Effect of Earthworm(Pheretima sp.) Density on Revegetation of Lead/zinc Metal Mine Tailings Amended with Soil

Abstract

The objective of this study was to investigate the effects of earthworm density on the availability of nutrients and heavy metals in metal contaminated soils. Pb/Zn mine tailings were mixed throughly with a red yellow podzolic soil at the ratio (w/w) of 75:25. Earthworms (Pheretima sp.) were introduced to the mixture at four different densities, zero, three, six and nine individuals per pot planted with ryegrass (Loliun multiflorum). The results indicated that earthworm activity significantly enhanced ryegrass shoot biomass. However, as denser earthworm population was introduced, shoot biomass tended to decrease. Earthworm activity significantly increased soil pH and availability of N, P and K in the tailings and soil mixture. There was a general tendency that uptake of Zn by ryegrass increased after earthworm inoculation, although the increase in extractable Zn in tailings and soil mixture was not significant. On the contrary, there seemed to be a lower uptake of Pb by ryegrass under earthworm inoclation, despite the fact that higher extractable Pb concentrations were observed. The present project indicated that the improved growth of ryegrass was due to improved nutrient availability and other soil conditions, by inoculation of earthworms at an appropriate rate. Further studies are needed to illustrate the relationship between metal availability and earthworm activity in the field.     

橡胶草(TKS)对铅镉污染农田土壤的修复潜力

橡胶草（TKS）是一种可作为天然橡胶原料的能源植物.为研究橡胶草对铅（Pb）和镉（Cd）污染农田土壤的修复潜力,通过人工控制性盆栽试验,以相关标准的风险筛选值和管制值为区间,施以4种浓度Pb和Cd复合胁迫处理,探讨橡胶草对Pb和Cd的富集及耐性特征.结果表明,随着土壤中Pb和Cd含量增加,橡胶草的叶绿素含量和生物量均逐渐降低,SOD、POD和CAT酶活性逐渐升高.Cd富集系数和转运系数在1.20~1.50之间,具有部分Cd超富集植物特征.Pb富集系数和转运系数在0.71~1.11之间,是较好的Pb富集植物,具有修复ω（Pb）为400 mg·kg^-1以下的土壤的潜力.Pb和Cd积累量逐渐增加,地上部最大Cd积累量为9.832 μg·plant^-1,最大Pb积累量为1091.185 μg·plant^-1.但在更低浓度的Pb和Cd复合污染土壤中,去除率更大,修复效率更快.使用橡胶草修复Pb和Cd污染农田土壤具有较好的应用前景和经济价值.     

磷基材料对土壤铅稳定化效果及影响因素的Meta分析

磷基材料对土壤Pb有良好的稳定化效果.利用Meta分析法筛选汇总了1997~2022年磷基材料稳定土壤Pb的90篇文献,从土壤性质、稳定化工艺条件和磷基材料类型这3个方面量化分析了磷基材料对土壤Pb的稳定化率、赋存形态转化和对土壤pH的影响.结果表明,从土壤性质来看,土壤碱性越强（pH≥7.5）、土壤ω（Pb）越低（≤500 mg ·kg^-1）和土壤ω（有机质）越高（>0.5%）时,越有利于磷基材料对土壤Pb的稳定化,稳定化率分别为75.21%、34.97%和93.12%.从稳定化工艺条件来看,磷基材料添加量较高（≥10%）、含水率较高（>50%）、养护时间较长（≥30d）和养护温度较高（≥40℃）时,更有利于土壤Pb的稳定化,稳定化率可分别达到80.65%、84.98%、79.39%和41.44%.从磷基材料类型来看,可溶性磷基材料对土壤Pb有很高稳定化率（96.24%）;其使土壤可交换态Pb和碳酸盐结合态Pb向残渣态Pb转化的转化率达到95.93%;可溶性磷基材料多呈酸性,对土壤pH的降低率为7.27%,难溶性磷基材料多呈碱性,对土壤pH的增加率为3.63%.综上,在土壤pH≥7.5、土壤ω（Pb）≤500 mg ·kg^-1、土壤ω（有机质）>0.5%、可溶性磷基材料添加量≥10%、含水率>50%、养护时间≥30 d和养护温度≥40℃时,磷基材料对土壤Pb的稳定化效果较好.可见在实际Pb污染土壤修复过程中,为提高Pb稳定化率,需综合考虑土壤性质、稳定化工艺条件和磷基材料类型等因素的影响.     

