重金属Cd、Zn、Cu、Pb复合污染对土壤微生物和酶活性的影响

通过野外土样采集及室内测定,研究了云南东川铜矿区土壤酶和微生物特征,并采用盆栽试验研究了重金属Cd、Zn、Cu、Pb复合污染对土壤微生物和酶活性的影响。结果表明,距离矿口越近,土壤有机质、有效N、P、K的含量、土壤pH值亦越低,土壤酶活性和土壤微生物数量、微生物生物量C和N受到的抑制程度也增强,其中土壤酶中的酸性磷酸酶和过氧化氢酶,土壤微生物中的细菌对重金属污染较为敏感。盆栽试验中,Cd、Zn、Cu、Pb复合污染使白菜(Brassica rapapekinensis)生物量明显下降,且随复合污染程度的增加,白菜生物量下降幅度增加。Cd与Zn、Cu、Pb,Zn与Cd、Cu、Pb,Cu与Cd、Zn、Pb的复合效应机制为协同效应,而Pb与Cd、Zn、Cu的复合效应机制为拮抗效应。重金属Cu、Zn、Pb、Cd复合污染使土壤酶活性显著降低,但低量的Cd、Zn、Cu、Pb复合污染刺激了细菌、真菌、放线菌、微生物生物量C和N。重金属Cd、Zn、Cu、Pb对土壤酶活性和土壤微生物数量及微生物生物量C和N的复合效应机制表现出协同和拮抗效应。     

不同pH下两种可变电荷土壤中Cu(II)、Pb(II)和Cd(II)吸附与解吸的比较研究

对两种可变电荷土壤的研宄表明,土壤对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附量均随pH的增加而增加,但Cu(Ⅱ)与Pb(Ⅱ)吸附量之间的差值随pH增加而减小,Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)与Cd(Ⅱ)吸附量之间的差值随pH增大呈增大趋势.土壤吸附的Cd(Ⅱ)的解吸量随吸附平衡液pH的增加而增加;但Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的解吸量先随pH增加而增加,在某一pH时达最大,随后再逐渐减小.3种重金属离子在可变电荷土壤中吸附和解吸行为的不同特征是pH导致的土壤表面电荷的变化和离子水解程度的变化共同作用的结果.本文的研究结果对可变电荷土壤中重金属的控制和污染土壤的修复具有一定的指导意义.     

重金属Cd、Zn、Cu和Pb复合污染对土壤生物活性的影响

通过野外土样采集及室内培养试验(25℃),研究了云南东川铜矿区土壤酶和微生物特征,以及模拟重金属Cd、Zn、Cu、Pb复合污染对土壤微生物和酶活性的影响。结果表明,矿区土壤(距矿口0~800 m)重金属污染严重,Pb、Cd、Zn、Cu全量和有效含量是对照土壤(距矿口10 000 m)的3.7~141.0倍和2.2~773.2倍;距矿口越近,土壤有机质、有效氮、有效磷和速效钾含量及土壤pH亦越低,土壤酶活性和土壤微生物数量、微生物生物量碳和氮受到的抑制程度也显著增强。与对照土壤相比,距矿口0~800 m的土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性分别降低25.5%~47.3%、22.6%~74.2%、30.9%~83.1%、16.7%~69.1%和34.6%~92.3%;细菌、放线菌和真菌数量分别较对照下降30.5%~80.1%、8.1%~49.9%和3.3%~8.3%。土壤酶中的酸性磷酸酶和过氧化氢酶,土壤微生物中的细菌对重金属污染较为敏感。恒温(25℃)培养试验中,低量的Cd、Zn、Cu、Pb复合污染刺激了土壤酶活性和细菌、真菌、放线菌、微生物生物量碳和氮的数量,但高量的Cu、Zn、Pb、Cd复合污染使土壤酶活性、细菌、真菌、放线菌、微生物生物量碳和氮均显著下降。重金属Cd、Zn、Cu、Pb之间存在着一定的协同或拮抗作用,Cd、Zn、Cu和Pb之间在微生物生物量碳和氮上表现出明显的协同效应,Pb与Cd、Zn、Cu对细菌数量的复合效应机制为拮抗效应,Cd、Zn、Cu和Pb对真菌数量和放线菌数量的复合效应机制表现为协同效应和拮抗效应并存。     

