基于Web of Science对土壤胶体影响重金属行为研究的计量分析

为全面了解土壤胶体影响重金属行为方向的研究现状和前沿动态,基于Web of Science(WoS)核心合集数据库,利用WoS自带分析工具、HistCite引文图谱分析软件、VOSviewer和Citespace可视化分析软件对1990—2021年间土壤胶体影响重金属行为的文献进行了计量分析。结果表明,在世界范围内该方向的发文量逐年稳步增长,我国相关研究起步较晚,但近些年呈现迅猛发展的势头。目前土壤胶体影响重金属行为研究发文量最多的国家和研究机构分别是美国和中国科学院,发文量最高的期刊为Environmental Science&Technology,主要研究学科为环境科学与生态学的交叉学科。关键词聚类分析显示“土壤胶体颗粒粒径分级与重金属的形态分布”、“土壤胶体的释放、沉积及对重金属的吸附作用”和“土壤胶体颗粒的迁移机制与迁移模型研究”为主要的研究主题,人工纳米颗粒在土壤中的行为、迁移转化以及生物有效性是现阶段的研究热点。利用场流分离技术结合单粒子电感耦合等离子体质谱等技术,探讨土壤胶体与人工纳米颗粒之间发生的复杂相互作用及其对人工纳米颗粒迁移归趋与环境命运的影响,是未来的主要研究方向。

中国土壤污染与修复科技研究进展和展望

土壤污染与修复是土壤学的一个重要分支学科,对推进中国土壤污染管控与修复工作、保障国家土壤环境安全和生态文明建设发挥着重要的科技支撑作用。简要分析了中国土壤污染状况,介绍了国内外土壤污染与修复技术研究现状与发展趋势,指出了我国土壤污染防治科技研发中存在的若干问题,提出了今后我国土壤污染与修复科技研究与发展的总体思路与主要方向等对策建议。

外源秸秆对污染土壤氧化还原过程水分散性胶体态重金属的影响

土壤胶体尤其是水分散性胶体,作为一种重要的污染物载体,在重金属吸附、迁移以及生物吸收过程起着重要作用。通过土壤培养试验探讨了外源添加水稻秸秆在氧化还原波动条件下如何影响土壤液相中及水分散性胶体中重金属的分布。结果表明,外源秸秆增加厌氧过程液相中溶解性有机碳(DOC)、砷(As)、铁(Fe)、锰(Mn)、钙(Ca)、钾(K)、硅(Si)、铝(Al)、镁(Mg)等浓度,降低了厌氧过程氧化还原电位(Eh)及铜(Cu)、铅(Pb)等浓度,提高了好氧过程Pb浓度。利用非对称流场流分馏-紫外可见-电感耦合等离子体-质谱联用技术(AF4-UV-ICP-MS),测得水分散性胶体颗粒主要分布在0.3~3 kDa、3~40 kDa和130 kDa~450 nm三个粒径范围,各粒径颗粒的组成有所差异,主要含有机质、无机黏土矿物和铁矿物等。外源秸秆促进液相中Fe和As由胶体态向溶解态转化,促进镉(Cd)和Cu由溶解态向胶体态转化。本研究有助于揭示农业活动影响重金属迁移转化及有效性的界面机制。

复合功能材料原位修复氯代烃污染地下水的长效性研究

针对我国地下水氯代烃污染问题,以椰壳生物炭和零价铁为主要原材料,研制了一种具有生物活性的复合功能材料,并在江苏某氯代烃污染地下水场地开展了中试研究.现场监测数据显示,复合功能材料可持续缓释碳源和铁源,能够实现脱氯降解菌驯化生长.通过16S rRNA基因测序发现,可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier,PRB)运行1140天时,复合功能材料中脱氯降解菌的相对丰度(1.9%~8.3%)高于初始PRB材料(0.5%).PRB运行1140天后,复合功能材料的表面形态仍保持稳定.在2000天的运行周期内,PRB对不同氯代烃污染物的去除率为13.7%~100%.复合功能材料可通过吸附、铁还原和微生物降解复合机制高效去除地下水中的氯代烃.研究可为氯代烃污染地下水原位修复提供重要技术支撑.

