皂苷对污染土娄土中重金属Cu、Pb的淋洗动力学特征

为探明生物表面活性剂皂苷(Saponin)对污染土娄土中重金属Cu、Pb的修复机制,采用批次试验方法,分析污染土娄土中不同形态Cu、Pb的质量分数,初步研究皂苷对污染土娄土中Cu、Pb的淋洗动力学特征。结果表明:(1)污染土娄土中Cu主要以有机结合态、碳酸盐结合态、硫化物残渣态的形式存在,Pb主要以碳酸盐结合态、硫化物残渣态的形式存在;(2)皂苷对Cu、Pb的淋洗过程分为快慢2个阶段,0~240min为皂苷淋洗Cu、Pb的快反应阶段,240~1 440min为皂苷淋洗Cu、Pb的慢反应阶段,在240min左右时淋洗基本达到平衡。随着淋洗时间的延长,皂苷对Cu、Pb的淋洗速率逐步降低;(3)淋洗平衡时,皂苷对单一和复合污染土娄土中Cu的淋洗量分别为39.94mg·kg-1和34.09mg·kg-1,对Pb的淋洗量分别为32.54 mg·kg-1和33.43mg·kg-1。质量浓度为10g·L-1皂苷可以去除土娄土中交换态、吸附态和部分有机态结合的Cu、Pb;(4)5种动力学方程描述皂苷淋洗土娄土中重金属的优劣顺序为:准二级方程Elovich方程双常数方程抛物线方程准一级动力学方程。     

不同淋洗剂对污染土娄土中Cu、Pb的淋洗修复研究

【目的】研究不同条件下螯合剂乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)、柠檬酸(CIT)和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、生物表面活性剂鼠李糖脂(RL2)对污染土娄土中铜、铅的淋洗效果,并对淋洗机制进行探讨。【方法】以铜、铅单一污染的土娄土为研究对象,分别加入2种螯合剂(EDTA、CIT)和2种表面活性剂(SDS、RL2),采用批次试验方法,分析淋洗剂浓度、pH、背景电解质(NaNO3和NaCl)、水(mL)土(g)比、淋洗次数对污染土娄土中Cu和Pb的淋洗百分率的影响,探索不同淋洗剂淋洗污染土娄土中Cu和Pb的最佳条件。【结果】在相同浓度下,EDTA和CIT对污染土娄土中Cu的淋洗百分率明显高于其他淋洗剂,EDTA对Pb的淋洗百分率明显高于其他淋洗剂。淋洗4次后,4种淋洗剂对污染土娄土中Cu的淋洗能力由大到小为CITEDTARL2SDS,对污染土娄土中Pb的淋洗能力为EDTARL2CITSDS。EDTA和CIT溶液淋洗土娄土中Cu和Pb的最适条件为:水土比20(mL)∶1(g)、淋洗剂浓度0.01mol/L、pH=7、无背景电解质;当水土比为20(mL)∶1(g)、RL2溶液浓度为0.02mol/L、pH=8、无背景电解质条件下,RL2对污染土娄土中Cu、Pb的淋洗效果最佳。【结论】EDTA、CIT和RL2可以有效去除污染土娄土中的Cu,EDTA可作为石灰性污染土娄土中Pb的最佳淋洗剂,而SDS不宜作为污染性土壤的淋洗剂。     

有机酸对污染土壤重金属的淋洗效果研究

以湖南水口山某铅锌选矿厂附近受Zn、Pb、Cu、Cd严重污染土壤为对象,采用振荡淋洗技术,研究了有机酸在不同浓度、时间和液固比条件下对重金属的去除效果。实验结果表明,柠檬酸和酒石酸对重金属具有很好的去除效果,而草酸的去除能力很低;柠檬酸和酒石酸对Cd的去除效果最好,分别为61.5%和55.25%。随着时间的增加,有机酸对重金属的去除效率逐步提高,8 h效果最好。柠檬酸和酒石酸对重金属的去除能力均依次为Cd>Zn>Pb>Cu,柠檬酸对重金属的去除率分别为59.5%、49.33%、43.48%、26.25%,酒石酸对重金属去除率分别为58.75%、46.4%、35.86%、34.4%。实验还发现固液比对重金属的淋洗效果影响很小。     

