生物炭钝化修复镉、铅、铜和砷污染土壤的研究进展

生物炭在改良土壤、增加土壤碳汇等方面具有很大的应用潜力,且可以钝化土壤重金属,降低重金属污染的环境风险。为给西南地区开展生物炭钝化修复重金属污染土壤提供参考,对国内外利用生物炭钝化修复镉、铅、铜和砷污染土壤的研究现状进行综述,提出目前存在的挑战以及未来研究的侧重点。     

基于WOS的重金属污染土壤钝化修复研究文献计量分析

土壤重金属污染是危害性极大的全球性环境问题,钝化修复是治理污染土壤较为实用的绿色经济策略之一。为分析土壤重金属污染钝化修复研究现状,基于Web of Science核心合集数据库,采用文献计量学方法对2000—2021年土壤重金属钝化研究论文相关数据进行可视化分析。结果表明,在2000—2021年全球土壤重金属钝化领域的发文数量整体呈上升趋势,Environmental Science and Pollution Research、Chemosphere、Journal of Hazadous Materials以及Science of the Total Environment等杂志刊发该领域的研究内容较多,国家级基金等是土壤重金属钝化研究领域的主要资助来源。关键词聚类分析显示,镉污染修复是重金属钝化修复领域较受重视的问题之一,中国科学院、中国农业科学院农业农村部环境保护科研监测所以及中国科学院大学等单位是土壤重金属钝化研究领域的代表性机构。未来的研究应着重于钝化材料修复污染土壤的机理,可同时修复多种重金属的新型钝化材料筛选,以及结合重金属低积累品种或栽培措施等方面,提高修复效果,降...     

连续施用改性生物质炭对镉铅土壤修复效果及其对微生物群落结构的影响

为探究磷酸改性生物质炭对石灰性污染土壤重金属的稳定效果及对微生物群落结构的影响,于2015—2019年选择豫北某地污染农田土壤开展连续5a的定位试验。研究选用磷酸改性稻壳生物质炭为土壤调理剂,设置土壤调理剂不同年限的连续施用处理,分析土壤有效态镉、铅含量及小麦籽粒镉、铅含量,以探究调理剂钝化效果的持续性,借助高通量测序...     

复合调理剂的研制及其稳定化研究

利用城市建筑垃圾中的水泥块和废弃红砖、钾长石及其复配组合对污染土壤中的重金属进行钝化处理,根据调理剂对有效态镉的稳定效率对调理剂的材料进行筛选,同时通过BCR形态分级试验研究土壤中的重金属镉在钝化前后的各个形态的变化。结果表明:(1)在单组分材料的钝化试验中,钾长石的钝化效果最好,且3种组分的钝化能力大小依次为:钾长石水泥块废弃红砖。(2)在其复合组配剂的再筛选试验中,水泥灰∶钾长石=1∶2对有效态镉的钝化效果最好,稳定效率达到了41.2%。(3)钝化能力强弱排序为:水泥灰∶钾长石红砖灰∶钾长石水泥灰红砖灰∶水泥灰∶钾长石钾长石红砖灰。(4)在土壤中添加不同比例的水泥灰∶钾长石(1∶2)混和物的钝化试验表明,以添加1%的水泥灰∶钾长石处理效果最好。     

