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。     

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。     

养殖水环境中氮的循环与平衡

养殖水环境中，由于人为的介入和影响。使得水体中氮的各种形态转化和循环过程中发生了改变。笔者详细地介绍了养殖水环境中氮的各种存在形态，及其相互之间的转化和循环过程，同时总结了前人研究和提出的各种养殖水环境中氮的物质平衡模型，为优化水产养殖和保护水环境提供科学依据。     

稳定同位素示踪土壤中重金属环境行为的研究进展

随随着以多接收器电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）为代表的高精度质谱分析技术的革命性突破,稳定同位素的研究取得了跨越式发展。重金属稳定同位素成为了示踪土壤环境介质中重金属地球化学循环的有效工具,在识别污染来源、解析关键过程、跟踪环境行为等方面展现出极大的应用潜力。从同位素基本概念出发,系统介绍了利用重金属稳定同位素示踪土壤环境重金属污染的来源与归趋、土壤-植物体系重金属元素的迁移转化以及金属纳米颗粒的环境过程等方面的研究进展,并进一步总结了氧化还原、沉淀溶解、吸附解吸、络合反应、生物作用等影响重金属稳定同位素分馏的相关机制,最后针对当前应用和研究现状,提出了拓展稳定同位素示踪重金属环境行为的潜在研究方向和研究内容,对土壤重金属污染防治及修复具有重要的指导意义。     

网箱养殖对水环境的影响

网箱养殖是一种精养模式，采取高密度放养并大量投喂外源性饵料、肥料。排泄物和残饵增加，成为网箱养殖污染物的主要来源，由此改变了水体的物质组成和理化性质。分析了网箱养殖对水环境影响的原因和机理，同时就实现网箱养殖的可持续发展，降低网箱养殖造成的污染提出了相应的对策。     

超富集植物对稀土元素吸收转运解毒与分异的研究进展

稀土是重要的战略资源,在现代高科技行业和农业生产中发挥着重要的作用。随着稀土需求量的与日俱增,稀土矿山开发加剧,产生了大面积的稀土废弃尾砂地进而污染农田,对当地生态环境和居民健康构成威胁。植物采矿是指在金属污染地上种植超富集植物,在恢复植被和修复污染土壤的同时,还可通过收割地上部实现金属回收利用,是一种原位和低成本的污染土壤修复手段。探究超富集植物重金属富集机理是实现植物采矿的基础,但相对于Ni、Zn、As等超富集植物的研究,稀土超富集植物吸收转运和耐受稀土机制的研究仍然缺乏。本文结合近年国内外研究,从植物富集稀土的四个关键过程综述超富集植物对稀土的吸收、转运和分布解毒机制以及与稀土分异之间的关系,并提出超富集植物中稀土分异的概念模型。     

水分管理、铁硅材料与生物炭对不同水稻品种吸收镉的影响及其机制

通过田间微区试验研究了三种水分管理模式干旱(D)、间歇淹水(IF)、持续淹水(CF)以及水分管理与钝化剂(铁硅材料及生物炭)联合修复模式对不同水稻品种吸收Cd的影响,并探讨其影响的可能机制。结果表明,从分蘖前期到成熟期CF处理各水稻品种糙米Cd的含量比IF处理降低0.20%～45.43%,比D处理降低37.67%～62.11%。三种水分条件下低累积水稻品种G8优2168糙米中Cd的含量比常规品种G8优165低35.03%～54.61%。施加铁硅钝化剂在三种水分(D、IF、CF)条件下,糙米中Cd含量比对应单一水分管理模式依次分别下降64.26%、55.74%、38.14%;施加铁硅+生物炭钝化剂降Cd效应下降。低累积品种+持续淹水联合铁硅钝化剂处理,糙米Cd含量最低。水稻根表铁膜中Cd含量在三种水分条件(D、IF、CF)下依次增加,根系和糙米中Cd含量则依次减少,表明持续淹水可以促进根表铁膜对Cd的固定,同时持续淹水使土壤CaCl2提取有效态Cd的含量显著下降,两者共同作用降低了糙米Cd的含量。施加铁硅钝化剂对根系铁膜固定Cd无显著影响,主要通过显著降低土壤有效态Cd使糙米中Cd含量下降。低累积水稻品种+持续淹水水分管理+铁硅钝化剂联合修复技术可以最大限度保障糙米安全生产。种植低累积水稻和在水稻生长关键期持续淹水水分管理对抑制水稻Cd吸收具有重要意义。在水稻缺水季节及缺水地区则更应重视低累积水稻品种和钝化剂的应用。     

