天然多孔矿物材料在土壤改良和土壤环境修复中的应用及研究进展

天然多孔矿物在孔隙结构、吸附特性、离子交换特性、催化特性、微溶效应等多方面呈现明显特殊性和优异性，能够有效地改善土壤微环境和修复污染的土壤。文中对天然多孔矿物及其改性材料在土壤改良和土壤环境修复中的应用及研究进展进行了综合阐述，其中包括天然多孔矿物材料的环境属性、结构化学特性、在土壤改良中应用、在重金属污染土壤修复中应用、在有机物污染土壤修复中应用和在病毒污染土壤修复中应用等多个方面的内容，为天然多孔矿物在土壤环境科学研究中使用提供必要的技术依据。天然多孔矿物的资源特性和环境属性非常适合于我国土壤环境的改良和修复的应用条件，具有重要的研究和经济意义。     

硅酸盐钝化剂在土壤重金属污染修复中的研究与应用

土壤重金属污染治理是目前我国土壤污染治理的重点,黏土矿物、单硅酸盐及硅肥等硅酸盐钝化修复材料是重要的土壤重金属化学稳定剂。本文通过综述硅酸盐钝化剂的分类与特点,阐明了硅酸盐钝化剂在土壤重金属污染修复过程中的吸附、沉淀及植物-微生物作用机理与影响因素,提出将土壤重金属污染修复与农作物增产相结合,开发具有枸溶、缓释特性,对重金属具备吸附、沉淀与生物抑制功能且有利于农作物生长的长效硅酸盐土壤重金属钝化剂具有重要的实际意义。     

砷-重金属复合污染土壤稳定化材料研究进展

我国土壤重金属污染现状十分严峻,多金属复合污染,尤其是砷-重金属复合污染普遍存在,治理难度大。土壤中累积的多金属污染物严重威胁土壤健康、农产品安全与人居环境安全。因此,多金属复合污染土壤修复是土壤污染治理和风险防控的重要命题。固化/稳定化技术是我国最为广泛使用的污染土壤修复技术,通过投加稳定化材料,降低多金属污染物在土壤中的可迁移性与生物有效性,从而实现多金属污染物暴露途径的有效阻断。对砷-重金属型复合污染土壤的稳定化作用机理进行了详细阐述并梳理了应对砷-重金属复合污染土壤的新型修复材料。砷与其它重金属的协同稳定化主要通过表面络合与沉淀作用实现。富含铁、钙元素的材料对这种类型土壤的稳定化具有优异的作用效果。砷-重金属协同稳定化材料的修复效果取决于稳定化材料的类型、复合污染物的种类、材料施用量、土壤条件(如pH,氧化还原电位、阳离子交换量等),其中pH和土壤可溶性有机质含量对稳定化效果有显著的影响。本文发现,功能化生物质复合材料、工业固废基材料、改性复配天然矿物等绿色修复材料是近年来研究的热点。未来的研究亟须考虑砷与重金属污染物协同稳定剂的长效性,以及通过大田试验验证新型材料的应用潜能。     

黏土矿物在土壤重金属污染中的应用研究进展

黏土矿物作为土壤的重要组成成分之一,因其自身的组成和结构特性在土壤重金属污染钝化修复中有较为广泛的应用。目前常见的黏土矿物包括高岭石、蒙脱石、沸石、海泡石等。详细介绍了各类黏土矿物在重金属钝化修复治理中的应用,阐述了黏土矿物对土壤重金属污染的修复机理,包括离子交换、共沉淀和配合反应等。此外还探讨了黏土矿物钝化修复的影响因素,包括重金属种类、黏土矿物类型、土壤性质等。从修复实际出发,展望了黏土矿物在土壤修复应用中的未来发展,今后应多关注黏土矿物对土壤-作物系统的潜在环境风险和黏土矿物修复效果的田间长期稳定性。     

