镉汞复合污染稻田土壤修复技术及其安全利用进展

总结了国内外对稻田土壤镉、汞污染的现状、研究进展及存在的问题,综合对比了主流镉、汞污染稻田土壤修复技术的优缺点,分析了稻田镉、汞污染土壤安全利用的技术难点。此外,还综合考虑复合污染问题,总结了筛选种植低积累水稻品种,合理利用硒-镉、硒-汞拮抗作用,结合水分管理及改良剂的施用可有效降低稻米中镉、汞含量等领域进展。

广东大宝山复合污染土壤的改良及植物复垦

选取广东省大宝山农耕废弃污染土壤及尾矿坝土壤,采用豌豆盆栽实验,研究了施用石灰石、沸石、粉煤灰对豌豆生物量、豌豆植株内Cd、Cu、Pb和Zn含量、土壤中各重金属的有效态及土壤pH值的影响.结果表明,对于农耕废弃污染土壤,3种改良剂均能显著提高豌豆的生物量,经改良处理后,豌豆生物量为对照的2.4-2.9倍.对于尾矿坝土壤,未改良处理时豌豆不能发芽;沸石处理时豌豆发芽后1周后萎蔫死亡;石灰石和粉煤灰有一定的改良效果.改良处理能明显降低豌豆对Cd、Cu、Zn和Pb的吸收.粉煤灰与石灰石混剂处理对豌豆重金属吸收降低效果最显著,Cd、Cu、Pb和Zn降低率分别为94.6%,69.3%,80.6%,87.3%,混剂处理优于单剂处理.豌豆重金属含量与土壤中重金属有效态含量呈极显著相关,改良剂促进植株生长的主要原因可能是提高了土壤pH值并释放出植物营养元素（K、Ca和Mg等）,从而改善了土壤理化性质,同时降低了复合污染土壤重金属的生物有效性.

植物A.murale和A.corsicum修复镍污染土壤

通过盆栽试验,研究了镍富集植物A.murale、A.corsicum及普通作物萝卜和芥菜,在4种不同Ni含量土壤中富集Ni的能力.A.murale和A.corsicum能够超量富集Ni,在4种土壤处理中,其地上部Ni浓度均显著高于萝卜和芥菜.在墨江土壤(Ni 1062mg/kg)中,A.murale和A.corsicum去除Ni能力明显大于萝卜和芥菜;在信宜土壤(Ni 107mg/kg)中,芥菜去除Ni能力最强;而元江土壤(Ni 2519mg/kg)中4种植物去除Ni的能力均很低.调节土壤pH值能显著改变A.murale和A.corsicum提取Ni的能力,最佳去除Ni土壤pH值在6.0左右.酸化及碱化处理蛇纹岩发育土壤均显著降低了A.murale和A.corsicum去除土壤Ni的能力.

活性材料覆盖法修复HOCs污染沉积物研究进展

活性材料覆盖法已经被证明具有修复沉积物疏水性有机化合物(HOCs)的潜力。活性材料覆盖法利用活性材料的强吸附能力降低了HOCs生物可利用性,与此同时活性覆盖层有效地阻止沉积物中HOCs向上层水体扩散。然而,活性材料覆盖层可能会对沉积物中的底栖群落(微生物和无脊椎动物)的结构和生理功能造成不利的影响。该文从修复机制、材料选择、工程参数及对底栖群落的影响等方面对覆盖法进行综述,并指出活性材料覆盖法未来的研究方向可着眼于活性材料的生物亲和力、功能多样性和环境友好性。

