Zn超富集植物长柔毛委陵菜对Cd的耐性与富集特征

通过野外调查和营养液培养,证明Zn超富集植物长柔毛委陵菜(Potentilla griffithii var.velutina)无论在自然条件下还是营养液培养条件下,都对Cd具有很强的耐性和富集能力,是一种潜在的重金属Cd超富集植物。自然条件下生长于铅锌矿区的长柔毛委陵菜,其根系土壤Cd总量为101～1331mg·kg-1,平均320mg·kg-1;植物Cd含量叶片为39～765mg·kg-1,平均178mg·kg-1,叶柄为64～1422mg·kg-1,平均280mg·kg-1;Cd转运系数为0.64～1.18,平均值0.84;生物富集系数为0.22～1.68,平均0.80。营养液培养条件下,长柔毛委陵菜在Cd浓度≤20mg·L-1的介质中能够正常生长;植物叶片、叶柄及根部Cd含量随介质中Cd浓度的增大而增大,叶和柄中Cd含量在60mg·L-1的Cd处理时都达到最大,分别为1604和6145mg·kg-1;不同组织的Cd含量顺序为根>柄>叶;体内累积的Cd有60%以上储存在地上部。营养液培养的Cd转运系数小于自然状况。     

不同亚铁矿物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的表面吸附特征及机制比较研究

为探明稻田土壤还原条件下不同亚铁矿物对砷的修复潜力,本研究对比研究了磁铁矿、菱铁矿、黄铁矿三种亚铁矿物在不同 pH 条件下（pH 3.00、5.00、7.00）对 As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附特征,并以电位滴定法探究了导致三种亚铁矿物吸持 As（Ⅲ）、As（Ⅴ）能力差异的表面电荷性质。等温吸附平衡实验结果表明,Langmuir模型能较好描述三种亚铁矿物对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附过程。弱酸条件（pH=5.00）下,亚铁矿物对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附容量依次为：磁铁矿[As（Ⅲ）：23.38 mg·g^-1,As（Ⅴ）：71.33 mg·g^-1] >菱铁矿[As（Ⅲ）：11.63 mg·g^-1,As（Ⅴ）：21.69 mg·g^-1]>黄铁矿[As（Ⅲ）：10.72 mg·g^-1,As（Ⅴ）：7.75 mg·g^-1],在弱酸性（pH=5.00）条件下三种矿物中磁铁矿对As（Ⅲ）和As（Ⅴ）吸附容量最高。在中性（pH=7.00）条件下黄铁矿对As（Ⅲ）、菱铁矿对As（Ⅴ）吸附容量相对较高。供试pH条件下磁铁矿、菱铁矿对As（Ⅲ）的吸附强度较高,黄铁矿则对As（Ⅴ）的吸附强度较高。电位滴定实验测得亚铁矿物的电荷零点和总可变电荷量依次为：磁铁矿（pH 9.76;1.025 mol·g^-1）>菱铁矿（pH 7.52;0.240 mol·g^-1）>黄铁矿（pH 4.03;0.084 mol·g^-1）,表面活性位点密度依次为：黄铁矿（90.59 site·nm^-2）>菱铁矿（42.77 site·nm^-2）>磁铁矿（7.94 site·nm^-2）,亚铁矿物对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附容量受溶液pH、总可变电荷量及其电荷零点影响。非专性吸附和专性吸附是磁铁矿和菱铁矿吸附As的主要方式,而黄铁矿则以专性吸附为主。研究表明,不同pH条件下不同亚铁矿物对稻田土壤砷的修复潜力不同,酸性条件下磁铁矿对As（Ⅲ）和As（Ⅴ）有较好修复潜力,中性条件下黄铁矿对As（Ⅲ）、菱铁矿对As（Ⅴ）有较好修复潜力。     

植物根际促生菌（PGPR）对缓解水稻受土壤锌胁迫的作用

为解决农田重金属污染的严重环境问题,提出利用植物根际促生菌（Plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR）来缓解农作物受重金属胁迫的科学设想。研究从大宝山污染土壤中筛选出的Pb2＋、Cd2＋、Cu2＋、Zn2＋耐性菌株,经鉴定为芽孢杆菌属（Bacillussp.DBM）,菌株DBM具有产吲哚乙酸（IAA）和ACC脱氨酶能力,但无产铁载体能力。盆栽试验结果表明,菌株DBM在水稻受重金属Zn（600mg.kg-1）胁迫时能有效保护并促进水稻的生长,使其地上部和地下部干重比不加菌处理对照分别提高97.8%和77.2%。另外,菌株DBM可以增加土壤中Zn的有效态含量,但不能增强水稻对土壤Zn的吸收能力。相反,在Zn600处理下,水稻地上部和地下部Zn浓度分别比不加菌处理对照减少15.1%和19.9%。但由于促生效果也极为显著,其地上部和地下部Zn总量仍分别比不加菌处理对照增加74.2%和48.6%。     