氢气代谢及其环境生物修复功能研究进展

分子氢是多种微生物代谢之间相互作用的关键中介物,环境中产氢微生物和耗氢微生物的活动决定了全球氢气循环,对其他重要元素生物地球化学循环具有潜在的驱动作用。环境功能微生物在维持环境生态系统平衡、消除次生环境污染等领域中扮演着不容忽视的重要作用。因此,理解环境中氢气代谢(氢气的产生和消耗)微生物对生态环境的影响及其在环境生物修复中的作用与功能,对认识氢气的生态环境效应并将该生物能源应用于生物修复具有重要的科学意义和实践价值。系统分析了氢气代谢过程及氢化酶的分类和功能,总结了微生物产生和消耗氢气的多种途径及其对土壤生态环境效应和生物修复作用的影响,指出了目前氢气代谢过程及氢化酶应用于环境生物修复领域存在的关键科学技术问题,提出了未来的研究思路与重点方向,以推动氢气这种生物能源成就一种有前景的环境污染修复策略。

场地土壤环境承载力估算及其在土壤污染修复目标值确定中的应用

土壤环境承载力研究是“土十条”中加强土壤污染防治研究的重要内容,在场地土壤污染修复目标值确定方法中耦合土壤环境承载力的估算模型能够极大地提升修复目标值制定的科学性。以江苏省某市废弃化工场地为研究对象,针对场地土壤中的三种主要污染物汞、六氯苯和氯苯,通过场地土壤布点采样分析,进行了污染物浓度空间分布特征分析和健康风险评价,并基于土壤环境承载力计算公式进行了三类目标污染物的土壤环境承载力和修复目标值的估算。研究结果表明,目标场地土壤中汞和六氯苯浓度超过筛选值的样点占到总样点的50%以上,而氯苯浓度超过筛选值的样点占到了总样点的17%,其空间分布主要受生产过程中的污染源的分布及生产工艺影响;土壤汞和氯苯存在较为严重的非致癌风险,而六氯苯存在严重的致癌风险;以风险筛选值作为环境质量标准的一般情景下的三种污染物的土壤环境承载力均有样点出现了小于0,即超过承载力的现象;以风险管控值为环境质量标准的乐观情景下,该三种污染物的环境承载力均大于0,即该区域还具备继续吸纳污染物的能力;基于土壤环境承载力估算模型的修复目标值较对应的风险筛选值和管控值均高出1.8倍~1.9倍,这是由于在承载力估算模型中对风险产生过程以及土壤对污染物吸附固定过程进行了系数校正的原因。以上研究结果为污染物的土壤环境承载力研究的发展及应用提供了思路和技术方法。

土壤中抗生素抗性基因的环境行为与阻控研究进展

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的传播威胁着生态环境安全和人体健康,已成为一个全球性的问题。土壤中抗生素抗性基因的分布、来源、扩散传播以及消减技术已成为一个研究热点。本文在简要介绍自然环境和受人类活动干扰土壤中抗生素抗性基因分布水平的基础上,分析了土壤中抗生素抗性基因的主要来源,剖析了抗生素抗性基因由土壤向其他环境介质(水、植物)传播的规律及其影响因素,如土壤理化性质、农艺调控和环境中污染物等。进而探讨了环境中各种生物和非生物因素对土壤中抗生素抗性基因持久性的影响和环境中抗生素抗性基因的消减技术,包括好氧堆肥、厌氧发酵、水处理工艺等。最后,提出遵循“大健康(One Health)”准则,以跨学科的方法控制抗生素抗性基因在环境中的传播,以更全面地将抗生素抗性基因对人类的健康风险降低至最低水平。

