生物质炭与铁钙材料对镉砷复合污染农田土壤的修复

选取了铁钙材料（FC）和山核桃蒲生物质炭（BC）制备得到复合材料（BF）,用于修复农田土壤中镉砷复合污染,以降低水稻糙米中的镉和砷含量.通过水稻盆栽试验,在植物生长期内,采集了土壤孔隙水、根际土壤、非根际土壤、水稻植株和水稻根表铁膜,探究了铁钙材料、生物质炭及其复合材料对土壤中镉和砷生物有效性和植株中镉和砷含量的影响及机制.结果表明,生物质炭材料能显著（P <0.05）提高非根际土壤（0.55～0.66个单位）和根际土壤（0.28～0.36个单位）pH,且提升土壤DOC含量;铁钙材料能显著（P <0.05）降低非根际土壤（0.14～0.27个单位）和根际土壤（0.38～0.41个单位）pH,同时降低土壤DOC含量.铁钙材料和复合材料能够同时降低土壤孔隙水、根际土壤和非根际土壤有效态Cd和As含量,而生物质炭能降低Cd含量,却提高了As含量,其中复合材料1%添加处理的效果最佳,土壤有效态Cd和As分别降低了41.8%～48.2%和6.1%～10.1%.生物质炭、铁钙材料和复合材料均能提高植株生物量（根、茎、叶和籽粒的干重）,水稻籽粒干重较CK增加了48.5%～184.0%,根...     

铁锰双金属材料对砷和重金属复合污染土壤的稳定化研究

由于矿产资源的共生、伴生现象及历史上采选冶技术的相对落后,我国矿区附近的重金属污染场地多存在复合污染的情况,而稳定化技术是解决该问题的有效措施.本文通过室内模拟培养实验和静态吸附试验,研究了人工合成的铁锰双金属材料(FMBO)对矿区复合污染土壤中As、Pb、Cd等重金属的稳定化作用和机制.毒性浸出实验结果表明,在3种不同的As和重金属复合污染土壤中,FMBO材料能够对As和Pb等重金属起到较好的稳定化作用,在5%的最大添加量下,FMBO对As、Pb的稳定化效率分别能够达到95.2%~100%和95.5%~97.5%,同时不会引起Cd、Zn和Cu等重金属的活化.由连续提取实验结果可知,FMBO能够使土壤中As和Pb由酸可提取态向可还原态转变,稳定性增强.微观特征分析结果表明,FMBO材料对As的稳定化主要通过表面羟基(—OH)基团的吸附作用,而对Pb、Cd等金属离子则通过吸附、沉淀等多种方式起作用.总体看来,FMBO材料适用于As、Pb等重金属复合污染土壤的治理.     

环境材料对污染土壤中Pb、Cd和As的吸附解吸研究

通过模拟实验考察了环境材料沸石(FS)和蛇纹石(SS)在不同pH值下对土壤Pb、Cd、As的吸附与解吸结果,探索环境材料对土壤重金属的固化效果。结果表明:对于Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)污染土壤,土壤吸附量随pH升高而增加;在酸性条件下,SS促进土壤对Pb(Ⅱ)的吸附;在碱性条件下,FS促进土壤对Cd(Ⅱ)的吸附;同时SS与FS使土壤对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的解吸量大幅度降低。SS促进土壤对AsO-2的吸附,但该吸附量与pH变化无关;SS对AsO-2的解吸量影响不大,且该解吸量随pH升高而升高。SEM分析可知,FS与SS吸附重金属后形态变化显著。可见所用的环境材料对重金属Pb、Cd、As有明显的固化作用。     

赤泥基纳米零价铁对多金属污染土壤修复效果

为实现重金属复合污染（Pb、Zn、Cu和Cd）土壤同步修复,构建土壤-小白菜体系,探究赤泥（RM）、纳米赤泥（RMn）以及纳米赤泥负载纳米零价铁（RMn-nZVI）这3种不同赤泥基钝化剂对Pb、Zn、Cu和Cd复合污染土壤的修复效果与机制,并考察土壤中Pb、Zn、Cu和Cd形态分布对小白菜积累Pb、Zn、Cu和Cd的控制作用.结果显示,3种钝化剂施用可显著提高土壤pH,降低土壤酸可提取态（F1）Pb、Zn、Cu和Cd含量,增加残渣态（F4）含量,最终钝化效果表现为：RMn-nZVI>RMn>RM.此外,3种钝化剂显著降低了小白菜可食用部分Pb、Zn、Cu和Cd的积累,其中RMn-nZVI处理下降低程度最高,Pb、Zn、Cu和Cd含量分别下降35.11%、45.05%、69.52%和59.63%.结果表明,纳米赤泥负载纳米零价铁新型钝化材料在重金属复合污染土壤修复领域具有一定的应用潜力.     

