煤矸石重金属释放活性及其污染土壤的生态风险评价

通过野外采样与室内实验分析煤矸石重金属的释放活性,并利用潜在生态风险评价法分析煤矸石山周边土壤污染及其潜在生态风险特征。结果表明,实验用煤矸石中重金属主要以残渣态存在,Cu、Zn、Pb、Cr和Cd的残渣态分别占其总量的56.86%,53.27%,72.01%,68.61%和75.93%,不易发生释放迁移,但少量酸溶态和氧化物结合态重金属易被淋溶后在矸石山周围土壤中累积并造成重金属污染。煤矸石山周边土壤重金属含量随着距离的增加呈现减少趋势,表明周边土壤受到煤矸石重金属污染,并且在土壤表层重金属含量最高,加大了重金属进入食物链危害人体健康的风险。通过潜在生态风险评价研究,采样区属于重金属Cd和Pb风险突出区,煤矸石距离5～10 m处潜在生态风险指数为272.34和164.34,属于中等潜在生态风险,其他各点潜在生态风险指数范围为94.62～141.79,属于轻微生态风险。     

土壤硫的氧化还原及其环境生态效应

硫在土壤中的氧化还原不仅直接影响其在水、大气、生物、岩石圈的交换和循环,而且对生态环境产生影响。综述了土壤中发生的硫的氧化还原过程及硫的氧化还原过程产生的环境生态影响,最后展望了硫的氧化还原及其相关过程的研究前景。     

煤矸石酸性水释放对土壤重金属化学行为的影响

利用微波消解法和Tessier的5步连续提取法分析测定了韩城燎原矿区高硫煤矸石堆放场不同深度土壤的9种重金属含量和不同赋存形态,并结合重金属分配系数分析了它们的释放迁移能力。结果表明,堆放场土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Sn、V、Zn的均值皆超过远离堆放场土壤背景值和中国土壤背景值,其中以As、Cd、Zn为最显著。在不断接受煤矸石堆放场雨水淋溶释放的酸性水入渗条件下,污染土壤中重金属的生物有效性和迁移性为:CdZnNiSnPbCuAsCrV。由于受到土壤含水率和有机质的影响,在土壤40—60cm范围内,重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn释放迁移能力为最弱。酸性水入渗对As、Cd释放迁移能力影响较小,而对Cd释放迁移能力影响较大。     

不同复垦年限煤矸山重构土壤有机碳及其组分差异

土壤有机碳含量是土壤肥力状况的重要标志之一,其活性组分对田间管理措施反映敏感。因此,分析煤矸山复垦重构土壤有机碳含量及其组分差异对于揭示土壤碳库变化、指导复垦地田间管理措施的实施有重要意义。本研究以山西省霍州曹村煤矸山复垦后5a(R-5a)、7a(R-7a)和9a(R-9a)的果园为对象,通过与当地原地貌果园(CK)对比,分析了3种复垦样地土壤总有机碳(TOC)及其组分可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、轻组有机碳(LFOC)和重组有机碳(HFOC)的差异,以及与土壤环境因子间的关系。结果表明:①随复垦年限的增加,3种复垦样地土壤TOC、LFOC和HFOC含量均呈先增后减趋势,DOC含量呈增加趋势,MBC含量呈先减后增趋势;但与CK相比,3种复垦样地土壤TOC、DOC、MBC、LFOC和HFOC含量均明显偏低。②DOC/TOC和MBC/TOC在R-7a样地中最低,LFOC/TOC随复垦年限的增加呈增加趋势,HFOC/TOC呈减少趋势,表明土壤中更多的有机碳从稳定态转变为活性态。③土壤全氮、全磷、碱解氮、碳氮比、黏粒含量、pH和含水量均不同程度影响有机碳含量,其中全氮、全磷、黏粒含量和土壤pH为关键因子。     

Removal of Fatty Acids from Palm Oil Effluent by Combined Electro-Fenton and Biological Oxidation Process

The objective of this paper is to design a pilot plant electrochemical reactor and to prove the operational concept of the electrochemical production of ferrate in situ and its online application for sewage treatment. To that end, the first part of this paper focuses on the analysis of the main engineering aspects of the reactor and the electrochemical process that affect the ferrate production, using laboratory scale experiments such as the interelectrode gap, the space-time yield, the area/volume (A/V) ratio, the current efficiency, and the energy consumption. The second part focuses on the production of ferrate using a pilot plant scale to prove the operational concept of the electrochemical generation of ferrate in situ and its online application as a step towards its full scale application for water and wastewater treatment.     