中国土壤环境监测装备领域专利情报分析

土壤环境动态数据可为农业可持续发展和环境管理决策提供科学依据。研发成本低、性能稳定且精度高的土壤监测装备是实现土壤数据快速获取的关键。基于incoPat科技创新情报平台,检索了2000年至2019年期间国内外土壤环境监测装备的专利产出,对专利申请数量、技术构成、区域分布、主要申请人、法律状态等方面进行了分析,以揭示中国土壤环境监测装备领域的研发状况、技术发展趋势和产学研合作情况。结果表明,近年来,中国土壤环境监测装备领域专利数量急剧增加;土壤监测指标从土壤肥力指标向污染物和生物监测指标拓展,结合现代信息技术等新兴技术发展智能化的原位监测装备正在发展,新的研发充分考虑了定性与定量的结合;我国在土壤环境监测装备领域的专利申请人多隶属高校和科研院所,企业参与度较低。综上,土壤污染物和生物指标的监测已成为焦点,生物和信息新技术成果正逐步引入土壤环境监测设备的开发;中国在土壤环境监测装备领域的产学研合作研发亟需加强。

高级氧化技术修复苯并[a]芘污染土壤研究进展

苯并[a]芘是我国土壤中典型的持久性有机污染物之一,其高疏水、难降解的特性成为多环芳烃污染土壤修复的技术瓶颈.在苯并[a]芘污染土壤修复研究的初期,微生物降解被认为是最有效的修复方法.近二十五年来,高级氧化技术在苯并[a]芘污染土壤修复中受到持续关注,应用潜力巨大,了解不同氧化方法修复苯并[a]芘污染土壤的机制与影响因素有助于深化理论研究及应用.本文在简要介绍高级氧化技术修复苯并[a]芘污染土壤历史的基础上,重点综述了芬顿、过硫酸盐、臭氧等高级氧化技术修复的研究进展,并探讨了土壤结构性质对高级氧化技术修复的影响,最后对高级氧化技术修复苯并[a]芘污染土壤进行了展望,以期为多环芳烃污染土壤修复提供理论基础.

电动强化过硫酸钠修复多氯联苯污染土壤的研究

选取PCBs实际污染土壤为研究对象,研究了电动增强Na2S2O8氧化修复PCBs污染土壤的效果,同时考察了两端投加、反转电场和碱活化Na2S2O8对土壤中PCBs降解的影响。结果表明,从阴、阳极分别加入10%的Na2S2O8,增大了电流强度和电渗流量,电场能够促进Na2S2O8在土壤中的迁移以及对土壤中PCBs的降解。从土壤中残留PCBs的分布可以看出,电渗流对氧化剂的迁移作用要高于电迁移。由于阴极的去极化作用,反转电场没有促进Na2S2O8对土壤中PCBs的降解。碱活化Na2S2O8对土壤中PCBs的去除效率最高,达28.7%。PCBs的去除率较低跟土壤的异质性和氧化剂的损失有关。

基于Web of Science对土壤重金属污染修复研究的计量分析

为了解国内外土壤重金属污染修复技术的最新研究进展、研究热点及发展趋势,通过Web of Science^(TM)核心合集数据库,利用Web of Science(简称WOS)数据库自带的分析工具、Hist Cite引文图谱分析软件、VOSviewer可视化分析软件和Origin 9.1作图软件,从发文量TOP10的国家(地区)、高产作者、来源期刊、重要研究机构、研究方向热点等方面对21世纪以来(2000—2016年间)发表的有关土壤重金属污染修复研究文献进行计量分析。结果表明:该领域研究中国发文量第一,但均篇被引次数较低;高产作者主要来自美国和中国,前三名分别为美国作者Ma L Q、比利时作者Vangronsveld J和中国作者Zhou Q X(周启星);重要研究机构前三名为中国科学院、浙江大学和美国佛罗里达大学;主要期刊有Environmental Science&Technology、Journal of Hazardous Materials、Chemosphere和Environmental Pollution等;主要研究热点是植物修复技术以及生物修复、固化/稳定化修复技术;主要研究的土壤重金属对象是镉(Cd)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)、类重金属砷(As)等;研究主要涉及的学科是环境科学、生态学、工程学、农学和水资源学等。本文对该领域初学者了解该领域研究方向、发展趋势和研究热点具有指导意义。

