重金属镉对互花米草生长及生理特性的影响

[目的]探讨重金属镉对互花米草生长及生理特性的影响。[方法]以互花米草（Spartina alternifloraLoisel.）为材料,通过河沙培养试验,研究了不同浓度镉胁迫对互花米草生长及生理特性的影响。[结果]随着镉浓度的增大,互花米草的外部生长指标株高、叶长和叶宽和茎粗均在不同程度上与对照间存在显著差异。膜透性、丙二醛和脯氨酸均在镉浓度为0.3 mmol/L时存在低剂量效应,其后随镉浓度的增大而增大。超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性随镉浓度的增加也发挥到最大程度。[结论]为环境修复提供了理论依据。     

复合改性生物炭的吸附特性及其对轻中度镉污染农田土壤的钝化效应

农田土壤中的镉污染会导致作物中的镉过量累积,而作物中的镉会通过食物链传递给人,从而严重威胁人体健康,因此迫切需要采取合理的应对措施。本研究旨在将不同材料[氢氧化钾(K)、凹凸棒土(A)、钙镁磷肥(M)和聚丙烯酰胺(P)]与生物炭混合后进行球磨改性(Q)处理,通过吸附平衡试验、盆栽试验研究改性生物炭对镉的吸附特性及其对镉污染土壤的钝化效果。结果表明,与未改性生物炭(YC)相比,改性生物炭具有更丰富的官能团和矿物元素,对镉的吸附动力学曲线符合准二级动力学方程,吸附方式主要表现为单分子层吸附。pH值、温度的升高可以提高生物炭对镉离子的吸附能力。在土壤中添加生物炭可以显著提高土壤的pH值和养分含量,并且降低土壤有效镉含量,其中添加氢氧化钾+凹凸棒土+钙镁磷肥+聚丙烯酰胺球磨改性的生物炭(QKAMP)和添加氢氧化钾+凹凸棒土+聚丙烯酰胺球磨改性的生物炭(QKAM)分别可使土壤有效镉含量较对照(CK)显著降低25.5%、23.4%(P<0.05)。与添加未改性生物炭(YC)的处理相比,添加QKAMP、QKAM处理的土壤中有效镉含量分别显著降低了16.84%、14.57%(P<0.05)...     

芦苇生物质炭对镉的吸附及机制

为解决重金属废水处理问题,寻求芦苇的新型资源化利用途径,采用限氧热解方法在不同温度下制备芦苇生物质炭（RBC）。在对芦苇生物质炭进行元素分析的基础上,进行吸附动力学实验和等温吸附实验,并通过扫描电镜（SEM）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）等表征方法,探究不同热解温度对RBC吸附Cd²⁺的影响及吸附机制。结果表明： RBC对Cd²⁺的吸附过程更符合准二级吸附动力学方程,Langmuir等温吸附模型能更好描述RBC对Cd²⁺的吸附;500℃下制备得到的RBC产率较高,Cd²⁺吸附量最大,理论吸附量可达39.05 mg·g^-1;吸附Cd²⁺后,RBC表面生成粒状结构,XRD谱图出现CdCO₃和CdSiO₃晶型的峰,推断Cd²⁺分别能与CO₃^2-与SiO₃^2-形成沉淀。研究表明,芦苇生物质炭的最优热解温度为500℃,此温度下产率最高,对Cd²⁺的吸附能力最强,吸附Cd²⁺的机制可能为阳离子交换、沉淀吸附、络合和Cd²⁺-π金属键合共同作用。     

氧化老化过程对生物炭吸附镉的影响及机制

为研究氧化老化过程对生物炭性质及其对镉(Cd~(2+))吸附能力的影响及机制,以过氧化氢(H_2O_2)化学氧化方法模拟稻壳生物炭在自然环境中的氧化老化过程,通过等温吸附试验研究氧化老化过程对生物炭吸附Cd~(2+)能力的影响,运用扫描电镜和能谱分析(SEM-EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和~(13)C核磁共振技术探究氧化老化过程中生物炭对Cd~(2+)的吸附机制。结果表明:氧化老化过程中生物炭的元素组成和比表面积变化不明显,但含氧基团增多,芳香性增强。老化前后生物炭对Cd~(2+)的吸附均符合准二级动力学模型,但氧化老化过程抑制了稻壳生物炭对Cd~(2+)的吸附能力,在298 K时,Langmuir预测Cd~(2+)在生物炭上的最大吸附量分别为未老化生物炭(BC,21.48 mg·g~(-1))氧化老化1次生物炭(OBC1,15.07 mg·g~(-1))氧化老化2次生物炭(OBC2,7.56 mg·g~(-1))氧化老化3次生物炭(OBC3,7.51 mg·g~(-1))。生物炭吸附Cd~(2+)的机理主要有表面络合作用、阳离子-π作用和离子交换作用,氧化老化后碱金属元素的变化抑制了表面吸附作用。     