生物质炭对小麦根区土壤养分和微生物特征的影响

利用控制性的大田试验栽培技术,连续5年研究了不同浓度生物质炭(对照CK,0 t/hm~2,低生物质炭LB,10 t/hm~2,中生物质炭MB,20 t/hm~2,高生物质炭HB,40 t/hm~2)对小麦生长过程中根区土壤特性和微生物特性的影响。结果表明:(1)小麦根区土壤pH值、容重随生物质炭浓度的增加呈逐渐降低趋势,不同浓度生物质炭处理下的小麦根区土壤pH值、容重均显著低于对照(p0.05);(2)小麦根区土壤有机碳、全氮、全磷和全钾含量均随生物质炭浓度的增加呈先增加后降低趋势,MB浓度处理下,小麦根区土壤有机碳、全氮和全钾达到最大,不同浓度生物质炭处理下土壤有机碳、全氮和全钾均显著高于对照(p0.05),全磷差异并不显著(p0.05);(3)小麦根区土壤微生物数量以细菌最多(占到微生物总数的90%以上),其次是放线菌,真菌最少,小麦根区土壤细菌数量和放线菌数量,随生物质炭浓度的增加呈先增加后降低趋势,MB浓度处理下,小麦根区土壤细菌数量和放线菌数量和最大,并且显著高于对照(p0.05),而生物质炭却显著降低了小麦根区土壤真菌数量,总的来说,生物质炭显著增加了土壤微生物总数;(4)小麦根区土壤微生量碳、微生物量氮、微生物呼吸、微生物代谢熵和微生物活度均随生物质炭浓度的增加呈先增加后降低趋势,MB浓度处理下,小麦根区土壤微生量碳、微生物量氮、微生物呼吸、微生物代谢熵和微生物活度达到最大(p0.05)。生物质炭的施用促进了小麦根区土壤养分、微生物数量和微生物特性和改良土壤肥力作用,以中水平生物质炭(MB)处理下效果最好,而高水平生物质炭(HB)可能会有一定的抑制作用,这还与土壤类型、土壤肥力、植物种类和生态环境等密切相关。     

沼液连续浇灌对旱作和水田土壤养分及重金属含量的影响

为研究沼液长期浇灌对土壤养分和重金属含量的影响,以旱作和水田土壤为研究对象,采用土壤静态培养法,在不同浓度沼液浇灌下,对旱作和水田土壤的pH值、总氮(TN)、总磷(TP)、有机质以及重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量进行为期2个月的连续检测。结果表明,沼液浇灌后旱作和水田土壤pH值均有所增加,长期浇灌能够有效防治土壤酸化;土壤TN、TP和有机质含量在沼液灌溉后均有一定程度的增加,但随着浇灌时间的增加,土壤TN和有机质含量呈下降趋势,土壤TP缓慢增加,长期浇灌会导致土壤营养不均衡;土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量变化不大,均未超过国家土壤环境二级标准,但土壤中Pb和Cd的含量随沼液浇灌时间的增加呈上升趋势,长期浇灌会导致Pb、Cd的富集。     

土壤中颗粒状有机质对重金属的吸附作用

为了解土壤颗粒状有机质(POM)对重金属富集机理,用室内分析方法研究了土壤POM对Cu、Cd、Co、Pb、Ni和Zn等6种常见重金属的吸附作用。研究表明,土壤中颗粒状有机质(POM)对重金属有较高的吸附潜力,吸附过程是一个快速反应,在100分钟内可接近平衡。POM对重金属的吸附强度随pH的变化而变化,在pH5￣7范围达到较高水平,pH<5和pH>8均可降低POM对这些重金属的吸附;POM对重金属的吸附明显高于相同粒径的矿物质,也高于或接近于细土(<0.053mm)。重金属元素共存时,POM对重金属的吸附强度由大而小顺次为Cu>Pb>Cd>Cr>Co>Zn>Ni。移去土壤颗粒态有机质将显著降低土壤对重金属的吸附,增加土壤重金属的淋失风险。POM对重金属的强吸附性能可能是土壤中POM重金属富集的主要机理之一。     