基于主成分分析法的煤矸石山植被水土保持功能评价

运用主成分分析方法对抚顺西排土场植被水土保持功能进行评价,遴选植被冠层截留量、植被冠层高度,乔灌郁闭度、基部盖度、枯枝落叶层截留量、枯枝落叶层厚度和有效根密度7个指标建立评价体系.选取5种植被为研究对象,选择栽植后恢复3 a和恢复5 a的植被分别进行研究.对各植被水土保持功能指标进行计算和比较,运用SPSS 13.0统计软件得出各植被水土保持功能的综合值.结果为恢复3 a的植被水土保持功能排序为沙棘、紫穗槐、刺槐、小叶杨、油松;恢复5 a的植被水土保持功能排名为刺槐、沙棘、紫穗槐、小叶杨、油松.研究表明:灌木在植被恢复早期所具有的水土保持功能较好.随着恢复时间的增加,阔叶乔木的水土保持功能逐渐增强.建议煤矸石山生态修复中采取阔叶乔木和灌木混交的模式.     

Elemental Sulfur Oxidation by Thiobacillus spp. and Aerobic Heterotrophic Sulfur-Oxidizing Bacteria

The prediction of the oxidation rate of elemental sulfur (S 0 ) is a critical step in sulfur (S) fertilizer strategy to supply plant-available sulfur. An incubation experiment was conducted to determine the rate and amount of S 0 oxidation in relation to the contribution of Thiobacillus spp. and aerobic heterotrophic S-oxidizing bacteria. After 84 days, 16.3% and 22.4% of the total S 0 applied to the soil were oxidized at 20 and 30-C, respectively. The oxidation of S 0 proved to be a two-step process with a rapid oxidation during the first 28 days and a slow oxidation from then on. The highest oxidation rate of 12.8 μg S cm-2 d-1 was measured during the first two weeks at 30-C. At 20-C the highest oxidation rate of 10.2 μg S cm-2 d-1 was obtained from two to four weeks after start of the experiment. On an average the soil pH declined by 3.6 and 4.0 units after two weeks of experiment. At the same time the electric conductivity increased nine times. With the oxidation of S 0 the population of Thiobacillus spp. and aerobic heterotrophic S-oxidizing bacteria increased. The corresponding values for Thiobacillus spp. and aerobic heterotrophic S-oxidizing bacteria increased from 2.9 × 10 5 and 1.4 × 10 5 g-1 soil at the start of the experiment to 4 × 10 8 and 5.6 × 10 8 g-1 soil 14 days after S 0 application, respectively. No Thiobacillus spp. was present eight weeks after S 0 application. The results suggested that oxidation of residual S 0 completely relied on aerobic heterotrophic S-oxidizing bacteria.     

火焰原子吸收光谱法间接测定土壤中有效硫

试验旨在建立火焰原子吸收光谱法间接测定土壤中有效硫,试验原理基于SO42-和BaCrO3溶液反应生成BaSO4沉淀,置换出定量的CrO42-,通过原子吸收法测定Cr,通过换算得知有效硫的含量。试验优化了影响结果的浸提剂、静置时间、陈化时间等因素;通过标准土样的验证,结果可靠、稳定。     