富里酸改性FeMnNi-LDH对砷镉污染土壤的钝化修复

选用腐殖质活性组分富里酸(FA)作为铁锰镍层状双氢氧化物(FeMnNi-LDH)的修饰物,采用共沉淀法制备出稳定层状FA@Fe Mn Ni-LDH复合材料,并运用于As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)复合污染土壤的钝化修复.通过小白菜盆栽实验研究了在不同砷镉复合污染水平及不同初始土壤pH值条件下,复合材料对土壤As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)的钝化效果、各形态含量变化及对小白菜根部和地上部As(Ⅲ)和Cd(Ⅱ)转运、富集系数的影响,并进行相关性分析.结果表明,FA@Fe Mn Ni-LDH复合材料对As和Cd具有显著的同步钝化效果.当复合材料添加量由0%增加到1.0%,促进了土壤非专性吸附态和结晶铁铝氧化物结合态As向专性吸附态、无定型铁铝氧化物结合态和残渣态As转化,土壤可交换态Cd主要向残渣态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态Cd转化;土壤初始pH对As和Cd的钝化效果影响明显,酸性和中性土壤的pH分别增加了1.65和0.64个pH单位,土壤有效态As的降低率分别达到69.74%和63.31%,有效态Cd的降低率分别为60.25%和61.78%;小白菜的鲜重和株高随复合材料添加量的增加而提高,并...     

铁锰双金属材料在不同pH条件下对土壤As和重金属的稳定化作用

pH是影响土壤As和重金属赋存形态及稳定化过程的重要因素,本文以人工合成的铁锰双金属材料(FMBO)为研究对象,研究了其在不同pH条件下对3种As和重金属复合污染土壤的稳定化作用,同时探讨了材料添加对土壤pH和酸碱缓冲性的影响.结果表明,As、Pb元素分别在土壤pH 3~9的中性偏酸性条件、pH 5~10的中性偏碱性条件下较为稳定,Cd、Zn、Cu在pH为7~11的碱性条件下浸出浓度较低.在碱性条件下,FMBO材料自身稳定性及稳定化作用均优于酸性条件,在As和重金属稳定的最适pH范围内,随着材料添加量增加,稳定化效率逐渐升高,其对As、Pb、Cd、Zn、Cu的稳定化效率最高分别能达到92.7%、100%、97.0%、88.7%、82.7%.添加FMBO材料可使土壤pH值升高,并能够提高土壤的酸缓冲能力,对As和重金属的长期稳定性有促进作用,而对土壤碱缓冲作用影响较小.从浸出元素的相关关系可以看出,Fe元素对土壤中As的稳定性有重要作用,Pb、Cd、Zn、Cu的稳定性受土壤pH影响较大.     

原始及铁改性生物质炭对污染土壤中As、Pb生物有效性和微生物群落结构的影响

为探讨原始和铁改性生物质炭对污染土壤中砷（As）和铅（Pb）生物有效性和土壤微生物群落结构的影响,利用As-Pb复合污染水稻土进行水稻盆栽试验,分别在土壤中施加3%（质量分数）的原始法国梧桐枝条炭（法桐炭）、铁改性法国梧桐枝条炭（Fe-法桐炭）、原始猪炭（猪炭）、铁改性猪炭（Fe-猪炭）.试验结束后测定土壤pH、有机碳等理化性质、土壤养分有效性、土壤有效态As和Pb、稻谷中As和Pb的含量及土壤微生物群落结构等指标.结果表明,与对照相比,施用Fe-法桐炭对土壤中As的钝化效果较好,降幅为39%;施用猪炭对土壤中Pb的钝化效果较好,降幅为19%;Fe-法桐炭的施用使稻谷中As含量降低了80%.施用两种原始生物质炭后,土壤中的微生物群落多样性指数（Chao1、Shannon）和OTUs总数均显著）增加（p<0.05）,但相较于原始生物质炭,施用铁改性生物质炭均提高了土壤中优势菌群的相对丰度,且两种铁改性生物质炭处理土壤中的优势菌属为Actinobacteria_unclassified、Gaiellales_unclassified和Nocardioides.冗余分析表明,土壤中微生物群落组成与土壤pH和有效态As关系密切.因此,施用生物质炭可以通过改变土壤pH和降低As胁迫等性质影响土壤微生物群落结构.综上所述,经过铁改性处理的法桐炭更适用于As污染土壤修复,而原始猪炭是一种比较理想的Pb污染土壤修复材料.     

