有机污染土壤生物修复效果的限制因素及提升措施

土壤中的有机污染物主要来源于有机农药、石油污染、工业生产等,其对生态环境和人体健康造成了极大的危害。受有机物污染的土壤能通过物理、化学、生物等一系列的修复技术进行治理,其中生物修复技术被认为是处理有机污染土壤最有效、经济且环境友好的修复技术,但其修复效率受诸多因素影响。本文从气候地理条件、有机污染物的存在形态和土壤自身环境与营养3个方面系统地分析了生物修复技术的限制因素,并从物种选择、生物有效性提升（引入微生物或土壤动物、添加表面活性剂和有机溶剂）及稳定生态系统的构建（添加生物炭、营养补充剂,采用电强化生物修复技术）3个角度科学地提出了提升生物修复技术效率的方法,最后对加强有机物污染土壤复合修复技术的研究进行了展望。     

磁性生物炭合成及其对重金属吸附机制的研究进展

磁性生物炭（Magnetic biochar,MBC）因其磁分离能力和广阔应用前景而受到研究者广泛关注。MBC中碳基结构特征（如形貌、比表面积、官能团等）和铁氧化物形态及分布受多因素影响,如原料来源、热解温度、合成方法等。然而,MBC特性与合成条件的关联性以及MBC对重金属的吸附机制有待进一步研究。本文通过阐述合成条件对MBC特性的影响及其吸附重金属机制,提出关于未来MBC吸附重金属研究的一些科学问题,这将为认识MBC的环境效应提供重要的基础信息。     

镉胁迫下紫茉莉生物碱的化感效应

为探究镉（Cd）胁迫下外来入侵植物紫茉莉（Mirabilis jalapa L.）中生物碱对本地种的化感效应,采用室内水培和土培实验,运用超高效液相色谱（UPLC）技术测定Cd胁迫下紫茉莉根系分泌的生物碱含量,并研究水培紫茉莉根系分泌物、外源添加生物碱和土培紫茉莉根际土壤对2个本地种（萝卜和莴苣）种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明：水培条件下,1~3 mg·L^-1 Cd胁迫下紫茉莉根系分泌物中葫芦巴碱、小檗碱和巴马汀含量显著增加; 3 mg·L^-1 Cd胁迫下紫茉莉根系分泌物对萝卜和莴苣的抑制作用最强,其中萝卜种子萌发率和幼苗根长抑制率分别为25.17%和44.23%,莴苣为10.00%和40.44%,萝卜受到的抑制强于莴苣。外源添加生物碱对萝卜和莴苣幼苗生长的化感效应不同,小檗碱最低抑制浓度分别为0.1mg·L^-1和0.05 mg·L^-1,化感效应最强;巴马汀和药根碱均为0.25 mg·L^-1,化感效应次之;葫芦巴碱为100 mg·L^-1和50 mg·L^-1,化感效应最弱。Cd胁迫下种植紫茉莉的土壤在有菌和无菌时的化感效应也不同,除25 mg·kg^-1 Cd胁迫外,有菌土壤对萝卜和莴苣种子萌发和幼苗生长均产生不同程度的促进作用,且对莴苣的促进作用强于萝卜;而无菌土壤则产生抑制作用,5 mg·kg^-1 Cd胁迫对萝卜种子萌发和幼苗生长的最大抑制率分别为41.23%和48.54%,莴苣则为21.07%和15.25%。研究表明,在Cd胁迫下,紫茉莉水培和土培方式对本地种产生的化感效应不同,土培和有菌条件减缓了生物碱的化感效应,且当利用紫茉莉与本地种进行Cd污染农田土壤的间作修复时,莴苣所受的化感抑制较小,是较为合适的间作种类。     

