改性纳米黑碳应用于钝化修复重金属污染土壤中的问题探讨

通过有关文献资料调研,综述纳米黑碳在钝化修复污染土壤中的应用,分析其应用于钝化修复重金属污染土壤时尚待弄清的几个问题。结果表明：（1）由于纳米黑碳是疏水的非极性吸附剂,选择纳米黑碳作为土壤重金属钝化修复剂时,需对其进行氧化改性,以进一步提高其钝化能力。目前常用的氧化剂为氧化性无机酸、酸性高锰酸钾、双氧水、臭氧等,强烈的氧化过程,会破坏纳米黑碳微孔结构,一定程度上降低其吸附量。（2）为了明确其应用的可能性和适用范围,需揭示改性纳米黑碳对土壤中重金属的钝化机理及其影响因素。土壤CEC、pH、重金属离子的性质等可能是影响改性纳米黑碳对土壤中重金属吸附性能的主要因素。（3）充分利用改性纳米黑碳在土壤修复中的有益作用的同时,还需考虑其可能存在的生态环境负面效应,研究其在土壤中的径流迁移、渗漏等,明确其污染地表水和地下水的可能性,研究其生物效应和将吸附钝化后的纳米黑碳从土壤中移除的可能性,明确其潜在的生态环境风险。     

锰改性猪粪炭对水稻吸收累积土壤中汞镉的影响

为了探明KMnO4改性猪粪炭对水稻吸收累积复合污染土壤中汞镉的阻控效果，通过盆栽试验研究添加不同量的锰改性猪粪炭（MZC）对水稻中汞镉累积分布特征、根际土壤有效态汞镉含量和土壤理化性质的影响，并探讨了MZC阻控水稻籽粒吸收累积汞镉的可能机制。结果表明：与空白对照相比，添加0.5%MZC使水稻籽粒的总汞、甲基汞和总镉含量分别降低了50.4%、58.4%和79.3%，同时降低了31.1%和39.9%根际土壤有效态汞和镉的含量，但增加了70.3%根际土壤总Mn含量；且添加0.5%的原始猪粪炭对水稻籽粒中总汞、甲基汞和镉含量的降幅显著小于锰改性猪粪炭的，表明经过KMnO4改性可以显著增强猪粪炭对土壤汞镉的钝化能力。水稻籽粒、茎叶中的汞镉含量和根际土壤有效态汞镉含量都随着MZC添加量的增加呈明显的降低趋势。统计分析显示水稻籽粒和茎叶中的汞镉含量与根际土壤中有效态汞、镉呈显著正相关性，而土壤中有效态汞镉含量与土壤的pH、CEC呈负相关。添加MZC使土壤pH、CEC升高，降低了根际土壤中汞、镉的生物有效性，从而减少了水稻地上部分对汞镉的吸收累积。因此，锰改性猪粪炭是一种具有应用潜力的能保障汞镉复合污染农田水稻安全生产的土壤修复剂。     

膨润土对猪粪厌氧发酵重金属铬钝化的影响

随着饲料工业的发展,铬(Cr)等重金属元素作为饲料添加剂在规模化养猪场中广泛应用,且由于猪对重金属吸收利用率低,Cr等重金属元素积累在猪粪中.厌氧发酵是中国政府倡导的处理畜禽粪污的有效途径,但经厌氧发酵,重金属仍残留在沼肥中.重金属的危害与其形态密切相关.因此,为减少沼肥中重金属污染、提高其资源化安全利用提供科学依据,...     

猪粪与农田土壤中重金属累积污染的相关分析

为调查猪粪和农田土壤中Cu、Zn、As、Hg、Cr、Cd、Pb、Ni 8种重金属元素的累积和相关关系,文章抽取了30篇已发表文献中关于8种重金属的浓度数据进行分析。原始分析包括上海周边、浙江、江苏、福建、山东、陕西、山西、青海、北京、河南、吉林、湘江下游、河北保定、广东东莞、新疆乌鲁木齐和石河子等地,共包括超过2 000个猪粪样品和1 700个土壤样品,取其中的均值共550个进行分析。分析发现:猪粪中Cu超标最严重,Zn次之;土壤中Cu、Zn累积不多,但是多来自猪粪;土壤中Cd超标最为严重,其次为Cr,且主要污染源不是来自猪粪。     

