粉煤灰对污染土壤中铜镉的稳定化

采用批衡量吸附和室内培养实验,考察了粉煤灰对Cu和Cd的吸附等温线及0.2%、0.5%、1%和2%用量的粉煤灰对土壤pH、有效态Cu和Cd、以及5种化学形态Cu和Cd分布的影响。结果表明:粉煤灰对Cu和Cd的吸附等温线均可以用Langmuir和Freundlich方程进行拟合,其对Cu的最大吸附量(9.90 mg/g)高于对Cd的最大吸附量(9.43 mg/g)。随着粉煤灰用量的增加,土壤pH显著增加,有效态Cu和Cd显著降低。同时,粉煤灰处理显著降低了离子交换态Cu和Cd含量,增加了铁锰氧化物结合态Cu和Cd含量,降低了Cu和Cd活性,使活性态Cu和Cd逐渐向潜在活性态和非活性态转化。其中培养60天后,2%处理的粉煤灰处理较对照pH提高了0.44个单位,离子交换态Cu和Cd分别降低了35.7%和35.9%。因此,粉煤灰能够有效吸附Cu和Cd,显著降低土壤有效态和离子交换态Cu和Cd的含量,在重金属稳定化修复应用中具有较好的应用前景。     

竹炭固定化微生物对土壤中阿特拉津的降解研究

采用环境友好材料竹炭为主要载体,壳聚糖和海藻酸钠为辅助载体,固定从污泥中分离出的阿特拉津降解菌株,研究不同固定材料对降解菌生长的影响,以及固定化微生物对土壤中阿特拉津的降解效果.结果表明,竹炭对阿特拉津降解菌具有较强的吸附固定能力,且竹炭粒径越小,固定化效果越好.利用壳聚糖和海藻酸钠交联并加固阿特拉津降解菌,增大了固定化空间,显著增加了降解菌的生物量,并提高了阿特拉津的降解效率.1％壳聚糖+5％海藻酸钠+竹炭+降解菌颗粒对阿特拉津降解菌的固定化效果最佳,施用该微生物固定化颗粒28天后,砂姜黑土及红壤中阿特拉津残留率分别为48.07％和47.23％.     

采用探地雷达频谱分析的复垦土壤含水率反演

快速、准确、无损获取采煤塌陷区复垦土壤含水率分布情况是实现精准灌溉的基础和关键。该研究以安徽省淮北市某塌陷复垦区土壤为研究对象,借助探地雷达系统对试验区土壤进行探测,并对周围未复垦区域设置对照组,通过线性调频Z变换频域细化法(Chirp-Z-Transform,CZT)寻找特征频率,结合瑞利散射原理分析不同土壤体积含水率(Volumetric Water Content,VWC)下雷达信号特征频谱响应关系,并分别采用不同回归方法建立了VWC反演模型。结果表明:频谱峰值频率分量(FrequencyofPeak,FP)与复垦土壤VWC具有很强的相关性;基于CZT算法可以在不改变原有频谱的基础上,有效的寻找到特征频率,FP与VWC的相关系数较快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)从0.77提高到0.93;对比复垦与非复垦区域雷达信号频谱发现,复垦区频谱信号较非复垦区"漂移"现象明显,采用不同回归方法所建立的模型中,指数回归模型精度最高,验证集R2达到0.84,RMSE达到1.97%,表明采用频谱分析方法可以有效地反演复垦土壤VWC,研究结果以期为复垦土壤质量快速监测以及复垦区农业精准灌溉提供理论依据与技术支撑。     

