改性纳米TiO2对污染土壤砷形态及土壤性质的影响

基于纳米TiO₂对土壤砷的稳定效果,以自制的改性纳米TiO₂(活性炭负载纳米二氧化钛TiO₂/AC和铁改性活性炭负载纳米二氧化钛 Fe-TiO₂/AC)为试验材料,通过室内模拟试验,研究改性纳米TiO₂对土壤砷形态、土壤pH、土壤养分及土壤酶活性的影响。结果表明:在2种改性纳米TiO₂的作用下,土壤中砷活性较强的非专性和专性吸附态均降低,惰性的砷无定形和弱结晶水合铁铝氧化物结合态和残渣态均升高。土壤pH随改性纳米TiO₂施用量的增加而升高,速效钾含量均增加,而土壤有效氮减少。在TiO₂/AC和Fe-TiO₂/AC作用下,土壤pH分别为7.07~7.21、7.28~7.43。施加TiO₂/AC和Fe-TiO₂/AC,速效钾的增幅分别为17.2%~32.2%和28.7%~29.5%,有效氮含量降幅分别为25.1%~37.8%和23.5%~44.6%。2种改性纳米TiO₂对土壤中性、碱性磷酸酶的活性均有激活作用;TiO₂/AC对土壤过氧化氢酶和脲酶活性具有一定的抑制作用,但铁改性后的Fe-TiO₂/AC抑制作用减弱,且在施加量为0.3%土壤过氧化氢酶活性比对照提高了19.5%;施加TiO₂/AC后土壤脲酶活性下降范围为63.0%~76.6%,但在0.4%Fe-TiO₂/AC作用下,土壤脲酶活性较对照上升了5.8%。可见,改性纳米TiO₂可以使土壤中砷由活性态向惰性态转化,对土壤性质的影响可通过铁改性来进行控制。     

生物质炭施用对土壤中氯虫苯甲酰胺吸附及消解行为的影响

分别在黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中添加0.5%(质量分数)生物质炭,采用批处理等温吸附实验及室内消解实验测定了CAP的吸附等温线及消解动态,目的是揭示不同类型土壤中施用生物质炭对残留CAP的环境行为影响规律,为评估生物质炭田间施用综合生态效应,评价土壤残留CAP的环境污染风险提供理论依据.结果表明,生物质炭施用可提高土壤对CAP的吸附活性,但提高程度因土壤性质不同而异.有机质含量较高的黑土中添加生物质炭,吸附农药Kd值提高了2.17%,而有机质含量较低的潮土添加等量生物质炭后则提高了139.13%.生物质炭施入土壤后其对农药吸附活性受到不同程度抑制.与施入土壤前比较,生物质炭施入黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中后吸附常数KF,biochar分别降低了96.94%、90.6%、91.31%、68.26%和34.59%.CAP在黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中的消解半衰期为115.52、133.30、154.03、144.41和169.06 d,而在添加生物质炭的土壤中消解半衰期分别延长了20.39、35.76、38.51、79.19和119.75 d.与吸附实验结果一致,生物质炭施入黑土对延缓农药土壤消解作用最小,而潮土中施入生物质炭效果最明显.本研究表明生物质炭施入土壤后可增强对农药的吸附作用,延缓农药的土壤消解,但影响程度与土壤性质有关.     

典型稻田土壤真菌群落结构及多样性对比

为了解中国主要稻作区内不同母质发育的稻田土壤真菌群落结构和多样性差异,本研究选取由砖红壤、红壤、盐碱土、黑土和紫色土发育而来的5种中国典型稻田土壤为研究对象,利用高通量测序技术对土壤真菌群落组成及多样性进行对比分析.结果表明：5种典型稻田土壤的含水量、pH值、盐度及容重差异显著（P<0.05）;从Chao1指数来看,稻田土壤真菌群落丰度红壤型 > 黑土型 > 砖红壤型 > 紫色土型 > 盐碱土型.从ACE指数来看,群落丰度黑土型 > 红壤型 > 砖红壤型 > 紫色土型 > 盐碱土型.Shannon指数和Simpson指数均表现为群落多样性黑土型 > 紫色土型 > 红壤型 > 砖红壤型 > 盐碱土型;5种典型稻田土壤真菌门水平相对丰度最高的均是子囊菌门（Ascomycota）;砖红壤型和红壤型稻田土壤的优势真菌属为翅孢壳属（Emericellopsis）,紫色土型稻田土壤的优势真菌属为翅孢壳属、枝鼻菌属（Cladorrhinum）和柄孢壳属（Zopfiella）,黑土型稻田土壤的优势真菌属为翅孢壳属和明梭孢属（Monographella）,盐碱土型稻田土壤的优势真菌属为瓶头霉属（Phialocephala）;石黄衣属（Xanthoria）、Cyberlindnera、青霉菌属（Penicillium）和Westerdykella的相对丰度与土壤pH值呈显著负相关（P<0.05）,Ceroophora的相对丰度与土壤含水量呈极显著负相关（P<0.01）;帚枝霉属（Sarocladium）的相对丰度与可溶性有机碳呈极显著正相关（P<0.01）.以上研究表明,稻田真菌的群落结构和多样性受稻田开垦前土壤类型的影响,真菌物种丰度和优势菌种类型对土壤理化性质变化的响应较为敏感.     