我国八种主要膨润土表面性质的研究

本文研究了我国8种主要膨润土的表面性质。研究结果表明,8种膨润土的比表面值为465-676m²/g,表面负电荷量为45.6-66.5meq/100g。膨润土的比表面和表面负电荷量与其蒙脱石含量呈显著正相关,相关系数分别为0.874^**和0.968^**两种钙钠质膨润土在焙烧温度400℃时,钙质仇山膨润土负电荷量降低约40%,而钠质平山膨润土无明显变化;后者只在500-600℃时才表现出明显的降低。这说明,膨润土比表面和表面负电荷量主要由其所含的矿物类型决定的。而它们的耐用性则主要取决于其表面吸附的离子类型,钠质膨润土的耐用性高于钙质膨润土。     

膨润土对轻度镉污染土壤钝化修复效应研究

通过盆栽和大田小区试验,研究了膨润土对Cd污染土壤修复效应。结果表明,盆栽和大田条件下施用膨润土后土壤Cd交换态含量分别较对照降低了41.3%~86.1%和7.9%~24.6%,铁锰氧化物结合态(OX)和残渣态(RES)Cd含量则有所上升。水稻各部分Cd含量总体上随膨润土投加量的增加而降低,与对照相比,盆栽条件下根、茎、叶、糙米中Cd含量最大降幅分别达到46.0%、49.8%、54.2%和71.8%,大田小区条件下水稻各部分Cd含量最大降幅分别达到35.3%、48.8%、36.0%和40.9%。投加不同浓度膨润土后,水稻幼苗叶片SOD酶活性和可溶性蛋白含量在一定程度上有所促进,而POD酶活性和MDA含量则表现为明显的抑制效应(P0.05)。在盆栽和大田实验中,施用膨润土显著提高土壤过氧化氢酶活性(P0.05),与之相反,在盆栽实验中,土壤Cd蔗糖酶活性较对照处理显著降低(P0.05),降幅达44.3%~52.3%,而大田条件下各处理间差异不显著(P0.05);脲酶活性随膨润土施加量的增加呈现出先降低后增加的趋势。     

猪粪中3种四环素类抗生素在土壤中的动态变化及降解途径

采用室内模拟培养试验,研究了180 d内不同用量猪粪中3种四环素类抗生素（TCs）（包括四环素TTC,土霉素OTC,金霉素CTC）在土壤中降解的动态变化规律及降解途径。结果表明,猪粪中3种四环素类抗生素进入土壤后含量均呈现前期迅速下降,中后期减缓的规律,但不同种类和用量处理的变化速率和减少幅度有显著差异（P0.05）。180d时,猪粪处理土壤中的降解率为金霉素土霉素四环素,平均半衰期为17.43d、31.32d、49.48d。降解率与猪粪用量呈负相关,同培养时间呈正相关。猪粪中抗生素在土壤中的降解率要高于纯品抗生素,降解率的增加以外源微生物降解为主,外源微生物降解对四环素的作用最好。综上所述,随着培养时间的延长,猪粪中四环素类抗生素在土壤中能随微生物降解等作用而逐渐减少,但短期内仍可能产生环境危害。     

超声和酸化对猪粪中Cu、Zn去除的影响

为了探讨利用超声和酸化来去除猪粪中的重金属,本文采用含固率为3％的猪粪溶液研究了超声和酸对其中cu、zn的去除以及影响因素。结果表明：酸可以去除猪粪中的cu、zn,且随着酸溶液加入量和JJn／k无机酸后反应时间的增加,猪粪中cu、zn的去除率提升,在猪粪溶液中加入酸调pH达到0．70,反应3h后猪粪中cu、zn的去除率可以达到58．70％、81．85％;超声也可以去除猪粪中的cu、zn,随着超声频率和超声时间的增加,猪粪中cu、zn的去除率提升,在40kHz超声90min,猪粪中cu、zn的去除率可分别达到87．43％、76．48％。超声与酸结合作用时,猪粪中cu、zn的去除率大于单独用酸或超声时的去除率。     

蚯蚓对猪粪重金属Cu、Zn的吸收及影响因素研究

由于饲料添加剂的使用,猪粪重金属污染已非常普遍,尤其是铜（Cu）、锌（Zn）污染最为明显。为了探讨利用蚯蚓萃取猪粪重金属Cu、Zn从而减少猪粪中重金属Cu、Zn含量的技术途径,采用室内接种法研究了赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）对猪粪重金属Cu、Zn的吸收及影响因素。结果表明,蚯蚓对猪粪重金属Cu、Zn具有一定的吸收能力,富集系数分别为0.43、0.73; 物料C/N比、温度、湿度和蚯蚓接种密度均能影响蚯蚓对猪粪重金属Cu、Zn的吸收,在物料C/N比为17∶1～22∶1、温度为14-21℃、湿度为70%-75%、接种密度为10-20尾·200 g^-1物料（2.4-5.0 g·200 g^-1物料）条件下,蚯蚓对Cu、Zn的吸收量较高。     

