基于UNMIX模型的地质高背景地区土壤重金属源解析

采矿活动和高地质背景被认为是造成喀斯特地区土壤重金属污染的重要因素. 为了探究采矿活动和成土母质对喀斯特地区土壤重金属积累的影响,利用UNMIX模型和空间分析相结合的方法对广西北部典型金属工业区—刁江流域105个土壤样品中重金属(Cd、As、Pb、Cr、Ni)的分布特征与主要来源进行了研究,并将UNMIX模型源识别结果直接纳入GIS进行空间分析,对比采样点的主导源空间分布与污染源之间的关联性. 结果表明:①研究区土壤中w(Cd)、w(As)、w(Pb)、w(Cr)、w(Ni)的平均值为1.21、19.4、42.1、80.9、31.9 mg/kg;研究区土壤污染以Cd和As复合污染为主,个别采样点存在轻度的Pb污染. ②母质类型、土壤类型、土壤pH和工矿企业是影响重金属积累的重要因素. 对比分析可知,由碳酸盐岩母质发育而来的土壤和偏碱性土壤中重金属的平均含量较高;人为土中Cd、As和Pb的积累较明显,铁铝土中会出现Cr和Ni的共富集;污染影响区内w(Cd)、w(As)、w(Pb)偏高. ③源解析分析显示,研究区土壤重金属存在两类污染源,分别为土壤母质源(源1)、工农业混合源(源2),占比分别为68.45%和31.55%;土壤母质源(源1)对Cr和Ni的贡献占主导作用;工农业混合源(源2)对As、Pb的贡献高于其他重金属;研究区Cd的积累由土壤母质源(源1)和工农业混合源(源2)共同主导. 研究显示,研究区土壤重金属污染水平整体较高,这既与碳酸盐岩中固有的高重金属浓度有关,也与碳酸盐岩风化过程中残留富集导致的浓度放大效应有关,并且研究区多年的工矿业活动与河水灌溉进一步加剧了研究区农田的重金属污染程度.      

土壤中铜生态阈值的影响因素及其预测模型

利用中国土壤的铜毒理学数据通过物种敏感性分布法推导了土壤中铜的不同风险水平(P%)的毒害浓度值(P% Hazardous concentration, HCp),并利用淋洗―老化因子校正HCp获得不同土地类型土壤中铜的生态阈值,探讨了土壤性质对铜生态阈值的影响并建立了两者之间的量化关系.结果表明,土壤性质对铜的生态阈值有显著影响,土壤pH值和阳离子交换量(CEC)是影响土壤铜生态阈值的最主要因子,可达铜生态阈值变异的80%以上.基于土壤pH值和CEC的两因子回归模型能较好地预测铜生态阈值,其决定系数R2为0.820~0.913;增加土壤有机碳含量(OC)的三因子模型具有更高的准确性,其决定系数R2为0.852~0.988.研究结果可为科学合理地进行土壤中铜的生态风险评价和建立土壤环境质量标准提供依据.     

石棉尾矿渣在土壤重金属及农药污染治理中的应用

石棉尾矿渣具有良好的孔道结构、较大的孔体积和较高的比表面积,是一种理想的吸附材料,在重金属和和有机污染等治理方面表现出巨大潜力。本文在对石棉尾矿渣的矿物组成、晶体结构、化学基团及理化性质进行分析的基础上,对其在重金属污染治理、农药污染治理、农药缓释助剂等方面的应用进行了汇总分析,并对应用中实际存在的问题进行了分析与探讨。指出天然石棉尾矿渣吸附能力不足、功能单一,对土壤结构、理化性质、微环境扰动较大的问题,应加强石棉尾矿渣酸浸改性及高温热解处理,以制备出吸附能力更强、功能更加丰富的石棉尾矿渣基功能材料;并指出了石棉尾矿渣在应用中的研究方向。     

黑腐酸对Cd2+的吸附响应面优化及机理研究

以山西褐煤为原材料制备黑腐酸,选择吸附温度、时间、pH值、黑腐酸用量和Cd²⁺初始浓度5个影响因素,采用Box-Behnken响应面法对吸附条件进行优化,分别建立黑腐酸对Cd²⁺的吸附容量和吸附率的二次多项式模型,确定最优吸附条件.将吸附过程拟合等温吸附方程,进行热力学分析,并对材料进行表征.结果表明,pH值、黑腐酸用量和底物浓度为黑腐酸吸附Cd的显著影响因素,优化后的条件为温度308K、时间107.82min、pH=5.55、黑腐酸用量0.05g,底物浓度95.56mg/L,表明黑腐酸是一种良好的吸附材料,吸附效果随温度的升高而增大,能够处理高浓度重金属污染.吸附过程符合Langmuir模型,308K下最大吸附量为54.20mg/g;热力学分析得ΔG⁰ < 0、ΔH⁰ > 0、ΔS⁰ > 0,即反应是自发的吸热熵增反应;黑腐酸表面粗糙多孔,具备良好的比表面积与孔隙结构,具有多种官能团,吸附反应有羟基、羧基等参与形成氢键,并与无机矿物发生离子交换.本研究可为揭示黑腐酸对重金属的吸附机理提供理论依据.     