水中镉和芘在核桃壳生物炭上的吸附行为及其交互作用

以核桃壳在600℃热解所得生物炭(WSBC)为吸附剂,通过扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对WSBC进行表征,用批平衡吸附实验研究了WSBC对水体中两种典型污染物Cd(Ⅱ)和芘的吸附特性,考察了吸附时间、Cd(Ⅱ)和芘初始浓度、pH值、WSBC粒径等对吸附的影响,以及Cd(Ⅱ)和芘在WSBC上吸附的交互作用。结果表明:WSBC表面粗糙,孔隙结构明显,富含羟基、羧基、羰基等含氧官能团,具有高度芳香和杂环结构;在25℃时,WSBC对Cd(Ⅱ)和芘的吸附分别在20 h和16h时达到平衡,饱和吸附量分别为23.79、0.17 mg·g-1;pH=5时,WSBC对Cd(Ⅱ)的吸附量最大,而pH在3~11范围内,WSBC对芘的吸附量随着pH的减小而增加。通过对吸附实验数据进行动力学、等温吸附特性分析,发现WSBC对Cd(Ⅱ)和芘的吸附动力学规律均符合准二级动力学方程,等温吸附可以用Langmuir方程很好地描述;Cd(Ⅱ)和芘在WSBC上吸附时存在明显的竞争吸附。     

热空气氧化改性生物炭对镉的吸附特性研究

[目的]探究改性生物炭对重金属元素镉(Cd)的吸附机理,以期为治理Cd污染和改性生物炭工业化生产提供参考.[方法]以工业化生产的竹屑生物炭(BB)和烟杆生物炭(TB)为原料,在300℃的低温限氧条件下进行氧化改性30 min,冷却至室温后制成两种改性生物炭(分别记为BB300和TB300).通过X射线衍射技术对改性前后...     

互花米草厌氧发酵渣活性炭处理含镉废水的研究

采用静态吸附法,进行磷酸活化法不同剂料质量比(0.5～3.0)及活化温度(400～700℃)条件下制备的互花米草厌氧发酵渣活性炭对镉的吸附性能研究,考察不同初始浓度条件下活性炭对镉的平衡吸附量,旨在以吸附法治理含镉废水,探索吸附机理、影响因素、除镉吸附剂的最佳制备条件以及活性炭物化性质对镉吸附性能的影响.结果表明,镉的吸附性能与活性炭的制备条件有关,随着活化温度的升高,镉的吸附量逐渐增大,主要是因为高温条件下活性炭表面PO43-充当活性位点,促进镉的吸附.当剂料质量比为1.0,活化温度为700℃时,制备出的活性炭对镉的吸附性能最好,其最大吸附量可达38.91 mg·g-1,远远高于商业活性炭.镉的吸附量随着溶液初始浓度的增加而增大,吸附等温线符合Langmuir方程.溶液pH和活性炭表面化学性质是决定镉吸附量大小的决定性因素,当溶液pH在2～4时,各活性炭对镉的吸附能力随pH的增加而增加.本文为含镉废水的处理提供了一种低价高效的方法.     

两种秸秆生物炭对Cd的吸附特征研究

为探究两种作物秸秆生物炭对废水中镉的吸附,利用系统的吸附试验,分析稻秸秆与麦秸秆在不同温度下热解制得的生物炭对废水中镉的吸附性能和作用机理.结果 显示,600℃热解得到的稻秸秆生物炭对镉的吸附效果最好,理论最大单层吸附量可达250mg·g-i,吸附动力学研究显示在60m in内可将溶液镉浓度由101.60mg·L-1降低至2.65 mg·L-1,去除率达到97.39％.600℃下制得的稻秸秆生物炭对镉污染废水的快速净化主要是通过生物炭表面的物理吸附和化学作用共同完成的.     

