土壤中铁铝氧化物与黏土矿物交互作用的研究进展

铁铝氧化物与黏土矿物是土壤中最重要、最活跃的固相组分之一,一般占土壤质量的90%以上,它们之间的交互作用直接影响土壤界面活性、理化性质和肥力状况.本文以铁铝氧化物和黏土矿物胶结过程中的一些表观特征变化为出发点,重点阐述了交互作用前后对土壤理化性质的影响,以及宏观表现到微观交互作用的机理,并提出了宜加强二者交互作用的界面特性、非晶形向晶形转化过程等的研究,以期揭示土壤退化、团聚体形成、元素的保蓄与释放、土壤污染物的调控等土壤的基本属性问题.     

水分非饱和条件下土壤矿物界面有毒有机物转化机制研究进展

土壤矿物作为土壤重要活性组分，可驱动土壤有毒有机物化学转化，降低污染风险。以往土壤矿物与有毒有机物界面行为研究主要集中于水环境或矿物悬浊液体系，然而实际环境中土壤及其矿物常处于干燥、湿润等水分非饱和状态。近年来，水分非饱和条件下土壤矿物界面有毒有机物转化及机制已成为研究热点，相关研究获得一系列新发现。低含水量铁锰矿物、黏土矿物和金属离子饱和黏土矿物能驱动多环芳烃、抗生素等疏水性有毒有机物化学转化。水分非饱和环境会减弱矿物界面水分子与有毒有机物竞争活性位点，并使矿物发生脱水、向高活性结构转变。此外，土壤矿物水分状态也会影响有毒有机物转化产物，水分非饱和环境更有利于持久性自由基和卤代二噁英等中间产物的形成和稳定。以往研究认为，电子转移反应是土壤矿物界面有毒有机物转化机制，随着检测技术与理论计算的发展，自由基催化和水解作用机制逐渐被发现，相关机制研究精准至矿物晶型和晶面层面。虽然水分非饱和条件下土壤矿物界面有毒有机物转化及机制已逐渐清晰，但其研究广度和深度有待进一步拓宽和加深。建议未来在实际水分非饱和土壤和矿物中开展有毒有机物转化研究，深入探究还原转化过程，研发原位反应装置及检测方法，尝试从微纳米尺度和分子水平解析有毒有机物在矿物界面转化机制。     

细菌-矿物互作及其复合体在重金属修复中的应用

利用功能细菌辅助植物固定重金属是目前农田土壤污染修复中高效且环境友好的方式,其中细菌与矿物间相互作用广泛存在,包括细菌对矿物的溶解作用、矿物对细菌活性的影响以及细菌-矿物复合体的形成等,并贯穿整个修复过程。一方面,细菌与矿物互作会影响细菌的活性和表面特性,如带电性、表面官能团位点类型及浓度等,进而影响细菌对重金属的生物吸附行为以及辅助植物修复作用的发挥;另一方面,细菌-矿物结合形成的复合体较单一细菌、矿物组分对重金属的固定行为不同,在重金属修复过程中发挥不可忽视的作用。本文综合分析细菌与矿物的结合作用、细菌对矿物的溶解作用以及矿物对细菌活性的影响,阐述细菌-土壤矿物(矿物材料)复合体在重金属污染修复中的应用潜能,为复合体应用于重金属污染土壤环境提供理论依据。     

环境矿物材料在土壤环境修复中的应用研究进展

环境矿物材料(包括天然矿物及改性和人工合成矿物等材料)已经广泛应用到有机污染、重金属污染及病毒污染土壤中。本文在回顾环境矿物材料研究进展的基础上重点综述了环境矿物材料在修复重金属、有机污染物和病毒污染土壤中的应用。其中,重点论述了硅酸盐矿物、磷灰石、金属氧化物等天然矿物材料,以及改性和人工合成矿物材料在修复重金属污染土壤中的应用效果及其机理;同时阐述了硅酸盐矿物和金属氧化物在修复有机污染和病毒污染土壤中的应用效果及其机理;最后展望其主要研究方向。     