铈锰改性生物炭对土壤As的固定效应

利用高温热解法在600℃下制备铈锰改性生物炭(modified biochar,MBC),以3种基本性质差异较大的砷(As)污染红壤、黄壤和紫色土为研究对象,探讨了MBC的施用对土壤活性As的影响及固定效应.结果表明:改性生物炭(MBC)的施用导致3种土壤中水溶态As含量显著降低,随着施用量的增加,MBC对As的固定效率不断升高,当添加量为1%～10%时,MBC对3种土壤中活性As的固定效率为:红壤70. 59%～94. 72%,黄壤75. 24%～98. 35%,紫色土为76. 53%～99. 61%,在MBC添加量为10%时,其对3种土壤中有效As的固定效率均达到了95%以上,而未改性生物炭的施用则导致土壤As的活化效应明显.比较而言,MBC对3种土壤中有效As的固定效率大小排序为:紫色土黄壤红壤,MBC的施用导致了土壤中活性态As向稳定态转化,发生了由非专性吸附(F1)、专性吸附态(F2)向结晶水合铁铝氧化物结合态(F4)和残渣态(F5) As的转化过程,使得土壤中As的迁移性能降低,根据扫描电镜(SEM)及X射线衍射分析(XRD)的结果,MBC对As的固定作用与生物炭上铈锰氧化物的成功负载有关.因此,MBC对As污染土壤表现出良好的应用修复潜力.     

深圳市土壤砷的背景含量及其影响因素研究

为摸清深圳市土壤砷的背景含量现状,以全市不受或很少受人类活动影响的基本生态控制线区域作为调查范围,布设土壤表层样点450个、土壤典型剖面样点50个,采用多点增量采样法采集表层样品500个、深层样品100个.结果表明,深圳市表层土壤砷的背景含量范围为0.07~202mg/kg,算术平均值为11.3mg/kg,95%分位值为55.9mg/kg,显著高于“七五”深圳土壤环境背景调查结果砷的95%分位值（35.4mg/kg）.不同土类中赤红壤、红壤和黄壤砷背景含量的算术平均值相近,95%分位值的高低顺序为：红壤 > 赤红壤 > 黄壤.不同母质母岩发育的土壤砷背景含量的算术平均值高低顺序为：灰色灰岩 > 砂砾页岩 > 凝灰熔岩 > 变质岩 > 花岗岩 > 片麻岩,95%分位值的高低顺序为：灰色灰岩 > 砂砾页岩 > 凝灰熔岩 > 变质岩 > 片麻岩 > 花岗岩.不同剖面层次砷背景含量的平均值和95%分位值差异较大,高低顺序为：底层 > 中层 > 表层,随着深度增加,砷的背景含量逐渐增加.土壤pH值、砂粒含量与砷背景含量呈显著负相关,黏粒、粉粒含量与砷背景含量呈显著正相关.土壤母质母岩和机械组成是影响深圳市土壤砷背景含量的主要因素.研究结果可为南方典型区域砷的土壤环境背景值研究提供参考与借鉴.     

吸附材料对钒矿污染土壤重金属的稳定化效果

选用壳聚糖和活性炭两种吸附材料,分别以不同的质量比添加到供试土壤中,固化后进行毒性浸出实验,研究吸附材料对土壤中钒(V)、铬(Cr)的稳定化效果,并通过表征吸附材料的红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)探究吸附材料对V、Cr的稳定化机理.结果表明,壳聚糖对V、Cr均有较好的稳定化效果,活性炭对V的稳定化效果不稳定,对Cr的稳定化效果很好.吸附材料添加量的改变对稳定化效果影响不大.稳定化30d时,0.5%壳聚糖对V、Cr的稳定化率分别为74.04%、46.77%;0.5%活性炭对V、Cr的稳定化率分别为1.86%、87.75%.FTIR和XPS表征结果表明,壳聚糖中含活性强的氨基和羟基较多,活性炭中含氨基、羟基较少.因此壳聚糖和活性炭可作为土壤重金属的稳定剂,使钒矿污染土壤得到修复.     