镉砷复合污染土壤钝化材料研究进展

我国土壤重金属污染严重,尤以镉砷污染最为突出。镉砷复合污染土壤中各元素间表现为拮抗和协同等作用,其有效态含量受土壤pH变化和氧化还原电位等的影响,增加了镉砷复合污染土壤的修复难度,严重威胁我国粮食安全。综述了常见的镉砷复合污染土壤钝化修复材料的优缺点及其对镉砷复合污染土壤钝化修复效果和机理。常见的钝化材料有生物质炭类、磷酸盐类、金属及其氧化物类、含硅类材料、黏土矿物类、有机肥类和新型材料等。有大量研究表明生物质炭材料对镉有良好的吸附效果,为了同时钝化镉砷,通常使用改性生物质炭或与其他材料配合施用,常见的改性/配施材料有金属及其氧化物、黏土矿物、家禽粪便、复合肥等,其钝化反应机制包括离子交换、共沉淀和表面络合等;磷酸盐类主要与铁盐或铁粉配施,通过吸附和同晶替代钝化镉、点位竞争机制钝化砷;金属及其氧化物类多与生物质炭、石灰和黏土矿物等配施,通过专性吸附和共沉淀钝化镉、氧化还原和络合作用等钝化砷;铁硅肥、硅钙肥、硅钾肥等通过共沉淀钝化镉、专性吸附和点位竞争机制钝化砷;黏土矿物中多施用海泡石,主要与金属氧化物和钙镁磷肥等配施,通过离子交换、沉淀和络合反应钝化镉砷;污泥和动物粪便中含有腐殖化程度较高的有机质,主要通过吸附、氧化还原和有机络合以及微生物作用钝化镉砷;此外,富含巯基和氨基、谷聚多以及富含硫和硒的物质也可有效钝化镉砷。本文对镉砷复合污染土壤钝化修复材料进行总结,归纳了镉砷钝化材料特性,以期为镉砷复合污染土壤修复提供一定的指导。     

固定剂及其在重金属污染土壤修复中的应用

由于人类的过度开发,部分地区土壤重金属污染日趋严重。采用向污染土壤中施加各类固定化试剂,通过其对重金属的吸附、沉淀(共沉淀)、离子交换及络合作用等将重金属固定在土壤中,降低其在环境中的迁移性和生物可利用性,最终达到减少重金属污染环境风险的目标,是修复重金属污染土壤的有效手段之一。本文概述了近年来国内外报道的各种土壤固定剂及其在重金属污染土壤修复中的应用和修复机理,并从构效关系等角度出发,展望了固定剂在土壤修复应用中的未来发展。     

腐殖质在工业污染场地土壤修复中的应用综述

随着城市化发展和产业结构调整,大量遗留的工业污染场地对生态环境和人类健康构成严重威胁,新的修复技术和修复材料亟待开发,腐殖质作为天然有机材料对污染场地土壤修复的作用已经引起研究人员的广泛关注。综述了土壤腐殖质的结构与性质、分离与纯化方法,在此基础上阐述了腐殖质在工业污染场地土壤修复,特别是有机污染物和重金属修复中的作用,并介绍了腐殖质作为有机修复剂在土壤修复工程实践中的应用现状,最后提出腐殖质在土壤修复中还需要重点研究的方向,以期为腐殖质作为新的工程材料在土壤修复中的开发利用提供理论基础和技术参考。     

环境材料在农业生产及其环境治理中的应用

环境材料是具有最低环境负荷、最大使用功能的人类所需材料,近年在农业生产及其环境治理中的应用受到重视。在农业生产中,环境材料主要为改善土壤微生态和促进作物生长的环境材料,以及环境友好型的化肥、农药和地膜等新型农资材料;在农业环境治理中,主要为生态破坏和农业环境污染的治理材料。本文就环境材料内涵及其在农业生产和环境治理等方面的研究和应用进行分析,包括农业抗旱节水、土壤重金属污染治理和盐碱地土壤改良等3个方面。(1)环境材料在农业抗旱节水中的应用主要是土壤保水剂和作物叶面抗蒸腾剂。土壤保水剂作用机理包括自身吸水、保水和释水原理、促进土壤改良和保持原理、提高肥料和农药等农化产品利用效率原理、调节植物生理节水效应原理,其合成技术研究比较成熟,但还需加强应用技术研究;作物叶面抗蒸腾剂取得一些进展,但仍处试验阶段,仅黄腐酸类产品应用较快;(2)环境材料在土壤重金属污染治理中的应用研究广泛,生物修复和化学固化修复技术进展较快,但对环境材料修复重金属污染土壤的潜在风险研究不足;(3)环境材料在改良盐碱地中的应用主要是加钙环境材料(石膏)和加酸环境材料(腐植酸),这些环境材料与聚丙烯酰胺(PAM)结合效果较好。此外,本文指出了环境材料在农业生产及其环境治理中应加强的研究方向:一是应加强新型环境材料的研发;二是加强环境材料的应用基础研究与应用效果评价;三是加强环境材料与生物技术和农业工程技术的结合。     

