北美耕地环境保护管理制度对我国的启示

美国、加拿大两国在耕地环境保护方面获得了举世瞩目的成果,这对土壤污染问题严峻的中国而言具有重要的借鉴意义。本研究针对美国、加拿大耕地保护法律法规、农药管理和污染整治的实践内容,探讨北美两国在耕地保护与土地管理方面的历史经验,与我国的实际情况相结合,分析这些经验带来的启示,为我国当前耕地改革提供借鉴。     

优化热脱附技术对十溴联苯醚污染土壤的适用性及修复效果

为了探索绿色、高效、环保的修复PBDEs污染土壤的技术,在热脱附技术基础上将木炭同时作为尾气吸附剂和燃烧热源,处理不同十溴联苯醚污染水平的PBDEs(多溴联苯醚)污染土壤,通过14种不同溴代PBDEs同系物分析十溴联苯醚的降解产物组分并计算其去除率. 结果表明:在热脱附技术处理后,十溴联苯醚初始污染水平分别为500、800和1 000 μg/kg,污染土壤中PBDEs的去除率分别为63%、81%、94%. 14种不同溴代PBDEs同系物在热脱附反应后的残留产物中均有检出,其中热脱附处理后的土壤中以三溴和四溴PBDEs产物占优势,而尾气中则以四溴和五溴PBDEs产物为主. 根据热脱附试验前后土壤中PBDEs的结构组成对比及分析可知,降解和脱溴反应在整个热脱附反应过程中发挥了重要作用. 另外,XAD树脂吸附柱中虽有少量的氯代和溴代二英类物质(PCDD/Fs和PBDD/Fs)被检出,但其毒性当量浓度均小于0.1 ng/m3,符合欧盟、日本及我国所规定的二英物质排放标准. 研究显示,在利用优化的热脱附技术修复十溴联苯醚污染土壤过程中,PBDEs的去除率与污染土壤中其污染水平相关,并且热脱附过程以降解及逐级脱溴反应为主.      

利用大型土柱自然淋溶条件下研究土壤重金属的迁移及形态转化

为研究不同重金属在土壤中的迁移和形态转化,通过分层填装土柱,在土柱0~5 cm深度范围内添加Pb、Ag、Bi、In、Sb和Sn等重金属污染土壤,并在自然条件下淋溶4 a,分析各重金属在红壤、潮土、黑土和砂土中的迁移速率及其形态组成. 结果表明:①在>30 cm深度范围内,红壤、潮土和黑土中各重金属质量分数与其相应本底值相比变化不大;与试验前土壤相比,砂土整个剖面中6种重金属质量分数均较高. ②6种重金属在4种土壤中的残留率表现为砂土<潮土<黑土<红壤;对于0～10 cm土壤中Pb的残留率,在潮土中大于Ag和Sb,在黑土中大于Ag,在红壤中大于In,在砂土中则大于Sn. ③模拟试验后残留在土柱中的重金属主要分布在土壤表层(0～30 cm),而深层(>30 cm)较少;6种重金属在红壤、潮土、黑土和砂土中的残留率平均值分别为98.0%、65.1%、65.9%和56.5%. ④与添加污染土壤之前相比,试验后土壤中残渣态等稳定形态重金属质量分数较低,其中Pb、In和Sb均以碳酸盐结合态和有机金属络合态为主,Ag和Sn分别以有机金属络合态、双氧水可提取有机结合态和有机金属络合态、无定形铁锰氧化物结合态为主,而Bi则以碳酸盐结合态和双氧水可提取有机结合态为主. 结果显示,红壤中Pb的迁移风险较低,潮土和黑土中Ag、Sb的迁移风险较高,而砂土中Sn和Sb的迁移风险需要格外关注.      