五种生物质炭的特性分析

以南北方5种农林废弃物水稻壳、果壳、花生壳、玉米秸秆和竹子为原料,采用限氧控温法制备生物质炭,分析生物质炭的基本性质及结构特征。结果表明:5种生物质炭呈碱性,炭化结构清晰良好,呈疏松多孔结构;竹炭的pH值、灰分含量、电导率和阳离子交换量显著高于秸秆类炭和壳渣类炭,500℃热裂解条件下竹炭适合作为土壤改良剂;花生壳炭平均孔径最大且为多孔隙结构,表明有最佳的组成与结构用于重金属的吸附固定。     

人为侵入体对城市绿地土壤水分入渗特征的影响

在快速城市化过程中,人为侵入体大量混入绿地,改变了土壤的三相组成及孔隙特征,但其对城市绿地土壤的入渗影响仍不清楚。基于一维垂直土柱入渗模拟,以典型人为侵入体砖块和混凝土碎块为例,研究其对城市绿地土壤水分入渗的影响特征。结果表明:(1)人为侵入体的混入均会抑制城市绿地土壤水分下渗,导致其稳定入渗速率降低,累积入渗量、湿润锋距离和土壤体积含水量减小,深层土壤水分变化滞后。同一配比下,以混凝土碎块对土壤水分入渗的抑制作用更为明显(P0.1);(2)随着人为侵入体配比从10%增加到20%,土壤稳定入渗率、累积入渗量、湿润锋距离和土壤体积含水量仍持续减小或略有增加,但差异均不显著(P0.1),其对土壤水分下渗的抑制作用渐趋减弱。(3)不同类型人为侵入体及配比下,城市绿地土壤水分的入渗量随时间变化更加符合Kostiakov模型。研究结果可为未来海绵城市的高效建设提供科学依据。     

植物根际促生菌辅助红麻修复铅污染土壤

通过盆栽实验研究土壤Pb浓度对经济作物红麻（Hibiscus cannabinus）生长、富集及转运Pb的影响,并将具有较强Pb抗性的植物根际促生菌（PGPR）DBM1（Arthrobacter sp.）接种至红麻根际,考察Pb胁迫下PGPR对红麻的促生作用,以探索利用PGPR辅助重金属耐性植物红麻对Pb污染土壤进行植物稳定修复的可行性。结果表明,土壤Pb浓度和接菌处理均显著影响红麻的生长。红麻对Pb具有较高耐性,可通过将Pb富集在根部,并抑制其向地上部转移,从而在中低Pb（Pb400和Pb800处理）污染土壤中良好定植和生长。土壤Pb浓度达到1600 mg·kg-1时,红麻生长开始受到Pb胁迫的抑制,红麻通过自身胁迫抵抗机制缓解Pb毒性。接种DBM1可有效促进红麻的生长,提高红麻叶绿素含量。DBM1对红麻的促生作用是由胁迫诱导的特性,在高Pb胁迫下促生效果更显著。因此,可利用植物根际促生菌DBM1辅助红麻对高Pb污染土壤进行植物稳定修复,在促进红麻生长的同时,有效抑制Pb向红麻地上部的转移。     

生物炭负载Fe3O4纳米粒子的制备与表征

为了推进可再生资源的综合利用,本文以水稻秸秆为原料,利用高温热解有机前驱体法成功制备磁性Fe_3O_4纳米粒子/生物炭复合材料。用X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析仪(TG)、综合物性测量系统(PPMS)、元素分析仪(EA)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)及全自动快速比表面与孔隙度分析仪(BET)对其进行了表征。结果表明:复合材料上生成了形貌均一、结晶度较高、粒径范围为3~10 nm的Fe_3O_4纳米粒子;复合材料的饱和磁化强度达到26.64 emu·g~(-1);复合材料相比于原始生物炭具有更好的热稳定性和更大的比表面积;复合材料的微孔数量少于原始生物炭,孔隙结构以中大孔为主;铁元素在复合材料上的含量为12.08 mg·g~(-1)。通过对两种材料物理化学性质的比较与归纳,以期为复合材料的合成及应用提供参考。     