Measurement of Indoor Sulfur Dioxide Emission from Coal–Biomass Briquettes

The coal–biomass briquette is an alternative fuel that replaces low-grade coal. It is expected that the use of coal–biomass briquettes will effectively reduce the indoor concentration of sulfur dioxide (SO₂) emitted during raw coal combustion. In this study, indoor concentrations of SO₂ emitted from combustion of either coal–biomass briquettes or low-grade coal in households in Nanchuan, which is in the rural area of Chongqing City, China, were measured. The acidic gases were collected using passive samplers, and the samplers were taken to the laboratory for extraction and measurement. The SO₂ concentrations resulting from the use of coal–biomass briquettes were clearly reduced compared with those resulting from the use of low-grade coal. The concentrations of SO₂ to which the inhabitants (housewives) of the houses were exposed were also measured, and were found to be less with coal–biomass briquettes. Although with coal–biomass briquettes exposure concentrations still exceeded the World Health Organization guideline for SO₂ (125 μ g m^?3), indoor air pollution and adverse effects on human health caused by SO₂ could be decreased by substituting coal–biomass briquettes for low-grade coal as a domestic fuel.     

稻虾共作模式下土壤甲烷产生与氧化潜力及其对温度的响应特征

稻田是大气甲烷的重要人为排放源。为探讨不同稻田利用方式下甲烷产生和氧化潜力及其对温度的响应特征，以我国东南部地区常规稻田种植体系、由稻田转变来的稻虾种养结合体系和常规虾塘养殖体系为研究对象，分别采集位于江苏省句容市常规稻田（CR）、共作稻区（R-CR）和共作虾区（R-CC）以及常规虾塘（CC）土壤样品，在5℃、15℃、25℃和35℃条件下进行为期30 d的室内培养实验。结果表明：农业土地利用方式转变对甲烷产生和氧化潜力均有显著影响，甲烷产生潜力由大到小依次为：共作虾区、常规虾塘、共作稻区、常规稻田，分别为1.14、0.33、0.25和0.17 μg?g-1?d-1，甲烷氧化潜力从大到小依次为：常规稻田、常规虾塘、共作稻区、共作虾区，分别为1.38、1.01、1.00和0.71 μg?g-1?d-1。由于水分管理差异以及饲料、氮肥投入导致底物和环境因子差异造成了产甲烷菌、甲烷氧化菌的活性差异，使得不同土地利用类型土壤呈现不同的甲烷产生和氧化潜力特征；甲烷产生潜力随培养温度的升高呈指数增长，在5℃、15℃、25℃和35℃时的平均值分别为0.13、0.26、0.55和0.95 μg?g-1?d-1。而甲烷氧化潜力仅在低温时比较敏感，在15℃、25℃、35℃时与5℃下的甲烷氧化潜力存在显著差异，而三种培养温度之间无显著差异（甲烷氧化潜力在5℃、15℃、25℃和35℃时分别为0.71、1.14、1.14和1.11 μg?g-1?d-1）。总体上，甲烷产生潜力对温度的响应强于甲烷氧化潜力。此外，土壤甲烷产生和氧化潜力均受温度或土地利用类型单因素的显著影响（P<0.01），但两者的交互效应仅对土壤甲烷产生潜力存在显著影响，对甲烷氧化潜力并无显著影响。     

高速公路路域边坡人工植被下土壤质量的变化

在呼集高速公路卓资段路堑边坡,从2003和2004年开始建立人工植被。2005年在2个不同种植年龄和同种植被类型的样地内采集土样,分析了土壤的物理性状变化、养分变化和生物活性。人工植被建立对土壤理化性状改良和成土发育产生了深刻的影响,并随着植被建立时间的延长而逐渐增大。同时由于受到不同植被类型和人为措施的影响,使得相同种植时间的不同样地,土壤性质的变化有差异。综合考虑了土壤物理、化学和生物因子,建立了土壤质量综合评价指标体系,并利用多元统计方法,对人工植被建立过程中土壤质量的变化进行了综合评价。研究结果表明,有人工植被边坡土壤质量明显高于自然恢复边坡和新挖裸露边坡,土壤质量增长显著。由于边坡植被尚未形成稳定群落,以及人工管护的力度差异,土壤质量变化随时间有所起伏,表现为种草2a的边坡土壤质量明显优于种草3a的边坡。     

