生物炭对铜矿区污染土壤微生物活性及香根草富集铜、镉、铅的影响

矿区土壤易发生重金属污染,是土地资源利用和维护的一大难题。以铜矿区污染土壤为研究对象,按质量比添加0,1%,2%,4%,10% (w/w)的生物炭,进行香根草室内盆栽试验。研究添加生物炭对土壤pH和微生物活性、香根草富集与转运重金属的影响,探明重金属形态含量与生物炭、微生物活性的相关性,旨在为生物炭与香根草联合修复矿区重金属污染土壤提供理论参考。结果表明:生物炭的添加能提高土壤pH,显著提高土壤FDA水解酶、蔗糖酶和脲酶活性,显著促进土壤基础呼吸,但对土壤微生物量碳无显著影响;生物炭的添加使香根草生物量显著增大,降低土壤Cu和Pb的有效态占比,Cd的变化与此相反;添加生物炭促进香根草对Cd和Pb的富集,降低香根草对Cu的富集,减少Cu、Cd和Pb在香根草体内的转运,因此香根草可作为Cu、Cd和Pb的稳定化植物。土壤蔗糖酶活性与香根草叶片Cu、Cd和Pb含量、有效态和残渣态Cu含量呈显著正相关,土壤基础呼吸与叶片Cu、Cd和Pb含量、有效态Cu、Pb含量呈显著负相关,而与有效态Cd含量呈显著正相关。总之,生物炭可减弱矿区土壤重金属对香根草生长的毒害作用,并促进香根草对重金属的富集,两者结合可改善铜矿区污染土壤的理化性质和微生物活性,有利于重金属污染土壤修复,改善土壤质量。     

重金属Zn Cu对香根草生理生化指标的影响及其积累特性研究

采用水培方法,研究了不同浓度Zn、Cu对香根草生物量、含水量、叶绿素、MDA、可溶性蛋白质含量、根系活力以及Zn、Cu在香根草体内的积累和分布的影响。结果表明,低浓度的Zn、Cu刺激了香根草的生长,提高了香根草的生物量、含水量、叶绿素含量以及根系活力;高浓度的Zn、Cu使香根草生物量、含水量、叶绿素、可溶性蛋白质含量和根系活力均不同程度地下降,MDA含量增加;香根草根系中积累的重金属含量随处理浓度的增加逐渐增加,当处理浓度为60mg·L-1时,根系干重富集的Zn、Cu分别达到2581和6528mg·kg-1。两种重金属在香根草植株内的分布主要以根部积累为主,地上部积累的重金属含量极少。     

几种重金属钝化剂及其不同添加比例对猪粪堆肥重金属(As,Cu,Zn)形态转化的影响

采用连续提取法研究了猪粪堆肥处理中重金属浓度和形态的变化以及不同添加比例的重金属钝化剂对其浓度和形态的影响.结果表明:经过堆肥处理后,重金属As,Cu和Zn的浓度普遍升高;堆肥处理能促进重金属As,Cu和Zn的形态向活性降低的方向转化,因此堆肥处理可以降低重金属的生物有效性.在3种重金属钝化剂及不同添加比例处理中,猪粪堆肥重金属As的最佳钝化剂及其添加比例为7.5%的粉煤灰,对可交换态As的钝化效果为51.4%;重金属Cu的最佳钝化剂及其添加比例为2.5%的粉煤灰,对可交换态Cu的钝化效果为29.7%;重金属Zn的最佳钝化剂及其添加比例为5.0%的钙镁磷肥,对可交换态Zn的钝化效果为50.0%.因此,堆肥处理中添加重金属钝化剂可以降低猪粪堆肥中重金属的有效性,有利于降低猪粪堆肥土地利用中重金属污染的风险.     

