非均质性对保守溶质及蒙脱石胶体在饱和多孔介质中运移的影响

选取2种粒径玻璃珠构建6种不同构型的柱子(2个均质和4个非均质),研究了饱和条件下多孔介质构型对保守溶质和蒙脱石胶体运移的影响。结果表明:在2种均质介质中,保守溶质的穿透曲线相似且对称,蒙脱石胶体在大粒径玻璃珠中的移动性更强。当介质中存在大孔隙通道时,优先流现象的出现会加速保守溶质和蒙脱石胶体的迁移,大孔隙通道与周围介质交界面越大保守溶质和蒙脱石胶体的拖尾现象越明显且穿透峰较低。在大、小粒径玻璃珠均匀混合填装的柱子中,保守溶质穿透曲线形状与均质柱子相似,蒙脱石胶体的移动性介于大、小粒径玻璃珠均匀填装的柱子之间。蒙脱石胶体在玻璃珠分层填装的柱子中,大粒径与小粒径交界面区域会有更多的蒙脱石胶体滞留。研究表明非均质性对保守溶质和蒙脱石胶体在土壤和地下环境中的运移过程有重要的影响。     

秸秆及其配施有机物料对黄灌区盐碱土淋洗效果的影响

为了分析比较玉米秸秆及其配施不同有机物料对盐碱土壤淋洗过程中盐分和溶解性有机物的影响,以黄河南岸灌区中度和重度两种盐碱土壤为研究对象,分别设置对照（CK）、3%玉米秸秆（W1）、2%玉米秸秆配施1%牛粪（W2）和2%玉米秸秆配施1%生物炭（W3）共4个处理,通过测定淋洗液的可溶性盐和溶解性有机碳（DOC）含量、淋洗前后土壤电导率（EC）和盐基离子,探究淋洗过程中不同有机物添加下土壤盐分和有机物分解过程的变化。结果表明：秸秆及其配施不同有机物料均显著降低了两种盐碱土淋洗后土壤的EC和可溶性盐离子含量。与淋洗前相比,W1、W2和W3处理下,中度盐碱土的脱盐率分别为65.02%、67.22%和66.21%,重度盐碱土分别为73.85%、66.14%和69.55%。W1、W2和W3处理下,中度盐碱土中可溶性Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺的降幅范围分别为48.38%~69.32%、70.89%~75.86%和73.00%~74.45%,重度盐碱土中可溶性K⁺、Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺降幅范围分别为14.86%~23.39%、70.98%~85.84%、86.63%~92.39%和93.72%~95.42%。有机物料的输入会增加两种盐碱土的DOC含量,但不同处理在两种盐碱土中腐殖化程度表现不同。中度盐碱土中,不同物料淋洗液中溶解性有机物的特定紫外吸光度（SUVA₂₅₄）和光谱斜率比值（S_R）在处理间均无显著差异,SUVA₂₅₄随淋洗次数增加而降低,而S_R均增大;重度盐碱土中,添加有机物料处理下溶解性有机物的S_R均较小,但W1处理的SUVA₂₅₄低于W2和W3处理。秸秆配施不同有机物料均提高了土壤持水量,中度盐碱土中以W1效果最好,提高了31.00%,重度盐碱土中W1、W2分别提高了76.46%、74.33%。综上,在相同淋洗状态下,外源有机物料的添加均不同程度地减少了两种盐碱土的可溶性盐基离子含量,有效降低了土壤盐碱程度,尤其是重度盐碱土。同时,外源有机物料的添加也增加了土壤DOC的输入来源,提高了土壤持水能力,弥补了淋洗对盐碱化土壤造成的养分损失。在给定淋洗条件下,中度盐碱土中W2处理的脱盐、降Na⁺效果最好,重度盐碱土中以W1处理较好。     

河北坝上农牧交错带草地不同方式持续利用对土壤颗粒空间分布的影响

为探究河北坝上农牧交错带典型草原不同方式持续利用对土壤颗粒空间分布状况的影响,本研究通过对河北坝上封育10年,中度放牧,重度放牧草地以及不同开垦年限的垦殖草地（持续利用5年,10年,15年）土壤进行分层（0～10 cm,10～20 cm,20～40 cm,40～60 cm）研究其土壤颗粒分布及变化。结果表明：随放牧强度的增加,土壤中2000～250 μm,250～150 μm,150～53 μm颗粒含量均显著减少,而53～20 μm,20～2 μm,<2 μm颗粒含量均显著增加,即增加了重度放牧草地土壤风蚀退化的潜在危险性;对于垦殖草地,随着持续利用年限的增加,土壤中2000～250 μm,250～150 μm,150～53 μm颗粒含量均显著增加,而53～20 μm,20～2 μm,<2 μm颗粒含量均显著减少,这表明随着垦殖年限的增加,土壤逐渐趋向沙化。因此,为保证草地的可持续性,放牧草地需要避免重度放牧而垦殖草地需要改变现有的耕作方式。     