西南地区典型土壤酸化特征及其与重金属形态活性的耦合关系

采用空间代替时间的方法,采集了西南地区主要类型和不同酸化阶段的土壤样品,分析了土壤理化性质特征、酸缓冲性能和重金属赋存形态,结合小白菜盆栽生物试验,探讨土壤酸化和重金属形态活性变化的耦合关系.结果表明,紫色土和黄壤随着土壤酸化程度增加,土壤交换性盐基离子降低,由交换性Ca²⁺流失引起.不同酸化阶段紫色土和黄壤对酸敏感性差异较大,紫色土在pH>7.50和pH<4.50时,酸缓冲容量较大;黄壤酸缓冲容量和土壤交换性盐基离子含量呈较强的相关性,且随着酸添加量增加,酸缓冲容量的增大倍数和土壤盐基离子消耗速率有关.重金属Cd和Pb在土壤中的赋存形态和土壤类型、酸化程度紧密相关,紫色土与黄壤中Cd和Pb主要以可交换态和残渣态为主,且随土壤酸化程度增加交换态占比增加,残渣态占比减少;红壤中以残渣态和Fe-Mn结合态为主,Cd的Fe-Mn结合态分别是紫色土和黄壤的2.15倍和1.73倍,Pb的Fe-Mn结合态是紫色土与黄壤的4.30倍和3.91倍,与红壤铁含量较高有关.盆栽试验表明土壤酸化一定程度上抑制小白菜的生长量,酸化严重的黄壤(pH<5.70)中小白菜生物...     

三价铁促进生物氧化锰稳定土壤砷的效果和机制

通过室内模拟实验,研究了三价铁对生物氧化锰（BMO）稳定化砷污染土壤的促进效果与作用机制.实验结果表明：三价铁的添加提高了BMO对土壤中砷的稳定化效率,当三价铁以质量分数百分比（以Fe计）为0.5%、1%、2%和4%添加时,砷的稳定化效率由单独BMO处理的63.02%增加至86.04%、93.86%、96.56%和97.98%;由连续提取实验结果可知,添加三价铁能够促进土壤中砷的结合形态由可交换态、专属吸附态向无定型铁锰结合态和结晶型铁锰结合态转变,增强土壤中砷的稳定化作用;风险分析进一步表明添加三价铁后砷的环境风险由中风险转变为低风险;矿物晶体结构分析表明,添加三价铁后土壤中出现水铁矿、纤铁矿等次生铁氧化物,这些铁氧化物对土壤中砷有良好的吸附固定能力.总体而言,三价铁的存在能够提高BMO对砷污染土壤的稳定化效率,但三价铁的添加量不宜过高,否则会引起土壤酸化问题.     

外源Cd在不同类型土壤中的稳定化特征

为明晰镉(Cd)在不同类型土壤中的稳定化特征和有效性差异,以四川省6种主要的农耕土壤酸性紫色土、中性紫色土、石灰性紫色土、灰潮土、典型黄壤和漂洗黄壤为研究对象,通过土壤培养试验,对外源Cd进入土壤后的稳定化时间、化学形态和有效Cd含量进行了对比分析,进一步结合盆栽试验下各土壤中小白菜生物量和Cd含量,探讨了外源Cd在6种土壤中的化学行为和污染效应.结果表明：(1)6种土壤的有效Cd含量在外源Cd添加后的15 d内迅速降低,后趋于平稳.稳定后,漂洗黄壤和酸性紫色土的有效Cd含量显著高于其他4种土壤,石灰性紫色土最低(1.01 mg·kg^-1);(2)6种土壤中的Cd均以可交换态的占比最高(42.51%～56.07%),其次,漂洗黄壤和典型黄壤中的铁锰氧化物结合态Cd,石灰性紫色土中的碳酸盐结合态和灰潮土中的有机络合态Cd的占比相对较高;(3)低含量Cd处理下(0.5 mg·kg^-1),6种土壤中小白菜的生长均无明显抑制,生物量与对照无显著差异,但可食部位Cd含量却有不同程度地富集,表现为典型黄壤和漂洗黄壤显著高于其他4种土壤;高含量Cd处理下(...     