骨炭+沸石对重金属污染土壤的修复效果及评价

采用盆栽试验,研究了铜铅镉复合污染土壤添加骨炭和沸石前后对土壤pH值、土壤中重金属有效态含量、蕹菜生长、重金属吸收量的影响。结果表明,土壤污染后pH值显著降低,土壤中重金属有效态含量显著增加,蕹菜生长不良,株高、鲜重、干重显著降低,同时蕹菜重金属含量增加;添加固化剂后土壤pH值提高了2.21和2.29个单位,土壤有效态重金属含量显著降低,蕹菜株高、鲜重、干重增加,同时使轻度污染土壤上的蕹菜达到卫生安全标准。     

石灰用量对污染红壤和黄泥土中有效态铜锌含量的影响

采用外源加入重金属铜锌硝酸盐的方法,制成铜、锌单一及复合污染的三级污染红壤和黄泥土（Cu 200mg/kg、Zn 400 mg/kg）,稳定一个月,施入低（0.50 g/kg）、中（1.50 g/kg）和高（2.50 g/kg）3种不同用量的石灰,稳定两个月后测定土壤有效态铜、锌含量和pH值,以阐明石灰用量对不同污染土壤中重金属有效态含量的影响。结果表明,随石灰用量的增加,复合污染红壤中有效态铜含量较对照依次降低31%、76%和87%;而石灰用量对黄泥土中有效态铜影响的差异不显著;两种土壤中有效态锌含量均随石灰用量的增加而显著减少;复合污染较单一污染相比,有效态铜及有效态锌的含量差异不显著。在复合污染下,低、中量石灰使黄泥土中有效态铜含量较红壤减少89%和63%,有效态锌减少27%和65%。但加入高量石灰,两种土壤差异不显著。石灰能够降低单一与复合污染铜、锌有效态的含量,但其效果因土壤类型而异,在红壤上选择施用高量石灰而在黄泥土上则适宜施用低中量石灰,以取得最佳的修复效果和效益。     

海泡石对猪粪秸秆厌氧发酵产物中Cd的钝化效果研究

由于饲料添加剂的使用,畜禽粪便中重金属含量增加。因此,为降低厌氧发酵过程中的重金属污染风险,该文以猪粪和玉米秸秆混合为发酵原料,重金属Cd为研究对象,通过添加2.5%的海泡石作为钝化剂,在35℃的条件下进行为期60 d的发酵。利用H_2O、KCl、Na_4P_2O_7、Na OH、HNO_3分级提取法对有机碳含量和重金属Cd在有机质中的分布变化情况进行分析,结果表明:随着发酵的进行,沼渣中有机质含量呈现前中期迅速降低,后期缓慢降低的趋势,且添加钝化剂后沼渣中有机质含量降低;总可提取态有机碳在10%～20%之间,发酵过程中胡敏酸(humicacid,HA)所占比例明显增加,富里酸(fulvicacid,FA)所占比例明显降低,HA/FA也随之增大,说明添加海泡石提高了腐殖质的腐殖化程度;沼渣中所提取的Cd含量达到总量的80%以上,其中大部分的重金属Cd存在于腐殖质中。水溶态和可交换态重金属Cd所占比例随着发酵过程的进行会逐渐降低,矿物质态和残渣态逐步增加,并且添加海泡石这种增加趋势进一步增强;沼渣中腐殖质大部分Cd主要与FA结合。随着发酵的进行,HA含量增加,FA含量降低,HA/FA也逐渐增大,增强了腐殖质中Cd的稳定性,从而降低了沼渣中重金属Cd的毒害作用。因此猪粪秸秆混合厌氧发酵或在这个过程中添加2.5%海泡石作为钝化剂可减少重金属污染的风险。     

煤矿区矸石山周边土壤重金属污染特征与规律

以山东某矿区为例,通过淋溶模拟实验,研究了煤矸石中重金属的淋溶规律,并探讨了煤矸石山周边土壤重金属污染特征.结果表明:风化矸石淋滤液中的Zn、Pb、Cr和Cu浓度较高,并很快稳定;新鲜矸石在淋溶初期检出Zn,其它重金属元素没有检出;风化矸石淋滤液中重金属的含量要高于未风化矸石.矸石山周边表层土壤中的Zn、pb、Cr和Cu较高,且浓度高出矸石淋溶液许多倍,表明煤矸石中重金属淋滤具有长期性,矿区土壤对重金属具有迁移性和富集性.表层土壤重金属含量随着距煤矸石堆的距离增加而呈明显的下降趋势,充分表明矸石山对周边土壤造成了严重的重金属污染,而且在土壤剖面上,重金属含量表现出随土壤深度的增加而降低的趋势.     