生物发酵肥对温室黄瓜土壤微生物组成的影响

以大棚黄瓜根区土壤为研究对象,测定了不同施肥方式下温室黄瓜地土壤微生物3大类群和主要功能群组成及土壤微生物量碳(microbial biomass carbon,MBC),研究了温室中不同施肥方式对黄瓜根区土壤微生物组成及土壤MBC(土壤微生物生物量碳)的影响,探讨了微生物发酵有机肥对土壤肥力的影响。结果表明,土壤中细菌、真菌、放线菌数量由高到低的顺序依次为:发酵肥>发酵肥+50%化肥>常规施肥>普通有机肥>CK;土壤微生物综合指标Shannon-Wiener指数以生物发酵肥最高;氨化细菌、固氮菌及纤维素分解菌数量以生物发酵肥最高,硝化细菌数量以发酵肥+50%化肥处理最高;生物发酵肥和发酵肥+50%化肥两处理的MBC均显著高于常规施肥。施用微生物发酵有机肥可显著增加土壤微生物数量及微生物的群落多样性,并有助于提高土壤综合肥力。     

华北地区有机种植和常规种植模式下土壤重金属含量及污染评价

为探讨有机种植与常规种植两种不同种植方式对土壤重金属含量和污染特性的影响,本文在华北5个地区选取典型的有机蔬菜和有机小麦种植基地及附近相似条件的常规种植地块,比较了土壤中Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、As共6种重金属含量的差异,并采用不同评价方法对不同种植方式下土壤中重金属的污染程度进行了评价。结果表明:与常规种植相比,有机种植减轻了土壤酸化和盐渍化,提高了土壤有机质含量和阳离子交换量,在一定程度上有利于降低土壤中重金属的生物有效性。与土壤背景值相比,所有调查地区的土壤重金属均有不同程度的增加和积累。与常规种植相比,有机种植模式能有效降低土壤中Cd、Cr含量,有机小麦种植地块因长期施用大量有机肥导致土壤中Cu、Zn、As大量富集;而常规温室菜田同时施用大量的有机肥、化肥及农药,土壤中Cu、Zn、As富集的风险比有机种植模式高;露天蔬菜有机种植地块土壤中Cu、Zn、As含量与常规地块差异不明显。综合污染指数评价结果显示,调查地区土壤均属于轻污染程度,主要贡献因子为Cd、Cu、Zn,有机种植降低了土壤中重金属的综合污染水平;地累积指数法评价结果表明,调查地区处于无污染到中等污染水平,最明显的污染元素是Cd,有机种植降低了土壤中重金属污染的程度和风险;潜在生态危害指数评价结果表明,所调查地块存在轻微潜在生态风险,其中产生较大生态危害的是Cd,表现出轻微生态危害程度。本研究表明,有机种植减轻了土壤中重金属综合污染水平和污染风险,并减轻了土壤重金属的潜在生态危害。     

低分子有机酸对土壤中重金属的解吸及影响因素

研究了柠檬酸、草酸、酒石酸和苹果酸对矿区土壤中重金属Pb、Cd、Cu和Zn的解吸行为,并探讨了介质pH值对其解吸土中重金属的影响。振荡解吸试验结果表明四种低分子有机酸对供试污染土壤中Pb、Cd、Cu和Zn都具有一定的解吸能力。由于土壤中重金属有效态含量较低,各重金属的解吸率都不高。在对Pb和Cd的解吸中,各低分子有机酸能力大小顺序为柠檬酸>酒石酸≈苹果酸>草酸;Cu的解吸顺序为柠檬酸>草酸>酒石酸≈苹果酸;Zn的解吸顺序为酒石酸>柠檬酸≈苹果酸>草酸。低分子有机酸随浓度的增加,其解吸能力提高。低分子有机酸对重金属的解吸量随pH值的降低而增加。     

