利用叶片光谱的作物铜铅污染判别

重金属污染种类的判别是作物生长环境监测的重要组成部分。该研究旨在提出一种由叶片光谱构建的铜铅污染判别特征(Copper and Lead Contamination Discriminating Features,CLCDF),以实现作物铜、铅污染判别。以典型作物玉米为试验对象,运用包络线去除与导数处理叶片光谱,基于该研究提出的归一化铜铅污染指数(NormalizedDifference Copper and Lead Contamination Index,NDCLCI)构建叶片CLCDF,在CLCDF分布域内建立判别平面(Discriminating Plane,DP)。依据CLCDF与DP的位置关系,得出直观的污染种类判别规则,并利用判别距离(Discriminating Distance,DD)对判别规则进行量化。基于训练集数据进行试验,提取到189种用于判别铜、铅污染的DP,同时获取了对应的污染种类判别规则,判别正确率为100%。使用验证集数据进行验证,189种DP中的88种判别效果较好,判别正确率为78.22%。该研究结果证明,基于CLCDF的铜铅污染判别方法效果良好且稳定。     

基于SD-SVD-Burg的玉米叶片铜铅污染甄别与程度诊断

为研究一种快速甄别作物受重金属污染的元素类别和所受污染程度的方法,于2017年设置不同梯度铜(Cu)、铅(Pb)胁迫下的玉米盆栽实验,对玉米的紫谷、绿峰和红边3个光谱特征区间的高光谱数据进行光谱一阶微分和奇异值分解处理,并结合Burg算法绘制功率谱密度曲线,同时利用2014年采集的光谱数据作为验证组检验该模型的稳定性。结果表明:健康玉米叶片与不同浓度Cu、Pb胁迫下玉米叶片光谱信号的功率谱密度曲线的波峰数及波峰坡度均不相同。功率谱曲线平均功率和玉米叶片中Cu、Pb含量的相关系数最高可达0.9958,证明该方法在对玉米进行污染元素种类辨别和污染程度诊断方面具有可行性,不同年份Cu与Pb胁迫下绿峰功率谱曲线平均功率与玉米叶片中Cu、Pb含量的相关系数分别为0.9213和0.9915,进一步验证该算法在玉米Cu、Pb污染诊断方面具有稳定性与普适性。     

贵州草海表层沉积物重金属污染特征与源解析

为探明草海沉积物中重金属的污染水平和来源,将沉积物重金属与贵州表生沉积物地球化学背景值进行比较,阐述重金属沉积特征,以生物效应浓度为参考,评价重金属对水生生物的危害性;利用主成分分析法（PCA）、正定矩阵因子分析法（PMF）两种模型解析重金属污染源。结果显示,沉积物中只有Cu、Cr平均含量未超过背景值,Cd、Zn、Hg、As、Pb相对背景值的超标率分别为100%、95.23%、92.86%、83.33%、66.67%,Cu、Cr的含量大多低于效应浓度低值（ERL）,部分样本的Cd、Hg、Zn含量大于效应浓度中值（ERM）限值范围;两种模型均识别出4种污染源,分别为地表径流源占13.31%,人为活动源占45.13%,地质背景源占38.32%,大气沉降源占3.24%。研究表明,两种模型解析的污染源均可得到很好的表达,说明沉积物中重金属来源明确,在制定污染防治措施时应重视人为活动的影响。     

