不同钝化剂对猪粪堆肥中重金属形态转化的影响

采用三级四步连续提取法(BCR)研究了磷矿粉、硅藻土和膨润土3种重金属钝化剂对猪粪堆肥过程中重金属As、Pb、Cd含量和形态的影响.结果表明:(1)堆肥处理后,重金属总量会表现出“相对浓缩效应”,使其浓度升高.(2)堆肥处理能促进重金属As、Pb、Cd的形态向活性降低的方向转化,从而降低其生物有效性.(3)不同钝化剂对不同重金属钝化效果不同,膨润土和磷矿粉对交换态铅的钝化效果较好;膨润土对交换态砷的钝化效果较好;硅藻土对交换态镉的钝化效果较好.因此,磷矿粉、硅藻土和膨润土处理有利于降低猪粪堆肥施用中的重金属污染风险.     

钝化剂对猪粪厌氧发酵沼渣中As的钝化效果及工艺优化

由于饲料添加剂的使用,规模化养殖场猪粪中重金属残留加剧。为了减少重金属污染,阐明钝化剂对发酵过程中As在沼渣中的含量及其形态转化的影响,为沼渣沼液的安全合理利用提供科学依据,该文以重金属As为研究对象,猪粪为发酵原料,采用厌氧发酵技术,通过正交试验,选取3个因素,每个因素3个水平,采用BCR提取法分析重金属形态。研究不同种类钝化剂(粉煤灰、硅藻土、活性炭),钝化剂的不同添加比例(2.5%,5%,7.5%)及不同发酵温度(25,30,35℃)对猪粪中重金属钝化效果的影响,结果表明:1)猪粪经厌氧发酵后重金属As大多数存留在沼渣中,在沼渣中质量分数范围在5.50~6.56 mg/kg之间;发酵前猪粪中残渣态质量分数为3.38 mg/kg,猪粪厌氧发酵后残渣态含量升高,说明添加钝化剂可以降低重金属As的生物活性,从而有效减少重金属的危害;2)影响重金属As有效态钝化效果的因素主次顺序为钝化剂种类,钝化剂的添加比例及发酵温度;钝化剂种类对As有效态钝化效果有显著的影响,而钝化剂添加比例及发酵温度对有效态钝化效果影响不显著;3)重金属As有效态的钝化效果最好的是添加7.5%的活性炭,发酵温度为30℃的试验处理,其钝化效果可达到62.34%。猪粪厌氧发酵中添加适量的重金属钝化剂,可以在一定程度上降低沼渣中重金属的有效性以及沼渣利用中重金属污染的风险。     

污泥添加粉煤灰堆肥化对Cu、Zn、Pb形态的影响

污泥中重金属的危害是影响污泥土地利用的重要因素;污泥重金属危害不仅取决于总量,其形态分布更能反映重金属的迁移性以及生物有效性。实验以木屑为调节剂,粉煤灰作为钝化剂,研究污泥堆肥前后重金属Cu、Zn与Pb的形态分布变化。结果表明,堆肥对Cu有活化作用,而添加粉煤灰堆肥化能有效抑制这种活化,起到钝化作用,堆肥化使Pb向更稳定形态转化,添加粉煤灰堆肥化对Zn的钝化效果较好,当粉煤灰添加量为35%时,对Cu、Zn、Pb 3种重金属的易迁移态均具明显的钝化效果。     