模拟酸雨对羟基磷灰石稳定化污染土壤磷/镉释放的影响

通过室内土柱淋溶实验,以0.5%的质量比向镉污染土壤中添加羟基磷灰石(HAP),考察p H值为3.5、4.5和5.6的模拟酸雨对土壤磷和镉释放的影响。结果表明:淋出液p H随着酸雨p H降低逐渐下降,HAP处理使淋出液p H较未处理土壤淋出液显著增加0.3~1.5个单位。淋出液总磷和正磷酸盐含量均随酸雨p H的降低而增加,且HAP处理显著增加了淋出液中总磷和正磷酸盐含量;总磷含量在第1~3 L和4~6 L分别是《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)五类水标准(总磷含量0.4 mg·L-1)的2.70~3.55倍和1.25~2.15倍,对地表水表现出较大的富营养化风险。较未处理土壤,HAP处理显著降低了淋出液中Cd含量,随酸雨p H降低,未处理土壤淋出液Cd含量逐渐增加,而HAP处理土壤淋出液Cd含量逐渐降低。因此,HAP能够显著减少酸雨淋溶对污染土壤中Cd的淋失,但需防止磷素释放造成地表水体富营养化。     

磷灰石和石灰稳定化修复对污染土壤铜和镉垂直迁移的影响

大量改良材料被用于重金属污染土壤的稳定化修复,但是不同用量的改良材料长期田间修复后重金属总量和有效态在不同土层的垂直分布特征鲜有研究涉及。本研究采集不同剂量的磷灰石和石灰稳定化修复的0~13、13~30和30~50 cm土层污染土壤,考察铜和镉总量及有效态含量在不同土层的分布特征。结果表明:随着磷灰石和石灰用量的增加,显著降低了0~13 cm土层土壤交换性酸和交换性铝,增加了土壤全钙的含量,且磷灰石处理提高了土壤全磷和速效磷含量。0~13 cm土层土壤pH、总铜和总镉含量均随着磷灰石和石灰用量的增加而逐渐增加,但是降低了13~30和30~50 cm土层土壤总铜和总镉含量。3个土层中铜和镉有效态含量均随着磷灰石和石灰用量的增加而显著降低,其中23.2 g/kg磷灰石处理和4 g/kg石灰处理土壤有效态铜含量降低85.1%和92.0%,有效态镉降低18.8%和23.5%。相关性分析表明,土壤pH和铜镉总量是影响铜镉有效性的主要因素。可见,磷灰石和石灰的应用使铜和镉较好地固定在土壤表层,减少铜和镉向下层土壤的淋溶,降低了铜和镉的有效性。     

重金属污染土壤的修复与修复效果评价研究进展

随着工农业的迅速发展,土壤污染已经成为当今面临的一个重要环境问题,而土壤的重金属污染又是其中重要的部分。重金属污染土壤的修复方法主要有物理方法、化学方法、生物方法,并随着研究的深入,提出了联合修复方法。笔者针对中国土壤重金属污染的来源、现状和各种修复方法的机理、优缺点、修复标准、修复后的评价方法以及国内外的研究进展情况展开讨论,并提出今后研究中存在的科学问题,对未来的发展进行了展望,以期对后续的重金属污染土壤的修复研究工作有所帮助。     

模拟酸雨对羟基磷灰石稳定化土壤镉的分布、可浸出性及生物可给性的影响

通过室内土柱淋溶实验,以0.5%的质量比向镉污染土壤中添加羟基磷灰石(HAP),以不施HAP土壤为对照,考察p H 3.5、4.5和5.6的模拟酸雨对土壤镉的分布、可浸出性、生物可给性及其健康风险的影响。结果表明:酸雨淋溶显著降低了对照处理表层土壤p H,添加HAP增加了土壤对酸雨淋洗的缓冲能力,土壤p H较对照高约1个单位。对照处理酸雨p H的降低加剧了Cd在土柱内的下移,但HAP处理各土层全Cd分别较对照0~5 cm和5~10 cm土壤高出8.54~10.0、3.13~3.29 mg·kg-1。对照处理土壤在酸雨作用下可浸出性Cd含量从0~5 cm的0.17~0.23 mg·L-1增加到10~20 cm的0.61~0.68 mg·L-1,但HAP处理各土层可浸出性Cd维持在0.45~0.50 mg·L-1。总体上,对照和HAP处理土壤胃液和肠液阶段溶解态Cd含量及胃液阶段Cd的生物可给性均随酸雨p H的降低而降低。与对照相比,HAP处理土壤增加了胃液和肠液阶段溶解态Cd含量及胃液阶段Cd的生物可给性,但显著降低了肠液阶段Cd的生物可给性。对照和HAP处理土壤胃液和肠液阶段无意摄入土壤中Cd对儿童的每月允许摄入量PTMI(Provisional tolerable monthly intake)贡献率均随酸雨p H的降低而降低,且HAP处理显著高于对照。以上结果表明高强度酸雨淋溶下,HAP能够有效提高土壤对酸雨的缓冲能力,降低土壤Cd的淋失,但增加了表层土壤Cd的生物可给性及人体健康风险,需要引起特别关注。     

