Dispersion Modeling of Particulate Matter in Different Size Ranges Releasing from a Biosolids Applied Agricultural Field Using Computational Fluid Dynamics

This paper proposes a methodology using computational fluid dynamics (CFD)-FLUENT to simulate the dispersion of particulate matter releasing from a biosolid applied agricultural field and predict the particulate concentrations for different ranges of particle sizes. The discrete phase model (Lagrangian-Eulerian approach) was used in combination with each of the four turbulence models: Standard kε (kε), Realizable kε (Rkε), Standard kω (kω), and Shear-stress transport k-ω (SST) to predict particulate matter size concentrations for distances downwind of the agricultural field. In this modeling approach, particulates were simulated as discrete phase and air as continuous phase. The predicted particulate matter concentrations were compared statistically with their corresponding field study observations to evaluate the performance of turbulence models. The statistical analysis concluded that among four turbulence models, the discrete phase model when used with Rkε performed the best in predicting particulate matter concentrations for low (u < 2 m/s) and medium (2 < u < 5 m/s) wind speeds. For high (u > 5 m/s) wind speeds, Rkε, kω, and SST showed similar performances. The discrete phase model using Rkε performed very well and modeled the best concentrations for the particle sizes (μm): 0.23, 0.3, 0.4, 0.5, 0.65, 0.8, 1, 1.6, 2, 3, 4, and 5. For particle sizes: 7.5 and 10, the performances of Rkε, kε, kω, and SST were similar.

Bioavailability of Agricultural Pesticides on the Land Snails in the Commune of Kerou in the North of Benin

The present study was conducted in the commune of Kérou in North Benin to measure the bioavailability of agricultural pesticides heavily used in the production of cotton on snails. The test was conducted in peasant environment in two villages of the commune. In each site, there are three cages containing 6 snails each. The snails are exposed to soil and plants without special protection and are therefore exposed to environmental conditions. Firstly it’s to evaluate the presence or absence of agricultural pesticides in the viscera of snails after exposure. Secondly it consists to compare the different doses found in the viscera of snails in the different sites. And finally it’s to evaluate the effect of the toxicity of the pesticides on the reproduction of snails. The tests consisted of placing steel cages in the two experimental sites. In each site, there are three cages containing 6 snails each. Snails are exposed to soil and plants without special protection and are therefore exposed to environmental conditions. The observations were made in order to establish a study of transfer kinetics. After the analysis of the data, it appears generally that the accumulation of mineral elements highlighted is not proportional to the mineralogical composition of the soil in which the snail is exposed. Total nitrogen and nitrate were significantly accumulated in the flesh of site 2 snails compared to site 1 snails. These different measures show the bioavailability of soil minerals for living organisms. Accumulations are not necessarily accompanied by toxic effects in terms of survival for snails after 28 days of exposure. However, the absence of immediate toxic effect on snails does not imply a lack of effect in food chains due to the trophic availability of contaminants. The use of snails as bio-indicator of soil quality has therefore proved relevant in the context of soils polluted by minerals.

陕西农田土壤新烟碱类农药残留和生物有效性

为评估新烟碱类农药潜在的环境风险,研究了陕西省不同地区吡虫啉、噻虫嗪、噻虫胺和啶虫脒的污染残留情况,探究了不同新烟碱类农药生物有效性及其影响因素。结果表明:陕西省农田土壤中新烟碱类农药残留范围为吡虫啉ND~113.71μg·kg^(-1)、啶虫脒ND~19.48μg·kg^(-1)、噻虫胺ND~184.32μg·kg^(-1)和噻虫嗪ND~145.02μg·kg^(-1),其中噻虫胺和噻虫嗪残留量较高,需要引起足够的重视。此外,新烟碱类农药的生物有效性大小为噻虫胺<吡虫啉<啶虫脒<噻虫嗪,且其生物有效性随着土壤pH的增大而增大,随土壤有机质含量和土壤老化时间的增加而降低。研究表明,陕西省农田土壤中新烟碱类农药残留需引起重视,同时Tenax单点萃取技术可以作为简单快速评价新烟碱类农药生物有效性的替代方法,进一步为农业土壤新烟碱类农药污染问题以及农作物的质量安全和食用风险提供评价依据。