铁系/石灰-水泥对砷污染土壤稳定化研究

为研究硫酸铁+石灰和硫酸铁+水泥对砷污染土壤固化稳定化效果及机理,作者采集某砷污染场地土壤,模拟工程修复实践使用2组药剂对砷污染土壤进行小试试验,评估了2组药剂对砷污染土壤的固化稳定化效率,探讨了2组药剂对砷固化稳定化机理,并对比分析了2组药剂的修复效果。结果表明,2组药剂对砷固化稳定化都具有显著效果,是砷固化稳定化的经济、高效材料。硫酸铁+石灰对砷的固化稳定化效果在吸附、沉淀和增加pH活化砷的共同作用下,呈非线性特征,并非添加量越高固化稳定化效果越好。硫酸铁+水泥对砷的固化稳定化效果在吸附、沉淀和物理包裹的共同作用下,在一定范围内,添加量的越高固化稳定化效果越好。因此,在不同添加量下,2组药剂对砷固化稳定化效果相比较存在差异,在工程实践中需通过试验确定最经济有效的药剂组合和配比。     

场地土壤中有效态砷的稳定化处理及机理研究

分别以生石灰和亚铁盐作为辅助剂与稳定剂对2种砷污染的土壤进行稳定化处理,通过化学浸出、形态及结构研究,揭示土壤中有效砷的稳定效率和机理.结果表明,外源铁添加量与土壤砷含量(Fe/As)的物质的量比达到6:1~8:1,CaO投加比例为0.05%~0.1%(w/w)时,土壤中有效态砷的稳定效率超过85%.土壤有效砷的稳定化处理主要是将砷从非专性吸附态和专性吸附态转化为弱结晶的铁铝或铁锰水化氧化物结合态、结晶铁铝或铁锰水化氧化物结合态.稳定处理后2种污染土均有新物相羟砷铜矿(As2Cu5H4O12)生成.     

砷及重金属对土壤微生物的影响

砷及重金属污染土壤中微生物变化的模拟试验证实,土壤受砷及重金属污染后,细菌总数降低,随着砷及重金属浓度的递增而明显减少。本试验条件下,土壤砷浓度为10ppm、Hg为0.7ppm、Cd为3ppm、Cr为50ppm、Pb为100ppm时,细菌总数即开始减少。 砷及重金属对几种有益土壤微生物影响的纯培养试验表明,三价砷为5ppm、五价砷为10ppm时,对土壤固氮细菌(花生根瘤菌、大豆根瘤菌、紫云英根瘤菌、含脂刚螺菌、圆褐固氮菌)、解磷细菌(大芽孢杆菌、枯草杆菌)及纤维分解菌(木霉)均有抑制作用,其中三价砷的抑制作用尤为明显。不同菌种对砷的敏感性不同,紫云英根瘤菌和花生根瘤菌对亚砷酸钠敏感,木霉和大芽孢杆菌对砷酸氢二钠敏感。 Cd、Cu、Pb、Cr对大芽孢杆菌和枯草杆菌均有明显抑制作用,其中对大芽孢杆菌的抑制作用更为显著,低浓度Cd对枯草杆菌有刺激作用。 土壤受砷污染后,土壤呼吸强度降低,其CO_2的产量与土壤细菌总数呈正相关关系。     

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.     

两种铁基材料对污染农田土壤砷、铅、镉的钝化修复

制备得到了铁钙（FeCa）和铁锰（FMBO）两种铁基材料,用于钝化修复As、Pb和Cd污染土壤.研究采集了来自绍兴上虞（SY）、广东佛山（FS）、广东韶关（SG）、湖南浏阳（LY）、江西赣州（GZ）、贵州独山（DS）和安徽马鞍山（MAS）的7种重金属污染水稻土（潮泥土）,通过土壤培养试验,研究铁钙材料（FeCa）和铁锰材料（FMBO）对各类土壤溶液中As、Pb和Cd浓度动态变化的影响,对土壤中有效态As、Pb和Cd钝化效果的影响,以及在不同种类土壤中有效态As、Pb和Cd钝化效果差异及影响因素.结果表明,培养过程中,铁基材料处理下土壤溶液中As、Pb和Cd浓度均低于对照处理.研究发现,两铁基材料均能对土壤中As、Pb和Cd起到较好的钝化作用,相同添加量下,铁钙材料对土壤As的钝化效率优于铁锰材料,而材料之间对土壤Pb和Cd钝化效率无显著差异.铁钙材料处理下各种土壤As钝化效果表现为GZ > SG > DS和MAS,土壤铅钝化效果表现为FS>SY、LY和SG>MAS,土壤镉钝化效果表现为SY、GZ和DS>MAS;铁锰材料处理下各种土壤As钝化效果表现为SY、LY和GZ > DS > FS,土壤Pb钝化效果表现为FS > GZ > SY,土壤Cd钝化效果表现为DS > LY > MAS.各种土壤As钝化效率在两铁基材料处理下均与土壤黏土含量呈显著负相关,各种土壤Pb钝化效率在两铁基材料处理下均与土壤pH呈显著正相关,各种土壤Cd钝化效率在铁钙材料处理下与土壤黏土含量显著负相关.总体来看,两铁基材料均适用于各不同种类As、Pb和Cd污染土壤的治理.     