螯合剂与低分子有机酸复配淋洗修复Cr（Ⅵ）污染土壤

为探究可生物降解螯合剂氨三乙酸(NTA)替代乙二胺四乙酸二钠(EDTA)在复配淋洗剂中的作用,本文研究了NTA和EDTA与草酸和酒石酸所配制的复配淋洗剂在不同浓度、固液比、pH值和淋洗时间下对Cr(Ⅵ)污染土壤淋洗效果的影响及淋洗动力学,此外还使用顺序提取方案(BCR)分析了淋洗前后土壤中重金属的形态、迁移率和稳定性变化。结果表明：混合等体积的0.25 mol·L^-1NTA和0.3 mol·L^-1草酸在固液比为1∶9、pH为3、淋洗时长为240 min条件下达到最大Cr(Ⅵ)去除效率82.94%,这与使用EDTA淋洗时的效率相近;该复配淋洗剂淋洗Cr(Ⅵ)污染土壤时的动力学符合拟二级动力学方程;BCR实验结果表明,NTA和草酸复配淋洗后土壤中Cr的弱酸可提取态、可氧化态和残渣态组分含量分别从6 346.67、4 280.00、2 387.67 mg·kg^-1下降至1 161.67、433.35、741.00 mg·kg^-1,可还原态组分从2 746.67 mg·kg^-1上升至6...     

镉砷在线蚓中的毒物-毒效动力学过程及定量模拟

为探讨土壤污染物重金属镉(Cd)和类金属砷(As)在陆生生物体内的动态累积及毒性效应过程的差异性和规律性,以线蚓(Enchytraeus crypticus)为研究对象,以Cd和As为目标金属,采用室内试验和模型拟合手段定量描述两者的毒物动力学和毒效动力学过程。结果表明:线蚓体内Cd、As的累积量随着暴露浓度及时间的增加而不断上升并逐渐趋于平衡,Cd、As在暴露期间最大的累积量分别为459.6、32.91 mg·kg~(-1);拟合得到的Cd总吸收速率常数K_u(1.761 mg·kg~(-1)·d~(-1))显著大于As(0.102 mg·kg~(-1)·d~(-1)),Cd总排出速率常数K_e(0.015 d~(-1))小于As(0.287 d~(-1));Cd、As对线蚓的毒性作用随着暴露时间的增加而增强,基于体外暴露浓度计算的半数致死浓度(LC50)随时间的增加而降低,并在暴露约7 d后达到平衡,其最终半数致死浓度(LC_(50∞))分别为0.314、1.253 mmol·L~(-1);进一步基于体内浓度计算其体内半数致死浓度(LC_(50inter)),发现As的LC_(50inter)值基本不受暴露时间的影响,而Cd的LC_(50inter)值随着暴露时间的增加而上升,基于不同暴露时间下体内浓度和毒性数据整体拟合得到总的LC_(50inter)Cd(468.8 mg·kg~(-1)·d~(-1))显著大于LC_(50inter)As(26.65 mg·kg~(-1)·d~(-1))。整体上,Cd和As在线蚓体内的累积和毒性均受到时间的影响;Cd的累积能力显著强于As,基于体外暴露浓度时毒性强度Cd大于As,而体内累积的As则呈现更强的毒性效应;As的体内浓度和其动态毒性效应有很好的相关性(R~2=0.75),而Cd的体内浓度不能很好地预测其毒性(R~2=0.57),说明其体内浓度不能完全代表产生毒性的生物有效浓度。     

工业废弃地多金属污染土壤组合淋洗修复技术研究

采用批量淋洗实验方法,对比了采用人工螯合剂乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA-Na2)和天然有机酸草酸(oxalic acid,OX)对工业废弃地污染土壤中重金属的去除效果,并采用不同浓度草酸和EDTA组合的两步淋洗法研究多金属污染土壤的最佳淋洗方式。结果表明,EDTA淋洗剂对土壤中Zn、Pb、Cu、Ni去除效果较好,而对Cr去除效果较差,实验条件下,EDTA对金属的去除率并未随着浓度增加而增加;相反,草酸对Cr去除效果较好,且去除率随着淋洗剂浓度的增加而增加,而对Zn、Cu、Ni的去除效果随着淋洗剂浓度增加而降低,对Pb的去除率非常低;采用先以0.20 mol L-1草酸提取2 h,再以0.01 mol L-1EDTA提取2 h的两步淋洗法可以达到对多金属同时去除,且对Zn、Cu、Cr、Ni的去除率明显高于单用草酸和EDTA,总去除率分别为Zn 75.21%、Pb 21.30%、Cu 59.81%、Cr 60.72%和Ni 62.10%,更为有意义的是两步淋洗法对非残渣态金属去除效果分别高达Zn 91.93%、Pb 57.75%、Cu 75.33%、Cr 73.94%、Ni 77.99%。利用不同化学淋洗剂对金属去除能力的差异进行组合的多步淋洗法是一种较为高效的去除工业废弃地污染土壤中重金属的化学淋洗修复方法。