α-Fe2O3 对Cr(Ⅲ)的等温吸附特征研究

由于工农业生产中对铬的处理不力,造成土壤及地下水的严重污染。铬对人体的毒害能引起皮炎、湿疹、气管炎和鼻炎,并有致癌作用。重金属离子与土壤、矿物的相互作用是重金属环境地球化学循环的主要环节,而重金属在水体和土壤中的迁移转化过程主要表现为金属离子在矿物界面的吸附/解吸和沉淀作用[1]。矿物对重金属的吸附可以减轻或缓解环境污染。赤铁矿是一种重要的铁氧化物,是酸性土壤中广泛存在的稳定矿物之一,由于具有较大表面积、较多表面活性官能团以及较强的电荷可变性,使其对土壤的物理化学特性,尤其是对营养元素和污染物质、重金属离子的吸持、迁移、有效性和毒性均有着极其重要的作用。金属氧化物尤其是铁锰氧化物与重金属离子的     

α-Fe_2O_3对Cr(Ⅲ)的等温吸附特征研究

由于工农业生产中对铬的处理不力,造成土壤及地下水的严重污染.铬对人体的毒害能引起皮炎、湿疹、气管炎和鼻炎,并有致癌作用.重金属离子与土壤、矿物的相互作用是重金属环境地球化学循环的主要环节,而重金属在水体和土壤中的迁移转化过程主要表现为金属离子在矿物界面的吸附/解吸和沉淀作用.     

铁/锰氧化菌诱导土壤重金属生物成矿研究进展

综述了铁锰氧化菌诱导成矿对重金属环境行为的影响,分别从铁/锰氧化菌与生物成矿、铁/锰氧化菌诱导铁锰氧化物沉淀耦合重金属稳定化以及铁锰氧化物对土壤中重金属的作用方面进行阐述;并从铁/锰氧化菌生物成矿方式、铁/锰氧化菌诱导生物成矿过程对土壤重金属的稳定化机制等方面进一步总结了铁/锰氧化菌在不同重金属生物成矿修复中的应用,以及微生物诱导成矿过程的调控因素,分析胞外聚合物、温度与酸碱度、共存离子和其他因素对成矿过程的影响,以期为微生物诱导成矿修复重金属污染提供理论参考。未来工作可进一步关注生成矿物稳定重金属的长效性,不同微生物菌群组合对成矿效果的调控,以及铁/锰氧化菌在重金属复合污染场地土壤修复中的应用等方面。     

红黄壤的轻矿物和重矿物

本文研究了玄武岩发育的红壤,花岗岩发育的红壤和山地黄壤中的轻、重矿物。轻矿物的主要成份是石英和长石,石英/长石的比率是玄武岩发育的红壤>花岗岩发育的红壤>花岗岩发育的山地黄壤。重矿物的主要成份是各种含铁矿物及铁氧化物裹着的石英粒,此外还有少量的角闪石、锆石、云母和电气石等。锆石与土壤的风化强度变化有密切关系,作为土壤风化演变过程的指示矿物是很合适的。     

九宫山土壤剖面中黏土矿物的组成特征

以湖北省九宫山的4种垂直地带性土壤为对象,研究其剖面层次的黏土矿物组合和铁、铝氧化物的特征,揭示山地土壤中黏土矿物的变化特点。结果表明,随海拔升高,土壤中黏土矿物类型从以高岭石为主,逐渐变为以14.0?矿物、伊利石及三水铝石为主,有从1︰1型向2︰1型矿物过渡的趋势;不同层次的土壤中黏土矿物类型和相对含量变化明显;土壤随垂直高程的升高,其中游离态铁、铝减小,非晶形和络合态铁、铝增加,各种形态铁、铝氧化物的总量也增加。     