粤港澳大湾区温室气体和大气污染物协同控制现状分析

区域联防联控能够实现温室气体和大气污染物协同减排,粤港澳大湾区已开展多项环境合作项目,具有较好的气候变化和大气污染协同控制基础,对区域层面温室气体和大气污染物协同控制现状进行研究,具有重要意义。以粤港澳大湾区11个市(区)2005—2020年的历史数据为基础,在全局熵值法的基础上选取4个一级指标(子系统)、20个二级指标构建了温室气体和大气污染物协同控制现状评价指标体系,并采用耦合协调度模型测算各指标之间的耦合度。结果表明:粤港澳大湾区温室气体和大气污染物协同控制综合评价得分总体呈上升趋势,其中生态环境水平指标得分相对滞后,影响了协同控制水平的提升;11个市(区)的协同控制水平得分均有不同程度的提高,但是一级指标间的得分差异较大;4个子系统之间的耦合度为高度耦合,耦合协调度均为较低协调水平,各子系统正处于协调发展阶段,相互之间的作用力还很小,上升发展空间较大。粤港澳三地不同的环境管理体系和环境治理诉求是制约粤港澳大湾区温室气体与大气污染物协同控制发展的主要原因。

污水生物与深度处理技术对新型含氮消毒副产物及前体物的控制

典型含氮消毒副产物(N-DBPs,包括亚硝胺、卤乙腈和三氯硝基甲烷)的控制是污水回用过程中需关注的重点.本研究对采用不同生物处理工艺的污水厂进行生化池进出水中N-DBPs的存在水平分析,并选取其中一个污水厂的二级出水进行不同深度处理(粉末活性炭吸附、臭氧氧化、高铁酸盐氧化、二氧化氯氧化),研究其对N-DBPs及其前体物的去除.结果表明,生物处理过程会导致亚硝胺的生成.深度处理工艺中,粉末活性炭会催化亚硝胺的生成,臭氧氧化则会直接生成亚硝胺.选择的深度处理工艺对亚硝胺前体物均有去除,其中粉末活性炭和二氧化氯对二甲基亚硝胺和总亚硝胺的控制效果较好.但氧化工艺对卤乙腈(HANs)和三氯硝基甲烷(TCNM)的前体物影响不一,高铁酸盐对两者的前体物均有显著去除,二氧化氯会增加污水在低浓度氯胺处理时HANs的生成,臭氧氧化则会增加TCNM在后氯胺化过程中的生成.研究结果推动了污水深度处理技术的发展并为相关研究提供了理论指导.

电催化CO_(2)还原耦合HCHO氧化反应系统促进污染物同步经济高效资源化转化

传统电化学CO_(2)还原(CO_(2)RR)系统中阳极发生的水氧化半反应(WOR)具有动力学缓慢、过电位大、能耗高等缺点,限制了CO_(2)RR系统的经济效益和应用。因此,本研究引入MnO_(2)阳极进行甲醛氧化半反应(FOR)以代替WOR,构建了一种新型CO_(2)RR/FOR耦合系统。与传统的CO_(2)RR/WOR系统相比,在相同的施加电势下,CO_(2)RR/FOR耦合系统的CO_(2)RR电流密度和CO_(2)RR产物的生成速率通常更具有优势。此外,在CO_(2)RR/FOR耦合系统中,在合适的施加电势下,HCHO可以选择性地转化为HCOOH。具体来说,两电极CO_(2)RR/FOR耦合系统中,在3.5V的槽电压下,近90%的HCHO可以被去除,且HCHO会选择性转化为HCOOH,其转化率约为48%。更重要的是,在不同的工作电流下,FOR所需的电势比WOR所需的电势要小。在-10 mA·cm^(-2)时,CO_(2)RR/FOR耦合系统能降低约210 mV的槽电压,并且其能耗比单独的CO_(2)RR系统和FOR系统的能耗之和降低45.13%。值得注意的是,当使用商业多晶硅太阳能电池作为电源时,在CO_(2)RR/FOR耦合系统中的CO_(2)RR电流密度、CO_(2)RR产物的生成速率和HCHO到HCOOH的选择性仍然可以实现相当的改善。目前的工作将进一步推动研究开发新型的CO_(2)RR耦合系统,以经济有效地将CO_(2)和有机污染物同时转化为有价值的化学品。