重金属Pb、As污染土壤的稳定化修复评价方法研究

稳定化修复是广泛应用的土壤修复技术之一,然而目前对该项技术修复效果的评价方法并不完善。鉴于此,提出分层原位取样的淋溶实验及外源污染的截留柱实验作为评价方法,分别评价稳定化修复过程中重金属在土壤中的迁移风险和稳定化修复的适应性。结果表明,稳定化修复后5cm深度土壤浸出液中As和Pb浓度分别降低了92.6%和98.4%;而稳定剂对于25cm深度土壤中的Pb、As截留效果不同,稳定化修复后的As污染土壤对Cd有较好的截留效果,而稳定化修复后的Pb污染土壤对于Cd的截留能力低于对照组。基于淋溶实验和截留柱实验的评价方法具有良好的应用前景。

稻田上覆水中光致活性组分形成过程及其环境效应研究进展

稻田上覆水中富含有机质、亚硝酸盐和硝酸盐等光敏活性物质,在太阳光作用下会产生三重激发态有机质(^(3)CDOM^(*))、单线态氧(^(1)O_(2))和羟基自由基(•OH)等活性组分,其对稻田污染物转化和碳氮等元素循环具有重要意义。基于此,综述了稻田上覆水中光致活性组分产生过程和机制,重点介绍了水稻不同生长周期内光活性组分的类型、通量变化趋势;探讨了不同环境因素对自由基产生的影响;阐述了上覆水光致活性组分对稻田中砷和不同有机污染物的非生物转化贡献与机制,并展望了稻田上覆水光化学过程的未来研究方向。

基于文献计量学分析2016年环境土壤学研究热点

本文基于文献计量学方法,结合Cite Space软件,分析了2016年国内外土壤学及环境科学领域中与土壤有关论文的关键词,揭示了2016年环境土壤学的研究热点和方向,其结果在一定程度上也反映了农业环境科学领域关注的一些重点问题。我们以Soil为关键词,在Web of Science上检索到环境科学和土壤科学SCI论文11 747篇。关键词的聚类结果显示2016年的研究热点是"重金属污染与生物累积效应"、"土壤有机污染与生物降解"、"土壤管理与元素循环"、"土壤固碳与全球气候变化"。中国、美国发文量名列前两位,国内中国科学院和西北农林科技大学位列发文量前两位。在CNKI数据库中共检索到2936篇核心期刊论文,关键词共现图谱显示"土壤微生物与环境污染"、"土壤理化性质与水盐运移"、"土壤有机碳与环境效应"、"土壤区域环境与空间变异"为国内期刊论文的主要研究热点。

中国农田土壤农药污染现状和防控对策

随着农药长期大量的施用,农药残留及其污染问题日益严重。因此,针对我国农业生产中涉及的三类主要农药除草剂、杀虫剂和杀菌剂的施用情况及其农田土壤中残留特征进行了阐述,对农田土壤因农药残留造成的作物抗性危害、生态环境风险以及人类健康潜在风险等进行了分析,并对农药污染农田土壤的微生物修复、植物修复以及菌根修复的研究状况进行了介绍,在此基础上提出了农田土壤农药污染综合治理的防控对策。

新时期中国土壤科学发展现状与战略思考

土壤科学在保障国家农业可持续发展和生态文明建设中具有重要的学科战略地位。本文全面扼要分析了国内外土壤科学研究现状和发展态势,结合未来土壤科学发展的国家战略需求与关键科学问题,梳理了未来5~10年我国土壤科学拟重点发展地球关键带过程与土壤功能演变、农田土壤健康与质量提升理论与技术、区域土壤复合污染过程与绿色修复、土壤生物过程与功能等优先领域和重要方向,以期进一步推动我国土壤科学跨越式发展。