中碱性镉污染农田原位钝化修复材料研究进展

农田土壤重金属污染威胁人类健康,其修复成为环境领域的研究热点。钝化修复因具有修复速率快、成本低、操作简单、不影响农业生产等特点,广泛应用于大面积重金属污染农田尤其是酸性农田修复治理中。相应,针对酸性重金属污染土壤的钝化修复材料也得到了广泛研究,然而,针对中碱性重金属污染土壤的钝化材料研究相对较少。从无机类、有机类以及复合型3种类型的修复材料概述了钝化修复材料在中碱性Cd污染土壤中的研究进展。总结了中碱性重金属污染土壤钝化修复材料以选用复合型材料为宜,且以钙镁磷肥、椰壳生物炭、油菜秸秆生物炭、腐殖酸形成有机-无机复合效果较好且经济环保。其次,从钝化剂的合理施用、风险评估等方面提出展望,以期为中碱性农田土壤重金属污染修复提供参考。     

农田土壤重金属污染化学钝化修复研究进展

土壤重金属化学钝化修复是指向污染土壤中添加钝化剂，使重金属由活性向稳定化形态转化，以降低重金属的迁移和生物可利用性，从而修复重金属污染土壤的方法。本文综述了近些年国内外各类钝化材料修复重金属污染土壤的作用效果和机理、实例等方面的研究进展，并讨论了原位修复土壤重金属中亟待解决的问题，旨在为农田土壤重金属污染的化学钝化剂筛选与应用提供参考依据。     

长江三角洲典型城市农田土壤重金属累积特征与来源

研究农田土壤重金属累积特征和来源对科学管理、安全利用土壤资源具有重要意义。通过野外采样与实验室分析研究了长江三角洲典型城市农田土壤重金属(Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu)含量、累积状况,识别了农田土壤重金属来源。结果表明:(1)六种土壤重金属的累积程度按照由重到轻的顺序为:Hg>Cd>Cu>As>Pb>Cr;(2)以《土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)为参考,土壤中Cu、Cd和Hg超过风险筛选值的比例分别为2.13%、1.06%和0.53%,As、Pb和Cr未超过风险筛选值;利用地累积指数法进行土壤重金属污染评价发现,Cd和Hg的污染较其他四种元素严重,其污染比例分别为12.83%和21.28%;(3)地理探测器分析表明,化肥和农药的使用量以及工业总产值均能解释六种重金属的空间分异,其他环境因子能解释某些特定重金属的空间分异;(4)研究区土壤中As和Cr的主要来源为农业源和工业源;Cd和Hg的来源除了农业源与工业源外,还有土壤母质;Cu来源与研究区农业活动、畜禽养殖活动以及工业活动有关,Pb主要来源于农业源、工业源和交通源。总之,研究的六种重金属存在不同的累积趋势,农业和工业活动是研究区土壤重金属累积的主要原因。研究区交通、社会活动等对土壤重金属累积的影响还需进一步研究与讨论。     

Wirkung von organischen Schadstoffen (PAK; PCB) und Schwermetallen in Rieselfeldböden auf Biomasseertrag und Schwermetalltransfer bei Roggen (Secale Cereale)

Effects of organic pollutants (PAH; PCB) and heavy metals in sewage fields on biomass production and heavy metal transfer of rye Rye was cultivated in pots on original sewage field soils and an artifically polluted soil. The weakly polluted sewage field soil (reference soil R) was contaminated with 2.2′,5.5′-tetrachlorbiphenyl, Benzo-a-pyren, cadmium or copper as well as with combinations of these organic pollutants and heavy metals. These treatments were compared with an extremely contaminated sewage field soil (GroBbeeren GB). Rye cultivated on the artifically polluted soil (R) showed typical symptoms of damage which were similar to effects on the extremely contaminated sewage field soil (GB). Damage from single substance copper was sometimes greater than those observed on soil GB. This may indicate interactions or synergistic effects.     