理论和实验相结合研究NiCo_(2)O_(4)纳米片用于甘油电氧化反应机制

甘油是生物质精炼的主要副产物(约占10%),年过剩量与低利用率导致其市场价格(0.24-0.6 US kg^(-1))较低.甘油是具有三个活性羟基的多元醇,被认为是生产高价值产品的理想原料.甲酸作为甘油转化最重要的产品之一,广泛应用于农药、皮革、染料和医药行业,将甘油电氧化(EGOR)为甲酸(FA)不仅能有效避免资源过剩造成浪费,而且能满足未来对甲酸燃料电池的需求.然而甘油电催化氧化途径较为复杂,涉及反应中间产物的脱氢、吸附/解吸和C-C键裂解.本文将密度泛函理论(DFT)与实验相结合,研究了在精细构建的NiCo_(2)O_(4)纳米片上通过EGOR生产FA的反应机制.DFT计算结果表明,活性羟基(OH^(*))物种可以改变EGOR生产FA过程的决速步骤(RDS),通过调节吸附中间体的吸附能可获得理想的FA产率.其中,高度羟基化的NiCo_(2)O_(4)纳米片(311)-OH^(*)晶面上具有最低的吉布斯自由能,能显著提升反应过程动力学.在理论分析的基础上,通过简易的电沉积方法精准制备了超薄NiCo_(2)O_(4)纳米片(~1.7 nm),并采用X射线吸收精细结构谱和高分辨透射电镜对催化剂进行了结构分析.结果表明,NiCo_(2)O_(4)纳米片中四面体(A_(Td))和八面体(B_(Oh))配位具有内角共享的A_(Td)-O-B_(Oh)和边共享的B_(Oh)-O-B_(Oh)构型,金属间的协同作用有效改善了材料的电子效应,有利于提供更多的吸附位点并促进EGOR过程中的电荷转移.NiCo_(2)O_(4)纳米片在EGOR中的电荷转移电阻仅为0.94Ω,电化学活性表面积高达10.25 cm^(2).相比较电催化析氧反应,NiCo_(2)O_(4)纳米片表现出了较好的EGOR性能,在10 mA cm^(-2)的电流密度下阳极功耗降低了320 mV,在100 mA cm^(-2)的电流密度时的阳极电势仅为1.46 VRHE.此外,在120 h的稳定性测试中,甘油的转化率和FA的选择性可分别保持在89%和70%.多电位步骤实验、原位电化学阻抗谱和电子顺磁共振谱结果表明,NiCo_(2)O_(4)纳米片上原位产生的OH^(*)物种是EGOR过程中的直接活性中心,有利于将RDS从甘油酸脱氢裂解转化为甘油醛的脱氢步骤,并进一步促进C-C键的裂解.进一步结合理论预测,证实了OH^(*)物种是EGOR过程中的直接活性中心.综上,采用绿色高效的电催化手段促进甘油生产高附加值化学品是生物质链升级的重要举措,有效避免了传统的高温高压,以水为介质,原位利用OH^(*).本文为新型催化剂的未来设计和理解生物质基原料电氧化升级反应机制提供了新思路.

惠州绿化乔木叶片及其叶面降尘对大气SO_2污染的生物监测

采用常规采样及碱片挂片法同步监测广东省惠州市大气SO2体积分数,用ICP-AES测定了惠州市不同功能区的2种主要绿化树种大叶榕(Ficus virens Ait var.sublanceolata(Miq.) Corner)、紫荆(Bauhinia blakeana)叶片及其叶面降尘的硫质量分数。结果表明,不同功能区植物叶片和降尘的硫质量分数差异显著,其综合污染指数(PI)以商业交通区、工业区、居住区、清洁区的趋势递减。叶片中硫的质量分数随春、夏、秋季而增长,季节差异显著。植物叶片、降尘中硫质量分数随交通流量的减少而降低。叶片和叶面降尘中硫的质量分数与大气硫酸盐化速率三者显著相关,大叶榕和紫荆与降尘协同生物监测大气SO2的二元数学模型的相关系数分别为R=0.995和R=0.990,明显优于植物与硫酸盐化速率监测SO2的常规一元数学模型。表明大叶榕、紫荆叶片及其叶面降尘均可作为城市区域大气SO2污染的有效指示剂,叶片的长期效益和季节效益显著,降尘则短期效益显著;两者协同监测,可靠性和灵敏度更高,应用前景广阔,可为地方和区域环境监测和评价提供参考。