水稻秸秆生物炭和猪粪生物炭对镉的吸附性能

以猪粪和水稻秸秆为原料,在300 ℃和600 ℃的条件下制备生物炭,研究其对Cd²⁺的吸附性能,分析溶液初始pH值、吸附时间和Cd²⁺浓度对吸附的影响。结果表明:溶液初始pH值对生物炭吸附Cd²⁺有影响,当pH值从2.0升高至7.0时,生物炭对Cd²⁺的吸附量表现为先升高后趋于稳定。生物炭对Cd²⁺的吸附过程可以用准二级动力学方程较好地拟合(R²>0.99)。水稻秸秆生物炭对Cd²⁺的吸附约4 h达到平衡,而猪粪生物炭吸附对Cd²⁺的吸附约6 h达到平衡。生物炭对Cd²⁺的等温吸附过程可用Langmuir方程较好地拟合(R²>0.95),生物炭对Cd²⁺的吸附量随着热解温度的升高而增加,600 ℃制备的水稻秸秆生物炭的吸附量最大,达到59.84 mg·g^-1。     

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。     

滨海湿地互花米草入侵的生态水文学机制研究进展

滨海湿地具有重要的生态服务功能和经济价值,互花米草入侵已经对滨海湿地生态系统产生巨大影响。为深入理解滨海湿地生态系统植被演替过程与水盐梯度等环境因子的耦合关系,完善滨海湿地生态水文学的研究内容和方法,为滨海湿地互花米草生态防治以及滨海湿地生态系统的保护和管理提供科学参考,本文针对水文因子和土壤盐分对互花米草的影响及其生理生态响应、水盐梯度下互花米草的空间格局与生物量反演,以及互花米草的生态格局模拟和预测等方面的国内外相关研究进展进行了梳理和展望。主要结论包括：①水盐梯度决定着互花米草的生理生态特征、物种分布和演替格局;②随着遥感技术的不断发展和地理信息系统技术的不断完善,关于群落尺度上互花米草的空间动态研究也越来越趋向于精确化;③群落尺度上的互花米草格局动态及其生态水文驱动机制的量化将成为今后的研究热点;④在对互花米草空间格局进行预测和模拟时,需综合考虑滨海湿地水动力学过程、植物生理学过程、地形生态演化等过程。     

互花米草入侵对滨海湿地重金属的富集迁移效应

为探究互花米草（Spartina alterniflora）入侵对滨海湿地沉积物重金属的富集迁移效应,为滨海湿地生态保护与合理利用提供依据,在山东省日照市黄家塘湾滨海湿地选取不同互花米草入侵年限的斑块,以5 cm为间隔采集0～30 cm沉积物样品和互花米草样品,分析沉积物和互花米草不同部位中重金属元素Cu、Zn、Pb和Cd的含量,并采用地累积指数法、潜在生态风险评价法、生物富集系数及转运系数等方法进行评价。结果表明：湿地沉积物重金属Cu、Zn、Pb和Cd 的含量范围为5.94～31.94 mg(kg^-1,18.59～56.87 mg(kg^-1,4.76～30.36 mg(kg^-1,0.021～0.083 mg(kg^-1,整体低于研究区域重金属环境背景值;但Cu、Pb在0～15 cm内存在轻度污染;与光滩湿地相比,互花米草入侵湿地沉积物中重金属含量增加,且随互花米草入侵年限增加,沉积物重金属含量呈增加趋势,在上层（0～15 cm）表现尤为显著;互花米草不同部位对重金属的累积存在一定差异,大致表现根>叶>茎;不同重金属在根部的富集效应表现为Cd > Zn > Cu > Pb,互花米草对重金属转运效应为Pb > Zn > Cu > Cd。相关分析表明,沉积物中重金属的累积与互花米草入侵对湿地沉积物粒度组成、有机质含量及pH的改变密切相关。不同重金属在沉积物-植物体系的迁移转运差异则主要与互花米草各部位对重金属元素的吸收差异有关。     