藏中矿区重金属污染对土壤微生物学特性的影响

土壤微生物对土壤重金属污染反应敏感,是探讨矿区土壤重金属污染生态效应的有效指标之一。通过野外调查与采样和室内分析,研究了藏中矿区重金属污染对土壤蔗糖酶、脲酶、脱氢酶和酸性磷酸酶活性、微生物生物量C（MBC）、N（MBN）和P（MBP）、土壤基础呼吸、代谢商（qCO2）及可矿化N的影响。研究表明,矿区土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd全量和有效含量均高于对照土壤;随着矿区土壤重金属含量增加,土壤酶活性、微生物量C、N和P、可矿化N均逐渐降低,土壤基础呼吸和qCO2则逐渐升高;土壤重金属与土壤蔗糖酶活性、脲酶活性、脱氢酶活性、酸性磷酸酶活性、MBC、MBN、土壤基础呼吸、qCO2及可矿化N具有显著的线性相关;脱氢酶活性对土壤重金属污染最为敏感,表明脱氢酶活性可作为藏中矿区土壤环境质量变化的有效指标。     

植被恢复模式对土壤重金属质量分数和土壤酶活性的影响——以山东省淄博市四宝山破坏山体为例

矿产资源开采造成了严重的重金属污染,为选择合理植被恢复模式以修复土壤重金属污染,以淄博市四宝山破坏山体不同植被恢复模式为对象,测定土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾质量分数,pH值等主要化学性质,土壤多酚氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、脲酶活性和Cu、Zn、Cd等7种重金属质量分数,分析不同植被恢复模式对土壤重金属质量分数及土壤酶活性的影响.结果表明:1)实验区土壤中重金属Zn轻度污染,Cu和Cd重度污染,其他重金属均不构成污染;2)各人工植被恢复模式土壤重金属质量分数均低于灌草丛的,其中黑松林对土壤Cu、Cd的修复效果最好,侧柏林对土壤Zn的修复效果最好;3)土壤重金属全量在垂直分布上规律复杂,有效量均表现为下层高于上层,土壤有效Cu、有效Zn、有效Cd下层比上层依次高9.24％～18.94％、0.97％～20.09％和5.48％～35.51％;4)在影响土壤酶活性的各种因素中,破坏山体土壤重金属有效量与土壤化学性质的影响最为明显,处于同等重要的地位.本研究发现,Cu、Zn、Cd均对4种土壤酶活性表现出了抑制作用,建议用土壤多酚氧化酶、过氧化氢酶、脲酶活性作为破坏山体土壤重金属Cu污染的评价指标.     

纳米材料在污染土壤修复及污水净化中应用前景探讨

近年来,寻求环境友好型的污染土壤与污水净化高效修复剂成为国内外环境科学研究新的热点。随着环境分子科学的快速发展,纳米材料在污染环境修复研究中的应用越来越受到重视,纳米颗粒由于具有巨大的比表面积和微界面特征,可以强化多种界面反应,如对重金属离子及有机污染物的表面吸附、专性吸附及增强的氧化-还原反应等,在重金属及有机污染物等污染土壤及污水治理中有望发挥重要作用。本文综述了目前国内外利用纳米材料进行污染土壤修复及污水净化的应用研究进展,并展望了该研究领域的不足及研究前景,以期为该研究领域的进一步深入拓展新的思路。     