广东惠东县境内榄李种群的分布及保育策略

广东惠东县沿海真红树植物榄李生境存留面积13.85 hm2,分布于3个地点。其群落内共录得红树林植物7科9属9种,群落的整体物种多样性指数为0.956-1.565,均匀度指数为0.870-0.934,生境沉积物缺乏典型红树林沉积物的特性。惠东县的平海——黄埠榄李种群可确定为欧亚大陆分布最北缘的种群,针对该种群面临的环境威胁,提出了种群保育策略和措施。

中国东中西部经济带的水环境库兹涅茨假说实证及其影响因素研究

"八五"至"十二五"期间,中国取得巨大的经济成果的同时带来了严重的水环境污染问题。文章分析了东中西部三大经济带经济发展及COD和氨氮两种主要水污染排放的差异,及其与经济发展的关系进行了EKC假说的实证研究。研究结果表明,部分污染物的拟合曲线尚处于上升阶段,未能出现典型的倒U型曲线,可能导致水环境质量恶化。环境基础设施建设、人口分布和产业结构等因素与COD和氨氮的排放量密切相关,因此,中国必须采取各种环境管理和技术手段,促使区域水污染物排放量指标与经济发展的拟合曲线出现转折点,改善水环境质量。

树种选择和滩地高程对红树林修复早期系统碳储量的影响

发展红树林生态系统的高效碳汇能力是我国实现碳中和的有效方法之一,而红树林的固碳效率受多方面因素的影响。本研究探究了树种及滩地高程条件对红树林生态修复工程早期的固碳效果的影响,为基于碳汇功能的红树林生态修复工程选址、选种提供参考。选取广东省汕头市牛田洋红树林生态修复工程中3个种植块为研究对象,分别为高潮位区桐花树(HAc,high-intertidal Aegiceras corniculatum)、低潮位区无瓣海桑(LSa,lowintertidal Sonneratia apetala)和高潮位区无瓣海桑(HSa,high-intertidal S.apetala)。在造林2,3 a后,分别测定及估算植物生长指标、生物量、碳储量以及表层土壤(0~60 cm)的理化性质指标及碳储量等参数,分析树种与滩地高程对红树林群落储碳功能的影响。结果表明,红树林定植发育过程带来了土壤的酸化、盐化及养分(TOC、TN、TP)积累,同时碳的外源供给比例随着造林时间增加而增加。造林3 a后,在相同潮位条件下,相比外来树种无瓣海桑[植物碳密度(16.00±3.76)t·hm^(-2);系统碳密度(48.54±2.38 t·hm^(-2))],乡土树种桐花树凭借较高的植株密度获得了更高的单位面积碳储量[植物碳密度(36.16±2.35)t·hm^(-2);系统碳密度(70.14±3.15)t·hm^(-2)]。而淹水胁迫促进了无瓣海桑幼苗生物量及碳储量的积累,长时间的潮汐冲刷则降低了土壤有机碳的数量和稳定性。因此,低潮位无瓣海桑群落的碳密度[植物碳密度(34.59±8.85)t·hm^(-2);系统碳密度(61.03±2.57)t·hm^(-2)]显著高于高潮位,但土壤总有机碳含量及颗粒态碳含量较低。

