生物修复石油污染土壤研究现状

石油污染土壤的生物修复方法具有操作简便、费用低、对周围环境污染小、修复效率高等优点,应用前景广阔。从石油污染土壤生物修复过程中修复生物的选择、修复条件的优化、修复效果的评价等方面对近年来生物修复技术的研究进展进行了综述。为推动该方法的广泛应用,还应深入探究降解微生物之间的拮抗和协同机制、进一步降低修复成本、进一步完善修复评价标准,加强重石油污染土壤和特殊环境下石油污染土壤的治理研究,开展复合污染(如石油污染和重金属污染)土壤的修复研究。     

炭肥比和膨润土粘结剂对炭基肥颗粒理化及缓释特性的影响

为探究炭肥比和膨润土粘结剂对生物炭基肥理化及缓释特性的影响,以生物炭为基底,分别制备了炭肥比1:4,膨润土粘结剂质量分数为20%、15%、10%、5%和粘结剂质量分数10%,炭肥比为1:6、1:5、1:4、1:3的柱状尿素和氯化钾生物炭基肥颗粒,分析了生物炭基肥颗粒的理化及缓释特性。结果表明,在炭肥比为1:4条件下,膨润土粘结剂质量分数越高,生物炭基肥微观结构越紧密,力学和缓释特性越好,质量分数为20%时,氯化钾和尿素生物炭基肥平均抗压强度分别为286.78和281.27 N,前3天养分淋出率分别为45.53%和36.87%。在膨润土粘结剂质量分数为10%条件下,炭肥比越高,生物炭基肥缓释性能越好,炭肥比为1:3时,氯化钾和尿素生物炭基肥前3天养分淋出率分别为42.06%和40.32%。同时,氯化钾生物炭基肥表面孔隙先增后减,炭肥比为1:6和1:3的平均抗压强度分别为271.25和282.42 N。尿素生物炭基肥内部结构中孔隙变多,炭肥比为1:6时,平均抗压强度为最大值267.84 N。综合考虑,满足中等肥料浓度要求时,膨润土粘结剂质量分数为20%、炭肥比为1:4或膨润土粘结剂质量分数为10%、炭肥比为1:3的生物炭基肥成型配方较优。     

生物炭对不同酸化水平稻田土壤性质和重金属Cu、Cd有效性影响

针对南方稻田土壤酸化严重,导致养分流失有毒重金属活化,严重影响稻米质量安全的重大现实问题。以水稻秸秆和谷壳等农业废弃物为原料制备生物炭(分别记为RSC和RHC),研究不同原料生物炭对酸化土壤改良及其对重金属有效性的影响。设置3个生物炭用量(0,20,50 g/kg,分别记为CK、C1、C2),4种土壤酸化水平(pH 4.01,4.25,4.33,4.58,分别记为L1、L2、L3、L4),生物炭与重金属污染土壤共同培养60天后测定土壤pH、全氮、有机质、有效磷、速效钾和有效态Cu、Cd含量。结果表明:RSC对酸化土壤pH的改良效果明显优于RHC,且施炭量越高提高幅度越大,RSC的C2处理使4种酸度水平的土壤pH分别提高了0.68,0.97,1.29,1.71个单位。2种生物炭均能提高土壤的全氮、有效磷、速效钾和有机质含量,其中各施炭处理有机质显著提高,尤以速效钾的增幅最为显著,RSC对4种养分的提高均优于RHC。RHC对土壤有效态Cu含量无显著影响;RSC的C2较C1处理更能降低土壤中有效态Cu含量,使4种酸度水平的土壤分别降低了13.62%,6.57%,4.36%,7.88%。RHC处理的L3、L4土壤中有效态Cd含量显著降低,最大分别降低了13.79%,19.23%。RSC使4种酸度土壤有效态Cd含量最大分别降低了20.00%,25.81%,20.69%,19.23%。相关分析表明,土壤pH与有效态重金属含量呈显著负相关关系。水稻秸秆炭用于改良酸化土壤、降低重金属Cu和Cd有效性的效果更佳,且降低污染土壤中Cd的有效性较Cu好;生物炭对酸化程度越低的土壤pH和有效磷含量的提高以及有效态Cd含量的降低效果较好,而有效态Cu含量的降低效果则在酸化程度越高的土壤中表现更佳;土壤pH是生物炭调控重金属Cu、Cd有效性的主要影响因素。     

