重金属污染农田土壤化学钝化修复的稳定性研究进展

化学钝化修复是一种应用广泛的重金属污染农田土壤修复方法,但钝化修复只是暂时降低了土壤中重金属的移动性和生物有效性,随着时间的推移被固定的重金属有可能重新释放到土壤中,因此钝化修复重金属污染土壤的稳定性是重金属污染土壤原位钝化修复成功的关键。本文探讨了钝化修复剂的种类、修复机制、修复稳定性的影响因素以及修复稳定性的研究方法,深入分析了钝化修复稳定性的研究现状和存在问题,并提出今后应加强钝化修复稳定性机制和修复稳定性预测模型的研究,建立和完善科学的钝化修复稳定性的研究方法。     

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。     

土壤重金属污染现状与修复技术研究进展

阐述了土壤重金属污染物的来源和重金属污染土壤修复技术研究现状,分析了各种修复技术的优缺点、实用性与发展动态,为土壤重金属污染综合治理与修复提出了新的思路。     

土壤重金属污染修复技术

介绍了近年来国外开发,应用的七种较为成熟的创新性土壤污染修复技术,就其原理,实例,优缺点及合理运用等问题作了简要阐述。     

沈阳市部分农田土壤重金属污染评价

以土壤重金属含量为依据,以土壤环境背景值为评价标准,对沈阳市部分农田土壤的重金属污染状部作了初步评价,并分析了土壤重金属含量与农作物的关系,为防治土壤重金属污染提供了科学依据。     

重金属污染土壤的植物强化修复研究进展

随着工农业生产的快速发展,土壤重金属污染日益严重,土壤重金属污染的高效快速修复技术备受关注。在各种土壤重金属污染修复技术中,植物修复技术因其清洁、简单、高效、低消耗等优点,得到人们的认可,具有良好的发展前景。论文综述了土壤重金属污染来源及现状,植物修复技术的基本原理及特点,植物强化修复技术的研究进展,分析了当前植物强化修复技术中存在的问题,并指明了植物强化修复技术的发展方向,以期为土壤重金属污染的快速、绿色修复提供理论依据。     

壳聚糖修复重金属污染土壤的研究进展

壳聚糖是一种来源广泛、具有良好的生物相容性、生物降解性的高分子材料,其含有大量氨基、羟基等活性基团,能与重金属离子进行螯合,发生吸附作用。壳聚糖还具有改良土壤、促进植物生长,诱导植物抗逆的作用,在重金属污染农田土壤修复中具有独特的应用优势。综述了近年来国内外有关壳聚糖修复重金属污染土壤的研究进展,探讨了壳聚糖对土壤重金属污染修复的潜力,阐述了壳聚糖在重金属原位钝化修复、土壤淋洗修复、强化植物提取修复三个方面的应用,并指出壳聚糖在重金属污染土壤修复中存在的问题以及对其在未来修复重金属污染土壤的发展进行了展望,以期为壳聚糖重金属修复技术的推广和应用提供参考。     

生物炭复配矿物质钝化修复重金属复合污染土壤的研究

选取稻壳生物炭、木屑生物炭、羟基磷灰石及蒙脱石作为钝化材料,按钝化剂5:土壤100的重量比添加到重金属复合污染土壤中,通过测定土壤重金属形态变化,研究了钝化材料修复重金属复合污染土壤的效果及其机理。结果表明:生物炭和矿物质均能有效固定土壤中重金属,其中羟基磷灰石的钝化效果最好,对土壤镉、铜和铅的固定化率分别为76.24%、74.26%和98.13%。蒙脱石的钝化效果最差。添加钝化剂后土壤重金属中的酸可提取态和可还原态向着更加稳定的可氧化态和残渣态转化,土壤重金属活性态比例下降。生物炭复配矿物质处理对土壤重金属的钝化效果介于单一生物炭处理和单一矿物质处理之间。此外,生物炭及矿物质均能有效地提高土壤pH,pH可能是影响土壤修复效果的关键因素。     