气相抽提去除红壤中挥发性有机污染物的去污机理探讨

通过探讨土壤气相抽提去除红壤中挥发性有机污染物的去污机理,建立了一维稳态条件下污染物在土壤多孔介质中传质的总微分方程,分别求出了平衡模型和动力学模型的解析解和数值解,并用实验结果对平衡模型和动力学模型进行了模拟和验证.实验结果和模型模拟结果表明理论模型与实验结果吻合良好,平衡模型和动力学模型在描述污染物在土柱通风过程中的传质时,分别适用于不同的阶段.在通风初期平衡模型能够很好地描述实验结果,而随着时间的推移,平衡模型的预测曲线逐渐偏离数据点,到了通风中后期,只有动力学模型才能够较好地描述和预测实验结果.     

叶面喷施硫对镉污染土壤中水稻累积镉的机制研究

Cd（镉）污染稻田已成为影响全球农田土壤环境安全的重要问题,叶面喷施技术可以提高水稻对Cd的抗性,减少其对Cd的累积,保证农产品质量安全、维护土壤生态功能、防范环境和人体健康风险.通过两年四季的湖南省长沙县田间试验,探索叶面喷施S（以Na₂S计）在中轻度Cd污染稻田中的降镉、增产效果及其可推广性,进而设计水培试验,探究相关机制.结果表明:田间试验中,叶面喷施S可以将水稻产量提高6%~30%,水稻籽粒w（Cd）降低28%~50%.叶面喷施S能够增加水稻叶片的捕光能力和电子传递速率,与对照组相比,净光合速率提高2%~25%、气孔导度提高7%~25%、胞间CO₂浓度提高2%~10%、蒸腾速率提高1%~11%;实际光化学效率提升3%~21%,也可在一定程度上减缓光合系统结构和功能受到的损伤,同时提高光合作用碳同化的效率,提高水稻产量.傅里叶变换红外光谱图显示,叶面喷施S通过增强有机大分子类物质（如有机酸、多肽类等）的生成,可能直接与Cd发生螯合,区隔在细胞壁或者液泡上,降低Cd的侵害.研究显示,叶面喷施S在Cd胁迫水稻中积极参与生化过程的特定光合作用和蛋白质合成的调节,减轻了水稻Cd胁迫,可以尝试在同类型重金属污染农田土壤中推广.      

Cu/Al2O3低温催化氧化H2S研究

高效低成本的催化剂是低温催化氧化脱除硫化氢（H₂S）的研究重点,采用浸渍法研制了Cu/Al₂O₃催化剂,利用N₂物理吸附、XRD（X射线衍射分析）、XPS（光电子能谱）、FT-IR（傅里叶变换红外光谱）等表征手段了解催化剂的表面结构和物相结构,并开展不同温度、相对湿度、Cu负载量条件下的H₂S动态脱附以考察催化剂脱硫性能.结果表明:①催化剂是一种典型的介孔材料,且CuO和Cu₂O高度分散在催化剂表面.②FT-IR结果表明,催化剂在H₂S催化氧化过程中表面Cu_xO和表面结合水中的羟基均参与反应,且有SO₄2-的生成.③XRD、XPS结果表明,脱硫过程中有S单质和CuS的生成.④适宜的温度（50℃）和相对湿度（50%）会显著增强Cu基催化剂的脱硫性能.⑤负载量为3%的Cu基催化剂具有最佳的脱硫性能,穿透硫容量高达220.92 mg/g.研究显示,利用浸渍法可以合成低温催化氧化H₂S的高硫容Cu基催化剂.      