连续污泥农用对土壤微团聚体及有机质组分中 重金属分布的影响

采用物理和化学相结合的分组方法,将土壤逐级分离成不同粒径后再分出以有机无机复合体存在的重组,研究施加不同污泥后土壤中不同粒径颗粒、不同重组结合态腐殖质组分中铜锌镉的分配特征。结果表明,土壤重金属浓度随其粒径减小呈不断升高趋势,但施用污泥增加了土壤细砂粒级组分中的重金属所占比例,且随施用污泥中重金属浓度上升而增率升高。施加污泥后,不同粒径土壤颗粒中松结态腐殖质比例明显增加,紧结态腐殖质所占比例下降。施加污泥后土壤细砂颗粒松结态腐殖质中铜锌镉所占比例上升,紧结态腐殖质中铜锌镉所占比例下降。粉砂粒级松结态腐殖质中铜镉比例上升,紧结态腐殖质中铜镉所占比例下降。细粉砂和胶体粒级不同结合态腐殖质中铜锌镉比例没有明显变化。不同粒径组分土壤颗粒中重金属比例变化不仅与不同结合态腐殖质的比例有关,还与土壤颗粒大小和土壤性质有关。     

难溶态锌、镉对香根草抗氧化酶活性及锌、镉吸收的影响

采用土培根袋试验,研究了难溶态锌、镉对香根草生长、抗氧化酶活性、MDA含量及锌、镉吸收累积的影响.结果表明,锌、镉均不同程度抑制了香根草的生长,抑制作用均以锌镉交互＞镉＞锌,以锌、镉复合污染更加剧了对植物的胁迫,不同生长期(75 d和90 d)锌锅处理的香根草地上部和根系的SOD、POD、CAT活性及MDA含量均显著增加,且随重金属毒性增强,酶活性和MDA含量亦增加,香根草根系膜脂过氧化的程度大于地上部,香根草体内锌镉含量以地上部＜根系,但吸收的锌主要富集在地上部,吸收的镉则主要富集在根系,且随着生长期的延长,各锌镉处理的锌镉积累量明显增加.     

两种生物炭对污染土壤铜有效性的影响

采用盆栽试验,探究了添加不同比例(0,1%,2%,4%)玉米秸秆炭和商陆根生物炭对铜污染红壤中小油菜生长与铜有效性的影响。结果表明,与对照相比,添加两种生物炭均能够增加铜污染红壤上小油菜的生物量。在低铜污染水平下,4%玉米炭和商陆炭处理小油菜生物量分别增加了21.2倍和67.9倍;高铜污染水平下,4%玉米炭和商陆炭处理小油菜生物量分别增加了8.6倍和109.6倍。商陆炭的添加能够显著提高土壤p H值,在低铜污染水平下,商陆炭处理土壤p H值升高了0.4~1.66个单位,较玉米炭处理土壤p H值多升高了0.25~1.35个单位;在高铜污染下,商陆炭处理土壤p H值升高了0.33~1.52个单位,较玉米炭土壤p H值多升高了0.3~1.25个单位。向污染土壤中添加两种生物炭均能够显著降低土壤有效态铜的含量。其中,在低铜污染土壤中,4%玉米炭和商陆炭处理土壤有效态铜含量分别降低了21.9%和45.2%;在高铜污染土壤中,4%玉米炭和商陆炭处理土壤有效态铜含量分别降低了41.9%和53.8%。两种生物炭均能够显著降低小油菜铜累积量,向低铜污染土壤中添加4%的玉米炭和商陆炭,小油菜地上部铜含量下降了21.2%、67.8%。高污染土壤中添加4%的玉米炭和商陆炭小油菜地上部铜含量下降了19.9%、66.8%。两种生物炭均可以改良红壤的酸度,降低土壤铜有效性,并提高小油菜的生物量,降低小油菜铜累积量,但是商陆炭的效果更为明显。     