土壤矿物质增强生物炭稳定性的机制综述

近年来,生物炭因其在环境中的高稳定性以及固碳减排功能,成为国内外的研究热点。然而,生物炭并不是完全惰性的,它的稳定性与其化学结构和所处的环境体系密切相关。为探究生物炭在土壤矿物质作用下的稳定性和固碳潜能,本文通过分析生物炭与土壤矿物质中无机离子的相互作用机理、生物炭与矿物质颗粒团聚过程,系统论述了土壤矿物质对生物炭稳定性的影响。土壤矿物质无机离子可与生物炭发生络合、阳离子桥联、沉淀和静电吸引等相互作用形成有机-矿质复合体,矿物质颗粒成分可与土壤有机质和生物炭等发生团聚,这两种形式为生物炭提供物理保护,提高生物炭的化学稳定性。生物炭在团聚体中的分布会随时间变化:前期主要存在于粉+黏团聚体,后期主要分布于微团聚体和大团聚体。团聚体的形成将限制微生物的数量与类群、降低生物炭与微生物接触概率、减缓微生物降解利用生物炭的速率,进而增强生物炭的生物稳定性。     

玉米秸秆和小麦秸秆生物炭的热稳定性及化学稳定性

为探究秸秆类农业废弃物所制备生物炭的稳定性,以玉米秸秆和小麦秸秆为原料,分别在200℃和500℃下制备生物炭,通过元素分析、傅里叶红外光谱分析、热重及差热分析等分别探究了生物炭的理化性质及热稳定性。结果表明:玉米秸秆因木质素含量较小麦秸秆高,相同温度下制备的生物炭的热稳定性更高。NaClO、H_2O_2和KMnO4三种氧化剂对生物炭的氧化结果表明,秸秆类生物炭的抗氧化性不仅与高木质素含量有关,且受矿物保护的影响。尤其是在KMnO4体系中,木质素和纤维素含量低、灰分含量高的麦秆及其生物炭的化学稳定性更强,表现出了与热稳定性不同的规律。此外,较高温度下制备的生物炭表现出较强的抗氧化能力,具有较大的碳封存潜力。     

干旱土壤中生物炭对黑麦草生长的促进机制

通过控制不同生物炭添加量和降水量,分析土壤理化性质及黑麦草(Lolium perenne L.)的各项生长指标,探究不同添加量的生物炭对缺水植物生长促进的直接与间接作用。结果表明:生物炭的添加可以提高土壤的田间持水率、土壤中速效磷的含量以及土壤的pH;干旱条件下,增加生物炭的用量能促进黑麦草植株的增高,但高剂量的生物炭抑制黑麦草的生长;生物炭加入并不能持续性的保持土壤中的水分,高浓度(>15%)的生物炭反而增大土壤中水分的流失,但由于生物炭中钾元素为植物对抗干旱提供了必要条件。适当添加生物炭(5%)可缓解黑麦草在缺水时生长发育受到的抑制作用,并促进黑麦草的根系生长以及保证较高的发芽率。土壤中添加生物炭对干旱条件下植物的生长有促进作用,有利于缓解植物受干旱胁迫的影响。     

氢氟酸对发酵前后玉米秸秆有机质结构的影响

为了验证氢氟酸(HF)处理是否可改变不同降解程度有机质的性质和结构,本研究配制不同浓度(0、2%、10%)HF对发酵前后的玉米秸秆进行酸洗处理,结合常用化学表征手段、分子生物标志物技术和稳定碳同位素比值,探究酸洗液和固体样品中有机质性质的变化。结果表明：发酵后玉米秸秆有机氮含量增加1.15～1.51倍,有机碳含量变化不明显,导致C/N显著降低,但是不同浓度HF处理后,有机碳和有机氮含量并没有明显改变;发酵前、后玉米秸秆中有机质的δ¹³C值分别是-12.83‰±0.25‰、-13.63‰±0.09‰,不同浓度HF处理发酵前和发酵后的玉米秸秆的δ¹³C基本不变;发酵前、后玉米秸秆固体中木质素总量分别为(18.81±7.44)、(12.01±1.75)mg·g^-1,HF处理发酵后玉米秸秆中木质素的降解参数和来源参数不变。HF处理会导致部分溶解性有机质的流失,发酵后玉米秸秆中含氧官能团优先降解,部分溶出性木质素流失,但木质素的结构不会改变。     

