可对烧结过程产生的片层间隙起到填充、封堵和包裹等多重作用,从而显著降低As浸出浓度和挥发量。

碱溶液对As污染土壤的化学萃取修复

通过实验室浸泡试验,研究了0～200 mmol/L的NH_3·H_2O和KOH溶液对As污染土壤的化学萃取修复效果,同时分析了碱溶液萃取导致的土壤pH值变化以及土壤组分Ca、Mg、Fe、Al、Si的溶出情况。结果表明,NH_3·H_2O溶液仅能去除很少的土壤As,KOH溶液对土壤As的去除效果则较好。5～200 mmol/L的NH_3·H_2O和KOH溶液对土壤As的去除率分别为1.47%～4.44%和2.32%～23.33%。碱溶液能有效去除土壤As是由于OH-的作用。NH_3·H_2O和KOH溶液萃取导致土壤pH值增加,以及土壤中Fe、Al和Si不同程度地溶出,而KOH溶液导致土壤pH值增加和Al、Si溶出的作用明显大于NH_3·H_2O溶液。研究表明,采用KOH溶液萃取能有效修复As污染土壤,但应密切关注KOH溶液对土壤的负面影响。

复合型植物源活化剂强化蜈蚣草修复砷污染土壤的效应研究

长期的人类活动导致砷(As)在土壤中大量积累,对生态环境和人体健康构成严重威胁,迫切需要修复。通过将谷氨酸二乙酸四钠(GLDA,10%)、蜈蚣草水提取物(10%)和茶皂素(4%)以不同比例混合形成复合型植物源活化剂作为试验材料,以As污染的尾矿区土壤作为研究对象,根据土壤模拟和盆栽试验,研究不同配比方案的复合型植物源活化剂对土壤中As的生物有效态含量、供试植物蜈蚣草(Pteris vittata)生物量和提取As的影响,筛选出复合型植物源活化剂最佳的配比方案。研究结果表明,在土壤模拟试验中,复合型植物源活化剂处理土壤中残渣态As的质量分数显著降低,而生物有效态As质量分数显著升高,将残渣态转化为生物有效态,在GST7(7꞉12꞉1)处理条件下,生物有效态As的质量分数达到最大,较对照组(CK)提高了40.80%。盆栽试验中,复合型植物源活化剂处理蜈蚣草生物量随GLDA比例升高和茶皂素比例降低,呈现先升高后降低的趋势,在GST6(6꞉12꞉2)处理时达到最大,为3.58 g·plant−1,较CK提高了45.21%。蜈蚣草中As的质量分数显著升高,且随GLDA比例升高和茶皂素比例降低逐渐升高,在GST7处理时蜈蚣草地上部和根部As的质量分数达到最大,为738.30 mg·kg^(-1)和281.20 mg·kg^(-1),较CK提高了40.17%和22.63%。蜈蚣草对As的提取量和去除率变化趋势与其生物量变化一致,呈现先升高后降低的趋势,在GST6处理时达到最大,其值为1795.10μg·plant−1和0.59%,是CK的1.85倍和1.90倍。综合表明复合型植物源活化剂的配比方案为GST6(6꞉12꞉2)时蜈蚣草的修复效果最佳,可作为一种新的As污染土壤的植物修复策略。

砷污染土壤中不同基因型水稻根表铁膜的形成及其对砷吸收和转运影响

采用土壤盆栽试验法,研究6个不同基因型水稻品种根表铁膜形成及其对As吸收、转运的影响。结果表明,水稻形成根表铁膜在不同基因型品种之间差异显著(P<0.001),其中品种94D-22形成铁膜量(以Fe含量计)是品种圭630的1.5～1.8倍,添加As处理对水稻根表铁膜形成影响不显著。低As含量的对照土壤中,水稻根表铁膜量与根系As含量存在着显著的正相关关系(r=0.657,n=24,P<0.01),与As转移系数呈显著的负相关关系(r=-0.612,n=24,P<0.01)。土壤添加As后,水稻根表铁膜量与茎叶As含量存在显著的正相关关系(r=0.653-0.673,n=24,P<0.01),与As转运之间无显著相关性。比较生长于As污染土壤的不同水稻品种,科优1360茎叶积累As较少,且其根系转运As能力也较差,而品种94D-22正好相反。研究结果表明,在As含量较低的土壤中,水稻根表铁膜的存在可成为根系As的障碍层,阻止As向地上部转运;但在As含量较高的土壤,根表铁膜的存在却促进了水稻茎叶对As的积累,其对As的转运没有显著影响。人们可通过作物品种筛选来防治土壤As污染危害、降低As对人体健康的威胁。

不同品种空心菜对重污染土壤砷的吸收累积及其亚细胞分布

采用水泥池小区试验研究了土壤As污染(66.4 mg·kg-1)胁迫对19种空心菜生长、As累积以及As的亚细胞分布的影响。结果表明,各品种空心菜均能生长,但不同品种空心菜生物量及As累积量存在显著差异(P<0.05),地上部As含量范围为0.73~191.12 mg·kg-1,均超出食品中污染限量的标准(0.5 mg·kg-1)。台湾白骨柳叶空心菜、泰国白梗柳叶空心菜、油青空心菜3个品种为相对低累积品种;台湾大叶白骨空心菜、菜农D-95空心菜、港种青绿梗叶空心菜、泰国竹叶空心菜4个品种为相对高累积品种。19个品种空心菜亚细胞中固持As含量大小顺序为胞质(49.06%~77.44%)>细胞器(19.90%~46.82%)>细胞壁(2.22%~16.73%)。