不同调理剂对猪粪堆肥重金属Cu、Zn、Cd形态的影响

选取玉米秸秆、木屑为调理剂,进行强制通风静态堆肥实验,以不添加调理剂为对照,研究调理剂对猪粪堆肥过程中重金属Cu、Zn、Cd活性的影响。结果表明,不添加调理剂的猪粪堆肥过程对重金属Cu、Cd具有一定的钝化效果,但可交换态钝化率分别仅为14.38%,15.43%,对重金属Zn具有一定的活化作用,增加有机肥土地利用过程中的环境风险。与对照相比,玉米秸秆和木屑作为调理剂不同程度地加强Cu、Zn、Cd的钝化效果,且以木屑表现较优的钝化作用,木屑对重金属Cu、Zn、Cd可交换态的钝化率分别达64.16%,56.24%,90.57%。LSD方差分析结果表明,木屑处理对重金属Cu的钝化效果显著优于秸秆处理和对照处理(p0.05),而秸秆处理和对照处理差异不显著(p0.05);木屑处理对重金属Zn的钝化效果显著优于秸秆处理和对照处理(p0.05),秸秆处理显著优于对照处理(p0.05);木屑处理和秸秆处理对重金属Cd的钝化效果显著优于对照处理(p0.05),而木屑处理与秸秆处理差异不显著(p0.05)。     

生物炭和腐植酸类对猪粪堆肥重金属的钝化效果

为深入了解农业固体废弃物资源化、无害化利用的发展前景,探讨不同钝化材料对畜禽粪便堆肥过程中重金属钝化效果的影响规律,该文利用猪粪和秸秆进行高温好氧堆肥,研究生物炭(木屑炭、玉米秸秆炭、花生壳炭)和腐植酸(福建(fujian,FJ)生物腐植酸、嘉博文(jiabowen,JBW)生物腐植酸、草炭)等不同钝化材料对猪粪堆肥发酵效果及重金属Cu、Pb、Zn、Cd形态的影响。试验结果表明:添加花生壳炭、玉米秸秆炭、JBW腐植酸以及木屑炭分别对重金属Cu、Pb、Zn和Cd表现为相对较好的钝化能力。添加花生壳炭(F3)对重金属Cu的钝化效果为65.79%;添加玉米秸秆炭处理(F2)对重金属Pb的钝化效果为57.2%;添加JBW生物腐植酸处理(F5)对重金属Zn的钝化效果为64.94%;添加木屑炭处理(F1)对Cd的钝化效果为94.67%;并且,针对不同重金属的钝化效果,此4个处理均明显高于不添加钝化材料的对照处理(P0.05)。添加花生壳炭虽然对重金属Cu具有较好的钝化效果,但其堆肥物料的最高发酵温度仅为45.14°C、pH值为5.41、电导率为9.48 mS/cm、种子发芽率指数为0.47%,无法达到堆肥无害化标准。基于以上试验结果,综合考虑堆肥发酵效果及重金属钝化效果认为,木屑炭、JBW生物腐植酸是2种较理想的钝化材料,该研究结果为畜禽粪便堆肥过程中重金属钝化技术研发、生物炭和腐植酸改良土壤结构的特性推广及有机肥规模化应用提供参考。     

2种含铁材料对水稻土中砷和重金属生物有效性的影响

通过盆栽试验研究添加2种含铁材料(Fe(OH)3、FeCl3)对污染水稻土壤中As、Pb、Cd、Cu、Zn生物有效性的影响。结果表明,添加Fe(OH)3对土壤As交换态含量没有显著的影响,添加FeCl3显著降低了土壤As交换态含量,添加量为0.50g/kg时,土壤As交换态含量比对照下降46%。添加Fe(OH)3使土壤Pb、Cu交换态含量显著降低,2.00g/kg的添加量使Pb、Cu交换态含量分别下降63%,74%。添加FeCl3使土壤Pb、Cd、Zn交换态含量显著升高,2.00g/kg的添加量使Pb、Cd、Zn交换态含量分别升高3 834%,247%,1 744%。添加Fe(OH)3对糙米中无机As和重金属Pb、Cd、Cu、Zn含量没有显著的影响,添加FeCl3显著降低了糙米中无机As含量,但显著提高了糙米中Pb、Cu含量,1.00g/kg的添加量使糙米中无机As含量降低33%,Pb、Cu含量分别升高147%,50%。表明添加FeCl3能有效降低土壤As的生物有效性,但提高了土壤重金属的生物有效性。添加Fe(OH)3对土壤pH无显著影响,而添加FeCl3能显著降低土壤pH值,这是FeCl3能有效固定土壤As,提高土壤重金属交换态含量的重要原因之一。     