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。     

不同钝化剂对蔬菜中铅、镉和铬吸收的影响

【目的】选取市场上常见的8种钝化修复产品,对比它们在大田环境下对菜叶类蔬菜的产量及吸收重金属的影响,筛选出适合福建省酸性土壤重金属污染的钝化剂。【方法】选取福建屏南县某Pb、Cd和Cr污染农田为试验地块,比较不同钝化剂对上海青(第一季)、夏阳白(第二季)的产量、重金属含量、土壤pH值和有效态的影响。【结果】(1)OSA土壤重金属钝化剂和特贝钙土壤调理剂分别显著增加上海青和夏阳白产量,增产84.2%和65.4%,增幅最大。(2)Yonker土壤调理剂和OSA土壤重金属钝化剂分别显著升高上海青和夏阳白土壤的pH值,达到5.25和4.76,提升效果最好。(3)海状元土壤调理剂显著降低了上海青和夏阳白中土壤DTPA提取态Cd含量,较对照降低31.0%和25.4%,效果最好。Yonker土壤调理剂和海状元土壤调理剂分别对上海青、夏阳白土壤中DTPA的Pb含量降低幅度最大。OSA土壤重金属钝化剂和康源土壤调理剂分别对上海青、夏阳白土壤中DTPA的Cr含量降低幅度最大。(4)OSA土壤重金属钝化剂显著降低了上海青和夏阳白的Pb含量,降低了41.5%和46.0%,效果最好。OSA土壤重金属钝化剂和Yonker土壤调理剂分别显著降低上海青和夏阳白中Cd含量,降低46.0%和34.6%,效果最好。万亩田有机肥和Yonker土壤调理剂分别显著降低上海青和夏阳白中Cr含量,降低73.2%和60.6%,效果最好。其中,OSA土壤重金属钝化剂、特贝钙土壤调理剂和Yonker土壤调理剂处理后上海青中的Cd含量从超标降低至国家安全标准以内。(5)相关性分析得,上海青和夏阳白中Pb、Cd和Cr的含量与土壤DTPA提取态含量呈极显著正相关(P0.01),但与土壤pH值呈极显著性负相关(P0.01)。说明钝化剂提高土壤pH值,降低土壤有效态含量,减少土壤中重金属向上运移,降低上海青和夏阳白的重金属含量。【结论】综合分析,OSA土壤重金属钝化剂和Yonker土壤调理剂对酸性土壤Pb、Cd和Cr复合污染的钝化修复效果佳。     

矿物调理剂对酸性土壤酸度降低和菠菜镉累积的影响

为改良酸性土壤、降低重金属活性和提高酸性土壤生产力,采用盆栽试验,探究硅钙钾镁肥(T1)、矿物调理剂A(T2)和矿物调理剂B(T3)降低土壤酸度的效果和对菠菜Cd累积的影响。结果表明:施用10 g/kg的矿物调理剂均能显著提高土壤pH,降低土壤交换性Al³⁺,使土壤酸度降低,矿物调理剂B的效果最优(T3)。施用矿物调理剂显著促进了菠菜的生长,T1、T2和T3处理使植株鲜重分别增加13.8、15.9和15.9倍。T2和T3处理使土壤DTPA-Cd含量分别降低41.6%和41.0%,菠菜植株Cd浓度分别降低48.9%和50.9%。此外,T2和T3处理也抑制了菠菜对Cd的累积,菠菜生物富集系数分别降低49.1%和50.9%。综上,以硅酸盐矿物、牡蛎壳粉和白云石为主要原材料制备的矿物调理剂在改良酸性土壤和降低镉的生物有效性方面具有更大的潜力。     

土壤调理剂对农田土壤和水稻镉和铅的影响

为了解土壤调理剂在降低土壤中重金属镉和铅的活性,减少重金属镉和铅在水稻体内的吸收和积累等方面的作用,2021年7月至10月间,我们在晚稻采用土壤调理剂“镉康”及“酸易克”进行田间试验,并对施用前后土壤、谷粒和秸秆中镉、铅含量进行分析对比。结果表明,在酸性水稻土中,施用土壤调理剂“镉康”在一定程度上能提高水稻产量;两种土壤调理剂都能显著地抑制谷粒对镉元素的吸收,降低镉在土壤中的积累,增加镉在谷杆内的吸收;土壤调理剂“酸易克”可降低土壤中重金属镉和铅的活性,减少重金属镉和铅在水稻体内的吸收和积累方面较土壤调理剂“镉康”明显。     