加拿大一枝黄花生物炭对Cd2+的吸附特性及机理

以外来入侵种加拿大一枝黄花为原料,探究不同成分在不同热解温度下制得的生物炭的基本性质及其对水中Cd~(2+)的吸附能力、最优吸附工艺条件和吸附机制,以提高其资源化利用效率。结果表明:以茎叶混合作为原料在450℃下热解制得的加拿大一枝黄花生物炭(SCBC450)对Cd~(2+)吸附能力最优。正交结果显示,3种所选因素对生物炭吸附Cd~(2+)的影响程度依次为吸附质起始浓度pH温度;当pH=6、温度35℃、吸附质起始浓度50 mg·L~(-1)时,Cd~(2+)的吸附效率最高,可达(95.6±0.38)%。SCBC450对Cd~(2+)的吸附过程符合二级动力学模型,以化学吸附为主,且符合Langmuir等温吸附模型,最大理论吸附量达107.03 mg·g~(-1)。通过对生物炭吸附前后的XPS、FTIR和SEM-EDS分析可知,其对Cd~(2+)的吸附机制包括离子交换、络合反应、沉淀作用和物理吸附。因此,加拿大一枝黄花生物炭对Cd~(2+)的吸附具有极大的应用潜力。     

围垦对条子泥互花米草种群年季扩张特征的影响

为了解围垦对入侵植物互花米草种群扩张的影响,借助无人机航测技术,观测了2017年5月—2018年7月江苏盐城滨海湿地条子泥围垦大堤内外互花米草种群面积的年季变化,并结合实地监测数据,分析了土壤含水率、土壤盐度、生长地高程、地表水位对互花米草生长和种群面积的影响。结果表明：围垦显著降低了互花米草的扩张速度,观测期间堤内面积增幅为21%,而未围垦的堤外增幅超过400%,且互花米草扩张具有明显的季节性,堤内和堤外快速扩张的季节分别为秋季和夏季;围垦区土壤含水率和盐度分别较围垦区外平均降低25%和50%;互花米草植株高度与生长地高程之间存在显著正相关性（P<0.01）;互花米草种群的扩张距离与地表水位呈显著正相关性（P<0.01）。研究表明,围垦工程阻断了互花米草海水传播的途径,改变了围垦区土壤水盐条件,进而抑制了互花米草的扩张。     

耐镉促生根瘤菌的鉴定及其对镉的吸附特性

微生物在镉(Cd)污染农田土壤的生物修复上具有应用潜力,然而目前仍缺少有价值的微生物,且从种类繁多的微生物群体中鉴定出有价值的Cd生物修复候选者具有一定挑战性。以前期筛选获得的植物生长促进微生物AXY1菌株为研究对象,通过形态特征和系统发育学分析对该菌株进行初步鉴定,并对其生长条件进行优化,进一步考察其对Cd的耐受、吸附和活化特性。经鉴定该菌株为根瘤菌(Rhizobium pusense),最适生长温度在35℃左右,最适生长pH在7.0左右;菌株对Cd的耐受性达120 mg·L~(-1),对碳酸镉的活化率为9.21%。批次吸附实验结果显示,在pH 7.0、生物量为1.0 g·L~(-1)(湿质量)、初始Cd~(2+)浓度为10 mg·L~(-1)和吸附时间4 h条件下,菌株表现出最高的吸附率41.98%。等温线模型拟合结果显示,菌株的吸附数据符合Langmuir模型,表明菌株以单层生物吸附为主。解吸实验结果显示,菌株以离子交换形式(46.94%)为主对Cd~(2+)进行吸附。SEM-EDS和FTIR分析结果显示,在吸附过程中,Cd~(2+)可能与菌株表面配体(-OH、 -NH、 -COOH等)发生相互作用。该研究结果表明,AXY1菌株具有较高的Cd耐性和吸附特性,可用于Cd污染农田土壤的生物修复。     

