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。     

不同土壤调理剂对镉污染水稻田控镉效应研究

选用森美思纳米陶瓷材料、楚戈、袁梦牌土壤调理剂、土调1号、改性海泡石五种土壤重金属调理剂,分别在湖南湘潭、湖北大冶、广东韶关、广西河池受重金属镉(Cd)污染水稻田开展大田控镉试验,探讨五种调理剂对不同类型土壤中Cd有效态含量、土壤p H值及稻米Cd含量的影响,结果表明:Cd污染稻田土加入不同土壤调理剂后,土壤p H值提高了0.54~2.06个单位,土壤有效态Cd含量显著降低(P0.05),与对照处理相比,有效态Cd含量下降11.4%~31.8%;施用土壤调理剂,可有效降低稻米Cd含量,与对照相比,森美思纳米陶瓷材料处理中稻米Cd降低了17.1%~44.2%,楚戈处理中降低了14.3%~66.1%,袁梦牌土壤调理剂处理中降低了43.6%~76.8%,土调1号处理中降低了18.2%~80.8%,改性海泡石处理中降低了72.2%~82.7%;施用五种土壤调理剂后水稻产量均未显著减少。     

天然与改性沸石对土壤Cd污染赋存形态的影响研究

试验采用室内培养的方法,研究了不同剂量天然沸石、改性沸石(氯化铵和氯化钙改性)对土壤中重金属Cd赋存形态的影响。结果表明,同一剂量天然沸石与氯化钙改性沸石处理中随时间推移土壤p H先升高后降低,最后趋于稳定,氯化铵改性沸石处理则呈现持续下降的趋势。在整个培养时期,氯化铵改性沸石处理组中土壤交换态Cd含量呈先降低后升高的趋势,在30 d时达到最低值;氯化钙改性沸石与天然沸石处理土壤交换态Cd呈现持续降低的趋势,三者土壤交换态Cd分别降低了18.74～30.82 mg kg~(-1)、18.5～30.12 mg kg-1、13.71～28.28 mg kg~(-1)。三种处理对土壤中残渣态镉的转化率为氯化铵改性沸石氯化钙改性沸石天然沸石,50 d时三者残渣态镉含量分别增加了21.48%、18.23%、14.08%。根据土壤pH与土壤交换态Cd含量相关性分析表明,二者呈显著负相关,土壤p H值与改良剂修复土壤重金属污染的修复效率密切相关。     

不同类型水稻镉富集与转运能力的差异分析

选取84个水稻品种在镉(Cd)中轻度污染农田上进行原位小区试验,通过统计分析水稻Cd富集系数及转运系数,探索具有相似产量与Cd富集能力的水稻品种各器官Cd的富集及Cd在土壤-水稻系统中转移特征,比较不同类型水稻Cd富集与转运的差异。结果表明:水稻糙米Cd富集系数范围为0.10~0.78,小区产量范围为8.20~11.50 kg(以小区面积3.5 m×3.5 m计),不同水稻品种产量与糙米Cd富集能力不存在显著相关性。以产量和糙米Cd富集系数为指标将所有水稻品种进行聚类分为高产高Cd(组1)、低产高Cd(组2)、高产低Cd(组3)和低产低Cd(组4)四组。水稻各器官Cd富集规律均为根系茎叶糙米,Cd由根系向上传递过程中,含量越来越低。不同产量和富集能力的水稻类型的差异,主要在于茎和叶的富集与转移。高产或高Cd品种有较强的将Cd从根转运到茎和从茎、叶转运到米的能力。低Cd水稻无论产量高低,对各器官的Cd转运能力无显著影响。筛选、培育适合在中轻度污染区种植的高产低Cd水稻品种是可行的。在种植过程中控制茎的吸收与转运将对保障粮食安全生产具有重要意义。     

6种钝化剂对糙米镉含量及镉在水稻中的转移和富集的影响

旨在为合理使用钝化剂及水稻糙米镉(Cd)含量与Cd在水稻体内富集和转移的关系提供一定的理论依据。从6种钝化剂中筛选出能够抑制糙米Cd积累的材料,通过对不同超标程度水稻组的产量、糙米Cd含量、各个器官对Cd的富集系数和转移系数进行统计分析,探讨不同钝化剂对Cd在水稻体内转移和富集的影响。结果表明:与对照相比,低、中浓度C材料和FA材料能够降低糙米中Cd浓度;FB材料和中、高浓度FD材料会促使糙米中Cd的积累。水稻各器官对Cd富集能力,无超标水稻为根茎米叶糠,超标水稻为根茎米糠叶;Cd向糙米的转移途径中,在不超标水稻组中糠—米的转移能力最强,在超标水稻组中叶—米的转移能力最强。     

试纸法快速检测环境水体中重金属镉

通过试验,探讨了试纸与Cd(Ⅱ)的最佳反应条件,提出了用镉试纸快速检测水体中痕量重金属Cd(Ⅱ)的方法。结果表明,在水样中添加抗坏血酸和碘化钾使其浓度分别为0.005mol·L-1和0.15mol·L-1,使用硝酸调节水样pH值为0.4～1.0,Cd(Ⅱ)与试纸反应生成蓝色络合物,颜色深浅与水体中Cd(Ⅱ)浓度成正比,试纸最低检出限达0.10mg·L-1。该方法可用于不同水体中痕量重金属Cd(Ⅱ)的测定,与原子吸收分光光度法测定比较,结果满意。     

