生物炭钝化修复镉、铅、铜和砷污染土壤的研究进展

生物炭在改良土壤、增加土壤碳汇等方面具有很大的应用潜力,且可以钝化土壤重金属,降低重金属污染的环境风险。为给西南地区开展生物炭钝化修复重金属污染土壤提供参考,对国内外利用生物炭钝化修复镉、铅、铜和砷污染土壤的研究现状进行综述,提出目前存在的挑战以及未来研究的侧重点。     

磷基生物炭对重金属的吸附效果及其环境风险分析

土壤重金属污染是近年来的研究热点,研究表明,含磷物质和生物炭均能降低土壤重金属污染程度,但是两者的结合对土壤中不同重金属的吸附效果及其潜在风险则鲜有关注。基于此,该文综述了磷基生物炭的制备方法,分析了磷基生物炭对不同重金属固定效果的影响因素,阐述了磷基生物炭固定重金属过程中可能存在的环境风险,并提出了在磷改性生物炭基础上负载金属氧化物的建议,以期为治理土壤重金属污染提供参考。     

土壤镉和砷污染钝化修复材料及科学计量研究

使用Web of Science(WOS)核心合集数据库统计了5年内(2014—2018年)关于土壤镉(Cd)和砷(As)单一污染的情况,发现土壤Cd和As污染依然受到人们的广泛关注,且我国在该领域发文最多。利用CiteSpace软件分析发现施用钝化修复材料是土壤Cd和As污染治理的热点修复技术之一。基于此,本文综述了常见的钝化修复材料及其钝化机理,并分别对钝化修复材料的室内研究和修复实践进行总结,发现无机类钝化修复材料中石灰类主要通过调节土壤pH值改变重金属有效性;磷酸盐类分别通过共沉淀和点位竞争机制钝化重金属;金属及其氧化物类通过表面络合和还原作用对重金属的钝化效果更好;黏土矿物中海泡石和坡缕石廉价绿色且具有较大的比表面积,对重金属的钝化效果较好。有机类钝化剂中生物炭类为研究热点材料之一,因表面拥有丰富的官能团和较大的比表面积,其对重金属表现出良好的钝化修复效果;有机废弃物含高度腐殖化的有机质和微生物,对重金属钝化效果较好。此外,对国内外典型的Cd和As污染实践修复工程进行介绍,发现金属及其氧化物、堆肥、生物炭以及廉价易获得的石灰和黏土矿物施用较广。最后,讨论了钝化修复材料施用中亟需解决的问题。     

镉污染农田原位钝化修复效果及其机理研究进展

镉（Cd）污染农田土壤的修复是环境质量领域关注的热点,原位钝化修复技术是一项较为经济且实用的解决方案,其技术关键在于钝化材料。本文对各类钝化材料原位钝化Cd的修复效果进行了综合比较分析,综述了钝化材料应用优劣情况、研究趋势、成本效益及其潜在修复机理,以期为Cd污染农田土壤原位钝化修复材料应用提供参考。     

改性生物炭对镉砷复合污染土壤的修复研究进展

土壤镉砷复合污染已成为一个严重的环境问题,由于镉砷具有相反的化学性质,运用生物炭修复镉砷复合污染土壤效果不佳,而改性生物炭在修复镉砷复合污染土壤方面取得了显著的成果。本文介绍了生物炭制备的方法与理化性质,总结了生物炭修复单一镉、砷污染的效果与机理,并阐述了生物炭处理复合污染的不足和难点。重点综述了改性生物炭的制备方法及理化性质,改性生物炭修复土壤镉砷复合污染的影响因素,以及改性生物炭处理镉砷复合污染的效果与机理。与原始生物炭相比,改性生物炭对镉砷具有更高的吸附性能,在复合污染土壤修复中表现出明显优势。但是,改性生物炭的回收问题尚未完全解决,解吸再生和老化问题需要深入研究,改性生物炭仍具有广大的研究和发展前景。     

生物炭老化对土壤重金属的固定效应研究进展

生物炭作为一种环境友好、稳定性强的钝化材料,因其巨大的比表面积、丰富的含氧官能团等特点成为目前修复重金属污染土壤的有效材料.然而,生物炭(改性)对重金属的固定能力及效应除受本身特性影响外,还受到材料老化过程及环境条件等因素的影响,导致生物炭(改性)固定土壤重金属的稳定性、持久性发生变化,从而使得生物炭材料的钝化性能受到影响.本文重点综述了当前生物炭(改性)及其老化产物对土壤重金属固定效应的相关进展,分析了生物炭及其老化产物固定重金属的相关机制及影响因素,并对生物炭及其老化过程可能带来的土壤重金属固定长效性影响,以及今后以此为基础的钝化技术的研发趋势进行了展望,以期为利用生物炭钝化修复重金属污染土壤及相关辅助技术研发提供支撑.     