黄河流域土壤修复专利技术发展现状与对策分析

【目的】从专利视角对黄河流域九省区涉及的荒漠化修复、盐碱地治理、水土保持、重金属土壤污染修复、矿区地形地貌修复和常规土壤污染修复等土壤修复技术进行了梳理,剖析了黄河流域九省区在黄河流域土壤修复专利技术方面的发展现状、研究热点及存在问题,以期为黄河流域土壤修复和生态保护提供发展建议和对策。【方法】利用中国专利文摘数据库为数据检索平台,从黄河流域各省区专利申请数量年度变化趋势、专利法律状态、申请人类型、主要申请人及申请地域分布、技术分布和技术周期趋势等角度对黄河流域土壤修复技术进行分析。【结果】黄河流域土壤修复专利技术申请量呈快速增加的趋势,专利申请中失效比例较大,企业申请量占比高,各省区土壤修复技术发展与地域环境有关,且各省份发展侧重点不同。【结论】黄河流域各省区土壤修复技术领域的关注热点为重金属土壤污染修复、盐碱地治理和常规污染土壤修复,各省区土壤修复专利技术已由新技术发展转向成熟技术的范畴,应重视从现有专利成果中寻找技术支撑,及时将专利成果进行转化应用。     

生物质炭对汞污染土壤吸附钝化的影响

研究生物质炭对黑土土壤Hg污染的吸附、钝化作用。以受汞污染土壤为研究对象,以生物质炭不同梯度施用量为处理,通过盆栽试验采用HNO_3-H_2SO_4混合酸水浴一次消解的方法对土壤中Hg的总量、淋溶液以及植物中重金属的含量进行研究,采用HPLC反相C18柱分离、ICP-MS检测甲基汞含量。添加Hg Cl26 mg/kg后,生物质炭添加量1%处理土壤中Hg含量比例由57.9%提高到66.1%,油菜中汞含量所占比例由14.5%下降到11%,降低3.5百分点;淋溶液中汞含量占比由27.5%下降到22.9%,降低4.4百分点;土壤中的甲基汞含量下降到34.9%。以外源添加Hg Cl26 mg/kg后,进入土壤中的汞含量由55.00%上升到77.67%,植物中汞含量由14.67%下降到2.77%,淋溶液中汞含量由27.1%下降到16.7%。生物质炭的添加对Hg在土壤、植物体和淋溶液中的分布具有显著的影响,随着生物质炭添加量的增加,钝化在土壤中的重金属Hg越多,有效降低了植物体内、淋溶液的重金属Hg的含量,降低了土壤中甲基汞的含量,降低了土壤毒性,提高重金属Hg的钝化率,增加了土壤中重金属Hg的含量,生物质炭的施用可有效修复和改良重金属污染土壤。     

重金属污染农田原位钝化修复材料研究进展

重金属原位钝化是一种农田土壤污染修复技术,钝化材料能有效降低重金属迁移性及生物有效性。本文综述了用于原位钝化修复的钝化材料及其钝化机理,探讨了钝化材料对重金属污染农田钝化效果的影响因素。并对钝化产品的市场研发及农田修复后需要解决的问题进行了分析和展望,以期为原位钝化修复技术和钝化材料的研发提供理论基础和研究方向。     

农田重金属土壤健康钝化技术研究及应用趋势

受农用品投入、固体废弃物堆放、污水农灌及大气沉降等因素影响,导致农田土壤退化、农产品安全等问题愈发严峻,重金属污染通过食物链严重威胁人体健康,成为中国农业环境领域亟待解决的关键问题之一。针对中国农田重金属污染现状,从有机、无机钝化材料、土壤钝化健康技术出发,对农田土壤重金属污染健康修复技术进行深入梳理、分析,提出目前农田重金属土壤修复中存在的主要关键瓶颈问题,从有机、无机联合钝化、绿色农产品投入、土壤质量健康提升等方面进行展望发展趋势,为土壤重金属逆境的生态治理、农田废弃物循环利用及土壤健康可持续发展提供理论及技术依据。     

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。     

不同修复剂对轻度重金属污染农田玉米土壤和农产品的影响

通过在轻度重金属污染农田中施用5种土壤调理剂、5种微生物菌剂,比较重金属在土壤、玉米籽粒中积累情况和对产量影响,筛选可降低土壤、玉米籽实重金属含量的适宜调理剂。结果表明,调理剂和微生物菌剂均降低了土壤中重金属的含量,调理剂对玉米籽粒中As含量、微生物菌剂对玉米籽粒中Cd和As含量的降低效果较好,3种土壤调理剂和2种微生物菌剂处理增加了玉米产量。综合考虑,江苏天象、南京宁粮两种土壤调理剂和迈科珍微生物菌剂对降低土壤、玉米籽粒重金属含量,增加产量方面效果较好,建议在该地区进一步探索研究。     