生物有机肥对重金属的吸附解吸作用的影响

通过室内培养的方法比较了生物有机肥和干鸡粪对重金属离子Pb2+、Cd2+、Cr3+、As6+的吸附与解吸特性。研究结果表明:生物有机肥和鸡粪对4种重金属离子的吸附量大小依次为Cr3+>Pb2+>Cd2+>As6+,解吸量大小顺序为Pb2+>Cd2+>Cr3+>As6+,而解吸率的大小顺序为As6+>Pb2+>Cd2+>Cr3+,这主要与四种金属离子的电荷种类、数量及水合离子半径等密切相关。与干鸡粪相比,生物有机肥增加了对4种重金属离子的吸附率,同时降低了对4种重金属离子的解吸率。     

Dissolved organic carbon and decreasing pH mobilize cadmium and copper in soil

When limed farmland is converted to forestry cadmium (Cd), copper (Cu) and other heavy metals can become mobile because of acidification and increased concentration of dissolved humic substances. The influence of pH and dissolved organic C on amounts and rates of Cd and Cu release was investigated in a cultivated soil by extraction with ～ 1 mm hydrochloric acid at pH 3 with and without dissolved organic C in the batch mode with weekly replacement of the extraction solution. After 88 weeks, 35–50% of aqua regia‐extractable Cd was extracted; addition of 10 mm dissolved organic C had no effect on the amount dissolved, but it increased the initial rate of release because the organic matter buffered the suspension at a lower pH. The solubility and release rate of Cd decreased as the geochemically active fraction was depleted. This suggests that Cd occurs in the soil in a continuum of binding strengths ranging from readily available to strongly bound forms. The repeated extractions resulted in distribution coefficients (K_{d dis}) that have log‐linear relationships with pH. This allows prediction of Cd solubility during acidification of soil. Dissolved organic C enhanced the release of Cu from less than 8% (without) to more than 20% (with) of aqua regia‐extractable Cu. Total contents of Cd and Cu cannot be used as measures of the metals' availability during acidification of former limed farmland. Predictions of availability should be based on the solubility as a function of pH and the degree of Cd or Cu depletion from the geochemically active fraction in soil.     

不同内源重金属生物炭对Cu和Cd吸附及其对老化作用的响应

为明确老化作用对不同内源污染物生物炭吸附重金属稳定性的影响，该研究以不同污染程度（清洁、中度和重度污染）土壤种植的巨菌草秸秆制备3种不同内源Cu和Cd含量的生物炭RB、SB和JB，分析3种生物炭对Cu和Cd的吸附能力以及干湿和冻融老化对饱和吸附后生物炭中Cu和Cd的生物有效性的影响。结果表明：3种生物炭表面均分布丰富的孔隙结构，RB含有最高的pH值和灰分；生物炭对Cu和Cd的吸附符合Langmuir模型（R2=0.951～0.998），且RB对Cu和Cd的吸附量最大，分别为54.3和37.3 mg/g；与此相同，饱和吸附后RB对Cu和Cd的固持量最大，分别为21.4和4.78 mg/g。与老化前相比，干湿老化较冻融老化更显著地降低了饱和吸附后生物炭中Cu的TCLP浸出含量，促进了Cu从酸溶态和残渣态向还原态和氧化态转化，降低了Cu的环境风险；但是干湿和冻融老化作用增加了饱和吸附后生物炭中Cd的TCLP浸出含量，促进了Cd从残渣态向酸溶态、还原态和氧化态转化，增加了Cd的环境风险。这可能是由于3种生物炭对Cu的吸附主要以表面络合为主，对Cd的吸附以化学沉淀机制为主。总体上，RB生物炭固持最高的Cu和Cd，但是干湿和冻融老化增加了饱和吸附后生物炭Cd环境风险，研究结果对于评估生物炭长期钝化修复稳定性具有一定的指导意义。     