不同形态硫对水稻吸收积累镉的影响

为探究不同形态硫素（SO₄^2-/S^2-）对水稻生物量和糙米Cd积累的影响,采用金属矿区下游Cd、As重度污染农田耕层土壤,以温室水稻盆栽试验,在施用足量CaCO₃条件下,向供试土壤中分别施加0（CK）、400 mg S·kg^-1（K₂S/K₂SO₄）并持续淹水直至收获。结果表明：与CK相比,K₂S和K₂SO₄处理显著提高水稻总生物量130.1%~186.7%,且K₂S处理增加糙米产量效果更佳。与CK相比,施加S素能显著降低糙米Cd含量,K₂S处理使糙米Cd含量降低37.5%~50.0%,K₂SO₄处理降低31.3%~45.0%。两种施S处理均使糙米Fe含量下降90%以上。K₂S和K₂SO₄处理使土壤溶液pH平均降低0.28~0.32个单位,K₂S处理可显著促进土壤Cd向铁锰氧化物结合态和有机硫化物结合态Cd转化,铁锰氧化物结合态Cd在酸化和氧化环境下相对稳定,有利于稳定土壤Cd活性;K₂S处理同时增加茎、叶的S含量,有效将Cd液泡区隔化,将Cd固定在茎、叶,从而降低糙米Cd含量。K₂SO₄处理促进土壤Cd向碳酸盐结合态和有机硫化物结合态转化,在土壤酸化和Eh回升条件下,K₂SO₄处理土壤有效态Cd显著提高。但K₂SO₄处理比K₂S处理更有利于Cd在植物体内的液泡区隔化,这可能是其能够抑制Cd从根向地上部及籽粒转运的原因。研究表明,在施用足量CaCO₃条件下,足量施用K₂S或K₂SO₄均可提高水稻生物量,并有效降低糙米Cd含量。     

全氟及多氟化合物在土壤中的污染现状及环境行为研究进展

全氟及多氟化合物(Per-and polyfluoroalkyl substances,PFASs)是一类备受学界关注的持久性有机污染物,具有难降解、可长距离迁移、易生物蓄积等特点,已在土壤和水体等环境介质中被广泛检出。本文综述了PFASs在土壤中的污染现状、吸附、迁移等环境行为与影响因素,以及由食物链蓄积所产生的毒害效应,并指出了目前针对土壤-作物系统中PFASs研究的不足以及发展趋势,以期为系统评估PFASs的环境行为与归趋提供参考。     

镉对超富集植物圆锥南芥氮素代谢的影响研究

采用土培方法,研究了不同Cd添加(01、02、04、08、01、60和240 mg kg-1)对超富集植物圆锥南芥叶片中氮素含量以及氮代谢关键酶活性的影响。结果表明,随着Cd添加浓度的增加,圆锥南芥的生物量、叶片数、直径长以及Cd含量均呈增加趋势。Cd添加浓度为240 mg kg-1时,生物量增加了137%,叶片数增加了1.02倍,直径较对照增加了130%,叶片中Cd含量达到451 mg kg-1。NO3--N和NH4+-N呈先降低后升高的变化趋势,在Cd浓度为240 mg kg-1时,达最大值。在Cd处理浓度为102、04、08、0 mg kg-1时,NO3--N和NH4+-N含量间无显著性差异(p>0.05)。在Cd添加浓度为240 mg kg-1时,硝酸还原酶(NR)活性只相当于对照的67%,与对照间的差异显著。在Cd处理浓度为10~160 mg kg-1时,NR活性与对照间无显著性差异(p>0.05)。谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)活性以及可溶性蛋白质含量在Cd处理浓度为10~240 mg kg-1时,与对照间无显著性差异(p>0.05)。谷氨酸脱氢酶(GDH)活性呈先升高后降低的变化趋势。游离脯氨酸含量在Cd浓度为102、0、408、01、602、40 mg kg-1时,分别为对照的0.67倍1、.29倍1、.54倍、2.38倍、2.54倍、1.14倍。