淋洗法修复铬渣污染场地实验研究

铬渣污染场地已经列为我国土壤污染重点治理对象,急需修复铬渣污染土壤的关键技术。本文通过室内模拟实验,采用振荡淋洗的方法研究了水、EDTA、EDDS、柠檬酸、草酸、盐酸、磷酸、环糊精和十二烷基苯磺酸钠等淋洗剂对铬渣污染场地Cr的淋洗效果,探讨了淋洗剂浓度、淋洗时间、土水比、淋洗次数等对淋洗效果的影响,并研究了不同淋洗剂复合对Cr的淋洗效果以及不同浓度柠檬酸淋洗前后重金属形态的变化。结果表明:水、EDTA、EDDS、环糊精和十二烷基苯磺酸钠对Cr的去除率较低,柠檬酸在浓度为0.5mol·L-1、土水比1:20、反应时间为24h、淋洗次数为2次的条件下可以达到最佳淋洗效果,Cr的去除率可达到82.8%;SDBS、EDTA与柠檬酸单独组合顺序或者混合淋洗,都没有增加柠檬酸对Cr的去除率。重金属形态分析表明,柠檬酸淋洗有效地改变了Cr的形态从而达到较高的修复效果。当柠檬酸浓度小于0.25mol·L-1时,对铬的去除主要以C(rⅥ)为主;当柠檬酸浓度大于0.25mol·L-1时,对铬的去除主要以C(rⅢ)为主。本文的研究结果为异位淋洗修复铬渣污染土壤提供理论依据。

柠檬酸土柱淋洗法去除污染土壤中Cr的研究

为降低铬渣污染场地土壤中高含量铬向其周围农田、水体迁移的风险,我国急需修复铬渣污染土壤的关键技术和数据支撑。采用柠檬酸进行模拟土柱间歇式淋洗的方法,研究滤液中总Cr含量和pH值的变化规律,分析了淋洗前后不同深度土壤中重金属形态的变化,并对淋洗后土壤中C(rⅥ)含量随深度变化的迁移规律进行了研究。结果表明,间歇淋洗方式造成滤液中总Cr含量和pH值跳跃式变化,提高了去除率。淋洗后土壤pH值从11.9降至8.8,土壤C(rⅥ)从土柱顶部向底部强烈迁移。当淋洗量达到5.4个孔隙体积(水土比为2.88)时,土壤总Cr去除率为29.3%,且土壤中主要污染物C(rⅥ)的去除率达到50.8%。柠檬酸淋洗能有效去除酸可提取态部分Cr,降低原场地污染土壤的环境风险,柠檬酸间歇淋洗法可作为修复高污染铬渣场地土壤的初步措施。

场地土壤-地下水污染物多介质界面过程与调控研究进展与展望

近年来,中国重点行业场地土壤-地下水重金属和有机污染物污染十分突出,已成为土壤环境治理修复亟待解决的重要问题之一。多介质界面是控制场地系统复合污染物环境行为的关键。因此,开展场地土壤与地下水污染物多介质界面过程与调控机制研究,对于认知场地污染成因与治理修复具有重要的科学意义。系统分析了国内外场地土壤-地下水污染物多介质界面过程与调控研究进展与发展趋势,指出了目前该研究领域中存在的科学与技术问题,提出了我国场地土壤-地下水污染物多介质界面过程与调控原理的研究思路与重点方向,以推动我国场地土壤和地下水环境科学理论与技术的发展。

一株副球菌对污染土壤中多环芳烃的降解研究

从受多环芳烃(PAHs)长期污染的土壤中分离到一株降解PAHs的噬氨副球菌(Paracoccus aminovorans)HPD-2。使用HPD-2的菌液对PAHs污染的土壤进行了2周的生物降解试验,结果表明加入HPD-2能够明显提高土壤中PAHs的降解率。加菌土壤中PAHs的总去除率为22.9%,PAHs各组分的降解率在19.5%～36.2%之间。其中三环PAHs的降解率最高(36.1%),五环次之(26.0%),四环的最低(20.9%)。对土壤微生物的计数结果发现,HPD-2的加入显著提高了土壤中细菌的数量,而对放线菌和真菌的影响不明显。PCR-DGGE分析结果表明,降解过程中HPD-2可能成为土壤中的优势菌。以上结果表明该菌株在PAHs污染土壤的生物降解中具有较好的应用前景。