生物质炭钝化农田土壤镉的若干研究进展

利用生物质炭治理农田镉污染是农业和环境界关注的热点。本文综述了近年来生物质炭对污染土壤中镉的生物有效性以及对作物镉吸收的影响等方面的研究进展,阐述了生物质炭钝化土壤中镉的多作用机制,分析探讨了影响镉钝化效应的生物质炭性质、土壤和管理因素,提出了提升钝化材料性能并改善管理以提高生物质炭钝化的高效性和持效性机制,建议未来该领域应加强生物质炭大田长期定位试验研究,以进一步为生物质炭污染治理提供科学依据。     

含铁材料修复砷污染土壤的研究进展

介绍了含铁材料修复砷污染土壤的研究进展,对土壤中砷的不同形态以及含铁材料固砷的效果、机理及其影响因素进行了分析.分析表明,含铁材料治理砷污染土壤具有较好的效果,且含铁材料固化砷的效果顺序大致为三价铁＞二价铁＞铁的氢氧化物、铁的氧化物、聚合硫酸铁;固砷的机理主要是铁砷沉淀、离子交换和吸附等作用;影响含铁材料固砷效果的因素主要有含铁材料的种类及添加量、土壤pH和氧化还原电位以及离子竞争等作用.     

含磷物质原位化学钝化重金属污染土壤的研究进展

重金属含磷物质原位化学修复是通过添加不同的含磷物质钝化土壤中重金属元素,改变重金属在土壤中赋存状态,降低其生物有效性的一种有效方法。由于操作方便、效果迅速和价格低廉,含磷物质进行重金属污染土壤原位修复被认为是目前有效的修复措施。对目前国内外利用含磷物质钝化重金属污染土壤研究现状进行了综述,就含磷物质种类、修复化学作用机制、影响因子以及其在重金属修复方面的局限性等方面进行了探讨,并提出研究方向。     

耕地土壤重金属污染钝化修复技术研究进展

耕地土壤重金属污染引起的环境和粮食安全问题令人堪忧,钝化修复已成为农田耕地土壤重金属污染修复的重要方式。重金属原位化学钝化修复是通过向污染土壤中施加钝化剂使重金属的赋存形态发生改变从而达到钝化的效果。本文在对耕地污染土壤常用的无机、有机、无机-有机复合钝化修复技术分析总结的基础上,指出钝化修复技术应用中存在的问题及今后的研究方向,以期为进一步推动该领域的研究和推广工作提供参考。     

农田重金属钝化剂研究进展

农田重金属污染原位钝化修复是通过向土壤中添加钝化剂来降低重金属的有效浓度和生物有效性,从而降低重金属对生态环境和土壤—作物系统的危害。这种方法因操作简便、见效快、适合大面积修复而被广泛应用,且不同类型钝化剂具有不同的修复效果和修复机制。本文从无机类、有机类、新型材料三个方面对钝化剂进行分类,并从修复机理、修复效果、影响因素以及注意的问题等方面分析钝化剂修复重金属污染的现状。针对实际环境中存在的多种重金属复合污染,利用复合钝化剂进行修复,今后需进一步研究钝化剂修复机理以及探寻新的修复材料,并通过长期田间试验监测修复效果稳定性。     