Recent Developments to Mitigate Selenium Deficiency in Agricultural Eco-Systems

Under changing climate,trace elements like selenium(Se)have emerged as vital constituent of agro-ecosystems enabling crop plants to off-set the adverse effects of suboptimal growth conditions.The available form of selenium is important for boosting its bioavailability to crop plants having varied agro-botanical traits and root architectural systems.As compared to selenite,the selenate has a weaker soil bonding,higher absorption in the soil solution which results in a comparatively absorption by plant roots.Various factors including dry climate,high pH,optimal ambient air temperature,less accumulation of water,and low concentration of organic matter in the soil tend to boost the selenate ratio in the soil.The use of selenium pelleted seeds has emerged as an interesting and viable alternative to alleviate selenium deficiency in agricultural eco-systems.Similarly,the co-inoculation of a mixture of Selenobacteria and Arbuscular mycorrhizal fungi represents an evolving promising strategy for the bio-fortification of wheat plants to produce selenium-rich flour to supplement human dietary needs.Furthermore,in-depth research is required to assure the effectiveness of biological fertilization procedures in field conditions as well as to explore and increase our understanding pertaining to the underlying main mechanisms and channels of selenium absorption in plants.The focus of this review is to synthesize the recent developments on Se dynamics in soil-plant systems and emerging promising strategies to optimize its levels for crop plants.Recent developments regarding the use of micro-organisms as a biotechnological mean to enhance plant nutrition and crop quality have been objectively elaborated.The study becomes even more pertinent for arid and semi-arid agro-ecosystems owing to the potential role of selenium in providing stress tolerance to crop plants.Moreover,this review synthesizes and summarizes the recent developments on climate change and bioavailability,and the protective role of selenium in crop plants.

沼肥与生态农业

农药和化肥的大量使用,加剧了环境污染,导致地力下降,已经成为影响农业持续发展的一个重大问题。因此,探索无公害的农业生产方式,大力推广生态农业是我国农业发展的主要方向。用沼肥代替部分化肥和农药,将会改善生态环境,提高农产品质量,为发展生态农业奠定基础。

广东韶关主要矿区周边农田土壤铅、镉的形态分布及生物有效性研究

采用改进BCR法和DTPA提取法研究了韶关主要矿区周边农田土壤Pb、Cd的形态分布和生物有效性。结果表明,参照土壤环境质量标准二级标准,韶关主要矿区周边农田土壤Pb、Cd的超标率分别为14.1%和92.3%;参照食品中污染物限量标准,调查的5种蔬菜样品Pb、Cd的超标率分别为57.7%和48.7%。土壤Pb以可还原态为主,占到4种形态和的76.13%,Pb各形态的分布顺序为:可还原态>残渣态>可氧化态>酸提取态;土壤Cd以酸提取态和可还原态为主,占到4种形态和近89%,Cd各形态的分布顺序为:酸提取态>可还原态>可氧化态>残渣态。用DTPA提取得到的土壤Pb、Cd有效态均值分别为24.91、1.29mg·kg-1。相关性分析表明,除了胡萝卜Cd,5种蔬菜Pb、Cd含量与土壤酸提取态、可还原态、可氧化态及土壤有效态含量显著相关,与土壤pH和有机质相关性不大。逐步回归分析表明,只有土壤残渣态含量对蔬菜Pb、Cd含量影响不显著。

城市污泥农用的环境效应及控制标准的发展现状

由于城市污泥中富含植物生长所需要营养元素和有机质,城市污泥农用已成为污泥资源化进程中的重要方式之一。近十几年来,国内外在污泥重金属的形态、生物有效性及其在污泥-土壤-植物系统中的迁移转化规律等方面进行了广泛的研究,并取得显著进展。同时,污泥中有机污染物质和病原体的环境效应也越来越受到关注。但是在我国,污泥农用的环境风险评价的长期性、系统性和田间数据验证还需进一步加强,为合理制定或修改污泥农用标准积累有效的科学数据和提供可靠的科学依据。本文简述了国内外城市污泥的理化性质、污泥农用环境效应以及我国污泥农用标准的研究现状和进展,并对污泥农用研究进行了展望,以期为我国污泥农用的研究和发展提供参考依据。

