不同水分管理下施用尿素对土壤镉污染钝化修复效应及微生物结构与分布影响

通过水稻盆栽实验,开展了全生育期淹水灌溉和湿润灌溉二种水分管理模式条件下,施用不同量尿素对土壤镉污染钝化修复效应及微生物结构与分布影响研究.结果表明,海泡石钝化修复下,淹水灌溉和湿润灌溉处理时,施用不同量尿素对土壤中0.025 mol·L-1HCl浸提态Cd含量无明显影响;但二乙基三胺五乙酸浸提态Cd含量均显著性降低.与海泡石单一钝化处理相比,淹水灌溉和湿润灌溉下海泡石钝化处理时,施用不同量尿素可使水稻根系铁氧化物胶膜中的Fe含量分别降低39.61%—55.59%和22.51%—53.63%.淹水管理下施用尿素对水稻根膜吸附土壤中Cd有抑制作用,而湿润管理下施用尿素对水稻根膜吸附土壤中Cd有激活作用.淹水灌溉和湿润灌溉下海泡石钝化处理时,施用不同量尿素可使水稻根系中的Cd含量分别增加36.11%—71.30%和58.20%—89.42%,水稻根系中还原型谷胱甘肽活性则分别降低30.82%—41.97%和13.47%—62.36%.淹水灌溉下海泡石钝化处理时,施用不同量尿素可以降低水稻根系中非蛋白巯基化合物含量,降幅可达13.02%—29.54%;但在湿润灌溉下海泡石钝化处理时并无明显影响.与海泡石单一钝化处理相比,淹水灌溉下钝化处理时,施用低量尿素和中量尿素时可使糙米中Cd含量分别增加28.89%和8.89%,而施用高量尿素时则使糙米中Cd含量降低22.22%;湿润灌溉下钝化处理时,施用低量尿素、中量尿素和高量尿素时糙米Cd含量与海泡石单一处理间并无明显差异.土壤微生物的非加权组平均法和主成分分析表明,实验条件下的钝化处理不会对土壤中微生物的结构与分布产生明显影响.

莠去津在吉林省不同土壤类型中的解吸特征

为了探究莠去津污染土壤中莠去津的解吸特性,通过批量平衡法,研究了莠去津在白浆土、黑土、盐碱土上的解吸特征及影响因子。结果表明:3种土壤类型中莠去津的解吸过程经历了快速解吸、慢速解吸、最终达到解吸平衡3个阶段,平衡时间为720min;采用准二级动力学方程拟合效果最好。Freundlich方程可以较好地描述莠去津在3种土壤中的解吸等温曲线(R2>0.969)。ΔG<0,ΔH>0,ΔS>0说明其解吸为自发吸热且无序的过程。莠去津在盐碱土中的解吸率最高,其次为黑土,白浆土解吸率最低。土壤pH升高或添加生物炭均能够降低莠去津在土壤中的解吸。

消落带夏冬季土壤溶解有机质的组成特征及来源

溶解性有机质(Dissolved organic matter,DOM)普遍存在于土壤、沉积物和水体中,在环境地球化学和全球碳循环中发挥重要作用。消落带独特的"干湿交替"使土壤有不同的季节特征,但有关不同季节土壤DOM的性质、组成及来源差异还未见报道。利用紫外-可见光谱、三维荧光光谱(Excitation-emission matrices,EEMs)与平行因子分析模型(Parallel factor analysis,PARAFAC)相结合的方法,分析了丹江口库区消落带表层土壤DOM在不同季节的组成、结构,并对其来源进行解析。结果表明,不同季节消落带土壤DOM的组成特征存在一定差异。冬季土壤的有色溶解性有机物(Chromophoric dissolved organic matter,CDOM)浓度、土壤DOM的芳香性、缩合度、腐殖化程度、所含疏水性组分都高于夏季土壤,但参与光漂白的活性要低于夏季土壤。荧光指数(FI)、腐殖化指数(HIX)和生物源指数(BIX)表明该区土壤DOM的来源在不同季节都有明显的自生源特征,且腐殖化程度和生物可利用性都不高,并未表现显著差异。该区土壤DOM存在两个主要的荧光峰:紫外光区类富里酸峰、可见光区类富里酸峰和类腐殖酸峰。研究提出消落带淹水期间产生的DOM对水环境有很大影响,以内源为主的库区在水质改善的过程中需加强对内源物质的管控。这些研究结果可为消落带的水体修复和污染物的迁移转化提供科学依据。