植被复垦对露天煤矿排土场土壤化学及生物学特性的影响

为探讨农牧交错带煤矿排土场不同植被复垦模式对土壤肥力的影响,以黑岱沟露天煤矿排土场不同植被类型(山杏+苜蓿(A1)、杨树+苜蓿(A2)、杨树+沙棘(A3)、杨树+披肩草+苜蓿(A4)、未复垦(CK))土壤为研究对象,通过简单相关分析和通径分析研究浅层(0—20cm)土壤化学性质和酶活性与土壤微生物量间的相关关系,揭示不同植被复垦下土壤微生物量差异的驱动因子,并采用土壤恢复指数(RI)评价不同植被复垦对露天煤矿排土场土壤质量的影响。结果表明:(1)与未复垦(CK)相比,不同植被复垦样地土壤有机质含量、碱解氮含量、土壤酶活性和微生物量均显著增加(p<0.05),但pH无明显变化规律且差异不显著(p>0.05),并且0—10cm明显高于10—20cm土层。(2)土壤微生物量碳、氮与土壤酶活性和有机质含量呈显著或极显著正相关关系,与pH和有效磷含量则均未表现出相关性。由于土壤微生物量碳和氮对有机质含量和蔗糖酶活性变化比较敏感,因此对土壤性质变化具有指示作用。(3)不同植被复垦土壤恢复指数在0—10,10—20cm土层分别表现为A3>A2>A4>A1和A3>A2>A1>A4。因此,杨树+沙棘(A3)和杨树+苜蓿(A2)复垦方式对矿区排土场土壤质量的改善较好。     

锰氧化物对土壤中三氯生的化学氧化

本文选取江西鹰潭红壤、云南金墩红壤和河南封丘潮土,研究了农田土壤中三氯生(TCS)在有无锰氧化物下的降解过程,考察锰氧化物浓度和有机酸种类及浓度对TCS降解率的影响,并通过高效液相–飞行时间质谱仪分析TCS的降解产物,探讨TCS在土壤中被活性锰氧化物氧化降解的过程。结果表明:锰氧化物在3种不同类型土壤中均具有不同程度的TCS去除能力,水土比4︰1条件下,5 g/L的MnO₂在酸性土壤(江西鹰潭红壤)中对TCS的氧化能力最强,云南金墩红壤土壤次之,这说明锰氧化物的氧化能力与土壤pH呈负相关性。同时TCS的降解率随着土壤中锰氧化物的浓度增加而增加,当土壤中锰氧化物的浓度升高到50 g/L时,TCS在8 h内的降解率达到81%,其一级反应动力学常数与锰氧化物浓度之间具有线性相关性。土壤中小分子有机酸能够影响TCS的降解效率,其中高浓度草酸和柠檬酸对TCS的降解具有明显抑制作用;而酒石酸则相反。此外,在反应过程中检测到TCS聚合形成的二聚体产物,并在此基础上提出了氧化转化路径。以上结果为理解TCS在土壤中的衰减和转化提供了新的视野,也为氯酚类污染场地修复提供了理论支撑。     

不同硫肥品种和用量对玉米产量和黑土有效硫的影响

通过田间小区试验研究了硫肥不同品种和用量对玉米的生长、产量构成因素和对土壤有效硫的影响。结果表明 :硫对玉米的生长发育有促进作用 ,提高玉米产量。增产效果较好的是硫磺和石膏 ,硫磺增产 6.5 %～ 9.6% ,石膏增产 5 .6%～ 8.0 %。随着硫肥施用量的增加 ,玉米的产量增加。施含硫肥料能缓解土壤硫素的消耗 ,对保持土壤中硫的平衡有很大作用。     