铜川三里洞煤矿煤矸石风化土壤重金属分布及污染状况分析

研究煤矿矸石地的土壤重金属分布及污染状况可为污染治理和植被恢复提供科学依据。通过测定陕西省铜川市三里洞煤矿煤矸石风化土壤中Cu,Cr,Cd,Ni,Zn,Pb共6种重金属元素的含量,应用地质累积指数法和潜在生态危险指数法对排矸场风化土壤污染状况进行了分析与评价。结果表明:在地形较平坦,排矸年限长,植被覆盖度大的地段,重金属元素含量较高,而且分布趋于稳定。在坡地,坡下部重金属富集和积累比较明显,一般坡下部重金属含量高于坡上部和坡中部。排矸场Cd污染最为严重,为中度或偏重度污染,且潜在生态危险水平也达到了重度或极重;Cu,Ni,Zn为轻度污染,Cr和Pb污染轻微,个别地段达到轻度污染,这5种重金属元素均达到轻度潜在生态危险水平。可见,该排矸场亟需加强重金属污染的预防和治理。     

不同改良剂对黑麦草在铜矿尾矿砂上生长的影响

Montmorillonite, rice straw, organic manure and chemical fertilizer were used as amendment materials for copper mine tailings, and their effects on mine tailing pH, nutrients and metal availability to ryegrass were investigated. Chemical fertilization was the most effective one in improving ryegrass growth in mine tailings among the amendment materials examined. It was found that montmorillonite raised biomass of ryegrass at the 1st and 2nd cuts, but it did not give further positive effects at the 3rd and 4th cuts. The effect of organic materials on ryegrass growth was not so good as expected, mainly due to their slow decomposition in mine tailings with less soil microorganisms. Available Cu and Zn contents in mine tailings decreased in the presence of montmorillonite but increased when rice straw and organic manure were used as amendments. Cu and Zn contents in ryegrass decreased with increasing the rate of montmorillonite application but increased with the rate of rice straw. Zn showed much stronger mobility from soil to ryegrass than Cu, and almost all the available N and P in mine tailings, except for the treatments with organic manure, were completely consumed after ryegrass had grown in mine tailings for more than four months and been harvested for four times. Owing to its large biomass and high metal uptake, ryegrass is a potential plant for remediation of metal contaminated soils in practice.     

Enzyme Activities in a Sandy Soil Amended with Sewage Sludge and Coal Fly Ash

Previous studies showed that coal fly ash could stabilize sewage sludge by reducing metal availability, but fly ash may cause an adverse effect on soil microbial activities. Therefore, an experiment was performed to evaluate the effects of amendment of soil with anaerobically digested dewatered sewage sludge, stabilised with alkaline coal fly ash, on soil enzyme activity and the implications for soil nutrient cycling. Sewage sludge was amended with 0, 5, 10, 35 and 50% w/w of fly ash, and then the ash-sludge mixtures were incubated with a sandy soil at 1:1 (v/v). Dehydrogenase activity decreased with an increase in fly ash amendment level and the time of incubation. Soil receiving 5% ash-sludge amendment had a higher dehydrogenase activity than other treatments. Soil receiving 10% ash-sludge mixture had the highest urease activity and in general, urease activity decreased with increasing incubation time. Phosphatase activity was the highest at 5% ash-sludge mixture amended soil and no general trend was observed with time. Water-soluble Zn, Mn and Cu contents were suppressed by the addition of fly ash. The present experiment indicated that addition of 10% ash-sludge mixture should have a positive benefit on the activity of soil microorganisms, N and P nutrient cycling, and reduce the availability of heavy metals.     