Influence of pH on copper, lead and cadmium binding by an ombrotrophic peat

The effect of pH on the adsorption of copper (Cu), lead (Pb) and cadmium (Cd) by a peat soil was studied, and the results compared with those corresponding to cation binding by a dissolved peat humic acid (HA), and interpreted with a NICA–Donnan model. A potentiometric titration technique was used to determine the adsorption isotherms for H⁺, at different ionic strengths, and for Cu²⁺, Pb²⁺ and Cd²⁺ at different pH values, in a peat soil. The effect of the ionic strength on proton binding was similar for the soil (solid) organic matter and for dissolved HA. The adsorption isotherms for cation–peat and the binding curves cation–dissolved HA are almost parallel, although more cation was adsorbed per kg of C in the dissolved HA. The effect of pH on cation binding is similar for dissolved organic matter and for the organic soil. At low metal concentration the amount of adsorbed metal followed the order Cu²⁺ > Pb²⁺ > Cd²⁺. The cation-binding parameters obtained with the NICA–Donnan model allow excellent simulation of the effect of pH on the adsorption of Cu, Pb and Cd ions in the studied peat soil. The binding constants for the peat suspension were greater than the corresponding generic parameters for dissolved HA. Speciation calculations showed that for Cu and Pb, the most abundant fraction was the metal adsorbed on peat, whereas for Cd the most abundant fraction was dissolved metal.     

三种有机肥水溶性分解产物对铜、镉吸附的影响

研究了稻草、紫云英和猪粪的水溶性分解产物对铜和镉的沉淀作用及其在红壤和潮土上的吸附影响。结果表明三种水溶性分解产物对铜镉的沉淀及吸附有双重效应：铬合效应和ｐＨ提高效应。在相同的ｐＨ值条件下,有机分解产物通过络合作用而不同程度地抑制了铜和镉的沉淀作用及其在两种土壤上的吸附。由于铜具有较强的形成络合物的能力,所以有机分解产物对铜的抑制效果对于镉的抑制效果。吸附等温线表明,在不调节ｐＨ时,三种有机分解产     

Cu^2＋、Zn^2＋复合条件下Cd^2＋在陕西5种土壤中的吸附

通过平衡吸附的方法,研究了Cd2＋在单一及与Cu2＋、Zn2＋复合条件下,在陕西塿土、黄绵土、黑垆土、黄褐土、砂土5种土壤中的吸附特征,并通过多重相关分析探讨了其吸附机制。结果表明,在20、30℃条件下,Cd2＋在各供试土样中吸附等温线总体上呈H或L型等温线形式,黑垆土对Cd2＋总是吸附最强,而砂土的吸附总是最弱;Cd2＋吸附的温度效应呈现升温负效应特征,塿土土样中,Cu2＋的共存对其温度效应影响较大,而在其他4种土样中Zn2＋的共存具有较大影响;Cu2＋、Zn2＋的共存均降低了Cd2＋的吸附量,具有显著的拮抗作用;Freundlich模型是描述Cd2＋吸附等温线最佳模型。相关分析结果表明,Cd2＋在土壤中的吸附主要以电性引力吸附为主,Cu2＋的共存主要和其与土壤有机质之间的络和吸附等化学吸附作用有关,因此其对Cd2＋以化学竞争性吸附的影响相对较弱,而Zn2＋共存吸附与Cd2＋吸附机制类似,因此表现出Zn2＋共存对Cd2＋吸附影响较大的特点。     

Wirkung von 2,2′,5,5′ Tetrachlorbiphenyl,Benzo-a-pyren,Cadmium und Kupfer in einem Rieselfeldboden und Aufnahme dieser Stoffe durch Roggen (Secale cereale)

Effect of 2,2′,5,5′-tetrachlorobiphenyl, benzo-a-pyren, cadmium and copper in an original sewage field soil and uptake of these substances by rye Rye was cultivated in pots on weakly polluted sewage field soil (R) and artificially polluted variants of this soil. The aim of the project was to study the combined effect of organic pollutants (PCB, PAH) and heavy metals (HM) to parameters of soil biology, biomass production and soil-plant transfer. R was contaminated with 2,2′,5,5′-tetrachlorobiphenyl (PCB 52), benzo-a-pyren (BaP), cadmium (Cd) or copper (Cu) as well as with combinations of these substances up to concentrations comparable with an extremely polluted sewage field soil. Rye showed significant yield reductions on all treatments enriched with copper ( > 60 ppm plant-available Cu in soil). In this context copper only produced the impairments of microbial activity in the soil and caused its phytotoxicity. The yield reductions were connected with higher copper contents and also higher cadmium contents of rye as a result of concentration effect. Added copper led to increasing mobility and availability for plants of Cd in the soil. Addition of copper in combination with organic pollutants to soil R increased also availability of Cd for plants.     

