硫化纳米零价铁(S-nZVI)对水体中镉的去除研究

由于矿山开采、工业废水排放及农业施肥等人类活动,使得我国镉污染日益突出.本研究采用液相还原法制备硫化纳米零价铁(S-nZVI),研究其对Cd的去除行为.考察了不同硫化剂、合成方法、S/Fe比(物质的量比)及pH对Cd去除的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X-射线衍射(XRD)等技术对反应前后的材料进行表征,结合批实验结果探讨Cd的去除机理.结果表明,采用一步法以硫化钠(Na_2S)为硫化剂合成的S-nZVI对Cd的去除效率远高于其它方法,去除容量可达385.6 mg·g~(-1).反应120 min后,S-nZVI对Cd的去除率随S/Fe比的增加而升高,S-nZVI反应体系受pH影响较小.材料表征结果显示,S-nZVI颗粒由Fe~0、Fe_3O_4、FeS组成,其中,FeS的含量随S/Fe比的升高而增加.S-nZVI对Cd的去除机理主要是Cd将FeS中的Fe置换,与S结合形成稳定的CdS.     

基于MODIS影像的洪泽湖水生植被覆盖时空变化特征及影响因素分析

水生植被是湖泊生态系统的重要组成部分,在改善湖泊水质、维护生物多样性方面起到重要的作用.当前我国湖泊普遍面临富营养化和水生植被退化等问题,监测水生植被时空变化特征、探究主要影响因子,对于保护水生植被和修复富营养化湖泊生态系统具有重要意义.因此,本文选用2007～2017年中等分辨率卫星MODIS数据,引入植被频次法(vegetation present frequency,VPF)提取水生植被信息,结合气象因子和人类活动分析了洪泽湖近11 a水生植被的时空变化特征及潜在影响因素.结果表明,洪泽湖水生植被VPF存在着明显的季节和年际变化,VPF春夏显著高于秋冬(P 0. 05,one wayANOVA),最大值0. 43出现在6月,最小值0. 21出现在1月,4～10月生长期显著高于其他月份.年际上,洪泽湖北部湖区(Z1) VPF呈现显著降低的趋势(R2=0. 56,P 0. 01),由2008年的最高值0. 50下降到2016年最低值0. 27,下降了45. 8%,表明水生植被在该地区呈现快速退化趋势.空间上,洪泽湖水生植被VPF整体上由沿岸带向开敞水域递减,其中北部(Z1)和西部湖区(Z2)高于其他湖区(Z3～Z5).洪泽湖全湖VPF年际变化受年均气温、年降水量、年平均风速和年日照时数影响不显著(P 0. 05),表明气候要素对洪泽湖水生植被年际变化影响较小.在采砂活动和水生植被共同存在的北部湖区,总悬浮物浓度与VPF存在显著负相关(R2=0. 48,P 0. 01),表明采砂导致的总悬浮物浓度增加是影响Z1区域水生植被退化的重要原因,又以采砂区附近表现尤为明显.     

三元土壤调理剂对田间水稻镉砷累积转运的影响

通过镉砷复合污染稻田的土壤调理剂原位治理,研究了三元土壤调理剂QFJ（羟基磷灰石+沸石+改性秸秆炭）对稻田土壤基本理化性质和水稻各部位镉砷累积转运的影响.结果表明,在土壤Cd总量3.58 mg·kg^-1,As总量124.79 mg·kg^-1污染程度下,施用QFJ后,水稻根际土壤pH值、阳离子交换量及有机质含量有增大的趋势;土壤交换态Cd和As含量可分别从0.37 mg·kg^-1、0.07 mg·kg^-1下降到0.12 mg·kg^-1、0.04 mg·kg^-1.QFJ的施用,可有效降低水稻各部位中Cd和As含量,在9.00 t·hm^-2施用量水平,可将糙米中Cd含量从0.46 mg·kg^-1下降到0.18 mg·kg^-1,无机As含量从0.25 mg·kg^-1降低到0.16 mg·kg^-1,同时低于国家食品污染物限量标准0.2 mg·kg^-1的要求,实现水稻安全生产.施用QFJ减少了水稻根系对Cd和As的富集,降低了水稻植株将Cd从地下部转运到地上部的能力,降低了根系转运Cd的能力以及茎叶、谷壳转运As的能力.     