青海江仓圣雄煤矿矸石堆积对周边高寒湿地植被和土壤影响

针对高寒地区露天煤矿开采产生的煤矸石堆积对多年冻土区高寒湿地的影响问题,本文通过地面调查、取样比较,研究分析了矿区周边高寒湿地植被和土壤特征对煤矸石渣山堆积的响应。结果表明,矿区煤矸石堆积的4年时间已经对周边近、中、远不同距离(300m,650m,1000m)高寒湿地植被和土壤产生了一定程度的影响,引起原生莎草类盖度和高度减小,靠近煤矸石渣山区域的牧草高度降低,中距离杂草平均高度比近距离高2.65cm。矸石堆积造成周围土壤容重增加,全氮和有机质含量逐渐减少,远距离0-10 cm土层全氮和有机质平均含量分别是近距离的1.16和1.20倍。高寒湿地土壤真菌和放线菌数量减少, 0-10cm土层近距离样区真菌数量仅为中距离的51.8 %,中距离样区放线菌数量分别是近距离和远距离的4.32和3.4倍。除锌元素和镉元素以外,煤矸石堆积没有显著影响土壤砷、铬、镍、铜、汞、铅等6种重金属元素含量。随机森林算法分析表明,杂草类高度,Zn元素含量,土壤容重、莎草盖度、有机质含量是煤矸石堆积对周围高寒湿地影响的主要因子。     

污泥与施污土壤重金属生物活性及生态风险评价

将城市污泥以不同质量比施于土壤中构成污泥混合土壤,研究各污泥配比土壤中重金属的生物活性,并采用三种重金属评价方法(地累积指数法、潜在生态风险指数法、综合毒性指数模型)和黑麦草对重金属的吸收富集效果来对施污土壤中重金属具有的生态风险性进行评价。结果表明:污泥的添加使土壤中生物活性态Cd、Cu和Zn含量显著增加,对三种重金属具有活化作用,但对Pb却起到钝化作用。生态风险评价结果表明:污泥的添加使土壤中Pb呈现无污染和低生态风险;Cu和Zn呈现中度污染和低生态风险;Cd达到强度污染和重度生态风险,重金属潜在生态风险(RI)总体处于强度生态风险水平。当污泥添加比例大于6:10(污泥S3处理)时,施污土壤中重金属的综合毒性指数高于土壤对照。黑麦草对Cd、Pb、Cu和Zn的富集浓度与施污土壤中对应重金属的生物活性态含量存在显著正幂指数关系,同时黑麦草对施污土壤中Cd、Cu和Pb的富集能力大小与地累积指数法和潜在生态风险指数法对三种重金属具有的生态风险性的评价结果具有一致性。     

黄土区大型露天煤矿煤矸石自燃对复垦土壤质量的影响

为了研究煤矸石自燃对复垦土壤质量的影响,以复垦13 a的平朔安太堡露天矿区南排土场1420平台正常复垦土壤与自燃退化土壤为研究对象,分析研究了煤矸石自燃对复垦土壤的理化性质、重金属含量、土壤微生物区系和土壤酶活性的影响,并选取原地貌土壤为参照。研究结果表明, 煤矸石自燃对复垦土壤的物理性状影响很大。土壤体积质量、总孔隙度、毛管孔隙度与非毛管孔隙度、田间持水率发生突变。南排1420煤矸石自燃复垦土壤的体积质量显著比正常平台和原地貌土壤的要小,总孔隙度要大,而且主要是非毛管孔隙度,表层土壤和20～40 cm的土壤的非毛管孔隙度高达42.08%和39.49%,远高于正常平台和原地貌土壤,而毛管孔隙度仅有16.41%和15.60%,远低于正常平台和原地貌土壤,田间持水率仅为14.92%和13.11%,为正常平台复垦土壤的47.76%和39.95%。煤矸石自燃可以降低复垦土壤的有机质、速效磷质量分数以及pH值,而提高复垦土壤表层速效钾的质量分数。煤矸石自燃可增加复垦土壤0～20 cm中Pb、Cr、Hg的质量分数,特别是Cr和Hg的质量分数略高出土壤环境质量一级标准。煤矸石自燃对土壤微生物数量影响甚大,煤矸石自燃复垦土壤微生物数量极少,仅为正常平台复垦土壤的0.82%,其中细菌为正常平台复垦土壤的0.80%,放线菌为1.64%,真菌为1.24%。煤矸石自燃可大大降低复垦土壤的过氧化氢酶和蔗糖水解酶活性,特别是蔗糖水解酶活性,而表层复垦土壤的脲酶活性略有提高。总之,煤矸石自燃造成复垦土壤极度退化,大大降低了复垦土壤的质量。     