设施菜地土壤镉钝化剂筛选及应用效果研究

针对设施农田土壤重金属污染与农产品累积风险日趋严重的问题,以设施农田镉污染土壤(0.4~0.8 mg·kg-1)为研究对象,在室内钝化剂筛选实验的基础上,通过田间效果验证,重点探究炭基、磷基、硅酸盐、黏土矿物等钝化材料施加浓度和磷基-炭基钝化材料复合配施对土壤镉修复效果及对植物生长的影响。结果表明:施加生物质炭、羟基磷灰石、蒙脱石等钝化剂可明显降低土壤有效态镉含量,其中羟基磷灰石+生物质炭配施效果最好,土壤有效态镉含量降低46.52%~58.11%。与对照相比,施加钝化剂均能抑制油菜对镉的吸收和根部向地上可食部分转移,使油菜地上部镉的含量较CK降低3.9%~51.2%,全部低于《食品安全国家标准》(GB 2762—2016)食品中污染物限量。考虑生产成本、材料来源等因素,推荐羟基磷灰石(225 kg·hm-2)与0.6%生物炭复合添加配施为优选钝化剂组合。田间效果分析也表明,土壤EC与土壤有效态镉含量呈显著正相关,进一步证明污染设施菜地中施加钝化剂降低土壤镉的生物有效性,是实现设施菜地安全生产的可行措施。     

重金属污染农田原位钝化修复材料研究进展

重金属原位钝化是一种农田土壤污染修复技术,钝化材料能有效降低重金属迁移性及生物有效性。本文综述了用于原位钝化修复的钝化材料及其钝化机理,探讨了钝化材料对重金属污染农田钝化效果的影响因素。并对钝化产品的市场研发及农田修复后需要解决的问题进行了分析和展望,以期为原位钝化修复技术和钝化材料的研发提供理论基础和研究方向。     

矿区Cd污染稻田生物炭生态原位钝化及Cd形态转化

为探究生物炭对矿区Cd污染稻田土壤原位钝化生态修复效果,进行稻田土壤Cd污染修复试验,设置海泡石（BC1）、生物炭（BC2）、空白对照（BC3）3种处理。采用梯度扩散薄膜（DGT）技术研究水稻根际土壤Cd生物有效性,明确其对水稻根际土壤Cd生物有效性和土壤Cd形态转化的影响。结果表明：生物炭影响矿区Cd污染稻田水稻根际土壤Cd形态比率。生物炭改变稻田土壤中Cd形态,明显提高土壤中残渣态Cd含量占比,提高幅度达27.84%,利于其他形态Cd向更稳定的残渣态转变。生物炭改变矿区Cd污染稻田水稻根际土壤Cd生物有效性。与空白对照相比,生物炭使水稻收获期的根际土壤Cd生物有效性降低了40.90%,土壤中有效态Cd含量降低了9.53%;海泡石处理的土壤Cd生物有效性比生物炭处理的土壤Cd生物有效性降低了83.90%,海泡石处理的土壤有效态Cd含量比生物炭处理的土壤有效态Cd含量降低了7.73%。生物炭可提升矿区Cd污染稻田土壤质量。生物炭改善了水稻土壤质量;与空白对照相比,生物炭处理的土壤有机质提高了6.75%,土壤阳离子交换量升高了8.44%,土壤pH值提升了7.44%;与海泡石对照相比,生物炭处理的土壤有机质提高了2.95%,土壤阳离子交换量升高了9.22%,土壤pH值降低了13.33%。研究表明,生物炭原位钝化能有效降低矿区Cd污染稻田土壤Cd生物有效性,提升生态修复水平。     

生物炭对铅矿区污染土壤修复效果的稳定性研究

为探究生物炭钝化修复铅矿区污染土壤的稳定性以及对土壤质量的影响,采集了山西省某铅矿区表层土壤,将500℃下制备的麦秆生物炭和玉米秆生物炭按照0 （对照）和5%质量比分别添加到污染土壤中进行30 d恒温恒湿、30轮（历时30 d）干湿交替和冻融循环3种老化试验。结果表明： 3种老化条件下,玉米秆生物炭对土壤中Pb的钝化效果均好于麦秆生物炭,与各自对照相比,添加玉米秆生物炭处理Pb的有效态含量分别下降了47.4%、16.1%和45.0%。3种老化条件下,玉米秆生物炭未对基于蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性的土壤酶综合活性指标产生负面影响。因此,玉米秆生物炭比麦秆生物炭具有更高的用于原位修复铅矿区污染土壤的潜力。     