蚯蚓对As污染土壤酶活性及其P养分的影响

从湖南石门县的As矿区附近采集不同程度As污染的农田土壤,分别设置添加秸秆、接种蚯蚓等处理,研究蚯蚓对As污染土壤酶活性及其P养分供给的影响。结果发现,高浓度As土壤的脱氢酶活性显著低于中、低浓度As土壤,而酸性磷酸酶活性及有效P含量则与之相反。蚯蚓+20g秸秆处理在50d时脱氢酶活性最高,而酸性磷酸酶活性则是秸秆处理在100d时最高,且接种蚯蚓和施用秸秆有利于土壤P素的释放。结果表明在施用秸秆条件下接种蚯蚓有利于改善As污染土壤的养分供给,从而改善根际营养。

湖南雄黄矿厂土壤As污染对土壤动物群落生态影响研究

采用Tullgren分离方法，以5年时段为间隔，经过11年（1993年7月一2003年7月）连续3次定点取样，对湖南石门雄磺矿厂土壤As污染区进行土壤动物群落生态监测研究。从300个土样申，共获得土壤动物标本21690只。利用As污染区土壤中可溶态砒霜（As：O，）As污染指数（P=N／n）及其相应As污染指数的土壤动物生态群落变异特徵，经与对照区土壤动物生态类群进行比较，结果表明：As封绝大多数土壤动物存在毒害效应，在有可溶态As的土壤中，土壤动物群落的生态类群数随土壤As的污染指数增高而减少，弹尾目（Collembola）棘勘巳属中的白棘蟲兆（Onychiurus folsomi）种却凸现出随土壤As污染指数的增高而急剧增多，成为绝对优势类群的生态变异现象，说明白棘蟲兆（Onychiurus folsomi）是高As污染区申典型的指示生物；矿区内引起土壤污染的As，土要来自砒霜生产过程中飘落于土壤中的可溶态砷化合物烟尘砒霜（As，O’）的As含量，并且由于砒霜（As，0，）在土壤中迁移转化缓慢，受As污染影响的土壤动物生态群落难以在短时期内得到生态恢复。

不同改良剂材料对双季稻田砷污染阻控的影响

探讨比表面积大、孔隙多和吸附性强的生物黑炭和生物源石灰(牡蛎壳粉)配施对酸性水稻土砷(As)污染的阻控效果,从而为该区域土壤的As污染治理提供技术参考。通过盆栽试验,比较不同有机肥(猪粪和生物黑炭)与石灰(矿物源石灰和牡蛎壳粉)配施对As污染水稻土[w(As)为40 mg·kg-1]的阻控效果,分析了土壤有效As含量,水稻秸秆、籽粒和大米中As含量的变化,并探讨了土壤有效As含量与水稻As吸收的量化关系。结果表明:与CK处理相比,猪粪配施矿物源石灰及牡蛎壳粉条件下土壤w(有效As)降低29.1%~57.0%,生物黑炭配施矿物源石灰及生物石灰条件下土壤w(有效As)下降35.1%~65.9%;而土壤w(有效As)的降低进一步阻控了水稻秸秆、籽粒和大米中As累积。其中,生物黑炭配施牡蛎壳粉处理的效果最好,其秸秆、籽粒和大米中w(As)分别降低67.6%~68.5%、66.6%~67.8%和76.0%~76.9%。进一步分析发现,土壤有效As含量与水稻As吸收量可以用指数方程较好地拟合(R2>0.75,P<0.01)。因此,对于酸性水稻土,生物黑炭和牡蛎壳粉可以通过降低土壤有效As来快速阻控水稻秸秆、籽粒和大米对As的吸收,但当土壤w(有效As)小于30 mg·kg-1时,施用改良剂降低土壤As含量的效果不明显。

水稻和不同品种苋菜间作对水稻产量、根区速效养分及砷累积的影响

【目的】探究水稻与苋菜间作对水稻产量、根区速效养分及水稻各部位吸收累积As的影响。【方法】通过小区试验研究水稻单作(对照)、水稻与圆叶白苋菜间作、水稻与籽粒苋间作、水稻与红苋菜间作条件下水稻产量、根际土壤速效养分与有机质含量、As累积量的变化。【结果】4个处理水稻收获期地上部、地下部、谷壳和糙米中As含量均表现为:水稻与圆叶白苋菜间作>水稻与籽粒苋间作>水稻与红苋菜间作>水稻单作。与对照相比,水稻与圆叶白苋菜间作显著提高了水稻地上部、地下部、谷壳和糙米As含量,增幅分别为88.50%、65.38%、68.25%和45.45%;对土壤As的提取量为5.44 mg·m^-2,显著高于对照,为对照的1.67倍;水稻单株生物量显著高于对照、与红苋菜间作和与籽粒苋间作,地上部生物量比对照提高63.79%。与水稻单作相比,间作处理水稻单位面积产量比对照显著下降,间作中单位面积产量最高的为与圆叶白苋菜间作,为对照的59.15%;间作处理水稻根际土壤速效养分、有机质含量均有不同程度的增加。【结论】水稻与苋菜间作,水稻单位面积产量降低,地上部、地下部、谷壳和糙米中As含量以及根区土壤速效养分与有机质含量显著提高。水稻与圆叶白苋菜间作能从As污染土壤中提取最多的As,生产出的苋菜符合国家安全标准,为最优方案。