土壤重金属污染现状与修复技术研究

土壤是农业的基础,也是人类获取食物和其他再生资源的物质基础。随着工业发展和农业生产的现代化,重金属污染已经成为一个危害全球环境质量的主要问题。本文通过土壤重金属污染的来源、现状、不同修复技术的原理、优缺点、前景作了概述,并重点对目前常用改良剂的修复效果、存在的问题、改良剂原位修复土壤重金属污染的作用机制以及国内外研究进展作简要综述及对未来趋势提出一些看法,为实现对重金属污染土壤进行有效的生态整治和安全高效的利用提供技术途径。     

地球化学工程技术修复农田土壤重金属污染研究进展

随着我国农田土壤重金属污染的加剧,传统的物理、化学和生物修复方法不能完全满足农田土壤修复的要求,亟待寻找高效稳定、成本低廉且无二次污染的农田土壤修复技术。地球化学工程技术即是遵循这一理念的修复技术之一。本文就地球化学工程技术在农田土壤修复中的应用现状与阶段性成果进行了回顾,着重概述了地球化学材料固定与钝化,地球化学工程阻隔,地球化学转化、吸收与浓集以及地球化学自然降解与衰减等4类技术在土壤修复中的研究进展和实践成果。并在此基础上讨论了应用地球化学工程技术进行农田土壤修复的优势和不足,展望了地球化学工程技术修复农田土壤的应用前景和发展趋势,提出注重多种修复技术的联合使用、开发功能化纳米材料与磁性纳米复合材料进行修复及加快土壤修复理论成果转化的研究方向。     

改良剂原位修复重金属污染土壤研究进展

改良剂原位修复重金属污染土壤因其成本低廉、易于实施,已经得到广泛应用。然而,改良剂对土壤重金属的修复仍然存在着一定的局限性和潜在风险。无机和有机改良剂的修复效果不仅与重金属离子的种类有关,而且还受作物、土壤类型及环境因子的制约。本文就目前常用改良剂的修复效果,存在的问题,改良剂原位修复重金属污染土壤的作用机制以及国内外研究进展作简要综述,并对此方面研究的未来趋势提出展望。     

规模猪场污水多级处理系统中重金属总量及其形态变化特征

为探明畜禽养殖场污水处理过程中重金属总量及其形态变化特征,以苏南地区一规模猪场的污水处理工程为研究对象,系统分析了夏、冬两季各处理环节(厌氧消化、多级沉淀、水生植物处理)出水中Cu,Zn,As,Pb,Cr浓度变化。结果表明:夏季污水中Cu,Zn,As,Pb,Cr总体积浓度分别为4 024.9,6 656.0,22.9,193.8,319.6μg/L,冬季分别为6 490.3,1 1687.9,89.3,152.0,351.7μg/L。除夏季总As外,其他均高于国家农田灌溉水质标准。经多级沉淀和水生植物处理后,出水中各重金属总量显著降低(P0.05),均符合国家农田灌溉水质标准。夏季Cu,Zn,As,Pb,Cr的去除率分别达99.5%,99.2%,62.2%,88.7%,91.6%,冬季分别达99.8%,99.0%,91.0%,90.1%,87.9%。溶解态重金属含量变化复杂,总体上看,多级沉淀联合水生植物处理对污水中溶解态重金属有降低的作用,但夏季效果低于冬季。除夏季总As外,污水中其他重金属总量及其溶解态含量变化与p H值呈负相关,所有重金属总量与溶解态含量均与EC呈正相关。采用厌氧消化-多级沉淀-水生植物联合处理技术可有效降低猪场污水中重金属总量及其溶解态含量,提高养殖污水农田利用的安全性。     