生物炭对水稻-再生稻体系吸收土壤中Cd和Pb的影响

以矿区周边Cd—Pb复合污染的农田土壤为供试材料,设置0,2.5%和5%(w/w)3个生物炭添加处理,通过盆栽试验探讨生物炭对再生稻吸收土壤中Cd和Pb的影响。结果表明,生物炭施加提高土壤pH和有机质含量,使Cd和Pb从移动性较强的弱酸提取态转化为较稳定的可还原态,且土壤CaCl2提取的有效态Cd和Pb含量分别降低33.23%~53.23%和66.52%~91.45%。同时,生物炭抑制Cd在头季和再生季水稻叶到糙米中的迁移,降低Pb从茎到叶和糙米的迁移,从而减少Cd和Pb在糙米中的累积;在5%生物炭处理下,再生季糙米Cd含量为0.15mg/kg,低于食品安全国家标准限量值(0.2mg/kg);Pb含量比对照处理降低68.18%。此外,再生季糙米中Cd和Pb含量低于头季稻糙米中相应的含量。因此,生物炭可以抑制Cd和Pb在再生稻体内的累积,降低糙米的重金属污染风险。     

土壤消毒结合施用生物有机肥对西瓜病土改良效果的影响

选取西瓜枯萎病发病严重的大棚,设置5个处理:对照、棉隆熏蒸、棉隆熏蒸后种植西瓜过程中施用不同次数生物有机肥,研究棉隆消毒土壤及配合不同生物有机肥施用次数对土壤理化和生物学性质及西瓜枯萎病发病率的影响。结果表明:棉隆熏蒸土壤后,施用生物有机肥虽未减缓尖孢镰刀菌增长速率、降低西瓜枯萎病发病率,但显著增加了土壤细菌和真菌数量,改变了细菌和真菌群落结构。此外,施用生物有机肥会降低土壤pH,过量施用会导致土壤NO–3累积、盐分增加。从改良土壤微生物群落结构和避免NO–3累积及土壤盐渍化加重角度出发,种植西瓜过程中生物有机肥最佳施用方式为移栽时施用1次+种植过程中追施1～2次。     

新时代土壤化学前沿进展与展望

土壤化学是重要的土壤学基础分支学科。在回顾了土壤化学发展历程的基础上,梳理了土壤化学的四个前沿交叉方向,并展望了土壤化学与其他相关学科的交叉发展趋势,以期寻求新的学科增长点。土壤化学经历了从恒电荷到可变电荷土壤学说演变,我国在土壤电化学、根际土壤化学、土壤化学-物理-微生物界面反应等方向逐步领跑。新时代中国已经发展成为国际土壤化学的研究中心之一,尤其在土壤化学与微生物学、地球化学、矿物学、环境化学等交叉领域取得了突破性发展。同时,发展并运用同步辐射、微流控联用光谱能谱、高分辨显微镜、光谱电化学等实时、原位、高精度研究方法,推动土壤化学研究取得了长足的进步。新时代的土壤化学具有三个重要发展趋势,首先系统揭示地球表层系统中物质循环与能量交换的土壤化学机制,实现"0到1"的土壤化学原创性成果的突破;其次需要综合运用地球表层系统理论,从多界面、多要素、多过程的"三多"交互耦合;再次,需要加强与地球宜居性这一人类重大命题的交叉融合,为生态文明建设、土壤污染防治攻坚战、全球变化等国家重大需求提供理论支持。     

含氨基酸水溶肥料和EM微生物菌剂对设施莴笋生长和品质的影响

以莴笋为供试材料,研究在莴笋叶面喷施、根部灌施EM微生物菌剂和含氨基酸水溶肥料对其植株生长、光合特性、产量和果实品质的影响。本试验设4个处理:不施用任何肥料(CK)、常规施肥处理(T1)、喷施+灌施EM微生物菌剂(T2)、喷施+灌施含氨基酸水溶肥料(T3)。试验结果表明:与对照CK相比,喷施+灌施EM微生物菌剂和喷施+灌施含氨基酸水溶肥料能显著提高莴笋的株高和茎粗,有效促进作物的生长;从光合特性看,T3处理的光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均显著优于对照CK,和常规施肥T1相比也有明显提高,说明喷施+灌施含氨基酸水溶肥料能提高莴笋的光合作用。产量上,T3T2T1CK,T1、T2和T3的产量相较于CK的增长幅度分别为20.17%、26.05%、31.65%,T2和T3相较于T1的增长幅度分别达到4.90%和9.99%,T3相较于T2的增长幅度为4.44%,表明EM微生物菌剂和含氨基酸水溶肥料均能提高莴笋的产量,而含氨基酸水溶肥料的效果更佳。     