广西西江流域土壤镉含量特征及风险评估

为了解广西西江流域土壤Cd含量分布特征及风险,结合土地利用方式进行大规模抽样调查,采集有色金属矿区土壤、农田土壤（水田土壤和旱地土壤）和自然土壤共2512个样品,测试其Cd含量.结果表明,西江流域土壤Cd的背景值为0.514 mg·kg^-1,显著高于前人研究结果（0.148 mg·kg^-1）和广西土壤背景值（0.267 mg·kg^-1）;旱地、水田、矿区土壤Cd含量分别为0.559、0.787、5.71 mg·kg^-1,水田土壤和矿区土壤Cd含量显著高于自然土壤;以西江流域土壤Cd含量背景值和基线值为限定值,超标率分别为51.2%、66.7%、77.8%和35.2%、39.6%、71.4%,矿区土壤和农田土壤都有明显的Cd积累趋势;从土壤Cd空间分布及污染特征来看,西江流域总体土壤Cd含量为0.726 mg·kg^-1,高Cd含量斑块主要集中在西江流域上游河池地区的南丹县、大化县、都安县、环江县和宜州市,以及柳江县、武宣县和象州县等地区,这些地方出现了重度甚至极重度污染、中等-强污染累积程度和高等-极高等潜在生态风险.总体上,广西西江流域上游地区的农业土壤、矿区土壤Cd污染问题突出,属于高Cd风险区域,土壤生态状况不容乐观,这主要与上游矿业密集区的矿业活动和地质高背景Cd有关,长期居住在矿区及周边地区的居民,以及食用这一区域生产的农产品,可能对部分当地居民的健康产生危害.建议进一步通过土壤-植物-人体体系展开镉风险评估,同时采取相应措施以控制风险.     

水分管理对硫铁镉在水稻根区变化规律及其在水稻中积累的影响

选取了酸性矿山废水污灌区重金属污染水稻土,通过盆栽试验研究了不同水分管理条件(60%最大田间持水量,80%最大田间持水量,最大田间持水量,前期淹水+抽穗扬花期烤田,全生育期淹水)下水稻根际土壤及其不同器官(稻根、茎叶和籽粒)中硫、Fe和Cd的含量变化.结果表明,随着土壤水分含量的增加,在分蘖期根际土壤中Cd的含量略有升高,在成熟期对水稻根际土壤中Fe和Cd含量的影响不大;水稻不同器官对铁的吸收逐渐增加,对Cd的吸收则逐渐减少,两者呈明显的负相关关系;但抽穗扬花期烤田对水稻各器官对Fe的吸收影响不大,却明显增加了各器官中Cd的含量.除旱作处理外,不同水分管理方式下,土壤中全硫和有效硫含量随着土壤水分含量增加逐渐减少,抽穗扬花期烤田能明显增加根际土壤中总硫和有效硫含量,水稻对Cd的吸收与根际硫含量增加存在协同关系.上述结果证实,水稻对Cd的吸收不仅与Fe吸收有关,土壤中硫的充分供给能显著增加Cd在水稻中的积累.     

镉污染应急处置含镉絮体稳定性实验研究

以广西龙江河镉污染应急处置过程中产生的含镉絮体为研究对象,在探讨扰动及pH对絮体稳定性影响的基础上,考察了絮体在模拟静态水库和酸性洪水中的稳定性.结果表明,扰动及pH对絮体稳定性的影响较大,扰动条件下,Cd2+浓度随河水初始pH变化规律为:pH 5.0>>pH 6.0>pH 7.0≈pH 8.0>pH 9.0,当pH为5.0时,Cd2+浓度较高,超标19～58倍;当pH为6.0、7.0、8.0和9.0时,Cd2+浓度不超标至超标11倍.含镉絮体在扰动水环境中释镉量较大,大部分样品的Cd2+浓度高于5.0μg.L-1,最大超标1倍;而在模拟静态水库中的释镉量较小,所有样品中Cd2+浓度均低于5.0μg.L-1,未超标,可见含镉絮体在模拟静态水库中稳定性较好.含镉絮体在模拟酸性洪水中释镉量大,Cd2+浓度超标14～25倍,稳定性差.因此,在龙江河的生态环境影响后评估工作中应加强洪水期的监测.     

引物选择对污泥微生物多样性分析的影响

研究不同引物对PCR-DGGE和PCR-RFLP技术分析污泥群落结构的影响,选取8对通用引物扩增16S rDNA不同可变区序列并对细菌多样性进行DGGE分析,也选取11对通用引物扩增16S rDNA片段并对细菌多样性进行RFLP分析.通过分析PCR产物琼脂糖凝胶电泳图谱、DGGE图谱和酶切图谱,评价不同引物的扩增效果及其对污泥群落多样性的表征能力.结果表明,采用不同引物进行污泥群落结构DGGE分析或RFLP分析时,污泥群落多样性差异显著.PCR-DGGE分析中,引物B341F/B534R(V3区)分析效果较好,条带较丰富,能够充分反映污泥群落多样性.PCR-RFLP分析中,引物27f/8f和1500R扩增效果较好,酶切位点较多,酶切图谱条带丰富,差异性显著,能够充分表征污泥群落多样性.因此,活性污泥细菌多样性分析时,PCR-DGGE分析较优的引物为B341F和B534R,PCR-RFLP分析较优的引物为27f/8f和1500R.     