膜-紫外/氯组合工艺中微量有机污染物的去除及卤代消毒副产物的生成

本研究探究了膜-UV/氯组合工艺对污水二级出水中23种微量有机污染物(TrOCs)的降解动力学和降解机制,并考察了该组合工艺中卤代消毒副产物(X-DBPs)的生成及其生成潜能(X-DBPsFP),同时对处理后水样的细胞毒性和基因毒性进行了评估.结果表明,膜预处理能有效促进UV/氯体系中TrOCs的降解,且纳滤(NF)比超滤(UF)的促进效果更明显.相比于UF,NF截留更多的溶解性有机质(DOM)从而更大程度地减弱了光屏蔽效应、对氯的消耗及对自由基的猝灭.研究发现TrOCs的降解机制可归为以下四类:HO·主导、活性卤素物种(RHS)主导、氯和RHS共同主导及氯主导.膜预处理能很好地削减X-DBPs的生成,其中UF和NF分别对卤代乙酰胺(HAMs)和三卤甲烷(THMs)的生成削减最明显,而NF对X-DBPs和X-DBPsFP的削减以及对水样毒性的削弱作用都远强于UF.此外,NF-UV/氯能显著去除X-DBPs的前驱体,从而有效控制后氯化过程水样细胞毒性和基因毒性的增强.研究结果推动了污水深度处理技术的发展并为相关研究提供了理论指导.

施用复合肥对巴戟天产量、养分吸收和寡糖累积量的影响

【目的】研究复合肥施用量对巴戟天产量、养分吸收和主要有效成分寡糖累积量的影响,为巴戟天的施肥管理提供理论依据。【方法】以巴戟天为研究对象,通过盆栽试验,设置每株施用复合肥0、2、4、6、8和10 g(CK、T1、T2、T3、T4和T5)共6个处理,测定巴戟天在不同施肥处理下的产量、养分含量和寡糖含量,分析各指标间的相关性,并运用主成分分析方法进行综合评价。【结果】施用复合肥可以显著提高巴戟天产量和N、P、K含量,并有利于提高寡糖的累积量。其中,单株施肥量为6 g处理的巴戟天产量和寡糖总累积量最高,与CK相比,分别提升114.47%和75.36%。施肥在一定程度上降低了巴戟天的寡糖含量,与CK相比,降幅最高达35.65%。巴戟天对复合肥中养分的利用效率表现为N>K>P,其中T3处理N、P、K累积量均高于其他处理。影响巴戟天寡糖累积量的最关键因素是产量,巴戟天产量与全株N/P/K含量、4种寡糖累积量呈显著或极显著正相关,但耐斯糖、1F−果呋喃糖基耐斯糖含量与产量、全株N/P/K含量呈显著或极显著负相关。主成分分析的综合得分由高到低为T3>T5>T4>T2>T1>CK,T3处理最佳。【结论】建议巴戟天的种植以N肥为主,适量补充K和P肥,适当施肥可显著提高巴戟天药材产量和寡糖累积量。

磁铁矿作用下DvH阴极生物膜的响应及转录组分析

本研究通过构建Desulfovibrio vulgaris Hildenborough(DvH)生物阴极,探究磁铁矿纳米颗粒(MNPs)作用下其生物膜的响应机制.结果发现,相较于无MNPs添加组,MNPs介导下的DvH生物阴极的SO_(4)^(2-)-S~(2-)转化率由6.8%提升至37.9%,周期电荷量提升了11.5%.线性伏安扫描结果显示,在0~-0.81V电势范围内,MNPs添加组阴极电流均高于对照组,说明MNPs可以增强阴极生物膜电催化活性.DvH阴极生物膜的比较转录组结果表明,MNPs可通过促进与[FeFe]氢化酶、Hmc和ATP合成酶相关的基因的表达,促进DvH对氢气的利用和代谢;通过促进编码ATP硫酰化酶和腺苷酸硫酸还原酶这两种硫代谢关键酶的基因表达上调,提高SO_(4)^(2-)-S^(2)转化率;通过促进Flp/Tad菌毛组装和PEP-CTERM蛋白相关基因的表达上调,强化DvH在阴极的附着和成膜.研究结果可为微生物阴极电化学系统的高效构建提供新的理论依据.