柿竹园矿区及周边农田土壤重金属形态分布与生物有效性研究

为了解柿竹园矿区及周边农田土壤重金属的生物有效性,采用连续提取法对该矿区及周边的农田土壤重金属Cu、Pb、Zn、Cd、As、Hg的形态分布和生物有效性进行了分析。结果表明:(1)柿竹园矿区及周边农田土壤未见Hg污染情况,但不同程度受到Cu、Pb、Zn、Cd、As的污染,尤以Cd、As污染为重;(2)柿竹园矿区及周边农田土壤中Cu、Pb、Zn以铁锰氧化物结合态为主,分别占其总量的48.3%、67.3%、47.1%,Cd铁锰氧化物结合态含量最高,残渣态、离子交换态和碳酸盐结合态次之;As和Hg以残渣态为主,含量比例在90%以上;(3)矿区及周边土壤中Cd的有效态含量最高,所占比例平均值为31.1%,远高于其他5种重金属元素,生物有效性最高,As的有效态含量最低,生物有效性最低。最后提出了采用稳定化修复技术清理污染源、采用磷酸二氢钙降低土壤中污染最严重元素Pb、Cd的生物有效性、采用香蒲等植物对工矿废弃地及部分未利用土地进行修复的建议。

北京官厅水库流域农田地表径流生物可利用磷流失规律

在模拟降雨条件下(30-69mm/39min),对官厅水库流域玉米地和休闲地地表径流泥沙和生物可利用磷(BAP)流失进行了初步研究. 累积泥沙产量受雨强、坡度和作物覆盖影响,变幅为305.1-24933.4g/10m2;径流平均颗粒态生物可利用磷(BPP)、溶解态磷(SP)浓度都超出水体允许临界值0.02mg/L,表明流域农田地表径流对库区水体存在潜在污染危害;径流累积BAP流失达0.08-4.804g/10m2,估算的农田径流BAP流失达0.49kg/(hm2.a)以上. 79.7%以上的BAP是颗粒态的. 研究结果有助于采取措施减少农田径流向库区输入生物可利用磷、准确地评估流域农业管理实践对水库水质的影响.

土壤生物有效磷测定方法的发展及其在美国的研究动态

土壤生物有效磷的测定虽已有 15 0多年的历史 ,但直到 2 0世纪 2 0年代以后 ,这方面的研究和应用才有了显著的进展 ,大量的测定方法被陆续提了出来。根据测定原理 ,这些方法可被归类为化学方法、物理方法、物理化学方法和生物方法。在农业生产的实际应用中 ,由于化学提取剂方法快速、简单、廉价 ,成为各国土壤生物有效磷测定的常规应用方法。美国的有关研究工作者在这些新方法的研究和应用方面起着重要的作用。土壤生物有效磷测定方法的研究和应用在美国正经历着几方面的重大发展。通用提取剂的研究和应用不仅使得土壤生物有效磷的测定方法趋于相对统一 ,而且还能够替代测定其他大量和微量营养元素的提取剂 ,同时从土壤中提取出多种营养元素 ;由计算机控制的各种自动化分析仪在土壤分析化验室的广泛使用 ,极大地加快了土壤分析测定的速度、降低了成本和提高了分析测定的精确度 ,同时也推动了通用提取剂的广泛应用 ;80年代以来 ,开始了以环境应用为目的的土壤、水体生物有效磷测定方法的研究和应用 。

生物固体的应用及其对重金属的影响研究

本文介绍了近年来美国和欧洲对生物固体（废水处理的副产物）的研究情况。研究表明：生物固体施用于农田、林地等，可促进植物生长；生物固体的来源、性质及土壤、气候、植被等都会对施用地重金属的含量、吸收、移动及形态产生影响；植物吸收重金属受土壤有机质含量、阳离子交换量、ｐＨ、质地、铁和锰氧化物等的影响；生物固体中绝大部分重金属在施用土壤后就被有机质、碳酸盐结合为稳定的、难移动的形式，被固定的量与土壤ｐＨ、粘土矿物和有机化合物的性质有关。

广西某铅锌矿区农田土壤重金属形态分布特征

[目的]研究广西某铅锌矿区农田土壤中重金属的形态分布特征。[方法]采用Tessier连续萃取法研究广西某铅锌矿区农田土壤中Cd、Pb、Zn、Hg的存在形态分布,分析各存在形态的相关性与重金属的生物可利用性。[结果]研究区土壤Cd主要以可交换态为主,Pb以碳酸盐态和铁锰氧化态为主,Zn以残渣态、有机结合态和铁锰氧化态为主,Hg以残渣态和有机结合态为主。重金属Cd、Pb、Zn的可交换态均与相应的总量呈极显著或显著相关,而Hg的可交换态与其总量不相关;Cd的可交换态与碳酸盐态存在极显著相关,Pb的可交换态、铁锰氧化态和残渣态之间相关性较好,Zn的铁锰氧化态、有机结合态和残渣态之间显著相关;Hg的各存在形态之间的相关性较差。研究区土壤中重金属的生物有效性大小依次为Cd、Pb、Zn、Hg。[结论]该研究为今后开展矿区土壤修复工作提供理论支持。