低温改性粉煤灰对土壤镉的钝化修复研究

粉煤灰(FA)通过低温碱改性制备中间体(IP)和沸石(ZE)。利用扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)、X射线荧光分析(XRF)、比表面积(BET)、零点电荷(pHzpc)等对FA、IP和ZE 3种钝化剂进行表征,通过盆栽试验研究不同投加梯度下3种钝化剂对土壤pH和有效态镉(Cd)含量、印度芥菜(Brassica juncea)生物量及各部位Cd含量的影响,探究3种钝化剂对土壤Cd的钝化机理。结果表明:3种钝化剂均能显著降低土壤中有效态Cd含量和印度芥菜地上部Cd含量,1.5%添加用量IP和ZE可使有效态Cd含量降低48.35%和46.19%、印度芥菜地上部Cd含量降低37.51%和41.06%。施入1.5%的IP和ZE使土壤pH显著提高0.59和0.62个单位、印度芥菜生物量提高20%。由此可见,IP和ZE均可有效降低污染土壤中有效态Cd含量并促进作物生长。从经济角度考虑,IP的制备对FA的长期利用更有一定的经济价值。

低温碱熔-晶化SiO2/Al2O3复合物合成沸石及其对Cd2+的吸附

以SiO2/Al2O3含量较高的粉煤灰(FA)为原料,Na OH为改性剂,采用低温碱熔-水热晶化法合成沸石(ZE)。通过SEM-EDS、XRD、XRF、XPS、FTIR和BET对ZE进行了物相表征,通过静态吸附实验考察了ZE对Cd2+的吸附性能及机理。结果表明:经NaOH改性,FA中Si-O-Si和Si-O-Al断裂形成[SiO4]4-和[AlO6]5-单体,ZE比表面积增至21.54 m2/g。当ZE投加量为0.1 g、Cd2+初始质量浓度为100 mg/L、吸附时间为30 min时,平衡吸附量为49.38 mg/g。在p H=4~9时,ZE对Cd2+的去除率在90%以上。在35℃下,ZE对Cd2+吸附符合准二级动力学方程,速率常数为0.0586 g/(g·min);ZE对Cd2+的吸附过程符合Fredunlich等温模型,拟合指数(1/n)为0.4324;热力学实验表明,(35)G在-20~0k J/mol,吸附过程为自发的吸热反应;D-R模型中吸附能均大于16k J/mol,ZE对Cd2+吸附过程是物理吸附和化学吸附共同作用的结果。

基于不同滤料的生态滤池净化特性及相互关系研究

对比研究了2个平行的不同滤料生态滤池净化校园生活污水的效果、特性。结果表明:当HRT=8 h时,竹丝+凹土陶粒混合滤料生态滤池对TN、TP的平均去除率分别达到90.5%、93.7%;竹丝滤料生态滤池对TN、TP的平均去除率分别为81.8%和84.4%。对2个生态滤池氮素去除率进行回归分析,建立了相对稳定的NH4+-N、TN去除率回归方程。