低分子有机酸去除土壤中重金属条件的研究

采用化学萃取实验,以湖南郴州柿竹园和湖南衡阳水口山矿区的重金属污染农田土壤为研究对象,采用柠檬酸、草酸、酒石酸作为低分子有机酸萃取剂,在一定的条件下对污染土壤中重金属进行萃取实验,确定各个单因素的适宜条件。结果表明,对于湖南郴州和衡阳两个污染地区土壤运用化学萃取技术萃取重金属来进行土壤修复是实际可行的;柠檬酸、酒石酸、草酸对各种土壤中的重金属都表现出了良好的萃取能力,是高效的土壤重金属萃取剂;单因素的适宜萃取条件为100mmol·L^-1有机酸溶液,固液比1∶5,恒定温度35℃,pH为3,反应时间24h,且萃取率随着电解质浓度的增大而提高;土壤中重金属存在形态与萃取效果有一定的相关性,稳定态（残渣态、硫化物和有机结合态、铁-锰氧化物结合态）金属含量高,表现为较低的萃取率;反之,萃取率高;柠檬酸、草酸、酒石酸3种萃取剂均能有效地降低衡阳污染土壤中的重金属浓度,3种萃取剂的萃取效率依次为酒石酸〉草酸〉柠檬酸。     

Methods for remediation of metal‐contaminated soils: Preliminary results

Abstract

Contamination of soils by heavy metals is one of the environmental problems that the scientific community faces today. Such soils are difficult to treat because the heavy metals cannot be destroyed. Moreover, they are usually bonded with other contaminants, in particular organic ones. The presence of these organic pollutants can make the removal of metals from soils substantially more complicated. One way of coping with the problem which has been studied in recent years is the use of fixing agents which make the heavy metals unavailable to the plants, or prevent their leaching towards the groundwater. Inorganic fixing agents in particular have been tested and found to be suitable, but some organic ones can also be used, at least as temporary fixing materials. This paper gives preliminary results on remediation techniques using compost and Trichoderma viride Pers.: Fr. as heavy metal fixing agents.     

扬中地区农田土壤重金属污染调查与评价

对扬中地区主要农田土壤进行了采样监测,按照国家无公害农产品产地的环境质量标准,采用单项污染指数法和尼梅罗综合指数法对土壤的8个重金属污染指标进行了环境质量评价。结果表明,扬中农田土壤均受到重金属轻污染,其中Cd、Hg污染主要与化肥、农药等大量施用有关;As、Pb、Cu、Zn污染可能与工厂废气及汽车尾气排放有关;而Cr、Ni污染主要与长江石灰性冲积母质特征有关。结合1990年的土壤数据,计算了重金属的累积速率,反映近年来重金属的不断输入。污染区的农产品生态效应研究表明,重金属污染已经威胁到农产品安全。     

土壤重金属迁移模拟研究的现状与展望

随着工业发展和废弃物的排放不断增加，土壤重金属污染已经成为一个世界性环境问题。土壤重金属的分布转化以及污染修复的研究受到广泛关注，数学模型及计算机模拟研究成为重要的研究手段。该文对土壤重金属迁移的模拟研究的进展进行了回顾与归纳，集中阐述了对流弥散和经验随机两大类模型的特点和应用，并指出了研究中存在的问题及今后研究的发展方向。将数学模拟与土壤重金属信息系统及地理信息系统GIS的有机结合，将有可能为环境保护和农业决策提供新的重要依据。     

北京市密云水库上游金矿区土壤重金属含量、来源及污染评价

运用多变量分析、富集因子及地累积指数法对北京市密云水库上游金矿区土壤重金属的来源、污染评价进行了研究。利用电感耦合等离子体质谱法（ICP—MS）测定土壤中Be、V、co、Ni、cu、cd、Pb的含量,用原子荧光光谱法（AFS）测定As、Hg含量,用X射线衍射（xRD）测定土壤所含矿物质成分。结果表明,除As外各重金属平均含量均高于北京市土壤元素背景值。XRD分析结果显示,土壤的矿物质成分相似,主要包括石英、长石、伊利石、高岭石、蒙脱石、方解石。多变量分析（主成分、聚类、相关性分析）表明,cu、cd、Pb和Hg为人为源,主要来源于矿产的开采或运输过程;Be、V、Ni和co来自混合源,即矿产开采过程和土壤背景;As为自然源,来自于岩石矿物的风化、侵蚀及土壤母质。富集因子法及地累积指数法评价结果表明,cu、Cd、Pb、Hg污染较严重,受人为活动的显著影响,而Be、V、co、Ni轻微污染,As无污染。该结果进一步验证了多变量分析的结果。