异味混合物中组分浓度与其强度贡献关系研究

由挥发性有机污染物(VOCs)等引起的恶臭污染已经成为一个严重的环境问题,而污染物种类繁多,浓度差异大和物质间相互作用规律复杂等因素,对异味强度等感官评价研究造成极大困难.本研究针对室内环境,选取典型挥发性有机污染物组成多种异味混合物,6名专业嗅辨员组成嗅觉评价小组,分别评价异味混合物和相应各组分物质单独存在时的异味强度,分析混合物中各组分含量与混合物整体异味强度之间的联系.结果表明,当混合物中某物质异味活度(odor activity value,OAV)的自然对数值占混合物总量的比例小于20%时,其对混合物的异味强度贡献基本为零.利用该方法预先忽略多组分异味混合物中的部分物质,可以在异味物质相互作用规律和异味感官评价等研究中起到重要简化作用.     

秸秆还田对水稻镉积累及其亚细胞分布的影响

镉(Cd)是人类一级致癌物,大米食用是以大米为主食人群摄入Cd的主要途径.秸秆还田是秸秆处理中主要方式,在Cd污染稻田被广泛应用,其对水稻Cd吸收及水稻体内Cd的分布产生的影响不可忽视.本研究选用Cd水稻土,通过盆栽和大田试验分析了不同的秸秆还田用量(0.0%、1.0%、2.5%和5.0%)对Cd的亚细胞分布以及在水稻籽粒中积累的影响.结果表明水稻根细胞中的Cd主要分布在细胞壁中,占总Cd的86%~95%,茎叶细胞的细胞壁与可溶部分中的Cd含量相当,分别占总Cd的30%~51%和35%~61%.秸秆按1%和2.5%比例还田能显著提高根中Cd含量,以及细胞壁中Cd含量及其分配比例,并降低水稻体内Cd由根向茎叶转运;但5%的秸秆还田,分蘖期根中Cd含量和细胞壁中Cd含量显著降低,Cd由根向茎叶转运系数提高,灌浆期的根中Cd含量和细胞壁中Cd含量均显著提高,转运系数没有显著变化.大田试验前茬的水稻秸秆和油菜秸秆中Cd含量均较高,分别是0.49 mg·kg~(-1)和0.67 mg·kg~(-1);油菜秸秆单独还田或与石灰一起还田均没有显著影响水稻糙米或秸秆中Cd的积累;水稻秸秆单独还田也没有显著改变水稻糙米或秸秆中Cd的积累,但与石灰一起还田时能显著降低糙米和秸秆中的Cd积累;生物炭添加能显著降低水稻体内的Cd积累,且与石灰一起添加降Cd效果更显著.因此,当用Cd污染稻田前茬所产水稻秸秆还田时,建议与石灰一起添加可达到显著降Cd的效果.该研究将为Cd污染稻田的水稻安全生产与秸秆循环利用提供理论与实践指导.     

A simple method to harness DC (direct current) electrical energy generated by bacterial activity

We developed a new system for collecting electrons generated by bacterial activity to supply DC (direct current) electrical energy. This system used eight titanium sub-electrodes (surface area of each sub-electrode: 189 cm²) connected to one central main titanium electrode (surface area of electrode: 1571 cm²). The distance between each sub-electrode and the main electrode was 30 cm. In an initial experiment, we collected electrons during composting cattle excreta, which was mixed with a commercially available microbial compost activator/starter. We analysed the relationships between the composting temperature and electrical current and voltage. Electrons were effectively collected and used successfully to obtain DC electrical energy. Generation of a stable voltage of approximately 0.5 V was clearly observed. This voltage was not related to compost temperature; however, the generated electrical current increased and decreased with compost temperature. The method was then used in a second experiment to collect electrons generated by bacterial activity in an agricultural field (area: 48 m²). Electrons in the field were effectively collected, and we measured a stable voltage of approximately 1.1 V and a stable current of approximately 0.7 mA. The system has the advantages of being simple, easily maintained, inexpensive, and applicable to large-scale agricultural fields.