转基因棉花连续种植对土壤AM真菌群落结构的影响

为评价转基因棉花种植对土壤中AM真菌群落结构的影响,以转基因棉花013011(抗旱)、SGK321(抗虫)和非转基因棉花TH_2(抗旱受体)、石远321(抗虫受体)为材料,研究不同生育期转基因棉花土壤中AM真菌的群落结构。采用PCR-DGGE技术对土壤中AM真菌的群落结构进行分析。结果发现:转基因棉花与非转基因棉花在花铃期和吐絮期土壤中AM真菌群落的最小相似度均大于0.6,这说明了转基因棉花的种植在花铃期和吐絮期均未对土壤中AM真菌的群落结构产生影响。另外转基因棉花和非转基因棉花的种植在花铃期和吐絮期均未对土壤AM真菌的丰富度(S)造成影响;土壤AM真菌香农-维纳指数(H)仅在吐絮期石远321显著低于SGK321,其余品种和时期均未出现显著性差异;土壤AM真菌的均匀度(EH)仅在吐絮期发现TH_2显著高于013011,其余品种和时期均未出现显著性差异。DGGE指纹图谱结果表明转基因棉花与非转基因棉花同一生长时期多为共有条带,且同一时期土壤AM真菌群落结构相似性较高,AM真菌的群落结构无明显变化。两个不同生育期优势属均为Glomus(球囊霉属)。研究表明:土壤AM真菌的群落结构变化只随着棉花生育期的不同会有短暂的变化,与是否为转基因棉花无显著性相关。

黄淮海地区鸡粪有机肥重金属含量特征及环境风险

本文调查黄淮海地区5省2市120种商品鸡粪有机肥样品,分析测定有机肥中Cu、Cd、Pb、Zn和As含量、形态分布以及浸提毒性.结果表明,有机肥中重金属含量差异较大,表现为Zn>Cu>Pb>As>Cd,与有机肥行业标准相比,Cd、As、Pb存在超标现象,分别为6.7%、47.05%和14.28%,不同省市间重金属含量差异明显.有机肥中Cd、Zn主要以铁锰结合态存在,分别占37.3%和43.79%(质量分数),而残渣态Pb、有机结合态Cu,交换态As比例较高.有机肥中TCLP-Zn、-Cu、-Cd、-Pb和-As含量分别为41.11、3.33、0.07、1.25和0.21 mg·kg^(-1),有机肥中Zn和Pb含量超标数为6和5个,分布在河北省和江苏省.有机肥中Zn、Cu、Cd和As总量与TCLP提取态含量存在显著相关性(P<0.05).按鸡粪有机肥年施肥量15t·hm-2推算鸡粪有机肥安全使用年限:河南>天津>安徽=山东=江苏>河北>北京.

矿物-腐植酸-微生物体系对重金属吸附研究

设施农业中土壤重金属污染问题日趋严重。由于土壤中矿物、腐植酸、微生物等多相组分之间存在交互作用,重金属与土壤单组分体系中所获得的结合机制并不能真实有效地评价其在自然条件下的转化与归趋。本研究以蒙脱石(Mont)和高岭石(Kao)为辽宁蔬菜大棚及农田土壤层状硅酸盐代表矿物,选取胡敏酸(HA)为有机质代表,土著微生物革兰氏阳性枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,B.s)、革兰氏阴性恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida,P.p)为细菌微生物代表,以此三元体系为主要供试蔬菜大棚土壤组分,以Cd^(2+)、Cu^(2+)为目标元素,借助宏观吸附实验,结合X射线衍射(XRD)、衰减全反射-傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、扫描电镜(SEM)测试分析了Cd^(2+)、Cu^(2+)在矿物-腐植酸-细菌三元混合物上的吸附机理以及Cd^(2+)、Cu^(2+)在复合体上的结合机制。研究结果表明,蒙脱石/高岭石-腐殖酸、蒙脱石/高岭石-B.s及蒙脱石/高岭石-P.p二元复合体对Cd^(2+)及Cu^(2+)的吸附具有加和性,矿物-腐植酸-微生物三元复合体之间表现为拮抗作用。吸附动力学研究表明矿物、有机质、微生物复合体对重金属的吸附动力学符合准二级动力学模型。体系对Cu^(2+)的吸附能力由强到弱为:B. s> P. p> Mont/Kao-B. s> Mont/Kao-P. p> Mont/KaoHA-P.p> Mont/Kao-HA> Mont/Kao。