可溶性有机物和pH值对铅的毒性和生物可利用性的影响

采用芥菜发芽试验研究了柠檬酸(CA)、苹果酸(MA)、草酸(OA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DPTA)、腐植酸(HA)和土壤提取液(A)对Pb2 的毒性和生物可利用性的影响。结果表明,低分子量有机酸柠檬酸和苹果酸降低了Pb2 的毒性,但增加了Pb2 的生物可利用性,低浓度乙二胺四乙酸(EDTA)、草酸(OA)和二乙烯三胺五乙酸(DTPA)均降低了Pb2 的毒性和生物可利用性;相反,腐植酸增加了Pb2 的毒性,降低了生物可利用性。pH<5时,上述低分子量有机酸增加了Pb2 的毒性和生物可利用性;pH>5时,则降低了Pb2 的毒性和生物可利用性。土壤中Pb2 的生物可利用性和毒性效应取决于土壤溶液中共存有机物质的性质和溶液的pH值。     

物种敏感性分布法拟合函数的拟合优度评价

为明确物种敏感性分布(SSD)法适用于酸性土壤条件下的最优拟合函数,以均方根(RMSE)和残差平方和(SSE)为评价指标,系统分析了不同pH和累积概率条件下5种常见拟合函数(Log-logistic、Gamma、Log-normal、Weibull和BurrⅢ)的拟合优度。研究表明:两种pH条件(pH 5.5和pH 6.5)下5种拟合函数的拟合优度无明显差异,其中Log-logistic、BurrⅢ函数的SSE值分别为0.021、0.024和0.169、0.191,RMSE值分别为0.038、0.040和0.106、0.113,两者拟合效果较好;但不同累积概率条件下拟合函数的拟合优度存在一定差异,其中低累积概率(p≤20%)条件下Log-logistic与Gamma的SSE值分别为2.45×10-4和2.46×10-4,RMSE值分别为4.04×10-3和4.05×10-3,两者拟合效果较好;中累积概率(20%p≤80%)条件下Log-logistic与Log-normal的SSE值分别为0.018和0.021,RMSE值分别为0.034和0.037,两者拟合效果较好;而高累积概率(p80%)条件下BurrⅢ与Log-logistic的SSE值分别为0.151和0.203,RMSE值分别为0.100和0.116,两者拟合效果较好。研究表明,酸性土壤(pH≤6.5)中低、中累积概率(0≤p≤80%)条件下优先推荐使用Log-logistic拟合函数,而高累积概率(p80%)条件下优先推荐使用BurrⅢ拟合函数。     

基于田块尺度的农田土壤重金属污染评价及来源解析

基于田块尺度采集农田表层土壤样品120件,采用绝对因子分析/多元线性回归（APCS-MLR）受体模型与地统计学分析对研究区域内As、Cd、Cu、Cr、Mn、Ni、Pb和Zn这8种重金属污染空间分布特征及来源进行解析,利用地累积指数和潜在生态风险指数法评价土壤生态风险。研究结果表明：研究区表层土壤中8种重金属含量差异较大,As、Cd和Cr点位超标率分别为61.83%、90.83%和92.52%,土壤重金属Zn、Cu、Cr和Ni主要以残渣态存在（占比在80%以上）。土壤中Cd、Cr和Cu含量空间分布格局呈东南部较高、中部次之、西北部较低的趋势,而Mn、Ni、Pb和Zn含量的空间分布格局与此相反。APCS-MLR模型表明研究区域土壤重金属As、Cr、Cu和Ni的来源以自然源为主,占比分别为39.34%、47.32%、44.53%和50.23%; Pb、Zn的来源以工业活动源和交通源为主,占比分别为31.93%、30.53%和23.36%、22.17%; Cd的农业活动源占比为53.63%。土壤pH与有效态As、Cd、Cu和Ni含量呈极显著负相关性（P<0.01）,土壤有机质与有效态As、Cd和Cr呈极显著负相关性（P<0.01）。地累积指数显示土壤Cr总体处于中、重度污染水平,其次是Cd;生态危害指数也表明Cr和Cd是主要生态危害元素,潜在生态危害系数变化范围分别为5.20~41.12和11.56~113.35。总体来看,研究区域Cr和Cd污染较为严重,存在潜在风险,应采取安全利用和修复等措施,降低其风险水平。     

玉米秸秆生物炭对Cd2+的吸附特性及影响因素

以玉米秸秆生物炭为实验材料,研究了生物炭吸附重金属Cd2+的性能,分析了吸附温度、吸附时间、初始pH值以及生物炭粒径对吸附的影响,并对吸附前后生物炭样品进行傅里叶变换红外光谱分析(FITR)、X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)表征以分析吸附机理。结果表明:玉米秸秆生物炭对Cd2+的吸附可用Langmuir等温方程较好地拟合,在不同温度下其饱和吸附量分别为18.49 mg·g-1(288.15 K)、23.51 mg·g-1(298.15 K)、23.59 mg·g-1(308.15 K)和24.43 mg·g-1(318.15 K),吸附动力学过程可以由准二级动力学方程很好地拟合,约40 min即达平衡,pH值为5时吸附量最大,生物炭粒径对吸附无明显影响。结构表征表明,生物炭对Cd2+的吸附机理主要为表面羟基(-C-OH)和羰基(-C=O)与Cd2+发生络合化学反应作用。