溶液初始pH值及裂解温度对玉米秸秆基生物炭吸附Cr（遇）的影响

以玉米秸秆为原料,在300、450益和600益下裂解得到3种生物炭,通过批处理实验讨论了溶液初始pH值和裂解温度对玉米秸秆及其生物炭吸附Cr（遇）的影响,并用吸附动力学模型和等温吸附模型对实验结果进行拟合。结果表明：对于同种吸附材料而言,溶液初始pH值越低,玉米秸秆及其生物炭对Cr（遇）的吸附量越大;当溶液初始pH值为3或5时,对Cr（遇）的吸附性能大小顺序为：玉米秸秆>生物炭300益>生物炭450益>生物炭600益;当溶液初始pH=1时,对Cr（遇）的吸附性能大小顺序为：生物炭300益>玉米秸秆>生物炭450益>生物炭600益,且生物炭300益对Cr（遇）的最大吸附量约为141.24 mg·g-1。可见,溶液初始pH值越低,生物炭的裂解温度越低,越有利于生物炭对Cr（遇）的吸附。     

人工湖对沽源退化草地土壤碳、氮、磷的时空影响

在退化草地上建造人工湖泊,可以使人工湖泊与毗邻退化草地形成近湿地生态系统,从而可能改善毗邻退化草地的生态环境,积极影响退化草地土壤中养分的流动,加快退化草地的修复。本研究分析了人为建造人工湖泊后3年内（2014年、2015年、2016年）湖泊毗邻的退化草地土壤碳氮磷在离湖距离（10 m、60 m、100 m、150 m、250 m、600 m）上的时空动态变化。结果如下：距离上,土壤有机碳、全氮、全磷在上层土壤（0～10 cm和10～20 cm）中与距离有显著（P<0.05）的线性关系,呈逐渐降低的趋势,说明在建湖3年这个短时期内,土壤养分（有机碳、全氮、全磷）形成了一个近湖效应,即靠近湖的养分含量高。年际间,自建湖后土壤全磷随着年数的增加在各个土层均显著降低。土壤养分（有机碳、全氮、全磷）在建湖初期2014年在距离上特异性较大,经过建湖3年后,2016年时在距离上的特异性减弱。这些结果表明,人工湖影响毗邻退化草地土壤中养分流动,尤其在距离上有显著的影响并表现出一定的规律性。建湖对毗邻退化草地的养分产生一定的影响,表明人工湖对放牧草地产生一定的积极效应。     

表面活性剂改性纳米羟基磷灰石对Cd2+吸附研究

为了研究纳米羟基磷灰石(nHAP)的聚集特性对其吸附性能的影响,选取阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对nHAP进行改性,以减小其聚集程度。利用TEM、Zetasizer、XRD和FTIR对改性前后nHAP的形态和结构进行表征,通过批量实验考察SDBS改性对nHAP吸附特性的影响,并深入探讨了SDBS对nHAP吸附Cd~(2+)的影响机理。结果表明:SDBS改性后nHAP聚集体粒径和Dh值均显著减小;XRD和FTIR结果显示SDBS为表面改性,并为nHAP引入了新的官能团SO23-;未改性nHAP(B-HAP)和SDBS改性nHAP(S-HAP)对Cd~(2+)的吸附动力学过程更符合拟二级动力学模型,其中S-HAP的k2值是B-HAP的1.85倍;等温吸附过程更符合Freundlich模型,比较KF值可知,S-HAP对Cd~(2+)的吸附能力显著高于B-HAP。SDBS改性增强nHAP吸附能力的可能机制主要包括:抑制聚集,从而增大比表面积;引入的新官能团为Cd~(2+)的吸附提供了更多的位点。     

土壤镉和砷污染钝化修复材料及科学计量研究

使用Web of Science(WOS)核心合集数据库统计了5年内(2014—2018年)关于土壤镉(Cd)和砷(As)单一污染的情况,发现土壤Cd和As污染依然受到人们的广泛关注,且我国在该领域发文最多。利用CiteSpace软件分析发现施用钝化修复材料是土壤Cd和As污染治理的热点修复技术之一。基于此,本文综述了常见的钝化修复材料及其钝化机理,并分别对钝化修复材料的室内研究和修复实践进行总结,发现无机类钝化修复材料中石灰类主要通过调节土壤pH值改变重金属有效性;磷酸盐类分别通过共沉淀和点位竞争机制钝化重金属;金属及其氧化物类通过表面络合和还原作用对重金属的钝化效果更好;黏土矿物中海泡石和坡缕石廉价绿色且具有较大的比表面积,对重金属的钝化效果较好。有机类钝化剂中生物炭类为研究热点材料之一,因表面拥有丰富的官能团和较大的比表面积,其对重金属表现出良好的钝化修复效果;有机废弃物含高度腐殖化的有机质和微生物,对重金属钝化效果较好。此外,对国内外典型的Cd和As污染实践修复工程进行介绍,发现金属及其氧化物、堆肥、生物炭以及廉价易获得的石灰和黏土矿物施用较广。最后,讨论了钝化修复材料施用中亟需解决的问题。     