皂苷与EDTA复合淋洗污染塿土中Cu、Pb的效果研究

采用振荡和柱淋洗方法,选用生物表面活性剂皂苷和螯合剂乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)作淋洗剂,研究了EDTA、皂苷及其复合液对污染塿土中重金属Cu、Pb的淋洗效果,并比较不同淋洗剂淋洗前后重金属的形态变化特征。结果表明:EDTA浓度为0.5、1.0 mmol·L-1时与不同质量浓度皂苷复合振荡淋洗Cu、Pb时表现为协同作用,对Pb的协同作用尤为明显;EDTA浓度大于5.0mmol·L-1时,与不同质量浓度皂苷复合淋洗Cu、Pb表现为拮抗作用。1.0 mmol·L-1EDTA、50 g·L-1皂苷及其复合淋洗液(1.0 mmol·L-1EDTA与50 g·L-1EDTA)对土柱中Cu、Pb的累积淋洗量均随着淋洗液体积的增大而逐渐增加;1.0 mmol·L-1 EDTA与50 g·L-1皂苷复合淋洗土柱中Cu时表现为协同作用,其对单一及复合污染塿土中Cu的累积淋洗百分率分别为23.59%和21.57%,对Pb的累积淋洗百分率分别为27.59%和24.92%。柱淋洗前后重金属形态分级结果表明,EDTA、皂苷及其复合淋洗液能有效去除碳酸盐结合态、有机结合态和硫化物残渣态重金属Cu、Pb;EDTA与皂苷及其复合淋洗液可显著活化污染塿土中的重金属Cu、Pb,有望与植物修复技术联用修复重金属污染塿土。     

土娄土对十六烷基三甲基溴化铵的吸附研究

采用一次平衡法初步研究了土娄土对十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)的吸附机制。结果表明,土娄土对CTMAB的吸附等温线属于S型,吸附量和吸附力很大;pH增加,土壤对CTMAB的吸附量略有增加;CTMAB在土壤表面是多层吸附,以单分子或二分子缔合体的形式吸附于土壤表面;CTMAB在土壤-溶液体系的临界表面胶团浓度smc显著小于溶液体系CTMAB的临界胶团浓度cmc。     

螯合剂和鼠李糖脂联合淋洗污染土壤中Cd

采用pH为4.31的土壤,制备3种Cd浓度水平的模拟污染土壤,研究了螯合剂和鼠李糖脂对土壤中Cd的淋洗特征,探讨了乙二胺四乙酸二钠(EDTA)和鼠李糖脂联合淋洗土壤中Cd的形态变化。结果表明,在淋洗剂浓度为0.025 mol·L~(-1)、初始pH为7时,EDTA、乙二胺二琥珀酸(EDDS)和柠檬酸(CIT)淋洗分别在220、140、60 min达到平衡,EDTA的淋洗效果最好,其对0.38、0.69、0.93 mg·kg~(-1)Cd污染土壤的最大淋洗率分别达到93.16%、93.62%和94.09%;淋洗过程符合准二级动力学模型,淋洗速率常数表现为0.38 mg·kg~(-1)Cd污染土壤0.69 mg·kg~(-1)Cd污染土壤0.93 mg·kg~(-1)Cd污染土壤。当EDTA和鼠李糖脂(浓度均为0.025 mol·L~(-1))的体积比为1.5∶1时,3种土壤中Cd的淋溶率分别为85.45%、89.25%和93.88%,淋洗平衡时间为50 min。EDTA和鼠李糖脂联用能够有效淋洗污染土壤中的交换态、碳酸盐结合态和有机结合态Cd,可能的作用机制是EDTA的螯合作用和鼠李糖脂的胶束增溶作用产生的协同效应。     

不同解吸剂对污染土娄土铜铅的解吸动力学研究

【目的】研究螯合剂和表面活性剂作用下污染土娄土中Cu、Pb的解吸动力学特征。【方法】在Cu单一污染、Pb单一污染和Cu、Pb复合污染土娄土中,分别加入2种螯合剂(乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸(CIT))和2种表面活性剂(十二烷基磺酸钠(SDS)、鼠李糖脂(RL2))作为解吸剂,采用批次试验方法,研究螯合剂和表面活性剂对污染土娄土中Cu、Pb不同形态及其含量的影响,并对其解吸动力学方程进行拟合。【结果】2种螯合剂对Cu、Pb的解吸是一个相对慢速的过程,240min左右时解吸基本达到平衡;而2种表面活性剂对Cu、Pb的解吸是一个相对快速的过程,在60min左右达到平衡。4种解吸剂对Cu的解吸量依次表现为EDTA>CIT>RL2>SDS;对Pb的解吸量依次表现为EDTA>CIT>SDS>RL2。【结论】4种解吸剂中,EDTA对污染土娄土中Cu、Pb的解吸效果最好;准二级方程能较好地描述4种解吸剂解吸污染土娄土中Cu、Pb的动力学特征。     