南方土壤酸沉降敏感性研究 Ⅵ.固相组成与酸缓冲性能

通过连续提取方法研究了土壤固相组成对酸沉降敏感性的影响。结果表明，不同土壤质子缓冲反应的类型不同，因此，缓冲容量及缓冲强度等指标也有较大差异。有机质对酸缓冲反应存在双重影响。取决于土壤原始ＰＨ值及盐基组成状态。     

土地利用方式对土壤团聚体稳定性和有机碳含量的影响

探究不同土地利用方式下土壤团聚体的粒径分布、稳定性及有机碳在各粒径团聚体中的分布规律,以期为重庆地区土壤结构的改善及土壤有机碳库的维持及提高提供依据.以重庆市北碚区6种土地利用方式(针阔叶混交林、竹林、果园、旱地、水田和荒草地)为研究对象,采用湿筛法对土壤进行粒径分组,对比分析了6种土地利用方式处理下土壤团聚体和团聚体有机碳在0～20、20～40、40～60和60～100 cm土壤剖面中的分布规律.结果表明,不同土地利用方式下,土壤的结构和肥力水平存在显著的差异.在0～100 cm土层土壤的各粒径团聚体中,6种土地利用方式的团聚体粒径均以 0. 25 mm为主;其中,竹林 0. 25 mm团聚体含量最高,其次是荒草地,旱地与果园含量最低.不同土地利用方式下0. 25～2 mm的粒径团聚体主要分布在0～20 cm土层(28. 78%～50. 08%),而0. 053～0. 25 mm和0. 053 mm的粒径团聚体主要集中在40～60cm土层.在整个土壤深度内,竹林和荒草地的土壤团聚体MWD和GMD均高于其他土地利用方式,即二者的土壤团聚体稳定性较强.土壤团聚体稳定性与土壤团聚体有机碳呈极显著正相关(r=0. 569,P 0. 01),在0～100 cm土层中,土壤0. 25～2 mm和0. 053 mm粒径的有机碳含量较高,其中0. 25～2 mm的最高,平均含量为56. 54 g·kg~(-1).除旱地土壤各粒径团聚体有机碳含量在20～40 cm土层内最高,其他土地利用方式下土壤各粒径团聚体内有机碳含量均随土壤深度的增加而降低,表现出显著的表层富集现象.总体上,6种土地利用方式下,竹林和荒草地在各土层中的土壤团聚体稳定性较好,且在各土层中,竹林土壤各粒径团聚体有机碳含量最高.     

铬、砷离子吸附剂的制备及其吸附性能的研究

通过对沸石的改性,在沸石表面形成了一层纳米态的二氧化锰,而纳米态的二氧化锰及沸石都对水中重金属有强烈的吸附性能,从而达到对铬、砷离子的吸附作用。通过沸石与二氧化锰的配比、吸附溶液的pH值、吸附时间、改性沸石的用量对其去除效果的影响,探讨了吸附作用机理。通过吸附测定,改性沸石的最佳配比沸石：MnO2为2：1;改性沸石对As（III）的最佳吸附pH和时间为5.0和30 min;对Cr（VI）的最佳吸附pH和时间为7.0和30 min的条件下吸附效果最佳。     

负载型纳米铁吸附剂去除饮用水中As(Ⅴ)的研究

以活性炭为载体制备了一种负载型纳米铁吸附剂.纳米铁在活性炭孔内为针状,其直径为30～500 nm,长度为1 000～3 000 nm,载入量[m(Fe)/m(炭)]为82.1 mg/g.用1.5 g/L该吸附剂对pH 6.5、 (25±2)℃、 2 mg/L的As(Ⅴ)进行吸附其去除率为99.5%,在平衡浓度1.0 mg/L时,该吸附剂对As(Ⅴ)的吸附容量为15.4 mg/g;吸附速度较快,12 h可达91.4%,72 h达到吸附平衡.吸附过程可由孔内扩散模型较好地说明.除PO_4~(3-)、SiO_4~(2-)外其它常见阴阳离子均对As(Ⅴ)的去除影响不大.吸附剂可以用0.1 mol/L NaOH溶液再生,再生效率较高.实验室初步实验数据表明,该吸附剂对饮用水砷去除具有较好的应用前景.