罗红霉素对小麦硝态氮和铵态氮吸收动力学的影响

为明确在抗生素胁迫下小麦对不同形态无机氮的吸收特性,通过水培的方式,以硝态氮(NO~--N)、铵态氮(NH~+-N)分别作为单一氮源,设置7个浓度水平的NO~--N、NH~+-N和5个质量浓度水平的罗红霉素(Roxithromycin, ROX)组合,以不含ROX处理为对照(CK),探究在ROX胁迫下小麦根系对NO~--N和NH~+-N的吸收动力学特征的变化。结果表明:(1)在不同质量浓度ROX胁迫下,小麦对NO~--N、NH~+-N的最大吸收速率随氮浓度的增高而增加,吸收特征符合Michaelis-Menten动力学模型;与CK相比,不同质量浓度ROX胁迫对2种形态无机氮的最大吸收速率均表现为促进作用;(2)随着ROX胁迫质量浓度的增加,小麦对NO~--N的最大吸收速率(V)持续增加,K值持续降低,吸收能力(α)持续增加;对NH~+-N的V、K值均持续增加,α值先增后降;(3)在10.0 mg/L ROX胁迫下,小麦对NO~--N的吸收能力高于对NH~+-N的吸收能力,而在0.1 mg/L、0.5 mg/L和1.0 mg/L ROX胁迫下,小麦对NH~+-N的吸收能力超过对NO~--N的吸收能力。

恩诺沙星和铜复合污染对蚯蚓消化酶活性的影响

从农田土壤畜禽粪源污染的实际出发,以典型兽药抗生素恩诺沙星(ENR)和饲料添加剂铜(Cu)为污染物,研究了两污染物单一/复合暴露对蚯蚓的毒性效应.结果表明:单一污染暴露下,恩诺沙星(0.1~4 mg·kg-1,28 d)对蚯蚓蛋白酶未产生显著影响,对纤维素酶和碱性磷酸酶产生了抑制作用,而对酸性磷酸酶产生了诱导效应;铜(20~200 mg·kg-1,28 d)对蚯蚓的蛋白酶、纤维素酶和磷酸酶活性总体均表现为抑制效应.复合污染暴露下,两污染物对蚯蚓消化酶的影响以抑制效应为主,且对纤维素酶和酸性磷酸酶的抑制表现出毒性增加的协同效应.消化酶随暴露时间的响应动态规律为:调整性反应(3 d)-激烈反应(7 d)-反应平复(14 d)-慢性暴露(28 d).慢性暴露结果显示,含高剂量(200 mg·kg-1 Cu或4 mg·kg-1 ENR)污染物的复合组更具生态风险性.

天津污灌区菜地土壤团聚体中有机碳和重金属含量特征

以天津某污灌菜地土壤为研究对象,分析干筛法所得不同粒径土壤团聚体颗粒中有机碳及重金属含量特征.结果表明,土壤团聚体粗大颗粒(>2 mm)含量最大,约为70%.0.25～0.5 mm粒级团聚体中Cu、Zn、Cd和Pb含量最高,Cr含量在5～8 mm粒径团聚体中最高,As在不同颗粒中含量差异较小,不同重金属元素含量随土层深度增加而减小.污灌土壤中重金属富集因子表现为Cd> Pb> Zn> Cu> Cr> As,在0.25～0.5 mm粒级团聚体颗粒中Cu、Zn、Cd和Pb分布因子最高,而5～8 mm粒径团聚体中重金属负载因子最大.土壤有机碳含量整体上随团聚体粒径增加表现为先增加后降低,不同粒径团聚体中Cu、Cd、Pb和As含量与有机碳含量呈显著正相关(p<0.05).

抗坏血酸还原降解土壤中的阿特拉津

研究了抗坏血酸还原降解土壤中阿特拉津的效率、影响因素和途径。结果表明:抗坏血酸能有效降解土壤中阿特拉津。当抗坏血酸浓度为20 mmol/L,初始pH为7.0,温度为20℃时,土壤中阿特拉津降解率达到85.5%,降解速率为0.117 d-1。氧气会增加抗坏血酸的消耗量,从而抑制土壤中阿特拉津的降解。在20~50℃内增加反应温度能促进土壤中阿特拉津的降解,抗坏血酸降解土壤中阿特拉津的表观活化能为22.6 kJ/mol。抗坏血酸在碱性条件下降解阿特拉津的效率显著高于中性和酸性。抗坏血酸降解阿特拉津的途径主要包括脱氯、脱烷基和羟基化反应。