高温快速发酵对鸡粪重金属形态分布及有机质含量影响

以鸡粪、玉米秸秆为主要原料，通过添加酵素进行好氧堆肥发酵试验，研究了不同温度和时间下堆肥 pH值、EC值、重金属含量与形态、腐殖质含量变化以及红外光谱特征。结果表明，与堆肥前相比，pH值随温度升高和时间的延长而增大，最大可增加 0.53个单位，而 EC值随堆肥时间延长表现为先增加后降低的趋势，在 85℃处理下最低。由于浓缩效应，重金属含量均不同程度增加，Cu、Zn、Cr、Cd和 As含量较堆肥前相比最大增幅分别达到35.6%、11.5%、35.0%、35.3%和23.8%。然而，重金属可交换态分配率则有所降低，残渣态比例相应增加，与堆肥前相比，鸡粪有机肥中Cu、Zn、Cr、Cd和 As钝化率分别为24.8%、26.0%、27.6%、26.9%和13.9%。高温处理下，胡敏酸和富里酸含量较低，胡敏酸 /富里酸(HA/FA)比值随着堆肥时间和温度增加而增大，且随着堆肥进程脂肪族、芳香族、羧酸类分子以及多糖类物质均有所减少。结果显示高温下(85℃)不仅加快堆肥发酵进程，而且可以有效钝化重金属，可达到无害化效果。     

硼泥对猪粪厌氧发酵重金属铬及其光谱特性的影响

随着含有重金属添加剂饲料的使用,规模化养殖场畜禽粪便中重金属含量增加。为减少重金属的危害,该文以猪粪为发酵原料,重金属Cr为研究对象,硼泥为钝化剂,在接种物量为30%、TS为10%、温度为35℃、pH值为7的条件下进行40 d厌氧发酵试验。研究添加2.5%、5.0%、7.5%3种比例的硼泥对猪粪厌氧发酵中重金属Cr的形态变化、有效态钝化效果及发酵前后沼渣光谱特征的影响,采用BCR连续提取法(European community bureau of reference sequential extraction)分析重金属Cr的形态变化,采用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer, FTIR)对物料光谱特征的变化进行研究。结果表明:猪粪厌氧发酵过程中添加硼泥有利于重金属Cr从有效态转化为稳定态,当添加7.5%硼泥处理时有效态Cr转化为稳定态Cr的效果较好;猪粪在厌氧发酵过程中添加硼泥能提高重金属Cr的钝化效果,且随着硼泥添加量的增加,钝化效果越好;通过显著性分析,添加7.5%硼泥处理时钝化效果较好,达到63.79%,显著优于猪粪单独发酵和添加2.5%与5.0%硼泥的处理(P0.05);FTIR显示厌氧发酵后,沼渣中酰胺化合物、碳水化合物、蛋白质、脂肪族化合物等有机物分解减少,芳香族等腐殖质增加,且添加7.5%硼泥时有机物腐殖化程度最好。因此猪粪在厌氧发酵过程中添加适量硼泥,可以降低沼渣中重金属Cr的生物有效性,促进有机物转化为腐殖质,研究结果可为减少猪粪中重金属的有效性和提高厌氧发酵质量提供参考。     

堆肥工艺钝化粪肥中重金属及其形态变化的研究进展

随着我国规模化养殖业迅猛发展,集约化养殖场产生的粪肥对农田土壤造成了巨大的环境压力,其中,饲料中的重金属元素是环境压力的重要来源之一。堆肥钝化粪便中的重金属是有效的处理措施,通过在堆肥中添加无机、有机和生物钝化剂可以固定重金属并降低其生物有效性。目前研究涉及的钝化材料及其钝化机理有待深入探究,而堆肥施用于土壤后重金属的迁移转化过程及其与土壤的交互影响仍不十分明晰。本文通过分析重金属在粪肥中赋存状态、堆肥过程中的形态转变和钝化剂的钝化机制,探讨了粪肥钝化重金属在土壤中的转化机制。     