生物炭对重金属污染土壤修复的研究进展

生物炭是在一定的温度、限氧(或隔氧)条件下通过热解生物质得到的产物,通过介绍生物炭的概念、制备方法、理化性质等方面来提出生物炭治理土壤重金属污染的方法。利用生物炭或将生物炭与其他材料结合,可以作为治理重金属污染的一条途径,如利用生物炭的吸附作用来修复污染的土壤,可以降低重金属离子的生物有效性,对降低植物体内重金属含量也有一定的效果。但是当前的研究和修复手段仍然存在不足,期望寻找到环保、科学、合理的材料和技术来修复土壤中的重金属污染。     

土壤-水稻系统Cd-As同步钝化与吸收阻控研究进展

我国稻田土壤镉-砷(Cd-As)复合污染形势严峻,是实现农田安全利用的难点。相较于其他粮食作物,水稻积累Cd/As的能力更强,对人类健康危害更大,因此,修复Cd-As复合污染稻田土壤,降低稻米Cd/As含量,对保障我国食品安全意义重大。原位钝化技术是目前应用最广泛且治理效率较高的重金属污染土壤修复技术,本文重点阐述了针对稻田土壤Cd-As复合污染的典型钝化剂及其钝化机理,主要包括铁(Fe)+碱性无机材料复合钝化剂、Fe+有机材料复合钝化剂、Fe+有机+碱性无机材料复合钝化剂、有机+碱性无机材料复合钝化剂等;在此基础上,从根际稳定固持和体内运移阻控两方面,探讨原位钝化技术同步降低水稻Cd-As吸收的作用机制。最后,提出未来Cd-As复合钝化剂的研发方向,强调了土壤友好型Fe-Si复合钝化剂可有效从土壤钝化和生理阻隔两方面同步降低Cd/As生物毒害,应用前景广阔。     

不同原材料生物炭对土壤重金属Cd、Zn的钝化作用

以质量分数0.1％、1.0％不同原料的生物炭(砻糠炭、木炭、竹炭)作为化学钝化修复材料,以空白土壤(CK)和钙镁磷肥作为对照,通过为期90 d的土壤培养试验,研究不同钝化材料及施用量对降低农田土壤重金属镉(Cd)和锌(Zn)污染风险的效果.结果表明,相同施用量的钙镁磷肥比生物炭更有利于酸性土壤改良;各处理中1.0％木炭对土壤有机质含量提升效果最好(P<0.05);与空白对照相比,各处理对土壤Cd、Zn均表现出显著的钝化作用,相同施用量的木炭、砻糠炭比钙镁磷肥的效果更好,其中0.1％木炭钝化效果最佳.在相同施用量下,生物炭整体上更有利于降低土壤酸可提取态Cd、酸可提取态Zn含量,而钙镁磷肥更有利于增加残渣态Cd、残渣态Zn含量.     

不同钝化剂对轻度镉污染农田水稻吸附的钝化修复作用

添加钝化剂是修复重金属污染土壤的有效方法之一.通过在成都平原的水稻轻度Cd污染农田进行田间试验,选取石灰、生物炭、生物有机肥3种钝化剂,探讨轻度Cd污染农田土壤原位钝化修复技术效果.结果表明,向农田土壤中施加石灰、生物炭、生物有机肥等钝化剂可以在一定程度上降低作物籽粒中Cd含量.单一石灰处理、生物炭配施石灰处理以及生物有机肥配施石灰处理可以使水稻常规修复试验中水稻籽粒中Cd含量降低8.85％～29.62％.由此可见,向农田土壤中施加钝化剂可以在一定程度上降低作物籽粒中Cd含量.     

生物炭固定化微生物修复污染土壤研究进展

生物炭固定化微生物技术具有高效、成本低和环境友好性的优点,在土壤修复中展现出巨大的应用潜力,成为目前的研究热点。本文在系统总结国内外生物炭固定化微生物技术修复污染土壤的最新研究进展基础上,重点分析了生物炭作为载体的适宜性,探讨了微生物筛选的重要性,对比分析了固定化方法（如吸附法、包埋法、交联法和共价结合法等）,探究了不同环境因素对生物炭固定化微生物技术修复污染土壤效果的影响,揭示了生物炭与微生物修复重金属和有机污染土壤过程中多种作用机制的协同效应,既包括生物炭作为固定化载体对微生物的保护及快速定殖作用,也包括生物炭对污染物的吸附作用,还包括微生物对污染物的降解作用。最后,对该技术在土壤污染修复中的应用提出了展望和建议。