厦门某旱地土壤垂直剖面中重金属迁移规律及来源解析

采用ICP-MS和TIMS分析测定厦门市农业区某旱地土壤垂直剖面中8种重金属元素(V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr和Pb)含量及铅锶同位素组成,重点分析土壤剖面金属的纵向分层和淋失迁移特征.结果表明,除Sr外,其余重金属在大部分剖面深度中均未超过背景值,表明受外来源的影响较小. Sr在整个剖面的迁移系数均大于0,表明存在不同程度的富集; Zn和Co在近地表处富集; Cr、Ni和Cu在整个剖面中以亏损为主; V和Pb受外来活动的干扰小.淋洗迁移特征分析表明,Sr和Pb淋洗下移较活跃,其下移深度较大,但Pb下移深度低于Sr下移深度.因子分析表明,重金属主要为自然因子的输入,其次为农业活动和交通运输等复杂人为活动的输入.富集因子分析表明,Sr受外源不同程度影响.铅锶同位素组成分析表明,垂直剖面土壤中Pb主要来源于母质层,而Sr除来源于母质层外,还受到复杂人为源的影响,并已有向底层(30～70 cm)迁移的趋势.     

两种油菜不同铅富集能力差异机理

通过水培试验和大田试验研究了秦油1号（QY-1）和三月黄（SYH）2种油菜对Pb的吸收富集能力,并从叶片的亚细胞结构和抗氧化酶活性等角度探究二者对Pb的耐性和解毒机制.结果表明,在水培条件下,2种油菜的生长均未受到明显的抑制,随着Pb胁迫的增加,油菜吸收的Pb更倾向于分配在根部,减弱向地上部的转运.同时,在高Pb处理浓度（20mg/L）下,SYH的地上部和根部的Pb含量分别比QY-1提高了17.03%和77.07%.油菜叶片中Pb亚细胞区隔化研究结果表明,将Pb区隔在生物解毒组分（金属富集颗粒组分和热稳定蛋白组分）中是油菜富集Pb的重要耐性机制,其中SYH在该组分中Pb的分布显著高于QY-1.此外,抗氧化系统是这2种油菜应对Pb胁迫的重要解毒机制,Pb胁迫下SYH体内过氧化物酶和过氧化氢酶活性显著高于QY-1,可更有效地应对Pb胁迫对其的毒害效应.大田试验表明,田间条件下2种油菜吸收的Pb更倾向于转运到地上,且SYH的富集系数、地上部和根部Pb含量均显著高于QY-1.综上,SYH具有更高的Pb富集能力,具有修复中轻度Pb污染土壤的应用潜力.     

纳米金增强SPR铅离子检测器构建

为满足采用简便方法检测痕量铅离子（Pb²⁺）的需求,构建了新型的超灵敏、高特异性表面等离子体共振（SPR）生物传感器,用于水中Pb²⁺检测.以硫醇化GR-5脱氧核酶（DNAzyme）为Pb²⁺特异性识别探针,并自组装到芯片金膜表面,底物官能化的纳米金（S-AuNPs）用于信号增强,并与DNAzyme杂交形成传感薄膜.AuNPs不仅增加了质量变化,其局部表面等离子体共振（LSPR）与芯片表面传播SPR的耦合作用也可产生信号放大的效果.在Pb²⁺离子存在下,DNAzyme催化底物裂解,导致AuNPs的去除并引起SPR信号显著变化.通过X射线光电子能谱和扫描电镜对芯片表面的表征分析验证了传感薄膜构建过程和检测原理.Pb²⁺检测实验结果表明,1 μmol/L DNAzyme修饰的传感器检测效果最好,检测限为80pmol/L,并在100nmol/L范围内与Pb²⁺浓度的对数呈线性关系（R²=0.992）.该传感器对10倍浓度的其他金属离子无明显响应,说明其具有良好的Pb²⁺特异性;检测自来水和地下水中Pb²⁺的结果与ICP-MS方法有良好的一致性.研究建立的Pb²⁺检测方法具有高灵敏度和特异性,且操作简便,具有现场检测的应用前景.     