猪粪及蚓粪对Cu和Zn吸附行为的比较研究

采用室内试验方法,比较研究了猪粪和蚓粪对Cu2＋、Zn2＋的吸附、解吸规律及吸附动力学行为。结果表明,在试验浓度范围内,猪粪和蚓粪对Cu2＋、Zn2＋的吸附量均随着Cu2＋、Zn2＋壤度的增加而增加,蚓粪对Cu2＋、Zn2＋的吸附固定能力明显高于猪粪。猪粪和蚓粪对Cu2＋、Zn2＋的吸附等温线与Freundlich和Henry方程均有较好的拟合性。猪粪和蚓粪中Cu2＋、Zn2＋的解吸量随着吸附量的增大而增加,在相同初始浓度条件下,猪粪吸附的Cu2＋更易被解吸,而猪粪和蚓粪对Zn2＋的解吸能力相近。猪粪和蚓粪对Cu2＋、Zn2＋的吸附速率均较快,10～30min之内可以达到平衡后吸附总量的90％以上;一级动力学方程是描述Cu2＋、Zn2＋在猪粪和蚓粪中吸附动力学过程的最优模型,且蚓粪对Cu2＋、Zn2＋的吸附速率明显高于猪粪。     

恶唑菌酮土壤降解影响因子研究

探讨了土壤环境中的主要因素:土壤微生物、温度、含水量、pH值以及施用有机肥对恶唑菌酮降解的影响。结果表明:土壤微生物对恶唑菌酮在土壤中的降解起着重要作用,相同条件下灭菌土壤的降解半衰期是非灭菌土壤的27.6倍。环境温度、土壤含水量等对恶唑菌酮降解也有影响,在15℃～40℃的试验条件下,随着温度升高,恶唑菌酮的降解速率加快,特别是15℃～25℃温度范围内降解速率上升较快;过高和过低的土壤含水量都不利于土壤中恶唑菌酮的降解,土壤含水量为50?～100?时适宜恶唑菌酮的降解;此外施用有机肥会加速恶唑菌酮的降解;而土壤pH值对降解的影响不显著。     

不同肥力红壤氮磷渗漏淋失特征及猪粪安全消纳量的研究

本文采用盆栽试验,在自然降雨条件下,监测了不同化肥用量与猪粪梯度用量配施条件下,两种不同肥力红黏土母质红壤在花生-萝卜轮作模式下的氮、磷渗漏淋失特征,土壤养分积累和作物产量变化,据此估算不同肥力红壤的猪粪安全消纳量。结果表明,养分渗漏淋失以NO_3~–-N为主,基本无磷素淋失风险。渗漏水中NO_3~–-N高峰值出现在播种施肥一个月以后,此时表现出随着猪粪用量增加而增加的趋势,其后NO_3~–-N浓度迅速下降且均低于地下水(III类)质量标准限值。在渗漏水NO_3~–-N高峰期,高肥力红壤渗漏水NO_3~–-N浓度一般都显著高于低肥力红壤,在配施化肥和高用量猪粪条件下,容易出现超标风险。猪粪施用容易引起土壤有效磷积累,且高肥力红壤的积累明显高于低肥力红壤,但无机氮积累不明显。随着猪粪用量的增加,低肥力红壤的花生产量一直呈增加的趋势,但高肥力红壤花生产量在猪粪用量达到一定水平后趋于稳定。综合考虑猪粪施用对地下水环境、土壤环境和作物产量的影响,得出在不配施化肥条件下,低肥力与高肥力红黏土红壤的猪粪磷安全消纳量分别为P 400、100 kg/(hm~2·a)(相当于含水量750 g/kg堆腐猪粪91.2、22.8 t/(hm~2·a));在常规化肥用量减半条件下,低肥力和高肥力红壤的猪粪磷安全消纳量分别为P 400、25 kg/(hm~2·a)(相当于含水量750 g/kg堆腐猪粪91.2、5.7 t/(hm~2·a))。在南方红壤地区,猪粪应多施用于低肥力红黏土红壤。     