风化煤玉米秸配施熟化土壤的生物学效应研究

以黄土母质生土为材料,通过盆钵试验,研究了腐殖酸类物质风化煤与玉米秸配施在土壤熟化培肥过程中对土壤微生物量及生物活性的综合影响。结果表明,施用风化煤,特别是与玉米秸配施,对土壤生物量C和土壤呼吸强度、纤维分解强度等表征土壤生物学性状的指标均有不同程度的促进作用,互作激发效应较明显,有较好的实际应用价值。经统计优选,在本试验条件下,对土壤微生物及其活性具有较佳效应的方案为风化煤施用量24150～32400kg/hm2,同时配施玉米秸35550～41550kg/hm2,尿素1080～1290kg/hm2。     

淮南煤矿复垦区土壤重金属含量分布及潜在生态风险评价

以淮南矿区煤矸石充填复垦地为研究对象,对该复垦区不同土地利用方式(小麦地、桃林、蔬菜大棚、油菜地)下土壤Cd,Zn,As,Ni,Cu,Pb,Cr,Mn共8种重金属含量进行了分析和评价。结果表明,相对土壤背景值,该复垦区土壤中Zn,Cr,Mn,As污染较为严重相对未复垦区,复垦区土壤中的Zn,Cd,As分别是未复垦区的4.38,2.57和2.20倍,具有明显的累积现象。不同土地利用方式土壤重金属含量差异较大,小麦地和桃林地的Zn,Cd,As含量远大于油菜地和蔬菜大棚,Cr含量则表现为桃林地、蔬菜地远大于小麦地和油菜地,Ni,Cu,Mn,Pb在4种土地利用类型下的差异不显著。土地利用方式、施肥以及受采矿活动的影响程度不同是导致土壤重金属含量差异的主要原因。淮南煤矿复垦土壤中各重金属的生态风险顺序为:Cd>Zn>As>Ni>Cu>Pb>Cr>Mn。Cd的潜在生态风险值最大(89.71),属于强生态风险,其余元素均为轻微风险。不同土地利用方式的风险顺序为:小麦地>桃林地>蔬菜大棚>油菜地。     

Assessment of Seasonal and Site-Specific Variations in Soil Physical, Chemical and Biological Properties Around Opencast Coal Mines

Coal mining adversely affects soil quality around opencast mines. Therefore, a study was conducted in 2010 and 2011 to assess seasonal and site-specific variations in physical, chemical, and biological properties of soil collected at different distances from mining areas in the Jharia coalfield, India. Throughout the year, the soil in sites near coal mines had a significantly higher bulk density, temperature, electrical conductivity, and sulfate and heavy metal contents and a significantly lower water-holding capacity, porosity, moisture content, pH, and total nitrogen and available phosphorus contents, compared with the soil collected far from the mines. However, biological properties were site-specific and seasonal. Soil microbial biomass carbon (MBC) and nitrogen (MBN), MBC/MBN, and soil respiration were the highest during the rainy season and the lowest in summer, with the minimum values in the soil near coal mines. A soil quality index revealed a significant effect of heavy metal content on soil biological properties in the coal mining areas.     

盐渍化土壤中土著菌的石油烃降解潜力研究

自盐渍化地区（黄河三角洲）采集4种不同石油污染程度的土壤样品,从中筛选出高效降解石油烃的4个菌系和8个单菌株。分别以原油、柴油、烷烃和多环芳烃（PAHs）为底物进行培养,测定降解菌的生物量和降解率,研究其对不同底物的耐受浓度和降解潜力。结果表明,获得的石油烃降解菌为轻度嗜盐菌;不同菌株对不同底物的耐受浓度不同,混合菌系对不同底物的降解能力强于单菌株,对单一组分底物的降解优于复杂组分的底物;单菌株I-2、3、5、7能较好地降解PAHs并且对原油的降解能力高于柴油,单菌株I-1、4、6、8能够利用烷烃且对柴油的降解能力要比原油高;降解菌对柴油和原油的最高降解率分别可达78．4％和70．7％,对正十六烷和菲的生物降解率分别高达87．7％和88．1％,表现出较强的降解能力。研究结果表明黄河三角洲盐渍化土壤中土著菌对石油烃污染土壤具有较强的牛物修复潜力。