基于发明专利的重金属钝化技术的文献计量分析

降低环境基质中重金属含量及其生物有效性,使重金属从活性较高的形态向活性较低的形态转化,是当前中国农牧业生产及资源利用中亟待解决的一个关键问题。专利文献是技术信息最有效的载体,本文以国家专利局公开的95项重金属钝化专利为依据,对钝化技术发明专利开展了文献计量分析。重金属钝化技术的专利申请数量呈持续增长趋势,并于2014年之后进入快速增长阶段。该技术主要应用领域有土壤、城市污泥和畜禽粪便3种,多数研究属于盆栽试验或批次堆肥实验。无机钝化材料主要通过化学反应和调节土壤中的pH来降低重金属在土壤中的有效浓度;有机钝化技术通过与重金属经化学作用形成不溶性金属-有机复合物,来增加土壤阳离子交换量,以降低重金属的水溶态及可交换态组分,进而降低其生物有效性和可迁移性;而微生物的钝化修复作用还与氧化还原环境有关。不同钝化剂对不同重金属的钝化效果不同,且不同钝化剂优化组合对重金属形态也具有很大影响,在实践中大面积应用面临着较大的困难。借助于材料科学,对高效吸附剂的筛选和分离技术仍需进一步研究和完善。     

水分管理对重金属污染土壤植物修复效果的影响研究综述

随着人们生活水平的提升、工业化进程和城市化的不断发展,土壤重金属污染已成为当今社会发展面临的一个很严峻的环境问题,因此加强土壤重金属污染的修复刻不容缓。近年来兴起的植物修复技术相比于其它修复技术有着良好的发展前景,但植物修复效率一直是困扰该技术的难题。大量研究表明,水分管理会引起土壤理化性质及重金属形态的改变,同时改变植物体内重金属的含量和迁移。本文在前人的研究基础上,综述了水分管理对土壤物理、化学、生物学性质以及植物本身的影响,分析了不同水分条件下植物的修复效率,提出了未来发展建议,为保证我国粮食安全和农业绿色发展提供理论基础和实践依据。     

水体重金属污染评价方法对比研究——以扎龙湿地湖水为例

采用对权重公式进行发展的模糊综合评价模型对仙鹤湖湖水重金属污染状况进行了评价和分析,并与灰色关联分析法、分级评价法、内梅罗指数法和单因子指数法进行了评价结果的比较,其中前3种方法的评价结果整体趋势是基本一致的。与实际情况对比表明,模糊综合法和分级评价法评价结果概率分布比较客观真实地反映了整体湖水水质状况,因此模糊综合法对评价对象的整体质量状况评价结果明显。基于评价结果进行了蒙特卡罗（MC）预测,参考各方法的评价结果的蒙特卡罗预测值和湖水水质实际情况,满足湖水评价参数的概率为74.87%,即扎龙湿地仙鹤湖湖水整体水质为Ⅱ级,同时有向Ⅲ级转化的趋势。扎龙湿地仙鹤湖营养状态级别为中度富营养。     

区域农用地土壤重金属超标评价与种植适宜分区

农用地是最宝贵的农业资源、最重要的生产资料,是人类最宝贵的财富。本文以江苏省某镇为例,采用单因子指数评价法、内梅罗综合指数评价法和潜在生态风险评价法对区域农用地土壤进行重金属超标评价,综合三种评价结果提出区域农用地安全利用等级和安全利用综合分区划分方案。基于安全利用综合分区和原有农业区划进行叠置分析后,以精细化管控用地为出发点,提出区域农业种植适宜区划分方案。结果表明:文章针对安全利用区、基本安全利用区、低风险监控区、中风险预警区和高风险限制区这5种安全利用综合分区,定性的提出了分区内涵、主要特征、安全水平提出相应的利用对策。(2)划分出4种区域农业种植适宜区:稻-茶-竹-栗-果适种区、林-竹-茶-果-栗适种区、稻-油-麦-豆-桑-瓜适种区、稻-麦-油-豆-百合、芦苇经济作物适种区。乡镇尺度区域农用地土壤重金属超标评价和种植适宜分区研究可为区域土地资源的合理、高效安全利用提供一定的科学依据。     