磷酸氨基酸盐对Cd污染土壤的淋洗效果

为减少淋洗修复对土壤环境的影响,从12种不同磷酸氨基酸盐中筛选出了淋洗效率较高且价格低廉的最佳淋洗剂[Gly][H₂PO₄],探究了淋洗时间、淋洗剂浓度、液土比和pH对淋洗效果的影响,并对淋洗后土壤理化性质的变化进行了研究。结果表明：当淋洗剂浓度为0.3 mol·L^-1、液土比为4、淋洗时间为60 min时,淋洗剂[Gly][H₂PO₄]对Cd的去除率最高可达55.4%。淋洗后土壤有机质、总氮、总磷、速效钾含量上升,土壤脱氢酶和β-葡萄糖苷酶活性先降低后升高。在淋洗后第28 d时,两种酶的活性与原土相比,分别升高了61.3%和37.3%。在淋洗废液中添加Ca（OH）₂,当其浓度为20 g·L^-1时,废液中Cd去除率为96.57%,达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的排放要求（<0.1 mg·L^-1）。因此,[Gly][H₂PO₄]可作为环境友好型淋洗剂用于Cd污染土壤的修复。     

长期定位施肥对土娄土耕层土壤养分和土地生产力的影响

通过12a长期定位施肥研究了土娄土不同施肥处理对耕层土壤养分和土地生产力的影响。结果表明:1)施氮肥可以增加土壤全氮、土壤碱解氮的含量,施磷肥可以增加土壤全磷、土壤速效磷的含量,施钾肥对土壤全钾的影响不大但可以增加土壤速效钾的含量;氮磷钾化肥配施有机肥料可以使土壤有机质、全氮和全磷大幅度增加,有利于培肥地力。2)土娄土对玉米的供肥能力高于小麦,长期不施氮肥或磷肥,使土娄土生产力随种植年限的延续而下降,玉米下降的幅度分别为66.9%、45.1%,小麦下降的幅度分别为77.5%、75.8%。3)氮肥与磷肥配施或氮磷肥与有机肥配施,土娄土土地的生产力贡献率维持在93.5%～96.7%的较高水平。     

低分子量有机酸对石灰性潮土磷吸附与解吸的影响

采用磷的平衡吸附与解吸方法，模拟缺磷胁迫条件下植物根系分泌的有机酸种类和数量，研究了草酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、乙酸5种有机酸对石灰性潮土磷吸附的影响，并以作用能力较强的草酸为代表，研究了有机酸对石灰性潮土磷吸附和解吸的影响。结果表明：（1）中性条件下供试有机酸均能不同程度的降低石灰性潮土对磷的吸附，作用强弱依次为草酸、柠檬酸＞苹果酸、酒石酸＞乙酸。（2）有机酸使土壤对磷吸附的降低效应随着有机酸浓度和有机酸与磷浓度比的增加而增加。（3）石灰性潮土在草酸体系中所吸附的磷容易被中性盐解吸，有机酸对土壤吸附磷的解吸有一定的促进作用。     

陕西杨凌地区土娄土剖面不同形态碳的贮量及特性研究

【目的】研究不同土剖面的有机碳和无机碳贮量以及不同组分有机碳在0～200cm土层的分布特征。【方法】以陕西杨凌土为对象,采集了8个土剖面(0～200cm土层)样品,测定了土壤有机碳、无机碳含量以及活性有机碳和难降解有机碳的含量。【结果】①0～200cm土层土壤总碳贮量为266.20～631.59t/hm2,其中有机碳贮量为120.63～177.35t/hm2,无机碳贮量为131.64～504.71t/hm2,分别占土壤剖面总碳贮量的20.1%～50.8%和49.2%～79.9%。②有机碳多集中于0～100cm剖面,其平均贮量均占有机碳贮量的60%以上;无机碳多集中于100～200cm土层,其平均贮量占无机碳贮量的64%。③活性有机碳含量在0～20cm土层最高,随着土层深度的增加而减少。④HCl水解和HF处理后残留有机碳均是以土壤剖面的表层最高,随着土层深度的增加而明显减少,其占有机碳的比例也因土层深度的不同差异明显,但随着土层深度的增加总体上呈减少趋势。【结论】土0～200cm土层无机碳贮量是有机碳贮量的2倍,其中0～100cm土层中有机碳所占比例相对较高,而100～200cm土层碳主要以无机碳形态存在。     