纳米二氧化钛光催化修复二苯砷酸污染土壤的研究

利用纳米二氧化钛去除土壤中的二苯砷酸(diphenylarsinicacid,DPAA),研究了纳米二氧化钛对土壤吸附DPAA能力的影响,着重比较了原位直接光解法与异位泥浆处理法在去除DPAA效率上的差异,并对纳米二氧化钛催化降解的实验室条件进行了优化。结果表明:纳米二氧化钛添加可提高土壤对DPAA的吸附能力,但由于纳米颗粒的稳定性受到土壤中有机质影响,仅能提高红壤对DPAA的固定能力。直接施加纳米颗粒的原位光降解受纳米二氧化钛用量影响较小,主要受限于光在土层中的光照厚度及土壤含水量。汞灯照射10天后,DPAA的降解率最高仅为39.5%,但加水将土壤调制成泥浆、通过搅拌提高紫外照射下土壤与纳米颗粒的受辐射几率,可显著提高降解率,其中水土比变化较纳米二氧化钛用量更显著影响催化反应效率。将水土比从1︰1提升至10︰1,光照1.5 h后DPAA的降解率从34.3%上升至72.2%。泥浆搅拌下,二氧化钛光催化降解的方法在不同土壤中均表现出良好的降解效率,在有机质含量较低的红壤中DPAA的降解率最高达78.6%。     

施用富Cu猪粪后潮土-小麦系统Cu的传递与积累

以华北地区典型土壤潮土为供试土壤,将猪粪(施用量占风干土重的0%,1%和3%)和不同Cu浓度(0,100,200,400,600和800 mg kg-1土)的CuSO4溶液腐化后与土壤混合均匀进行盆栽试验,以研究施用富Cu猪粪对土壤和小麦各器官(根、茎叶和籽实)Cu积累及对潮土—小麦系统Cu迁移转化的影响。结果表明,土壤全Cu、有效态Cu和小麦植株各器官Cu浓度均随着外源Cu浓度的增加而显著增加,在相同外源Cu浓度条件下,成熟期各指标浓度相对拔节期有所下降。外源Cu只有极少量从土壤向小麦转移,且在小麦各器官Cu浓度顺序为根>>茎叶/籽实。相对于拔节期,小麦成熟期根部Cu积累量显著上升,茎叶Cu积累量无显著变化,但根部和茎叶Cu浓度均显著下降。施用1%猪粪明显降低了Cu的可移动性,而3%猪粪在一定程度上增加了Cu的传递与积累。当外源Cu浓度≥200 mg kg-1时,0%和3%猪粪施用的处理籽实中Cu浓度超过了人体能接受的Cu毒性极限(20 mg kg-1),施用1%猪粪则潜在的降低了Cu在籽实中的积累。     

唑螨酯在土壤中的降解及淋溶特性

为研究唑螨酯在环境中的行为特性,采用室内模拟试验方法,研究了唑螨酯在土壤中的降解及淋溶特性,通过降解半衰期和比移值Rf来评价其在土壤环境中的安全性。结果表明:唑螨酯在3种土壤中的降解符合一级动力学方程,好气条件下,在黄壤、水稻土和石灰土的降解半衰期分别为81.5、96.3和84.5 d,唑螨酯在水稻土中较难降解,在黄壤和石灰土中中等降解;厌气条件下的半衰期分别为154.0、56.3和43.3 d,水稻土和石灰土中中等降解,黄壤中较难降解。唑螨酯在黄土、水稻土和石灰土中比移值Rf均为0.083,唑螨酯在3种土壤中均不移动,正常条件下不会对地下水造成污染。综上所述,唑螨酯在土壤环境中具有较强的稳定性,因此应严格掌握其使用量和使用时期,同时建议加强对唑螨酯残留的跟踪监测。     

Dynamics and Model Fitting of Nitrogen Transformations in Pig Slurry Amended Soils