贵阳市乌当区不同母质发育的土壤理化性质和重金属含量差异研究

在贵阳市乌当区采集了9种母质（岩）上发育的土壤样品763个，分别测定了土壤的主要理化性质和主要重金属元素含量，通过对比分析表明不同母质（岩）发育的土壤理化性质和重金属含量都具有很大的差异。土壤理化性质的差异性主要表现为：石灰岩、红色粘土、老风化壳和页岩发育的土壤质地粘重。砂岩发育的土壤质地较轻，钙质紫色砂页岩、白云岩、砂页岩和河流冲积物发育的土壤质地适中；石灰岩、白云岩和钙质紫色砂页岩发育的土壤pH值为中性至微碱性。河流冲积物发育的土壤pH值为中性，其余5种母质（岩）发育的土壤pH值为酸性至强酸性；白云岩、钙质紫色砂页岩和河流冲积物发育的土壤有机质含量较高，而砂岩发育的土壤有机质含量较低，其余5种母质（岩）发育的土壤有机质含量介于二者之间；河流冲积物、石灰岩、白云岩和钙质紫色砂页岩等发育的土壤CEC较高，而砂岩发育的土壤CEC较低，其余4种母质（岩）发育的土壤CEC介于它们之间。土壤重金属含量差异性表现为：钙质紫色砂页岩、石灰岩、河流冲积物等发育的土壤中锅、铬、汞的含量较高。而红色粘土、河流冲积物和石灰岩等发育的土壤中铅和砷含量较高，砂岩发育的土壤中5种重金属元素的含量均为最低，其余母质（岩）发育的土壤中5种重金属元素的含量均介于上述之间。通过相关性分析结果表明：研究区域内土壤重金属镉、铬、汞、铅、砷的含量差异主要是由于成土母质（岩）的差异性所致，土壤理化性质的变化则是影响土壤重金属含量的次要因素。     

重金属污染黄壤生态修复中的微生态效应

以黄壤作为供试土壤,种植重金属富集植物与非富集植物,采用室内培养方法对外加镍污染黄壤的微生物活性及其群落结构进行了研究。结果表明:较低浓度Ni有利于提高土壤微生物活性,当Ni浓度>100 mg/kg时供试土壤的微生物活性开始下降,其中微生物生物碳、氮量和基础呼吸随重金属浓度增加而明显下降,但种植重金属富集植物的土壤下降幅度明显低于种植非富集植物的土壤。结果还显示,镍严重污染破坏了土壤微生物区系,使土壤细菌、放线菌及真菌数量下降,其中放线菌对重金属毒性影响最为敏感,重金属富集植物车前草引起土壤微生物区系的变化较小,表现了良好的修复能力。     

洞庭湖区土壤重金属污染现状及防治对策

位于湖南北部的洞庭湖区,是湖南省重要的粮食产区,其耕地重金属污染与粮食作物生产安全问题是全社会十分关注的问题。论文综述了洞庭湖粮食生产区耕地重金属污染的种类与程度,分析了其产生的原因与潜在的危害,总结了土壤重金属污染的主要防控和治理措施,并有针对性地提出了综合防治对策。旨在为洞庭湖区耕地的保护和可持续利用提供参考依据。     

Heavy metals and soil microbes

The discovery in the early 1980s that soil microorganisms, and in particular the symbiotic bacteria Rhizobium, were highly sensitive to heavy metals initiated a new line of research. This has given us important insights into a range of topics: ecotoxicology, bioavailability of heavy metals, the role of soil biodiversity, and the existence of ‘keystone’ organisms. Concurrently, and particularly in Europe, the research led to new approaches to the protection of soils from pollution that take into account the many effects on soil microorganisms. To date these key findings have largely been ignored in the USA, although our results caused considerable controversy there. In the past decade there have been many advances in the ecotoxicological assessment of metals and their effects on soil organisms but major gaps in knowledge and theory remain with regard to how microorganisms are exposed and respond to metals in soils. In this brief review we emphasise the need for long-term experiments and basic research to forge this understanding and improve environmental protection policies.     