低分子量有机酸对森林土壤磷的活化作用

采用化学浸提法，在添加了低分子量有机酸后对马尾松Pinus massoniana林和杉木Cunninghamia lanceolata林下酸性森林土壤惰性磷的活化影响进行研究。结果表明：低分子量有机酸能显著地活化酸性森林土壤中的惰性磷。在供试的3种土壤中，低分子量有机酸对磷的活化作用在暗红壤中尤为显著。供试的4种有机酸活化能力顺序依次为柠檬酸〉草酸或混合酸〉酒石酸，这一顺序基本与各有机酸logKAl（络合平衡系数）一致。在一定浓度范围内，低分子量有机酸对森林土壤磷的活化作用随有机酸浓度的增大而增强。但低分子量有机酸对森林土壤磷的活化量明显小于农业土壤，这可能与土壤本底磷的质量分数有关，农业土壤中磷的质量分数明显高于森林土壤。     

虾壳生物炭对Cd-As复合污染土壤修复效应及土壤可溶性有机碳含量的影响

为探究虾壳生物炭对Cd、As复合污染土壤的修复效果和作用机制,将小龙虾壳厌氧热解制备成生物炭,通过土壤静态培养实验,在广东酸性和新疆碱性Cd、As复合污染土壤中添加不同剂量的虾壳生物炭(质量比为0.5%、1%和3%),研究虾壳生物炭对土壤理化性质、Cd-As有效性和形态分布特征的影响,同时分析其对土壤可溶性有机碳的影响。结果表明:施加虾壳生物炭可显著提高土壤pH、有机碳、碱解氮、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾、全氮和全磷含量(P0.05),增幅随生物炭添加量的增加而增大。与不加生物炭的对照相比,添加0.5%～3%虾壳生物炭可使酸性土壤有效态Cd含量显著降低15.76%～26.50%,却使有效态As含量增加11.64%～24.53%;而生物炭添加可显著降低碱性土壤中有效态As、Cd含量(P0.05),降幅分别为3.51%～8.12%和4.43%～28.90%。在土壤As、Cd形态分布上,添加虾壳生物炭增加了土壤中钙结合态As的比例,促进了土壤Cd由可交换态向残渣态转化。此外,添加虾壳生物炭显著提高了土壤可溶性有机碳含量,且土壤可溶性有机物的紫外光区吸收强度和芳香化程度有所增强。研究表明,虾壳生物炭可降低碱性土壤中Cd、As有效性,同时提高土壤养分含量,是一种绿色可持续的土壤钝化修复材料,具备碱性土壤Cd、As复合污染修复的潜在应用价值。     

陕西省采矿业污染农田土壤中Cd、Pb的释放特征

【目的】研究陕西省采矿业污染农田土壤中Cd、Pb的分布及其释放特征。【方法】以采自陕西凤县、潼关、洛南某铅锌矿区污染农田土壤(FX、TG、LN)为研究对象,测定不同粒径土壤中Cd、Pb的总量和有效态量,并对不同农田土壤中Cd、Pb的化学形态进行了探讨,采用批处理法对FX、TG、LN土壤中Cd和Pb的释放动力学特征进行了分析。【结果】3个矿区污染农田土壤Cd总量均严重超标,TG和LN土壤Pb总量也达超标水平,FX、TG和LN土壤中Cd、Pb总量分别达到了107.84,218.62,179.29mg/kg及208.93,2 216.61,1 046.24mg/kg。3种土壤不同粒径土样中Cd、Pb总量均随着土壤粒径减小而增加,3种土壤Cd、Pb有效态量从大到小依次为TGLNFX。FX、TG、LN土壤中Cd有效态量分别为11.59~16.73,21.10~23.07,16.01~16.73mg/kg;Pb有效态量分别为18.30~25.05,140.22~210.59,25.81~44.06mg/kg。化学形态分析表明,在3种土壤中Cd、Pb均以碳酸盐结合态和硫化物态为主,水溶态所占比例较小;在FX土壤中未检测到水溶态Cd和Pb,在LN土壤中未检测到水溶态Pb。在污染土壤中水溶态Cd、Pb的释放基本在12h以后达到平衡,其释放过程分为快速释放、慢速释放和动态平衡3个阶段,其释放规律符合准二级动力学过程。【结论】陕西省采矿业已经造成严重的农田土壤重金属污染,FX、TG和LN 3种污染土壤中Cd、Pb的释放与土壤粒径以及重金属污染物的来源密切相关,水溶态Cd、Pb的释放过程是复杂的非均相扩散过程。     