天然多孔矿物材料在土壤改良和土壤环境修复中的应用及研究进展

天然多孔矿物在孔隙结构、吸附特性、离子交换特性、催化特性、微溶效应等多方面呈现明显特殊性和优异性,能够有效地改善土壤微环境和修复污染的土壤。文中对天然多孔矿物及其改性材料在土壤改良和土壤环境修复中的应用及研究进展进行了综合阐述,其中包括天然多孔矿物材料的环境属性、结构化学特性、在土壤改良中应用、在重金属污染土壤修复中应用、在有机物污染土壤修复中应用和在病毒污染土壤修复中应用等多个方面的内容,为天然多孔矿物在土壤环境科学研究中使用提供必要的技术依据。天然多孔矿物的资源特性和环境属性非常适合于我国土壤环境的改良和修复的应用条件,具有重要的研究和经济意义。     

土壤铁氧化物-亚铁的相互作用及其环境影响研究进展

铁氧化物和溶液相亚铁常在厌氧土壤环境中共存。铁氧化物能够加快亚铁的氧化速率，且控制亚铁氧化成矿产物的类型，同时，亚铁与铁氧化物组成的系统是一种良好的还原剂，能够有效还原重金属及降解有机污染物。另一方面，亚铁能够催化铁氧化物晶相转变，导致铁氧化物结构和表面性质发生改变，进而影响相关重金属、有机质的环境行为。本文综述了铁氧化物催化亚铁氧化成矿、铁氧化物-亚铁系统还原污染物以及亚铁催化铁氧化物相变的反应机制及影响因素，最后，对未来在自然土壤中研究铁氧化物-亚铁界面反应及其环境影响进行了展望。     

平原区水田改林地后土壤黏土矿物及氧化铁的变化

近年来水田改为林地在我国南方地区非常普遍,为了解这种转变对土壤矿物(黏土矿物和氧化铁)演变的影响,在浙江省平原地区构建了4个水田改林地系列土壤,采用野外调查和室内分析相结合的方法,研究水田改林地后土壤剖面中氧化铁形态和黏土矿物类型的演变规律。结果表明,改林地后,土壤剖面中全铁含量变化不明显,耕作层和犁底层土壤游离氧化铁有轻微增加趋势。改林地15～20 a后,4个系列土壤耕作层活性铁和活化度降幅分别在18.0%～38.4%和24.7%～48.9%;耕作层土壤铁氧化物的晶胶比增幅在0.73倍～1.62倍;耕作层土壤亚铁含量明显下降,降幅最高达95.8%,变异系数达到143.9%;耕作层络合铁降幅在21.3%～36.2%,并与有机质呈极显著正相关(P0.01)。改林地后,犁底层土壤中绿泥石相对含量及其与高岭石的比值都呈降低趋势,其他黏土矿物相对含量变化规律不明显,土壤有机质显著下降,土壤明显酸化。土壤铁氧化物形态和数量的变化对土壤结构以及土壤重金属的迁移转化等产生重要影响。     

溶解性有机质影响土壤吸附重金属的研究进展

溶解性有机质(Dissolved organic matter,DOM)由于含有羧基、羟基、羰基和甲氧基等活性功能团,能作为重金属在环境中的迁移"载体"或"配位体",通过与土壤中重金属之间的离子交换吸附、络合、螯合等一系列反应抑制或促进重金属在土壤中的吸附,影响重金属的沉淀、迁移转化和生物有效性,进一步影响生态环境安全和人类健康。因此,详细介绍了DOM尤其是外源DOM的来源、提取和组成,同时综述了溶解性有机质对土壤吸附重金属的影响及其影响机理的研究进展。     

旱作褐土中氧化铁的厌氧还原与光合型亚铁氧化特征

土壤中铁的氧还过程与碳氮转化及自净能力关系密切,已还原亚铁的氧化受土壤性质的影响。采用室内恒温培养试验研究了旱作褐土中铁还原氧化过程、及其与水溶性碳、NO3-、SO42-的关系。结果表明旱作褐土中铁氧化物在厌氧光照条件下可先被还原后被再次氧化,其再氧化量介于1.46~3.00 mg g-1之间,平均2.09 mg g-1;再氧化速率常数介于0.23~0.80 d-1之间,平均0.48 d-1。再氧化量与土壤无定形铁、水溶性硫酸盐含量、阳离子交换量显著负相关,与土壤总氮、总磷显著正相关;再氧化速率常数与土壤有机碳显著负相关,与黏粒含量极显著正相关。厌氧光照培养可使旱作褐土水溶性无机碳平均降低52.74%,水溶性NO3-降低92.15%,水溶性SO42-增加55.38%。研究结果为深入理解旱作土壤潜在的微生物铁循环转化方式提供理论支持。     