镉砷复合污染土壤钝化材料研究进展

我国土壤重金属污染严重,尤以镉砷污染最为突出。镉砷复合污染土壤中各元素间表现为拮抗和协同等作用,其有效态含量受土壤pH变化和氧化还原电位等的影响,增加了镉砷复合污染土壤的修复难度,严重威胁我国粮食安全。综述了常见的镉砷复合污染土壤钝化修复材料的优缺点及其对镉砷复合污染土壤钝化修复效果和机理。常见的钝化材料有生物质炭类、磷酸盐类、金属及其氧化物类、含硅类材料、黏土矿物类、有机肥类和新型材料等。有大量研究表明生物质炭材料对镉有良好的吸附效果,为了同时钝化镉砷,通常使用改性生物质炭或与其他材料配合施用,常见的改性/配施材料有金属及其氧化物、黏土矿物、家禽粪便、复合肥等,其钝化反应机制包括离子交换、共沉淀和表面络合等;磷酸盐类主要与铁盐或铁粉配施,通过吸附和同晶替代钝化镉、点位竞争机制钝化砷;金属及其氧化物类多与生物质炭、石灰和黏土矿物等配施,通过专性吸附和共沉淀钝化镉、氧化还原和络合作用等钝化砷;铁硅肥、硅钙肥、硅钾肥等通过共沉淀钝化镉、专性吸附和点位竞争机制钝化砷;黏土矿物中多施用海泡石,主要与金属氧化物和钙镁磷肥等配施,通过离子交换、沉淀和络合反应钝化镉砷;污泥和动物粪便中含有腐殖化程度较高的有机质,主要通过吸附、氧化还原和有机络合以及微生物作用钝化镉砷;此外,富含巯基和氨基、谷聚多以及富含硫和硒的物质也可有效钝化镉砷。本文对镉砷复合污染土壤钝化修复材料进行总结,归纳了镉砷钝化材料特性,以期为镉砷复合污染土壤修复提供一定的指导。     

人工湖对沽源退化草地土壤碳、氮、磷的时空影响北大核心CSCD

在退化草地上建造人工湖泊,可以使人工湖泊与毗邻退化草地形成近湿地生态系统,从而可能改善毗邻退化草地的生态环境,积极影响退化草地土壤中养分的流动,加快退化草地的修复。本研究分析了人为建造人工湖泊后3年内(2014年、2015年、2016年)湖泊毗邻的退化草地土壤碳氮磷在离湖距离(10m、60m、100m、150m、250m、600m)上的时空动态变化。结果如下:距离上,土壤有机碳、全氮、全磷在上层土壤(0~10cm和10~20cm)中与距离有显著(P<0.05)的线性关系,呈逐渐降低的趋势,说明在建湖3年这个短时期内,土壤养分(有机碳、全氮、全磷)形成了一个近湖效应,即靠近湖的养分含量高。年际间,自建湖后土壤全磷随着年数的增加在各个土层均显著降低。土壤养分(有机碳、全氮、全磷)在建湖初期2014年在距离上特异性较大,经过建湖3年后,2016年时在距离上的特异性减弱。这些结果表明,人工湖影响毗邻退化草地土壤中养分流动,尤其在距离上有显著的影响并表现出一定的规律性。建湖对毗邻退化草地的养分产生一定的影响,表明人工湖对放牧草地产生一定的积极效应。     

纳米羟基磷灰石改性生物炭对铜的吸附性能研究

为了提高生物炭对重金属铜的吸附能力,选取小麦秸秆作为原料,将不同比例纳米羟基磷灰石与秸秆混合均匀,在600℃高温限氧条件下制备了羟基磷灰石改性生物炭材料,比较了生物炭和生物炭改性材料对铜的吸附特性,同时分析了两者间的表面特征等。结果表明:热重分析显示,生物炭表面附着纳米羟基磷灰石可以提高生物炭的热稳定性;扫描电子显微镜分析显示,纳米羟基磷灰石可以较为均匀地附着在生物炭表面,但同时会伴随不同程度的聚集现象;接触角测试结果显示,生物炭表面附着纳米羟基磷灰石可降低其疏水性;生物炭和生物炭改性材料对铜的吸附符合伪二级动力学模型,生物炭改性材料可使铜的吸附速率提高7.69%~130.77%;生物炭和生物炭改性材料对不同浓度的铜吸附符合Langmuir等温吸附模型,对铜的最大吸附量分别为32.65 mg·g~(-1)和57.01 mg·g~(-1)。