纳米羟基磷灰石对重金属污染土壤Cu/Cd形态分布及土壤酶活性影响

通过室内培养实验,研究了纳米羟基磷灰石对重金属污染土壤Cu/Cd形态分布及土壤酶活性的影响。结果表明,施加纳米羟基磷灰石显著提高了土壤pH,其中3%和5%添加剂量处理60 d后使土壤pH分别提高了1.23个和1.35个单位;纳米羟基磷灰石显著减少了毒性较强的离子交换态Cu/Cd的含量,增加了毒性中等的碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态及毒性最低的残留态Cu/Cd含量,使Cu/Cd由植物可利用态向潜在可利用态转变;纳米羟基磷灰石不同程度地提高了土壤过氧化氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性。3种酶活性与Cu/Cd形态分布的相关性表明,过氧化氢酶和酸性磷酸酶对土壤重金属Cu/Cd活性变化比较敏感,可以作为重金属Cu/Cd污染土壤的评价指标。     

矸石添加对铜尾矿中香根草生长及生理生态的影响

为了探索矸石作为改良剂用于尾矿生态修复,通过盆栽试验,将矸石按一定比例(0,1%,2.5%,5%,10%和15%)添加入铜尾砂,基于铜尾砂理化性质变化,探索矸石对尾砂中香根草生理生态的作用特点。结果表明:矸石添加入铜尾砂后,提高了基质pH、有机质和营养元素含量,降低了有效态重金属浓度(Cd、Cu、Pb和Zn),改善了尾矿贫瘠环境。随矸石添加比例增加,香根草体内重金属浓度呈下降趋势,生物量和光合色素含量呈现低促高抑性变化。同时,可溶性蛋白质和脯氨酸含量随矸石添加比例增加而增加,MDA随添加比例增加而降低,低添加比例的矸石选择性提升了SOD和CAT酶活性,增强了香根草清除体内多余活性氧的能力。矸石加入铜尾砂可稳定铜尾矿中有效态重金属,也能在一定添加比例内,提高香根草抵御铜尾矿胁迫环境的能力。     

老化作用对巨菌草茎生物炭内源铜镉活性的影响

为明确老化作用如何影响生物炭内源重金属活性,本研究以清洁区(红壤)和重金属污染区(九牛)种植的巨菌草(茎)所制备的生物炭为研究对象,采用TCLP和BCR连续提取法分析干湿交替(DW)、冻融循环(FT)及酸化(AF)老化前后生物炭内源铜(Cu)、镉(Cd)浸出毒性和形态分布,并运用风险评价指数RAC评估其潜在环境风险。结果表明:相较于干湿交替和酸化老化,冻融循环更显著地增加了生物炭内源Cu、Cd的浸出毒性,使九牛和红壤生物炭TCLP-Cu分别增加了50.6%和571%,TCLP-Cd增加了161%和620%。三种老化作用促进了九牛和红壤生物炭内源Cu、Cd从中间形态向酸溶态转化,增加了两种生物炭内源Cu、Cd的RAC值,且冻融对生物炭内源Cu、Cd的潜在风险影响最为显著。研究表明,老化作用增加了生物炭内源Cu、Cd的活性,提高了其潜在的生态风险。