不同环境材料对Pb、Cd污染土壤的淋溶效应

为了探索环境材料对土壤中重金属的去除效果,采用土柱淋溶方法研究了不同环境材料（腐植酸HA、高分子材料SAP、粉煤灰FM及沸石FS）对污染土壤（单一Pb污染土壤、单一Cd污染土壤和Pb-Cd复合污染土壤）中铅（Pb）、镉（Cd）的淋溶效应。结果表明：添加不同环境材料处理的淋出液pH值呈现先上升后降低再上升的趋势,均为弱碱性。添加FM和复合N1（HA+SAP+FM+FS）、N2（HA+SAP+FM）处理淋出液的电导率（EC）明显高于其他。FM和复合N1、N2对单一Pb污染土壤中Pb达到显著固定作用;单一Cd污染土壤中,添加单一SAP处理所淋溶出的Cd量小于CK（未加任何环境材料）,淋溶出的Cd量为CK的63.68%,对Cd起到一定的固定作用;Pd-Cd复合污染土壤中,HA对Pb达到显著固定作用,淋出Pb量仅为CK的40.6%。SAP及复合N3对Cd的固定作用明显,淋溶出的Cd量分别为CK的55.32%、78.13%。可见,采用的环境材料对重金属淋溶能起到一定的抑制作用。     

水分管理对稻田土壤铁氧化物形态转化的影响及其与镉活性变化的耦合关系

稻田土壤水分管理过程中铁氧化物的形态转化对土壤镉（Cd）活性和水稻Cd累积具有重要影响.以西南地区紫色水稻土为研究对象,通过室内培养试验,探讨了淹水管理方式（持续淹水,CW;干湿交替,DW）联合铁氧化物（针铁矿,G-Fe;铁粉,Fe）施用对Cd污染土壤的pH、氧化还原性质（Eh、pe+pH）、铁氧化物形态转化和Cd有效性变化的影响,分析了水分管理驱动下铁氧化物形态转化与土壤Cd活性演变的耦合关系.结果表明CW管理可显著降低土壤Cd有效性,淹水93 d后DTPA-Cd降低了17.7%~39.2%,CW联合Fe或G-Fe施用显著提升了对土壤Cd的钝化效果,其中G-Fe短期钝化效果好,淹水14 d后DTPA-Cd的含量较对照降低24.3%,而Fe则可持续钝化土壤Cd,淹水93 d后DTPA-Cd的降幅为39.2%,干湿交替下施用铁氧化物则对土壤Cd无钝化效应.相关性分析表明,无定形铁（Fe_o）的形成（P<0.01）是驱动土壤Cd有效性变化的主要原因：CW使土壤pH逐渐降低并稳定在7.4左右,且土壤保持还原状态,促进了土壤铁氧化物由结晶态（Fe_c）向Fe_o转化,进而促使Cd由可交换态向铁锰结合态转化,并最终导致Cd有效性降低;CW联合Fe、G-Fe施用显著提升了Fe_o的含量和比例,从而强化了对土壤Cd的钝化效果.研究结果揭示了水分管理联合铁氧化物施用对稻田土壤Cd活性的调控效应和机制,为Cd污染稻田土壤安全利用中水分优化管理和含铁钝化剂施用提供了科学依据.     