煤矸石充填复垦地理化特性与重金属分布特征

为研究煤矸石充填复垦地农作物产量达到最佳时的覆土厚度及煤矸石充填复垦地重金属分布状况,该文以新庄孜矿煤矸石充填复垦地作为研究对象,采取室外田间小区试验和室内试验分析方法,选取不同覆土厚度50~60,60~70,70~80,80~90 cm的4类试验地块及对照地块对其土壤理化性质及农作物根系分布、长势产量、重金属元素含量进行调查分析,发现复垦地块各项指标与对照地块差异显著,劣于对照地块;煤矸石充填基质土壤理化性质较差;70~80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地较经济合理的覆土厚度。煤矸石复垦地重金属元素有向上迁移的趋势;复垦土壤及煤矸石基质中Pb、Zn、Cr元素含量处于安全水平;大部分监测的Cu、Ni、Cd元素含量高于淮南土壤背景值,低于中国土壤环境质量标准二级标准,对复垦土壤已构成潜在的威胁性,应予以重视;覆土厚度50~60 cm地块的煤矸石基质中Cu、Ni元素含量处于安全水平,煤矸石基质中Cd元素含量高于淮南土壤土壤背景值,低于中国土壤环境质量标准二级标准,应予以重视。结果表明70~80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地最佳覆土厚度;新庄孜煤矸石充填复垦地重金属有向上迁移的趋势,复垦土壤中重金属含量符合国家二级标准,未出现重金属污染情况,但部分重金属元素含量高于淮南市土壤背景值,应予以重视。     

土壤重金属调查采样数目的确定方法研究进展

在土壤重金属调查中,合理确定采样单元的采样数目对保障其数据精确性及土壤污染风险评估和防治具有重要意义。该文通过广泛查阅国内外相关文献,对表层土壤重金属采样数目确定方法现状及未来研究方向进行了评述;基于经验型、统计学及经验统计学方法系统分析了土壤重金属采样数目确定方法的优缺点。结果显示在确定采样数目时缺乏对采样单元的考虑;采样数目更多的集中于经验型,相对缺乏基于统计学及经验统计学的应用。在采用统计学方法确定采样数目时,更多地集中于正态分布下的采样数目确定,而大多忽视了土壤重金属含量的非正态分布及其对采样数目的影响;尽管有部分学者提出对数正态分布下采样数目的确定方法,但是该分布下采样数目的精确算法过于复杂,不同修正公式的应用范围也有所限制,不足以涵盖在不同变异下的采样布点,而且存在高估或低估采样数目的风险。因此,明确采样尺度或采样单元,加强基于统计学或经验统计学确定采样数目方法的研究,探索对数正态分布下合理采样数目的确定方法,寻找出适合中国土壤重金属采样数目确定方法是实现土壤重金属风险评估和污染治理的重要保障。     

不同栽培方式菜田耕层土壤重金属状况

【目的】评价不同栽培方式(温室、大棚和露地)菜田土壤重金属状况,为菜田土壤质量改善和蔬菜高效安全施肥提供一定的理论依据。【方法】针对我国北方3个区域(东北、黄淮海、西北地区)和南方4个区域(华中、西南、华东、华南地区)主要蔬菜种植区不同栽培方式的典型菜田耕层土壤展开调查,选择的主要菜区不同栽培方式的菜田均为远离城郊的未受到工业“三废”、汽车尾气等污染的农村菜田,取样时间是2013年作物收获后或蔬菜施肥前或生长后期,共采集503个土壤样品,对温室、大棚和露地三种栽培方式下土壤重金属状况进行了研究。【结果】1)采样区设施(温室和大棚)菜田土壤重金属Cu、Zn和Cd总量总体上均高于露地菜田土壤,较露地菜田土壤平均分别高12.2%、21.7%和30.4%。2)随着种菜年限的增加,菜田土壤重金属Cu、Zn和Cd总量呈显著增加的趋势。不同栽培方式菜田土壤中均可能存在几种重金属同时污染的复合污染现象,土壤Cu、Zn、Cd等之间的相关性均达到极显著水平。3)采样区不同栽培方式菜田土壤Cd的二级超标率在19.2%~22.3%之间,温室、大棚和露地菜田土壤Cd的单项污染指数平均分别为0.97、0.98和0.70;土壤Cu、Zn、Pb、Cr、As和Hg的二级超标率在0~14.6%之间,单项污染指数在0.06~0.52之间。【结论】设施菜田N、P2O5和K2O总量及有机肥用量均显著高于露地菜田,可能是造成设施菜田土壤中重金属Cu、Zn和Cd积累显著高于露地菜田的重要原因。采样区设施(温室和大棚)菜田土壤Cd总体上处于污染警戒级状态,露地菜田土壤总体上未受到Cd的污染;设施和露地菜田土壤Cu、Zn、Pb、Cr、As和Hg总体上均未构成对土壤的污染。     