“微生物碳泵”作用下的土壤有机碳稳定性及其吸附特性研究进展

土壤有机质，特别是其相对稳定的组分，是控制污染物尤其是有机污染物吸附稳定的关键因素。微生物介导下的有机质再合成产物，即“微生物碳泵”作用下的有机碳，对稳定性碳库有重要贡献，其打破了以植物衍生物碳复杂分子结构为主导的稳定性碳库的传统观点。因此，理解“微生物碳泵”作用下，有机碳稳定性机制及其与污染物的相互作用成为环境地学研究的新挑战。本文综述了不同微生物群落组成和无机矿物组分作用下，微生物来源的有机碳组成和性质及其稳定性研究；并重点强调“微生物碳泵”作用下，稳定性有机碳与污染物相互作用的研究进展。最后，展望了“微生物碳泵”作用下稳定性有机碳的未来研究方向，以期为提升土壤固碳能力、实现“固碳减排”举措、帮助土壤污染修复治理提供新思路。     

苯多羧酸分子标志物对生物炭吸附磷行为的表征

生物炭因其具有多孔、比表面积较大、含氧官能团较为丰富且芳香性较强等优点而在农业面源污染控制方面具有良好的应用前景。然而，生物炭应用于土壤后难以从土壤颗粒中分离出来，从而制约了其对农业面源污染物吸附行为的预测。分子标志物技术在表征有机碳行为领域做出了重要的贡献，苯多羧酸（Benzene polycarboxylic acids，BPCAs）分子标志物方法的引入，可为表征生物炭与磷之间相互作用提供新的视角。因此，本研究采用批量吸附实验，考察了烟秆和松木及其制备的生物炭对磷的吸附行为。结果表明，随热解温度的升高，生物质及其生物炭中各BPCAs含量及苯六甲酸（Benzene hexacarboxylic acid，B6CA）对BPCA的贡献率随热解温度的升高而增加，生物炭的芳香缩合度不断增强；两类生物炭对磷的吸附量均随热解温度的升高而降低，其中400℃烟秆生物炭和200℃松木生物炭对磷的吸附量最大。表面含氧官能团的减少和静电排斥作用降低了生物炭对磷的吸附，而较大的比表面积使烟秆生物炭的吸附量高于松木生物炭。烟秆生物炭中B6CA含量高于松木生物炭，因此其对磷的吸附量较松木生物炭高。     

重金属污染土壤间作修复的研究进展

种植单一的超富集植物修复重金属污染土壤,不但中断农业生产导致经济收益降低,而且因生物量较低、修复周期长等诸多弊端导致修复效果不甚理想。间作作为一种传统的农艺管理方式,利用生态位和生物多样性原理等能提高农作物对资源的有效利用,对共植的农作物种类增量提质。在中、轻度污染土壤修复中利用间作体系,通过调控超富集植物与农作物的生长发育,促进超富集植物根系低分子量有机酸(LMWOAs)的分泌,降低其根际土壤p H,增加重金属活性,从而增加超富集植物对重金属的吸收,同时抑制农作物根系LMWOAs的分泌,以减少农作物对重金属的吸收,提高其产量和品质,实现"边生产边修复",提高土地利用率,并增加经济效益。本文根据近几年来国内外相关文献,综述了间作条件下超富集植物和农作物生物量、生理生化响应、重金属吸收、转运、富集等方面的变化,以及间作对土壤环境质量的影响,并对间作修复重金属污染土壤领域的发展趋势,如超富集植物和农作物间作的信号转导和分子生物学机制、间作体系下两类植物根际微生物类群的差异及其功能机制,以及构建高效间作体系提高重金属污染土壤的修复效率等方面进行了展望。