牵牛花对石油污染盐碱土壤微生物群落与石油烃降解的影响

利用磷脂脂肪酸（PLFAs）生物标记法分析野生型牵牛花（Pharbitis nil （Linn.） Choisy）根际土壤微生物群落结构,探讨牵牛花生长对石油烃污染土壤微生物群落与石油烃降解的影响.结果表明,供试土壤微生物群落中,先后出现了24种PLFAs,包括标记细菌的饱和脂肪酸（SAT）、革兰氏阳性菌（G⁺）的末端支链饱和脂肪酸（TBSAT）、革兰氏阴性菌（G^-）的单不饱和脂肪酸（MONO）和环丙脂肪酸（CYCLO）、真菌的多不饱和脂肪酸（PUFA）和放线菌的中间型支链饱和脂肪酸（MBSAT）等六大类型.PLFAs的主成分分析（PCA）表明,牵牛花根际与对照组（未种牵牛花,CK）土壤微生物群落具有明显的差异,微生物多样性在春季增加83%、夏季增加140%、秋季增加50%;微生物的生物量在春季增加97.6%,夏季增加116.3%,秋季增加60.3%.牵牛花根际与对照组相比土壤中石油烃降解率明显提高,在春、夏、秋季分别提高了7.5%、34.2%和19.7%;并且,在牵牛花生长的不同季节石油烃的降解率有明显的差异,春季为22.3%,夏季为51.8%,秋季为38.0%.相关性分析表明,石油烃降解与土壤微生物总生物量具有中等程度的相关性（|r|=0.75）;与G⁺细菌、甲烷氧化菌的生物量具有高度相关性,相关系数|r|>0.8;与G^-的生物量具有中度相关性,相关系数为|r|=0.74;与真菌的生物量具有低度相关性,相关系数为|r|=0.36,与放线菌没有相关性,相关系数为|r|<0.30.     

物种敏感性分布法在土壤中铜生态阈值建立中的应用研究

利用不同累计概率分布函数拟合了基于中国土壤的21个物种的铜毒理学数据,建立了不同土壤条件下的铜物种敏感性分布曲线.结果表明物种敏感性分布方程Burr Ⅲ在X轴(浓度)方向及y轴的较小累计概率范围内拟合优度较佳.在构建土壤中铜物种敏感性分布曲线时,利用铜生物毒害模型归一化处理能体现土壤性质对铜毒害的影响,相比于未归一化(不考虑土壤性质差异的影响)的结果更具科学性.结合铜的生物毒害模型利用Burr Ⅲ构建了中国土壤4种典型情景中的物种敏感性分布曲线,并基于此推导出了不同土壤情景下的铜5％毒害浓度(HC5),其在酸性土壤、中性土壤(包括水稻土)、碱性非石灰性土壤和石灰性土壤中的值分别为13.1、29.9、51.9和26.3 mg·kg-1(以土壤中外源铜为单位).此结果不仅表明了不同土壤条件下的不同物种对铜毒害的敏感性分布规律,还为建立对应土壤性质的铜生态阈值提供了可靠的科学基础.     

原位生物修复提高多环芳烃污染土壤农用安全性

为了减少多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)在作物体内的富集,降低食源性PAHs对人类的潜在风险,提高PAHs污染土壤的农用安全性,在受到PAHs污染的麦田中施用类球红细菌(Rhodobacter sphaeroide)菌剂(RS)进行原位修复.以叶面喷施(B)和根部喷施(D)50倍稀释的RS两种方式处理,以喷施等量清水的处理为对照(A),不做任何处理的麦田为空白(CK),从小麦苗期开始处理,到小麦成熟期测定了土壤和小麦籽粒中PAHs含量以及根际土壤微生物群落结构的变化,探讨了施用RS对PAHs污染土壤的强化修复作用.结果表明,施加RS的B区、D区与空白(CK)区相比,标识土壤微生物的磷脂脂肪酸(PLFAs)种类均有29.6%变异率;土壤PAHs的去除率分别提高了1.59倍和1.68倍;富集因子分别降低了58.9%和62.2%;50穗小麦籽粒的干重分别提高了8.95%和12.5%.RS的施用改变了土壤微生物群落结构,活化了土壤微生物的代谢活性,从而加快了土壤PAHs的降解;同时,RS的施用也降低了PAHs在小麦籽粒的富集量,提高了小麦的产量,显示出RS在提高PAHs污染土壤的农用安全性方面具有应用潜力.     

酚类化合物分子连接性指数与毒性

运用分子连接性指数(MCI)对部分酚类化合物的毒性进行了回归分析.以三阶价MCI(0Xv、1Xv、2Xv)为自变量,毒性指标为响应量,对比分析了酚类化合物对小鼠、发光菌和翻车鱼的毒性.结果显示,MCI对毒性的拟合总体较好,可用于对酚类化合物毒性的初步预测,但对小鼠的毒性显示化合物的专性毒性,拟合效果较差.变量的筛选采用向后筛选策略,结果表明,对于翻车鱼和发光菌,虽然自变量数减少,但方程拟合仍然很好.研究结果对于运用MCI研究化合物毒性具有一定的参考价值.     

纳米碳及其复合材料对油菜生长和土壤氮素保持效应的影响

采用盆栽种植实验及淋溶试验方法,研究了纳米碳及其与沸石、保水剂等材料复合对油菜生长和土壤氮素淋溶情况的影响.结果表明,在各处理中,纳米碳与沸石和保水剂复合材料处理(N4)对油菜的株高和干重影响最明显,较空白对照组(CK)分别增加21.12%和16.51%;在土壤淋溶试验中,各处理的土壤总氮淋出量较CK减少25.00%~39.21%,其中,累积淋溶中NH+4-N量占总氮量的4.44%~6.73%,各处理间无显著差异,NO-3-N量占总氮量的49.33%~60.05%,但各处理间差异显著;纳米碳和沸石复合处理能有效延缓NO-3-N峰值出现时间,减少NO-3-N流失.因此,N4处理在促进作物生长和氮素保持增效利用方面效果最佳.