重庆市几种环境类型农用地土壤重金属生物可利用性及风险评价

选择典型工业企业、交通干线、无明显污染源的农村附近农用地为研究对象,分析了8种重金属元素(Hg、Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As)的总量、有效态含量和污染特征,并采用多种污染评价方法对农地土壤重金属进行风险评价。结果表明:8种重金属含量平均值未超过《农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618—2018)风险筛选值,工业企业附近农地Hg含量显著高于其他区域(P<0.05),部分点位超过了风险筛选值。土壤Hg、Cd、Cr、Pb、As和Zn平均含量高于重庆市土壤背景值,Cd、Pb和Cr的超标点位均为100%。研究区域农地土壤Cd生物有效性系数显著高于其他重金属(P<0.05),平均值达到31.07%,具有较大的生物可利用风险。多种风险评价方法结果表明:研究区域农地土壤存在多种重金属复合污染,主要污染物为Hg、Cd和Pb;工业企业附近农地已达到中度或强度污染,交通干线附近农地主要为轻度或中度污染,无明显污染源的农地主要为轻微污染。

云贵地区磷矿分布区农田土壤重金属污染特征及对农产品质量的影响

为了解云贵地区磷矿背景下农田土壤重金属污染和生物有效性特征,对云贵地区重点磷矿分布区玉米、水稻和设施蔬菜3种农田土壤和作物可食部分重金属(Cd、Cu、Pb和Zn)含量进行测定,分析农田土壤重金属污染特征,并探究其对农产品重金属含量的影响。结果表明,云贵地区磷矿分布区农田土壤普遍富集Cd和Pb,与当地背景值相比,Cd和Pb的平均富集系数分别达到2.31和2.39;玉米、水稻和大棚青菜可食部分中Cd的生物富集因子平均值分别为0.09、0.17和0.32,而Pb的生物有效性水平较低;磷矿分布区不同类型农作物对土壤重金属的吸收能力不同,大棚青菜对重金属的富集能力最强,水稻对Cd和Pb的吸收能力高于玉米;回归模型结果表明,土壤有效态重金属含量以及pH、有机质和MgO等理化性质显著影响3种农作物可食部分重金属含量(P<0.05)。

BCR法研究铜矿区周边农田重金属形态分布

采用BCR(community bureau of reference)连续提取法对梅县玉水铜矿区周边农田土壤重金属Cu、Pb、Zn和Mn的形态分布及其生物有效性进行了分析.结果表明,矿区下游地区农田土壤重金属污染比上游严重,属于重污染区,而上游土壤属于轻度污染.矿区上游和下游农田土壤中,Pb的污染贡献最大.上游和下游土壤中Cu、Zn、Mn都主要分布在残渣态中,Pb主要分布在可还原态.上游和下游土壤中都以Pb的有效性最高,Zn的有效性最低.

酸化对耕地土壤镉铅有效性及农产品中镉铅积累的影响

田间采样分析结果表明:在土壤pH值小于6.5(或5.8)条件下,土壤中交换态镉(或铅)占其全量的比例随土壤pH值的下降呈现明显的增加趋势,且交换态镉占其全量的比例增加更为明显;水稻糙米和叶菜中镉、铅的富集系数也随土壤pH值的下降而增加,且作物对镉的富集明显高于对铅的。模拟试验结果表明:土壤酸化可促使土壤镉、铅由稳定态向活性较高的形态转变,从而增加糙米中镉、铅的积累;当土壤pH值低于5.0时,土壤镉、铅的活化速度随酸度的变化明显加剧。因此土壤酸化是导致中轻度重金属污染农田农产品中镉、铅积累的重要原因。