粤北铅锌矿区土壤生态系统微生物特征及其重金属含量

粤北大宝山金属矿产资源的开发给生态环境带来了严重危害。对该铅锌矿区土壤的微生物特征进行研究。结果表明:五节芒植物中的元素含量表现为Zn>Pb>Cu>Cd,Zn与土壤元素的相关性最为显著,其次为Pb。与对照土壤相比,矿区土壤的微生物基础呼吸作用增强,但微生物生物量却显著降低,微生物生理生态参数Cmic/Corg、qCO2值明显升高。随着矿区土壤的重金属含量增加,矿区(1#、2#)土壤的生化作用强度明显下降,生化作用表现为与土壤重金属含量呈显著负相关。与非矿区(6#)土壤相比,其中土壤氨化作用、硝化作用、固N作用和纤维素分解作用强度分别下降43.19%～70.01%,70.71%～92.02%,58.54%～87.76%和55.00%～79.60%。生化作用表现为与土壤中重金属含量呈显著负相关。土壤微生物活性下降是矿区土壤生态系统遭受破坏的重要标志之一,也是矿区土壤微生物生态演变的重要因素之一。土壤微生物活性降低削弱了矿区土壤中C、N营养元素的循环速率和能量流动。     

鸡粪改良对铜尾矿基质中无机氮组分及3种豆科植物生长发育的影响

基质改良和耐性物种选择是重金属矿业废弃地生态修复的关键。本文通过室内盆栽试验,以4kg尾矿为植物盆栽基质,分别加入腐熟鸡粪0、8、16、32g混匀,记作MA0（CK）、MA8、MA16、MA32处理方式,研究不同比例腐熟鸡粪改良对铜尾矿基质中无机氮组分及3种豆科植物决明（Cassia tora）、田菁（Sesbania cannabina）、菽麻（Crotalaria juncea）生长发育的影响。结果表明,添加鸡粪改良处理后,3种豆科植物生长的尾矿基质中均以硝态氮为有效氮的主要形态,总无机氮含量为17.96～44.82mg·kg-1。其中菽麻MA32处理组尾矿基质中铵态氮含量（5.31mg·kg-1）最高,菽麻MA16处理组尾矿基质中硝态氮含量（43.06mg·kg-1）和总无机氮含量（44.82mg·kg-1）最高。MA16处理时,田菁和菽麻叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b值均表现最大。3种豆科植物叶绿素a/b为0.92～1.08。在同一鸡粪比例处理中,菽麻叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b值均显著高于决明和田菁（P〈0.05）。鸡粪改良铜尾矿基质能够促进3种豆科植物生长,植物株高、冠幅、根长均增加,并且随着生长期延长,增加明显。其中MA32处理菽麻70d株高（94.40cm）最大,阻止尾矿风蚀水蚀的效果最好。综合分析表明,MA16处理方式可作为鸡粪改良铜尾矿基质理想的比例模式,菽麻可作为铜尾矿生态修复优选植物种。     

Changes in Cd,Cu, Ni,Pb and Zn Fractionation and Liberation Due to Mussel Shell Amendment on a Mine Soil

Mining activities are related to relevant environmental pollution issues that should be controlled. We used sequential extractions to fractionate Cd, Cu, Ni, Pb and Zn retained on unamended or mussel shell‐amended mine soil samples, all of them treated with a mixture of the five heavy metals (total metal concentration of 1·57 mmol L⁻¹), after 1, 7 and 30 days of incubation. In addition, we used the stirred flow chamber technique to study the release of each of the five heavy metals from these different unamended and shell‐amended soil samples. The results indicate that the shell amendment caused a decrease in the most soluble fraction, while increasing the most recalcitrant (least mobile) fraction. With equivalent implications, the stirred flow chamber experiments showed that mussel shell amendment was associated to a decrease in heavy metal release and increased retention. The highest mussel shell dose and incubation time caused the most relevant changes in pH values and thus in metal retention, also indicating the importance of pH modifications in the mechanism of retention acting in the amended samples. In view of these results, the use of mussel shell amendment can be encouraged to increase heavy metal retention in acid mine soils, in order to minimise risks of environmental pollution. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.