二氧化锰改性沸石对废水中Pb2+的吸附性能及其影响因素研究

改性后的沸石材料,可大幅度提高其对金属离子的吸附量,在治理环境污染方面具有巨大的潜力。高锰酸钾和硫酸锰反应生成的二氧化锰包裹在沸石表面,可大大提高其吸附性能,最终达到吸附废水中重金属的目的。研究了二氧化锰改性沸石对废水中Pb²⁺吸附性能的影响因素,如沸石与二氧化锰投料比、反应时间、溶液pH值、反应温度、Pb²⁺初始浓度等,并探讨了其吸附机理。试验结果表明:二氧化锰改性沸石对废水中Pb²⁺的吸附效果随着沸石与二氧化锰投料比的增加而提高,平衡吸附时间为12 h,吸附反应的最佳溶液pH值为5~6;二氧化锰改性沸石对废水中Pb²⁺的吸附为自发的吸热反应,吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,说明为单配体吸附模式;红外光谱分析发现,-OH是影响二氧化锰改性沸石吸附废水中Pb²⁺的主要官能团;低浓度腐殖酸对二氧化锰改性沸石吸附废水中Pb²⁺的影响较小,不产生竞争吸附。     

MnO2@Fe3O4/石墨烯复合材料对水中Pb(Ⅱ)的吸附

以氧化石墨烯（GO）为原料制备MnO₂@Fe₃O₄/石墨烯（RGO）,考察吸附过程中MnO₂@Fe₃O₄/RGO投加量、溶液pH值、初始浓度和吸附时间等因素对Pb（Ⅱ）的去除率和吸附量的影响,并运用BET比表面积测试法计算MnO₂@Fe₃O₄/RGO的比表面积和平均孔径,采用扫描电子显微镜（SEM）,振动样品磁强计（VSM）,X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）等对样品进行表征.结果表明：MnO₂@Fe₃O₄/RGO的比表面积为89.164m²/g,孔容为0.284cm³/g;随着pH值在2~10范围内增加,复合材料对Pb（Ⅱ）的去除率先增大后减小,pH=6时达到最大值.通过4种等温吸附模型（Langmuir、Freundlich、Temkin、D-R模型）和4种吸附动力学模型（伪一级动力学、伪二级动力学、Elovich、颗粒内扩散模型）拟合发现,MnO₂@Fe₃O₄/RGO对Pb（Ⅱ）吸附符合伪二级动力学模型.吸附等温线更符合Langmiur模型,属于典型的单分子层吸附,以化学吸附为主,最大吸附量为265.3mg/g.     

基于贝叶斯理论的小麦籽粒镉铅超标风险预测

对农作物污染风险进行预测具有重大意义.基于贝叶斯定理及数据分布特征,建立了贝叶斯风险预测模型,并使用区域大田调查土壤-小麦重金属含量数据,预测小麦籽粒Cd和Pb超标风险并验证该模型的准确度.结果表明,该模型预测小麦籽粒Cd超标风险时相对偏差较小,以小麦籽粒Cd含量为变量的预测相对偏差仅为(2.66±1.87)%,以土壤DTPA-Cd含量和土壤Cd全量为变量时预测相对偏差则分别为(5.11±3.77)%和(5.88±3.87)%, 3个变量均能使预测结果与真实超标概率的平均相对偏差小于10%.预测小麦籽粒Pb超标风险时,仅小麦籽粒Pb含量的预测相对偏差小于10%.数据来源、数据分布特征和变量的选择是影响贝叶斯风险预测模型预测相对偏差的重要因素.该模型基于大田数据的先验分布,能够有效反映大田生产条件下小麦籽粒重金属与土壤因子间的相互关系,预测较准确,具有应用潜力.     

南京市内河道沉积物中重金属元素形态及Pb稳定同位素组成

采集南京市居住和商业区内的河道沉积物,研究重金属元素的形态分布及Pb稳定同位素组成,探讨城市河道沉积物中重金属的迁移潜力和推断污染特征. 沉积物中重金属改良的BCR三步顺序提取研究表明,沉积物中Cd和Zn主要分布于酸溶态;Pb和Cu主要分布于可氧化态;Ni和Cr主要分布于残渣态. Cd和Zn的环境效应最值得关注,而Ni和Cr环境影响最小. 沉积物中m(208Pb)/m(206Pb)和m(206Pb)/m(207Pb)分别为2.102 4～2.123 9和1.159 3～1.184 5. 居住和商业区内的河道沉积物Pb稳定同位素组成相近,具有相似污染源. 居住和商业区内沉积物的Pb稳定同位素比率与文献中南京大气、城市土壤Pb稳定比率相似,因而河道沉积物重金属富集与城市重金属污染密切相关.