重金属存在下微塑料对环丙沙星的吸附特征及机制研究

为了揭示微塑料在重金属与抗生素共存体系中的吸附特征,以聚酰胺(PA)、聚氯乙烯(PVC)为典型微塑料,以环丙沙星(CIP)作为目标抗生素,以Cu、Cd为重金属代表,通过批量吸附试验研究了重金属存在下微塑料对CIP的吸附行为及机理。结果表明:PA和PVC两种微塑料对CIP的吸附同时符合Langmuir方程和Freundlich方程,由Langmuir方程拟合得到的CIP对PA和PVC的最大吸附量分别为1.846 mg·g~(-1)和1.862 mg·g~(-1)。不同pH下两种微塑料对CIP的吸附呈现先增加再降低的趋势,pH为6时吸附量达到最大。重金属Cu、Cd存在下的吸附等温线更符合Langmuir方程,Cu的存在显著促进了微塑料对CIP的吸附,而Cd的存在抑制了微塑料对CIP的吸附,Cu、Cd没有改变吸附量随pH变化的趋势。PVC对CIP的吸附以物理吸附为主,PA吸附CIP的机制包括酰胺基与羰基间氢键的产生,此外静电相互作用、极性作用也是两种微塑料吸附CIP的重要机制。研究表明,重金属Cu、Cd存在下,可以改变微塑料对CIP的吸附量,但不会对PA、PVC吸附CIP的机制产生影响。     

螯合诱导植物修复技术在土壤重金属污染治理中的应用

系统介绍螯合剂对土壤重金属活性、植物吸收的影响,以及对植物富集重金属的作用,分析目前该项技术在重金属污染土壤修复中所存在的问题,提出应用螯合诱导植物修复技术治理重金属污染土壤的新思路。     

微塑料对典型污染物吸附解吸的研究进展

近些年来,环境中的微塑料污染引起了全世界的广泛关注。微塑料具有比表面积大、吸附力强等特点,其易与环境中的典型污染物(如有机污染物和重金属)相互作用,改变这些污染物的环境行为。明确微塑料对有机污染物和重金属的吸附解吸作用过程和机制,对于明确有机污染物和重金属的环境行为及毒性效应的相应变化具有重要的意义。本文系统综述了微塑料对有机污染物和重金属吸附解吸作用的研究进展,着重从微塑料性质(类型、形貌特征、表面官能团、极性、吸附位点、结晶度、老化程度)、污染物性质(表面官能团、疏水性、极性、浓度、形态等)以及环境因素(温度、pH、盐度、离子强度、表面活性剂、微生物膜)3个方面,系统分析了微塑料对典型污染物吸附解吸的作用过程和机理。微塑料对有机污染物和重金属的吸附解吸主要受表面吸附、孔隙填充、络合作用以及疏水作用等的影响。微塑料对污染物的吸附动力学绝大部分符合动力学(准)二级模型,部分符合一级动力学;吸附等温线基本符合Frendlich模型、Langmuir模型和Henry模型,部分符合线性模型和复合模型。未来应加强微塑料对一些新型污染物吸附解吸方面的研究工作,进一步明确微塑料与典型污染物之间相互作用的过程和机理,并建立相关的数据库和模型。希望为后续的微塑料吸附解吸典型污染物的相关研究提供借鉴与参考,也为科学地认识微塑料的环境行为提供依据。     

基于铅稳定同位素的多金属复合污染土壤源解析新思路——以西南地区某矿区农田为例

本文以我国西南某矿区典型多金属复合污染农田土壤为例,基于铅(Pb)稳定同位素分析,结合矿物学分析,对土壤Pb来源进行定量解析,并针对其他重金属来源进行外推。同位素源解析结果表明,人为源对于土壤重金属的贡献率高达61%～89%,矿渣浸沥与矿区道路扬尘为主要的污染途径。矿物学分析能够辅助印证Pb稳定同位素分析结果,在一定程度上克服由于污染源信号重叠造成的源解析困难。通过相关分析,可以将Pb同位素源解析的结果合理外推,在一定程度上解释其他重金属元素的来源。本文提出的源解析新思路能够高效、准确地解析多金属复合污染土壤中重金属元素的来源,尤其适用于我国土壤多金属复合污染集中连片存在、成因复杂的现状,具有很强的现实意义。     