接种伯克氏菌D54对东南景天吸收富集Cd的影响

通过水培盆栽试验,利用非损伤微测等技术手段,研究了接种伯克氏菌D54对超积累生态型东南景天(HE)和非超积累生态型东南景天(NHE)不同组织中Cd、Zn、Fe、Mg和Mn含量、根尖Cd~(2+)动态吸收以及Cd的转移系数的影响。结果发现,HE茎、叶中Cd、Zn含量,茎/根、叶/根Cd的转移系数以及根尖不同部位Cd~(2+)内流速率均显著高于NHE。Cd处理显著增加了HE和NHE根、茎、叶中Fe和Zn的含量,以及茎中Mg的含量;另外,Cd处理显著降低了HE根、茎、叶中Mn的含量,但却显著增加了NHE根和茎中Mn的含量。伯克氏菌D54处理显著降低了HE和NHE茎、叶中Cd、Fe、Mg、Mn和Zn的含量,茎/根、叶/根Cd的转移系数以及根尖不同部位Cd~(2+)的内流速率。这表明HE对Cd的转移和富集能力显著高于NHE,且HE对Cd的超富集能力与根部对Cd的强吸收能力密切相关。Cd处理促进了HE和NHE对Fe、Zn和Mg的富集,抑制了HE对Mn的富集和促进了NHE对Mn的富集,可能与HE超富集Cd和Mn产生竞争有关。伯克氏菌D54能减少HE和NHE对Cd的吸收和富集,同时导致Fe、Mg、Mn和Zn的富集减少。     

球磨生物炭的性质及其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的毒性效应研究

为研究球磨生物炭的微生物毒性效应,采用元素分析、比表面积分析(BET)、扫描电子显微镜(SEM)及傅立叶红外(FTIR)表征等手段研究了500℃裂解小麦秸秆生物炭(BC)和球磨生物炭(BM)的性质,采用毒性暴露实验分析了不同浓度(0、10、20、50、100、200 mg·L~(-1))下两种生物炭对大肠杆菌(Escherichia coli)ATCC 25922和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)ATCC 25923的毒性效应。结果表明:BC的比表面积为98 m~2·g~(-1),而BM的比表面积提升到309 m~2·g~(-1),球磨可以增加生物炭中含氧官能团的数量;在0.9%NaCl溶液中,添加10 mg·L~(-1)的BM时,S.aureus存活率为90.1%,E.coli存活率为98.2%。当浓度增大到200 mg·L~(-1)时,S.aureus的存活率降低为23.5%,E.coli的存活率仍可达91.8%;而在LB培养基中,BM浓度为200 mg·L~(-1)时,S.aureus的存活率增加到58.1%;相同条件下,BM对微生物的毒性显著强于BC,这可能与粒子大小差异相关。而BM对革兰氏阳性菌S.aureus的毒性显著强于革兰氏阴性菌E.coli,这可能与E.coli产生的胞外聚合物(EPS)有关;添加活性氧自由基(ROS)消除剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)发现,氧化损伤是造成S.aureus细胞死亡的主要原因,但是纳米颗粒对细胞的机械碰撞等其他因素也有可能是BM产生毒性的原因。研究表明BM对微生物具有一定的环境毒性效应,因此在BM使用过程中应注意其可能的环境影响。     

镉胁迫下钝化剂对菠菜生理特征及镉累积的影响

为了探究不同钝化剂在镉(Cd)胁迫下对蔬菜生理特征及Cd累积的影响,以菠菜为研究对象,设置不施钝化剂(CK)、单施纳米羟基磷灰石(nHAP)、单施巯基生物炭(TMB)、配施纳米羟基磷灰石+巯基生物炭(HPTB)4个处理进行盆栽试验。通过测定分析土壤pH、有效态Cd含量及菠菜抗氧化酶活性,阐明施用不同钝化剂对Cd胁迫下菠菜生长及Cd累积的影响。结果表明:施加钝化剂能有效提高菠菜生物量,降低菠菜Cd含量。与CK相比,nHAP、TMB、HPTB处理下地上部和地下部生物量分别增加了90.27%、7.28%、143.75%和72.50%、4.81%、91.71%,Cd含量分别降低了78.19%、6.94%、65.49%和65.98%、39.34%、52.31%;不同钝化剂均能提高土壤pH,降低土壤有效态Cd含量。nHAP、TMB、HPTB处理下土壤pH较CK分别提高了1.36、0.08个和0.76个单位,有效态Cd含量分别降低了83.22%、22.57%和73.70%。nHAP处理对菠菜的降Cd效果最好;施用nHAP能够有效增加抗氧化酶活性,降低丙二醛含量,缓解脂膜过氧化伤害。综上,nHAP可作...