Abstract

To optimize the efficient use of nutrients in pig slurry by crops and to reduce the pollution risks to surface and groundwater, a full knowledge of the fate of nitrogen (N) in amended soils is needed. A 120 day laboratory incubation experiment was conducted to study the effects of pig slurry application on soil N transformations. Pig slurry was added at the rates of 50 and 100 g kg^?1. A nonamended soil was used as a control treatment. Soil samples were taken after 0, 7, 14, 30, 45, 60, and 120 days of incubation and analyzed for NH₄ ⁺‐N and NO₃ ^?‐N. Initially, the application of pig slurry produced significant increases in NH₄ ⁺‐N, especially at the highest application rate, whereas NO₃ ^?‐N content was not affected. Nitrification processes were active during the entire incubation time in the three treatments. In the control soil, the net N mineralization rate was highest during the 1st week (5.7 mg kg^?1 d^?1), followed by a low‐steady phase. Initially, net N mineralization rate was slower in soil with the lowest slurry rate (2.7 mg kg^?1 d^?1), whereas in the treatment with the highest slurry rate, a net N immobilization was observed during the 1st week (4.8 mg kg^?1 d^?1). Mineral‐N concentrations after 120 days were 180, 310, and 475 mg kg^?1 in soils amended with 0, 50, and 100 g kg^?1 of pig slurry, respectively. However, when results were expressed as net mineralized N, the opposite trend was observed: 74, 65, and 44 mg kg^?1. Of the six kinetic models tested to describe the mineralization process, a two‐component, first exponential model (double model) offered the best results for all treatments.     

土壤重金属复合污染的化学固定修复研究

本文研究糠醛渣、磷矿粉、风化煤3 种修复剂对重金属复合污染土壤的化学固定修复效果.结果表明:糠醛渣、磷矿粉、风化煤3 种修复剂都可一定程度地降低复合污染土壤中的Cu、Zn、Pb、Cd含量,其中以风化煤降低土壤有效态Zn、Cu的效果较好,在风化煤添加量为80 g/kg时土壤有效态Zn的含量降低了37.22%,土壤有效态Cu的含量降低了31.22%;磷矿粉处理修复Pb的效果比糠醛渣、风化煤好,在磷矿粉添加量为80 g/kg时,土壤有效态Pb的含量降低了23.79%;3 种修复剂都能显著降低土壤有效态Cd,在磷矿粉添加量为40 g/kg时,土壤有效态Cd的含量降低最显著,较对照降低了83.09%.在本试验条件下,3 种修复剂对4 种重金属复合污染土壤的修复效果,以Cd 较好,其次是Zn,对Pb的修复效果较差.     

土壤中有机农药的自然降解行为

有机农药是一类典型的环境污染物,自然降解是其在土壤中消除的主要过程。本文阐述了土壤中有机农药生物降解、光解、水解和化学氧化等自然降解机制,综述了土壤中有机农药自然降解的研究方法及研究现状,指出了目前自然降解研究中存在的一些问题并展望了今后的研究方向。     

稻麦轮作下施用猪粪水对作物生长及农田土壤质量的影响

为解决猪粪水农田利用问题,确定其最佳施用量,降低可能带来的环境风险,在实验室条件下,基于自制土柱,研究了猪粪水不同比例替代化肥及猪粪水全量替代化肥下不同施用量对稻麦生产及农田土壤质量的影响,分析了稻麦株均穗数、叶绿素含量、穗和秸秆产量、穗和秸秆中氮磷含量、土壤渗滤液理化特性以及土壤氮磷、重金属含量的变化。结果表明：猪粪水50%和100%替代化肥氮均可不同程度地促进稻麦生长,提高稻麦植株产量,但处理间差异不显著;在猪粪水全量替代化肥氮条件下,当猪粪水用量为200%化肥氮时,稻、麦穗均获得最大产量;施用猪粪水提高了稻、麦穗和秸秆中氮磷含量,减缓了土壤有机质和全氮下降幅度,提高了土壤全磷含量,但过量施用猪粪水造成水稻烂根、死苗,小麦疯长,土壤渗滤液中氮磷浓度升高,污染地下水的风险增加,部分指标甚至超过《地下水质量标准（GB/T 14848-2017）》中Ⅳ类水标准;大量施用猪粪水还会造成铜、镉和铅等在土壤中积累,锌含量无明显增加。综上所述,在本研究条件下猪粪水替代化肥是可行的,建议猪粪水用量低于200%化肥时可在促进稻麦生长、培肥土壤和控制农田环境污染等方面具有较好的效果。     

双草醚在稻田土壤中的降解及其影响因子的研究

采用了实验室模拟方法研究了双草醚在不同土壤中的降解动态。结果表明,在未灭菌的土壤中,双草醚三种浓度(2.0、10.0、50.0mg kg-1)处理的半衰期为7.6~10.3d,远远小于在灭菌土壤中3种添加浓度处理的半衰期(43.3~61.9 d);双草醚在偏酸土壤中降解较快,随着土壤含水量的增加和环境温度的增高,双草醚降解速度加快。4种试验因子中土壤微生物是影响双草醚降解的主要因素,有利于土壤中微生物生长的环境因素,如偏酸的土壤、较高的温度和土壤湿度等,也能促进土壤中双草醚的降解。