河岸缓冲带对采矿废弃地水土流失及其重金属污染扩散的消减效应

为了研究生态缓冲带对重金属扩散的控制效果,于2020年6—11月在云南省兰坪县兔子山矿段磨面河河岸带构建灌/草套种模式生态缓冲带开展原位试验,研究8种灌-草模式生态缓冲带植被生长状况、植物重金属累积特征、水土流失及重金属扩散特征。结果表明:泥沙是Cd、Pb和As迁移的主要载体。在生态缓冲带植被恢复初期,草本植物盖度超过85%时,提高植被盖度能有效消减污染扩散。11月径流中泥沙、Cd、Pb和As平均浓度较7月分别降低58%、46%、41%和40%。灌/草套种模式水土流失量和重金属流出量较草本植物单作模式更低。PCA分析表明,8种模式中黑麦草/杜鹃模式水土流失和Cd、Pb、As流出得分最低。研究表明,灌/草套种模式生态缓冲带能有效减少采矿废弃地重金属扩散,推荐采用黑麦草/杜鹃套种模式生态缓冲带作为Pb-Zn矿采矿废弃地沟渠河岸带污染物消减措施。     

生物炭对好氧发酵水溶性有机物及重金属形态的影响

为探究生物炭对发酵过程理化特性、水溶性有机物（DOM）组分以及重金属形态变化的影响机制，以猪粪和秸秆为原料，添加不同比例生物炭作为钝化材料开展好氧发酵试验。结果表明：发酵结束后生物炭添加量为0、5%、15%和25%处理的腐殖质类物质分别增加了22.69%、24.49%、25.32%和25.45%；各处理对重金属Cu、Zn、Pb、Cd的钝化效率分别为25.80%~47.00%、16.73%~31.34%、31.81%~57.68%和20.00%~71.47%，均使活性相对较高的吸附态向较为稳定的络合态和沉淀态转化；DOM组分、温度、pH、EC和含水率变化对重金属形态均有较大影响，其中富里酸和胡敏酸对可交换态Cu、Zn、Cd和Pb的影响显著，胡敏酸对重金属的络合起主要作用，pH对促进生物炭与重金属离子交换、共沉淀及重金属配合物的稳定性等具有较大的影响。研究表明，在猪粪好氧发酵过程中添加生物炭可促进DOM组分中的富里酸向胡敏酸转化，进而提高了腐殖质的稳定性和重金属的钝化效率。     

土壤调理剂和复合微生物肥对农田土壤和水稻镉、铅的影响

以湖南省重金属污染耕地修复综合治理试点区中标土壤调理剂产品和复合微生物肥产品为试材,在长沙县和湘乡市典型稻区开展田间试验,研究土壤调理剂、复合微生物肥对农田土壤和水稻中镉、铅含量的影响。结果表明:施用土壤调理剂能明显提高土壤的pH值,复合微生物肥对土壤的pH值无明显影响;施用土壤调理剂和复合微生物肥均能降低土壤有效镉含量及稻米和稻草中总镉、总铅含量,但土壤调理剂的降低效果要明显优于复合微生物肥,二者对土壤总镉、总铅含量没有明显的影响。     

叶面阻控剂与土壤调理剂对稻米降镉效果研究

以石灰、土壤调理剂、水溶硅肥为材料,在镉污染耕地上进行水稻种植试验。结果表明:通过提高土壤中p H值,可以有效地改变土壤中镉的存在形态,不易被植物吸收,施用石灰后稻米和稻草中重金属镉含量分别比对照降低了73.4%和66%;通过喷施叶面阻控剂,可以使镉停留在植物根、茎基部,阻止其向稻米中传送,喷施后稻米和稻草中重金属镉含量分别比对照降低了41.5%和25.3%;施用土壤调理剂后稻米和稻草中重金属镉含量分别比对照降低了71.3%和69.3%。