施肥对灌漠土作物产量、土壤肥力与重金属含量的影响

有机物还田是提升土壤肥力的主要措施,但也存在造成土壤金属污染的潜在风险。为查明不同有机物还田对土壤质量及作物产量的影响,本文通过长期定位试验,研究了无肥对照、常规施化肥(氮磷配施)以及70%常规化肥与牛粪、沼渣、污泥、鸡粪、菌渣和猪粪配施对土壤理化性状、有机碳和氮的固存率、氮磷钾活化系数、作物产量及重金属含量的影响。结果表明:牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪与70%化肥配施虽作物产量与常规施化肥相似,但6种有机物处理土壤有机质、全氮和碱解氮含量都较常规施化肥处理显著增加,污泥、鸡粪和猪粪处理土壤全磷与速效磷含量较常规施化肥处理显著增加,而且牛粪、沼渣、鸡粪和猪粪处理的速效钾、土壤磷活化系数和土壤钾活化系数较常规施化肥处理也显著提升。牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪处理土壤有机碳固存率为36.42%～71.61%,较常规施化肥处理都显著提高;而其氮固存率为6.47%～49.44%,仅有菌渣处理与常规施化肥处理差异不显著,而其他处理较常规施化肥处理显著增加。长期施鸡粪和菌渣处理的土壤铜含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为4.17mg·kg~(-1)和14.2mg·kg~(-1);而污泥、鸡粪和菌渣处理的土壤锌含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为13.53 mg·kg~(-1)、22.60 mg·kg~(-1)和49.73mg·kg~(-1)。综上,等有机质(4 500kg×hm~(-2))的牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪可替代30%氮磷肥,作物产量不受影响;不同有机物培肥土壤效果为污泥、鸡粪和猪粪优于牛粪和沼渣,而沼渣的培肥效果略差。为保证土壤环境质量稳定不恶化,种植小麦时有机物铜和锌的年携入量应分别低于53.01g×hm~(-2)和221.30 g×hm~(-2),而种植玉米时应分别低于153.40 g×hm~(-2)和347.04 g×hm~(-2)。     

国内外有机肥标准对比及风险评价

中国是人口最多的发展中国家,生产生活中产生的有机废弃物数量巨大,堆制有机肥是降低有机废物污染风险的重要方式,而有机肥标准则是防止有机肥成为新的土壤污染源,规范有机肥产业健康发展的重要保障。目前我国有机肥不合格现象时有发生,针对有机堆肥的标准仅有一个8年前的行业标准（NY 525—2012）的现状,本文对比了中国、日本、澳大利亚、欧盟、美国有机肥标准的重要指标,对存在的重金属残留、抗生素污染、病原体污染、营养富集及土壤盐渍化等有机肥质量安全风险问题进行分析,为我国有机肥行业未来绿色、健康、可持续发展提出建议。尽管我国现有有机肥质量标准,在具体指标要求方面优于美国,但和欧盟相比还有差距,比如我国重金属Cu、Zn、Ni限量缺失,对Cd等重金属限值要求不够严格,长期施用会导致土壤重金属含量超过风险筛选值,严重影响农作物安全;同时,由于部分畜禽养殖业不合理使用抗生素,加之有机肥生产企业技术的欠缺,农户施用时缺乏指导,监管部门执法不严等因素,我国有机肥施用过程存在较大风险隐患。因此,进一步完善有机肥标准体系,强化对原料中有毒有害物质的限制,要求选用原料批批检,加大准入和过程的落实力度,才能保障我国有机肥产业有序健康发展。     

兰州市蔬菜基地蔬菜体内Cu污染及累积效应的研究

对兰州市蔬菜基地蔬菜体内Cu含量进行分析,结果表明,同一区域土豆、西红柿、茄子、辣椒、豆角、白菜和大葱体内Cu含量之间表现出极显著差异;兰州市蔬菜基地土豆体内Cu含量显著高于其它蔬菜体内Cu含量,西红柿体内Cu含量最低。不同蔬菜基地土豆、茄子、辣椒、豆角、白菜和大葱体内Cu含量之间均表现出极显著差异,不同蔬菜基地西红柿体内Cu含量之间没有表现出差异。蔬菜体内Cu含量与土壤Cu含量呈显著正相关性。此次测定兰州市蔬菜基地土壤和蔬菜体内Cu含量,旨在为无公害蔬菜基地建设和重金属元素污染控制提供指导依据。