淮北平原农用地土壤钼测定与分布特征及影响因素

钼作为植物固氮酶、硝酸还原酶与人体多种酶辅基的重要组成成分,对维持植物生长发育和人体健康具有重要作用。研究农用地土壤钼含量分布及其影响因素对土壤科学施肥、土壤钼有效性提升具有重要的现实意义。安徽省淮北平原位于中国华北平原缺钼土壤区,目前缺乏对该地区土壤钼含量及其驱动因素的系统研究。本文以淮北平原典型土壤区511km 2为研究区域,按照1件样品/km 2采集0~20cm深度表层土壤样品,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等方法测定表层土壤中全钼、有效钼、TFe_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)、SiO_(2)、P、Mn及有机质含量与pH值等指标含量;利用统计学、相关性分析等方法系统研究土壤中全钼、有效钼含量和分布特征,并对制约土壤中全钼、有效钼分布特征的主要因素进行了探讨。结果表明:①砂姜黑土中全钼和有效钼含量以缺乏为主,全钼、有效钼缺乏土壤比例分别高达93.3%、87.3%;全钼含量主要受土壤pH值、Mn、TFe_(2)O_(3)、P及硅铝率(即土壤中氧化硅和氧化铝含量的比值)的影响,pH值、有机质为制约砂姜黑土有效钼含量较低的重要因素,pH值、有机质与有效钼之间的相关系数分别为-0.310、0.117;②潮土中全钼较缺乏、中等、较丰富土壤比例分别为31.2%、28.4%、21.1%,全钼含量主要受Mn、P、有机质的影响;有效钼缺乏土壤比例为86.2%,全钼含量低是有效钼含量缺乏的主控因素。综上所述,研究区土壤中有效钼含量总体缺乏,建议当地综合考虑土壤有效钼含量及其主要制约因素进行科学施肥,针对砂姜黑土应注重施用有机肥,潮土应合理施用钼肥。

湖北省铜绿山矿区农业土壤重金属形态及生物有效性

以铜绿山矿区农业土壤为研究对象,采用BCR连续提取法提取并测定了土壤中Cu、Zn、Pb、Cd四种重金属的形态和含量,分析了重金属各形态、土壤p H和有机质之间的相关性;并对重金属分布特征和有效性进行了分析,探究土壤本身性质对矿区农业土壤重金属及其生物有效性的影响因子。结果表明:矿区农业土壤受到重金属不同程度的污染,重金属的污染程度大小为:Cu>Zn>Pb>Cd;各重金属之间存在不同程度的相关性,Pb和Zn之间显著相关,二者可能属于同源污染物;四种重金属总量与土壤的p H和有机质不存在相关性;Pb与Cu、Zn和Cd有效态含量之间有显著相关性,表明矿区农业土壤中重金属Pb与Cu、Zn和Cd有效态含量之间相互促进、相互影响的作用较强;矿区农业土壤p H值与Pb_(可还原态)、Cd_(可还原态)、Cd_(弱酸提取态)、Cd_(可氧化态)之间均存在显著相关关系;有机质含量与Pb_(可还原态)、Pb_(残渣态)、Cu_(残渣态)、Cd_(弱酸提取态)、Cd_(可还原态)、Cd_(可氧化态)之间相关性显著,可见土壤的p H值、有机质都会对土壤中重金属的化学形态产生一定的影响;土壤中Pb、Cd的生物有效性主要受其全量、土壤p H和有机质的影响,而Zn和Cu受其全量、土壤p H和有机质的影响较小。

基于生物可给性的农用地土壤重金属复合污染非致癌健康风险评估

为科学评估农用地土壤重金属复合暴露对儿童的非致癌健康风险,以华南某生态观光园类农用地为研究对象,对其表层土壤中As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn、Hg的含量进行检测,采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法评估其污染程度,并引入二元证据权重(binary weight of evidence,BINWOE)法和重金属生物可给性对儿童非致癌健康风险进行修正.结果表明:①研究区表层土壤中As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn、Hg的含量分别为1.72~19.40、0.07~19.00、4.00~52.00、4.00~42.00、36.60~1.07×10^(4)、8.00~23.00、62.00~1.52×10^(3)、0.01~0.49 mg/kg,8种重金属的传统非致癌健康风险值的范围为0.65~78.80,其中部分点位As、Cd、Cr及Pb的儿童非致癌风险处于不可接受水平(HQ>1).②4种重金属(As、Cd、Cr、Pb)引入BINWOE法修正的儿童非致癌健康风险值是传统方法的0.67~3.31倍.③基于重金属生物可给性的儿童非致癌健康风险值(0.70~75.00)是基于重金属总量的儿童非致癌健康风险值(1.72~116.10)的0.38~0.92倍.研究显示,对存在多种重金属污染的农用地开展儿童非致癌健康风险评估时,需考虑重金属间的相互作用及生物可给性,以避免直接套用传统风险评估方法低估(高估)污染土壤对儿童的实际健康风险.

赤泥在污泥农用培养中有效磷控释影响

以未添加赤泥的活性污泥为对比,研究了经不同温度活化的赤泥对污泥中有效磷控制释放的影响。结果表明,经温度活化的赤泥对污泥有效磷释放影响较大,经700℃焙烧2 h的赤泥施用量为50%时对污泥有效磷释放影响最优,培养90 d后可吸附66.73%污泥中有效磷。