低分子量有机酸对茶园土壤团聚体吸附Cu2+的影响

为探讨低分子量有机酸对茶园土壤团聚体吸附Cu~(2+)的影响,探明蒙山茶园土壤中铜的环境化学行为,以蒙山茶园土壤为对象,通过超声波分散法、沉降-虹吸法等提取土壤团聚体,采用批实验法研究了低分子量有机酸(柠檬酸、苹果酸、草酸)对土壤团聚体吸附Cu~(2+)的影响。结果表明:茶园土壤原土及各粒径土壤团聚体对Cu~(2+)的吸附量均随着Cu~(2+)浓度的增加而增加,而随低分子量有机酸加入浓度的增加呈现先增加后降低的趋势,受到土壤团聚体比表面积、游离氧化铁、阳离子交换量以及有机质等的影响,吸附量大小顺序为(0.002 mm)粒径组0.053~0.002 mm粒径组原土2~0.25 mm粒径组0.25~0.053 mm粒径组;应用Langmuir、Freundlich、Temkin三种方程对其等温吸附过程的拟合均达到了显著水平(P0.05),其中Langmuir方程的拟合效果最佳;低分子量有机酸对土壤吸附Cu~(2+)的影响先表现为促进作用,随着加入量的增加转为抑制作用,柠檬酸、苹果酸浓度在0~1 mmol·L~(-1),草酸浓度在0~0.1 mmol·L~(-1)能促进土壤团聚体对Cu~(2+)的吸附,而柠檬酸、苹果酸浓度1 mmol·L~(-1),草酸浓度0.1 mmol·L~(-1)时却抑制其吸附,柠檬酸、苹果酸为0.5 mmol·L~(-1)时吸附量达到最大。综上可知,低分子量有机酸对土壤团聚体吸附Cu~(2+)的影响受有机酸种类、浓度及土壤团聚体大小的综合作用。     

小白菜对Cd污染石灰性土壤的修复

以小白菜为供试材料,采用盆栽土培方法,研究了不同小白菜品种对石灰性土壤中Cd净化能力的差异,初步探讨了其对Cd污染土壤的修复效果。结果表明:石灰性土壤对Cd有明显的钝化作用,种植小白菜可以减缓土壤对Cd的固定;翠宝和其余供试品种间差异达到显著水平,其对土壤Cd的净化率也最高。土壤脲酶及过氧化氢酶活性随土壤Cd浓度的增加而降低;种植小白菜后可以增加土壤脲酶及过氧化氢酶的活性,促进酶活性的恢复,但品种间差异不明显。回归分析表明,土壤脲酶活性与土壤Cd浓度显著相关,可表示出土壤受Cd污染程度。     

改性蒙脱石修复镉污染对水稻根际土壤酶活性的影响

为探讨钝化修复重金属Cd污染土壤中改性蒙脱石的使用对水稻根际与非根际土壤Cd活性、酶活性等的影响,采用盆栽试验通过袋式根际箱装置种植水稻,并对土壤施加巯基-蒙脱石复合材料、蒙脱复合调理剂材料及巯基复合材料。结果表明：3种材料以0.5%的量施入后,糙米Cd浓度分别降低43.6%、25.9%和36.0%;Cd有效态浓度在根际土壤中分别降低55.3%、12.0%和35.2%,在非根际土壤中分别降低54.9%、9.76%和35.4%。蒙脱复合调理剂材料能提高土壤中过氧化氢酶、脲酶活性,巯基复合材料能提高土壤中脲酶活性,巯基-蒙脱石复合材料能提高非根际土壤中蔗糖酶活性。施加修复材料后,水稻根际土壤磷酸酶活性显著高于非根际土壤。研究表明,这3种改性蒙脱石钝化材料降低了Cd在根际土壤中的活性,有效地固定了土壤中的Cd,降低了水稻对镉的吸收,同时提高了土壤酶的活性,改善了Cd污染的水稻根际土壤环境质量。