发达国家污染场地分类机制及其对中国的启示

分类机制为污染场地的初步筛选提供了技术支撑,是实现国家层面污染场地管理的重要环节。国外发达国家污染场地分类机制的建立和推广已有20～30年的历史,已逐步形成了较为成熟的评价因子框架、分类方法、程序保障机制及相应的技术手段。中国污染场地管理尚处于初步发展阶段,分类机制有待进行深入探讨和研究。详细阐述美国、法国、加拿大污染场地分类机制中评价因子、分类方法、计算方式、场地分类、程序保障等方面的内容,并对其异同点进行了初步比较和总结,从而提出了构建中国污染场地分类机制的初步思路。     

复合污染下丛枝菌根真菌对苎麻吸收重金属的影响

利用室内盆栽试验研究Cu、Zn、As、Cd、Sb五种重金属复合胁迫下接种丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AM真菌)对苎麻侵染率、生物量、地上部磷含量、重金属浓度及转运系数、抗氧化酶系统的影响。研究结果表明:在复合重金属胁迫条件下,AM真菌能够与苎麻形成良好共生关系,显著促进苎麻地上部对磷的吸收,增加苎麻生物量,改变苎麻抗氧化酶系统,同时调节苎麻对重金属的吸收与分配。具体来说,AM真菌对苎麻的侵染率为33.7%。与非接种组相比,接种组苎麻地上部Zn和Cd含量分别增加了50.3%和100.0%,地下部Cu和Sb的含量分别增加了30.4%和114.3%,地上部和地下部As的含量分别降低了121.6%和416.4%。与非接种组相比,接种组苎麻中Zn、As和Cd的转运系数分别增加了58.6%、148.1%和49.8%,Sb的转运系数降低了64.1%。接种AM真菌促进苎麻地上部对磷的吸收,磷含量增加了50.4%。接种组苎麻地上部与地下部生物量也较非接种组分别增加了22.2%和24.0%。同时接种AM真菌提高了苎麻体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性,分别提高了17.47%、31.75%、6.75%。     

中国环境基准理论与方法学研究进展及主要科学问题

环境基准是指环境介质中的环境要素对特定保护对象不产生不良或有害效应的最大限值,是环境标准制修订的科学依据。环境基准理论与方法学一直是国际环境科学和环境保护科学研究领域的前沿,也是国家环境管理的重大科技需求。本文在总结国际和我国环境基准研究成果的基础上,较为系统地阐述了环境基准的基本概况、理论方法学及重要进展。同时,结合学科特点和环境基准科技需求,综合分析了与环境基准理论方法学密切相关的系列关键科学问题。     

SSD法对西南碳酸盐岩母质区稻田土壤镉污染类型划分研究

在我国西南地区典型碳酸盐岩母质区域存在现行农用地土壤镉（Cd）污染风险管控标准值偏严的现象,表现为土壤中Cd含量超标而农产品中Cd无安全风险.针对该现实问题,在基于该地区稻米-土壤协同调查数据的基础上,充分考虑了土壤理化性质,通过分析样品中Cd的富集系数（BCF）并利用物种敏感性（SSD）分布模型,对Cd毒性剂量-效应关系进行拟合,最终反推出在不同pH下适用于典型碳酸盐岩类成土母质农用地土壤Cd污染的风险筛选值和管控值.结果表明:当土壤pH在5.5 < pH ≤ 6.5范围时,基于保护90%及10%的水稻品种安全所得的土壤Cd毒性阈值分别为HC₁₀=0.34 mg/kg和HC₉₀=2.00 mg/kg;在pH ≤ 5.5、6.5 < pH ≤ 7.5、pH > 7.5这3个pH条件下,HC₁₀分别为0.22、0.68和0.80 mg/kg,HC₉₀分别为1.64、4.80和9.20 mg/kg,当土壤中Cd含量低于HC₁₀时,表明稻米安全风险较低;当土壤中Cd含量介于HC₁₀~HC₉₀之间时,表明稻米安全具有一定风险,应对稻田土壤采取安全利用措施;当土壤中Cd含量超过HC₉₀时,表明稻米安全具有极高风险,应对稻田土壤采取严格管控措施.研究显示,我国西南地区典型碳酸盐岩母质区域农产品超标点位主要集中于5.5 < pH ≤ 6.5范围内,表明土壤pH对稻米Cd的富集效应有较大影响,在酸性条件下其富集效应更为显著.