同步钝化土壤Cd和As材料的筛选

土壤中Cd和As的化学行为相反,导致同时降低土壤Cd和As的有效性成为一个难题.本实验采用先淹水30 d后湿润30 d的培养方法,研究了海泡石（Sep）、铁改性海泡石（IMS）、铁锰改性海泡石（Sep-FM）、钢渣（SS）和铁基生物炭（Fe-Bio）对土壤pH、Eh、孔隙水中Cd和As动态变化及土壤Cd和As形态的影响,旨在筛选出可以同时钝化土壤Cd和As的潜在材料.结果表明,添加Sep、IMS、Sep-FM和SS材料提高土壤pH值,降低Eh值及土壤孔隙水中Cd的质量浓度;而且高剂量IMS（2.5%）和SS（5%）处理土壤孔隙水中As的质量浓度在整个培养期间均低于CK处理.然而添加Fe-Bio则使土壤pH降低和Eh值升高,且仅在湿润条件下降低溶液中Cd和As的质量浓度.所有供试材料均降低土壤可交换态Cd含量,提高可还原态、可氧化态和残渣态Cd含量.高剂量IMS（2.5%）、Sep-FM（2.5%）和SS（5%）处理还降低了土壤中可利用态As含量（非专性吸附态和专性吸附态As）、提高了晶形和非晶形铁铝氧化物结合态As的含量,而1% Fe-Bio处理则提高了土壤非专性吸附态、专性吸附态和残渣态As的含量.总之,高剂量的IMS、Sep-FM和SS能同时钝化土壤中Cd和As,促进其向生物难利用的形态转化,是修复Cd和As复合污染土壤的潜在材料.     

滇黔桂岩溶区河漫滩土壤重金属含量、来源及潜在生态风险

利用全国地球化学基准计划在滇黔桂岩溶区35个点位采集的70件河漫滩表、深层土壤样品,分析了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn 8种重金属元素含量特征,探究了重金属来源、污染状况及潜在生态风险.结果表明,8种重金属元素含量大部分均高于全国土壤背景值,在滇东南地区含量最高,桂西北地区最低.表层土壤Cd、Hg明显富集,As、Cr、Cu、Ni与深层土壤含量相当;As、Cd、Hg、Pb、Zn在农田、菜地中明显高于深层土壤,Cr、Cu和Ni在各类土地中与深层土壤相当.因子分析结果显示,表层土壤中Cd、Cr、Cu、Ni受地质背景控制,As、Pb、Zn既与地质背景有关,也受人为活动影响,Hg受人为活动影响较严重;深层土壤中Cd、Cr、Cu、Ni、Cr、Zn继承了区域母岩特征,As、Hg和Pb受地质背景和人为活动双重影响.地累积指数法和富集因子法污染评价结果表明,研究区河漫滩表层土壤中Cd、Hg污染较重,As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn大部分为轻度污染或无污染.各重金属潜在生态风险指数高低顺序依次为Hg > Cd > As > Cu > Ni > Pb > Cr > Zn,Cd和Hg的生态风险指数之和占综合指数的82.43%,生态风险最高;滇东南地区重金属潜在风险综合指数最高,具重度生态风险.     

重庆渝北地区土壤重金属形态特征及其有效性评价

结合渝北地区土壤重金属全量及形态分析,对区内主要土壤类型(紫色土、石灰土、黄壤、水稻土)中的As、Cd、Cr、Pb形态构成特征、影响因素及有效性进行研究. 结果表明:不同土壤类型重金属形态构成差异明显,Cr、Pb在各土壤类型中均以残渣态为主;Cd在黄壤、紫色土中以离子态、残渣态为主,其中离子态平均构成在2类土中分别高达37.44%、29.97%. w(可利用态As)和w(可利用态Cr)在紫色土中的平均值分别为0.04和0.96mg/kg,w(可利用态Cd)在水稻土和紫色土中的平均值分别为0.13和0.09mg/kg,w(可利用态Pb)在黄壤中的平均值为1.94mg/kg,表现出较高生物有效性;石灰土中各重金属可利用态总体较低. w(可利用态As)、w(可利用态Cd)分别与As全量(以w计,下同)、Cd全量呈显著正相关;w(可利用态Cd)和w(可利用态Pb)与pH,w(可利用态Cr)与w(有机质)均呈显著负相关. 紫色土中w(可利用态Cd)、w(可利用态Cr)和w(可利用态Pb)与各重金属全量、pH和w(有机质)三者显著服从多元非线性对数回归,通过该回归可对研究区紫色土这3个元素的可利用态含量进行预测.      

Effect of incubation temperature and wet-dry cycle on the availabilities of Cd, Pb and Zn in soil

The effect of incubation temperature and wet-dry cycle on the availabilities of Cd, Pb and Zn was studied. Three soils with pH ranging from 3.8 to 7.3, organic carbon （OC） from 0.7% to 2.4%, and clay from 12.3% to 35.6% were selected. Soils were spiked with reagent grade Cd（NO3）2, Pb（NO3）2, and Zn（NO3）2 at concentrations of 30 mg Cd/kg soil, 300 mg Zn/kg soil and 2000 mg Pb/kg soil. The soils were incubated at 35, 60, 105℃, respectively and went through four wet-dry cycles. Metal availability in soils was estimated by soil extraction with 0.1 mol/L Ca（NO3）2. According to this study, the effect of the spiking temperature on the metal availabilities was different among the metals, soils and wet-dry cycles. Mostly, 35 ~C was the first recommended spiking temperature for Cd and Pb while no spiking temperature was obviously better than others for Zn. Three wet-dry cycles was recommended regardless of the type of metals and incubation temperature.     