香薷的重金属耐性与吸收性研究

采用温室土培盆栽试验和水培试验方法,研究了重金属复合污染条件下香薷的Cu、Zn、Cd、Pb耐性和吸收性.结果表明,土培试验中,各重金属处理条件未对香薷造成毒害,香薷均生长良好,且各处理间生物量无显著差异;香薷地上部Cu、Zn、Cd、Pb浓度最高分别为12.1、100、0.83、11.3 mg/kg.水培试验条件下,Cu 50 μmol/L、Zn 200 μmol/L+Cd 10 μmol/L及Pb 100 μmol/L处理时香薷均生长良好,且生物量与对照均无显著差异,根部Cu、Zn、Cd、Pb浓度最高为2 270、1 648、1 029、25 331 mg/kg; Cu 100 μmol/L处理时香薷生物量显著低于对照,但并未死亡,该处理下香薷叶片丙二醛、还原型谷胱甘肽、可溶性糖浓度均显著高于对照.两组试验表明,香薷对Cu、Zn、Cd、Pb有极强的耐性,是一种良好的可栽种于重金属污染土壤的经济作物.     

重金属与农药复合污染研究现状及展望

农业生态环境与人类生存质量息息相关,而随着工农业的发展,进入环境中的污染物种类和数量明显增加,环境污染已不再是单一污染的理想状态。在农业生态系统中,重金属和农药复合污染较为突出,尽管总体研究还较薄弱,但也逐步成为近年来农业环境科学研究的热点。本文就重金属和农药复合污染在土壤-植物系统中环境行为、交互作用及机制等方面的研究进展和动态进行综合分析,并对一些研究热点和需要强化的方向进行展望。     

Heavy metal content and toxicity of mine and quarry soils

Purpose

Soils formed in metallic mines and serpentinite quarries, among other unfavourable features, have high levels of heavy metals. They can release into the environment causing surface and subsurface water contamination, uptake by plants, their accumulation in the food chain and adverse effects on living organisms. In this work, we studied the magnitude of the soils’ toxic effects not only on spontaneous plants but also on two species with phytoremediation potential.

Materials and methods

Several soils from two different exploitations were selected: a lead and zinc mine and a serpentinite quarry. Soils were characterized, and the pseudo-total and extractable contents of Co, Cr and Ni in soils from a serpentinite quarry were determined. The Cd, Pb and Zn pseudo-total and extractable contents were determined in soils developed in the Pb/Zn abandoned mine. Using a biotest, the chronic toxicity of the soil samples on higher plants was determined. Festuca ovina L., Cytisus scoparius (L.) Link., Sinapis alba L. and Brassica juncea L. were selected, the first two because they are spontaneous plants in the study areas and the last two because they have heavy metal phytoremediation potential.

Results and discussion

Pseudo-total contents of Co, Cr and Ni in the serpentinite quarry soils and of Zn, Pb and Cd in the Zn/Pb mine soils exceed generic reference levels. CaCl₂ is the reactant that extracts the highest proportion of Co, Cr and Ni in the quarry soils and EDTA the largest proportion of Pb Zn and Cd content in the mine soils. The germination index values based on seed germination and root elongation bioassays revealed increasing plant sensitivity to the mine soils in the following order: B. juncea?<?S. alba?<?F. ovina?<?C. scoparius. The wide range of GI values indicates that the response of test plants to soil heavy metals depended on their concentrations and soil characteristics, especially pH and organic matter content.

Conclusions

The pollution index indicates severe Cd, Pb and Zn contamination in the mine soils, as well as high Cr and Ni and moderate Co contamination in the serpentinite quarry soils. The performed biotests were suitable for identifying toxic soils and showed that the studied soils are toxic to the spontaneous plants, more to C. scoparius than to F. ovina. They also indicate that the mine soils are more toxic than the quarry soils for both species.