镉污染水稻秸秆生物炭对土壤中镉稳定性的影响

中国农田土壤镉等重金属污染问题突出,对其生产过程中产生的镉污染水稻秸秆进行无害化和资源化利用研究具有重要意义。该研究通过连续提取试验、风险评价指数法、吸附动力学/热力学、土柱试验,以及X射线衍射分析、傅里叶变换红外光谱分析等手段,探究了不同热解温度下制备的镉污染水稻秸秆生物炭对土壤中Cd的稳定特性。研究结果表明,镉污染水稻秸秆热解制备的生物炭可有效吸附土壤镉。热解温度显著影响生物炭对Cd的吸附能力（P<0.05）,高温生物炭对Cd吸附容量大,700 ℃下制备的生物炭对Cd的吸附容量可达72.57 mg/g。生物炭对Cd的吸附主要通过含氧官能团表面络合和碳酸盐共沉淀吸附,其吸附过程符合Langmuir方程和准二级动力学模型,吸附过程受化学速率控制。土柱试验表明,镉污染水稻秸秆生物炭能有效降低土壤Cd的下渗迁移能力,其作用机制主要是将土壤Cd从酸可提取态转化为残渣态,施入高温生物炭的土壤中Cd的残渣态比例最高。上述结果表明,热解可有效处理镉污染水稻秸秆,制备的生物炭可用于Cd等重金属污染土壤的稳定修复,有效解决镉污染水稻秸秆的潜在二次污染问题并实现其安全利用。     

海泡石对典型水稻土镉吸附能力的影响

通过吸附解吸实验研究了添加海泡石后典型水稻土对Cd的吸附解吸特性及其对吸附溶液pH值变化的响应。结果表明,Freundlich方程可以较好地拟合红黄泥、黄泥田和红沙泥3种典型水稻土对Cd的等温吸附过程（R2〉0.962）。在溶液初始Cd浓度相同的情况下,添加海泡石可使3种水稻土对Cd的吸附量增加20%以上,增强土壤对Cd的吸附强度,有效降低吸附Cd的解吸率,其效果随海泡石添加量的增大而增强。3种水稻土吸附Cd的解吸率均高于70%,而且都随吸附量的增加而上升。溶液的pH值是影响土壤吸附Cd的一个重要因素,在低pH值的条件下（pH〈4）,随着溶液pH值的降低,土壤对Cd的吸附量迅速降低,当溶液pH值高于5时,pH值的变化对吸附量的影响较小。在溶液初始pH值2-8范围内,添加海泡石均能有效提高3种水稻土对Cd的吸附能力。     

几种土壤在单一Zn及Cd Cu共存条件下对Zn的吸附

研究了Zn2+在单一及与Cd2+、Cu2+共存条件下在塿土、黄绵土、黑垆土、黄褐土、砂土5种土壤中的吸附特征,并探讨了其吸附机制。结果表明,在20℃、30℃下,Zn2+在各供试土样中吸附等温线总体上均呈I或III型等温线形式,总体上黑垆土、塿土对Zn2+吸附最强,而砂土的吸附总是最差;塿土、黄绵土和黄褐土中Zn2+吸附的温度效应呈现升温正效应特征,砂土中则总体上表现出随温度上升呈下降趋势,黑垆土中Zn2+吸附的温度效应则与重金属处理有关。Freundlich模型是描述Zn2+吸附等温线最佳模型。Cd2+、Cu2+的共存对Zn2+的吸附均具有显著的拮抗作用,但对Zn2+吸附规律的影响不同。机理分析表明,Zn2+在土壤中的吸附主要以化学吸附为主,Cu2+由于其与Zn2+相似的化学吸附特点而竞争Zn2+化学吸附点位,但Cd2+吸附主要竞争以电性引力形式吸附的Zn2+,因而Cu2+对Zn2+吸附的影响较大,而Cd2+影响较小。