微尺度重金属土壤化学研究进展与展望

土壤重金属污染是我国面临的重要生态环境问题,有效管控与修复重金属污染土壤有必要弄清重金属与土壤固相组分的作用机制。土壤组成多样、结构复杂、空间异质,加之土壤团聚体粒径大小不一,形成微观结构和表面性质各异的土壤微域,控制着重金属的形态转化及生物有效性。因此,深入认识微尺度的重金属土壤化学对于预测和管控土壤重金属环境化学行为至关重要。同步辐射X射线微探针(Microprobe)、X射线扫描透射显微术(STXM)及纳米二次离子质谱技术(Nano SIMS)等技术具有微纳米级空间分辨率,为在环境意义尺度上探究微尺度重金属土壤化学提供了独特的支撑平台。本文从环境土壤化学发展历程及当前发展瓶颈、现代微尺度分析技术及其在微尺度重金属土壤化学中的应用进展等方面综述,并对该领域未来的发展进行了展望。     

基于文献计量分析有机质影响土壤重金属生物有效性的研究热点和趋势

基于CNKI及Web of Science数据库,利用Citespace软件,对该方面的研究主要结构、研究基础、热点问题及趋势等开展分析,探讨有机质对重金属生物有效性的影响。以中科院为代表的中国研究机构对该领域的研究做出了巨大贡献,发文总量占31.8%。该领域大多数文献发表在Science of the Total Environment及Chemosphere等国际期刊。根据WoS文献共被引分析,得到该领域研究共识主要有三个方面：一是重金属形态对其生物有效性影响巨大;二是植物吸收、动物积累重金属与有机质及其他环境因素密切相关;三是有机质与重金属的相互作用如溶解-沉淀、氧化-还原等是影响重金属迁移转化及生物有效性的机制。根据关键词共现分析,得到该领域国际研究的热点类型共11类。通过WoS文献高被引文献分析,研究主要集中在不同来源有机质与重金属在固相、液相体系环境中相互作用,对重金属的活化或固定的作用机制及相关应用。根据关键词突现分析,该领域“大米”、“生物炭”、“修复”等是目前国际研究热点。     

硅酸盐钝化剂在土壤重金属污染修复中的研究与应用

土壤重金属污染治理是目前我国土壤污染治理的重点,黏土矿物、单硅酸盐及硅肥等硅酸盐钝化修复材料是重要的土壤重金属化学稳定剂。本文通过综述硅酸盐钝化剂的分类与特点,阐明了硅酸盐钝化剂在土壤重金属污染修复过程中的吸附、沉淀及植物-微生物作用机理与影响因素,提出将土壤重金属污染修复与农作物增产相结合,开发具有枸溶、缓释特性,对重金属具备吸附、沉淀与生物抑制功能且有利于农作物生长的长效硅酸盐土壤重金属钝化剂具有重要的实际意义。     

海南岛琼山热带土壤中重金属分布和矿物特征的关系

本文探讨了海南岛玄武岩上发育的热带地球化学景观中土壤重金属与机械组成,矿物成分和矿物组合之间的关系。结果表明,砖红壤粘粒并不富集重金属元素,这与砖红壤各粒级矿物分布特征有关,在其粉粒级和砂粒级中有大量氧化铁矿物,面粘粒级中主要是高岭石和三水铝矿。此外,水稻土随粒径变大,重金属含量减少,这同水稻土随粒径增大,粘土矿物迅速减少,长石、石英增多有关。这和一般土壤重金属在不同粒级中分布规律相符合。