菌剂挂膜3D-RBC联合BCO工艺处理养猪沼液废水

针对养猪沼液废水寡营养、高氨氮的水质特征,该研究采用耐高氨氮、适应贫营养生长的异养硝化-好氧反硝化（Heterotrophic Nitrification-Aerobic Denitrification,以下简称HN-AD）菌挂膜启动三维结构生物转盘+生物接触氧化反应器（3D-RBC+BCO）组合工艺对沼液进行处理。该文研究了3D-RBC+BCO组合工艺在真实沼液条件下的启动过程及污染物去除效果,重点考察了溶解氧（Dissolved Oxygen,DO）浓度和C/N比2个关键因素对组合工艺污染物去除效果的影响。同时,借助高通量测序技术对DO和C/N比优化过程中微生物群落结构的变化规律进行解析。结果表明：在真实沼液条件下,采用HN-AD菌剂挂膜启动方法,仅用12和18 d就分别完成3D-RBC和BCO反应器的挂膜启动,同时组合工艺对COD、NH4+-N和TN的去除率分别稳定在94.8%、95.7%和80.1%,出水优于城镇污水厂排放一级B标准。在对3D-RBC反应器DO和C/N比的优化过程中,增设底曝后COD、NH4+-N和TN等指标的去除率分别降低了25.4%、15.4%和15.5%。高通量测序结果显示,增加底曝后3D-RBC盘片生物膜中微生物菌属的数量小幅下降,但HN-AD优势菌属的种类与丰度显著降低,导致脱氮效率下降;贫营养型Acinetobacter、Pseudomonas菌属是3D-RBC可以对真实沼液高效脱氮的关键,提高C/N比会显著降低其丰度,进而影响脱氮效果。     

生物炭对滨海盐渍土理化性质及玉米幼苗抗氧化系统的影响

以黄河三角洲典型盐化潮土为供试土壤,设置12.5,25.0,50.0,100 g/kg 4个梯度生物炭添加量,通过盆栽试验研究不同添加量下生物炭对滨海盐渍土理化性质及玉米幼苗抗氧化系统的影响。结果表明:(1)与对照相比,随着生物炭添加量的增加,盐渍土的电导率、速效磷、速效钾、阳离子交换量及易氧化有机碳的含量呈现显著增加的趋势;不同生物炭添加量下,盐渍土的pH、碱解氮含量略有下降,但各添加量处理间差异不显著;而生物炭对盐渍土可交换态钠含量无显著影响。(2)添加适量生物炭(12.5,25.0,50.0 g/kg)可显著提高玉米幼苗叶片抗氧化酶活性和根系活力,并降低叶片超氧阴离子产生速率和过氧化氢含量,从而改善玉米幼苗的生理性状;然而,较高的生物炭添加量(100 g/kg)对幼苗抗氧化系统产生不良影响,造成植物体内活性氧的累积。因此,添加适量生物炭可以改善滨海盐渍土的理化性质,并在一定程度上有效改善盐胁迫下玉米幼苗的生理特性,但较高用量对作物抗氧化系统具有抑制作用。     

羊栖菜粉对水溶液中Cu2+的吸附效果

以羊栖菜粉为吸附剂,研究羊栖菜粉对水溶液中Cu²⁺的吸附特性及吸附机理,考察羊栖菜对重金属铜的吸附能力,以扩展羊栖菜的综合利用范围。采用控制变量法考察pH值、吸附剂浓度、金属离子初始浓度和离子强度等环境因素对水溶液中Cu²⁺去除效果的影响,通过模拟吸附动力学和热力学试验考察羊栖菜粉对Cu²⁺的吸附特性,并采用SEM、FTIR等方法初步分析了羊栖菜粉对Cu²⁺的吸附机理。结果表明,在吸附温度35℃、初始浓度50 mg·L^-1、吸附剂浓度1 g·L^-1条件下,羊栖菜粉对Cu²⁺的去除率可达89.27%。当吸附时间为10 min时,Cu²⁺去除率达总去除率的90%以上;当吸附时间为60 min时,基本达到吸附平衡。羊栖菜粉吸附Cu²⁺的动力学数据符合准二级动力学模型,相关系数均在0.999 0以上。Langmuir可以很好地拟合热力学试验得到的平衡数据,理论最大吸附容量为71.17 mg·g^-1。羊栖菜粉对Cu²⁺的吸附有多种反应参与,参与络合反应的官能团主要有-OH、-NH、-COO^-。羊栖菜粉对Cu²⁺的去除率较高,吸附性能良好,可通过解吸实现吸附剂的再生。