天津污灌区菜地土壤团聚体中有机碳和重金属含量特征

以天津某污灌菜地土壤为研究对象,分析干筛法所得不同粒径土壤团聚体颗粒中有机碳及重金属含量特征.结果表明,土壤团聚体粗大颗粒(2 mm)含量最大,约为70%.0.25～0.5 mm粒级团聚体中Cu、Zn、Cd和Pb含量最高,Cr含量在5～8 mm粒径团聚体中最高,As在不同颗粒中含量差异较小,不同重金属元素含量随土层深度增加而减小.污灌土壤中重金属富集因子表现为Cd Pb Zn Cu Cr As,在0.25～0.5 mm粒级团聚体颗粒中Cu、Zn、Cd和Pb分布因子最高,而5～8 mm粒径团聚体中重金属负载因子最大.土壤有机碳含量整体上随团聚体粒径增加表现为先增加后降低,不同粒径团聚体中Cu、Cd、Pb和As含量与有机碳含量呈显著正相关(p0.05).     

阳朔典型铅锌矿区流域土壤重金属空间分布特征及来源解析

以广西阳朔县典型铅锌矿为研究对象,对其流域内水系表层土壤中10种金属元素（Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Hg和Pb）含量进行分析测定.综合运用Pearson相关性分析、主成分分析（PCA）和正定矩阵因子分解法（PMF）等多种方法,识别和定量解析污染源及贡献.在168个表层土壤样本分析数据中,土壤中Zn、Cd、Hg和Pb的含量平均值高于国家土壤环境质量标准,Sb、Cd、Cu、Pb和Zn的含量平均值分别比当地背景值高出约1.01、5.50、3.29、9.11和10.67倍,表明重金属在表层土壤中已经富集.土壤重金属地累积指数（I_geo）结果显示,研究区污染最严重的是Hg,其次为Pb、Zn和Mn.相关性分析和主成分分析结果表明,区内表层土壤中金属污染来源较为复杂,且明显受到人为活动的影响.Cu、Zn、Cd、Sb、As和Pb主要来源于采矿活动;Hg、Cr和Ni由土壤母质控制;Mn和Cd主要来源于工矿与农业活动.PMF模型分析结果表明,表层土壤中金属来源分为3种,工矿活动源、自然源和工矿及农业活动复合源的综合贡献率分别为58.0%、13.5%和28.6%.Ni、Cu、Zn、As、Sb、Hg和Pb以工矿活动源为主,贡献率分别为46.9%、89.6%、45.5%、67.8%、99.3%、58.3%和96.8%;母岩矿物风化和降雨冲刷等自然源对Cr的相对贡献率达到44.6%,对Ni和Hg也分别有23.2%和21.0%的相对贡献率;工矿及农业活动的复合源对Mn和Cd的相对贡献率分别达到75.4%和70.4%.     

铁基硅盐对土壤环境镉砷赋存形态及转化影响

为探明铁基硅盐对土壤镉砷赋存形态影响及各形态间转化规律,采用室内长期淹水培养吸附实验,研究不同比例铁硅材料对土壤离子态镉砷活性影响;筛选适宜铁基硅盐(FS)配比同时添加腐殖酸(FSC)和金属氧化物(FSCa),明确复配处理土壤中镉砷分级形态转化程度.结果显示,铁:硅比值增加10%,土壤pH值平均降低0.35;F₂-S₈处理土壤离子态镉降幅71%;F₁₀-S₀处理土壤离子态砷降低59.9%,离子态镉砷含量与硅酸盐-铁盐施用量互呈反比;处理F₄-S₆和F₆-S₄之间镉、砷钝化率产生交点,约为25%~30%.土壤中镉主要以可溶态为主,占比58%;砷主要以铁铝氧化态和钙结合态为主,占比40%和23%.铁硅比例为5:5或5.5:4.5左右复配能有效将铝结合态砷和铁铝氧化态砷转变为钙结合态砷和残渣态砷,可溶态镉转化为碳酸盐结合态镉以及铁锰氧化态镉,同步降低土壤中镉砷的活性.