根系分泌物与重金属的化学行为研究

通过毛细管电泳测定根系分泌物的组成发现,根系在受到重金属铅、镉或铅-镉共同作用下分泌物种类与对照都有不同程度的变化;透析袋平衡透析方法则证实了根系分泌物与重金属之间存在着络合反应,络合能力的大小与重金属本身的性质有关,小麦根系分泌物对铅的络合能力大于镉。溶解试验表明,小麦分泌物对红壤中铅、镉的溶出没有显著的影响。小麦无菌根系分泌物、非无菌分泌物、非无菌过0.45m分泌物均促进红壤对铅、镉的吸附。其中铅吸附量较对照分别增加了12%,16%,21%;镉吸附量较对照分别增加了66%,102%,72%。     

Effects of sterilization on the chemical forms of heavy metals in soils

We used sequential extraction to investigate changes in the amounts of six chemical forms of manganese, cobalt and cadmium in soil samples after chloroform fumigation. The six forms were designated as follows: exchangeable, dilute-acid-soluble, manganese-oxide-occluded, organically bound, iron-oxide-occluded and residual. For all three metals, the decreases in the amounts of manganese-oxide-occluded forms were equivalent to the sum of the increases in the amounts of exchangeable and dilute-acid-soluble forms. The amounts of the other three forms did not change significantly after fumigation. These results indicate that some of the cobalt and cadmium in the manganese oxides was converted into exchangeable and dilute-acid-soluble forms, which suggests that soil sterilization may increase the availability of these heavy metals to plants.     

化肥施用对土壤中重金属生物有效性的影响研究

本研究综述了化学肥料施用对土壤中重金属生物有效性的影响,土壤施肥能改变土壤理化性质如pH、溶液中的离子组成、阳离子交换量等,或直接与重金属离子发生反应,影响重金属的生物有效性。故施用化肥时要考虑到所施化肥的种类和施用量可能会导致重金属的植物可利用性发生改变,从而对人体健康产生影响。     

Chemical and organic immobilization treatments for reducing phytoavailability of heavy metals in copper‐mine tailings

This study was conducted to evaluate the efficiency of diammonium phosphate (DAP), agricultural limestone (lime), and green‐waste compost mixed with 30% treated sewage sludge (GCS) applied alone or in combination as chemical immobilization treatment using tomato as a test crop. Mine waste was collected from an abandoned copper‐mine tailing site at Mynydd Parys, Anglesey (UK). Lime was applied at the rate of CaCO₃ equivalent (CCE, pH = 7), DAP at the rate of 23 g P per kg substrate, and 10% by weight, GCS as sole application. Half rate of each amendment was also tested as a combined treatment and an untreated substrate (control). Plant‐available metals (Cd, Cu, Fe, Pb, and Zn) were measured in substrate with conventional diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) and sequential Ca(NO₃)₂ extraction. Plant–dry biomass yield was significantly (p < 0.001) increased by the combined application of all the three amendments while sole application of DAP reduced yield by 4‐fold compared to unamended soil probably due to P toxicity. Addition of lime reduced the DTPA‐extractable Cu, Fe, and Zn by 75%, 81%, and 85%, respectively, while Pb availability was reduced by 88% in combined DAP + lime + GCS treatment compared to control. The extraction capacity of DTPA was higher than that of Ca(NO₃)₂ by 3‐fold for Cu and Fe, 8‐fold for Pb, and 2‐fold for Zn. The leaf‐tissue concentrations of Cu and Fe were reduced by 77% and 83% in the lime + GCS amendment, respectively, while both Pb and Zn were reduced by 89% and 33%, respectively, in substrate treated with the combined application of all three amendments. These results suggest that alkaline amendments (both lime and GCS) were effective in reducing the phytoavailability of Cu, Fe, and Zn while DAP mixed with either GCS or lime was effective in reducing Pb availability.