高生物量经济植物修复重金属污染土壤研究进展

植物修复是重金属污染土壤修复的重要方法之一。利用高生物量经济植物修复重金属污染土壤,能够兼顾生态和经济效益,具有很大的应用前景。本文系统分析了植物修复现状及存在的问题,提出利用高生物量经济植物修复重金属污染土壤的优势,总结了近年来利用高生物量经济植物吸收重金属的研究进展,探讨了改善高生物量经济植物修复重金属污染土壤效率的方法,以期为提高植物修复经济效益、促进植物修复广泛应用提供参考。

两种相手蟹对不同红树植物叶片取食的偏好性

大型底栖动物是红树林生态系统中重要的消费者,在红树林的营养物质转化和能量传递过程中具有重要作用。通过设置室内模拟饲喂实验,研究了华南沿海红树林大型底栖动物的常见种--无齿相手蟹(Sesarma dehaani)和双齿相手蟹(S.bidens)对外来红树植物无瓣海桑(Sonneratia apetala)和乡土红树植物秋茄(Kandelia obovata)、桐花树(Aegiceras corniculatum)凋落叶片的取食特性。结果表明,随着淋溶作用的进行,各树种叶片中单宁含量和C/N均逐渐降低,两个数值的变化幅度以秋茄叶片最大,分别达(45.85±7.74)g·kg-1和11.24%,无瓣海桑为(45.15±11.14)g·kg-1和2.43%,桐花树则为(18.75±15.15)g·kg-1和-1.36%。随着叶片中单宁含量和C/N的降低,两种相手蟹的取食量相应地呈逐渐上升的趋势,双齿相手蟹从3.097g到10.079g和无齿相手蟹则从2.480g到8.723g。两种相手蟹种间的取食特性差异不显著(P>0.05),但对不同树种的取食上却存在显著差异,其中对桐花树的取食偏好性显著差于无瓣海桑和秋茄(P<0.01),这主要与桐花树叶片的高单宁含量和低营养价值有关。研究结论说明大面积引种外来物种无瓣海桑将可能对华南沿海红树林生态系统的食物链结构产生潜在影响,并为红树林的生态恢复和科学造林提供了参考。

多金属污染土壤中微生物群落功能对麻疯树-化学联合修复的响应

应用BIOLOG实验技术,结合土壤和植物的相关指标,对广东省大宝山矿山周边多金属污染土壤修复过程中微生物群落代谢方式的变化进行分析,结果表明,施用改良剂可以显著提高土壤微生物群落的活性:粉煤灰>石灰>白云石>对照,其中粉煤灰对提高多金属污染土壤微生物的代谢多样性有显著效果;种植麻疯树后土壤微生物活性也发生变化,结果为:白云石>石灰>粉煤灰>对照,白云石和麻疯树联合使用修复效果更显著;白云石可以刺激根系分泌L-丝氨酸、4-羟基苯甲酸、L-精氨酸、D-纤维二糖、β-甲基—D-葡萄糖苷、D-甘露醇、D-半乳糖醛酸等碳源;不同处理的土壤微生物对糖类、其它类、氨基酸类和胺类等碳源利用能力强的,能促进麻疯树生长并抑制对重金属的吸收.

基于硝化反硝化的膜生物反应器烟气脱硝研究

氮氧化物是形成酸雨、光化学烟雾污染、臭氧层破坏和城市灰霾天气等一系列环境问题的重要根源.文章结合课题组研究结果,介绍了空气介质下膜生物反应器烟气脱硝的性能、微生物群落、硝化反硝化烟气脱硝作用,建立了膜生物反应器传质与硝化反硝化耦合作用动力学模型;基于硝化反硝化的复合催化膜生物反应器处理模拟烟气的性能和含氧量的影响,为建立基于硝化反硝化的膜生物反应器烟气脱硝的污染控制策略提供科学依据,具有潜在的应用价值.