巯基硅烷改性多壁碳纳米管的合成及其对Cd2+的吸附性能研究

利用3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)作硅烷偶联剂对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性,制备巯基硅烷改性多壁碳纳米管(SHMWCNTs),并进行了SH-MWCNTs对Cd~(2+)的批量吸附实验.同时,利用扫描电镜(SEM)、X射线光子能量仪(EDS)、红外光谱(FT-IR)对SHMWCNTs进行表征,探究了溶液初始pH、吸附剂投加量、吸附时间、溶液初始Cd~(2+)浓度等因素对吸附效果的影响,分析了吸附动力学特征及吸附等温线特征,初步探讨了吸附机理.SEM、EDS与FT-IR图谱显示,MPTMS已成功接枝到MWCNTs表面,表明SH-MWCNTs制备成功.吸附时间为90 min,pH为4时的吸附效果最佳,吸附量随SH-MWCNTs投加量、Cd~(2+)浓度的增加而增大.吸附动力学和吸附等温线研究表明,SHMWCNTs对Cd~(2+)的吸附动力学符合准二级线性方程,吸附等温线符合Freundlich、Langmuir 2种模型,吸附以单分子层吸附为主,也存在层间扩散的多层吸附.     

柠檬酸对重金属复合污染土壤的浸提效果研究

以浙江富阳某炼铜厂附近受Cd、Cu、Pb和Zn复合污染的土壤为研究对象,采用振荡、静置和超声3种不同浸提方式,通过研究柠檬酸在不同浸提方式下对重金属的去除效果,筛选出最佳柠檬酸浓度、处理时间及功率,并采用Tessier连续提取法分析浸提前后4种重金属形态变化.结果表明,柠檬酸对4种重金属均具有较好的去除效果,其中对Zn的去除效果最好,Cd的去除效果最差,而Cu和Pb的去除效果相当.Pb和Zn的去除率均随着柠檬酸浓度的增加而增加,但增幅随之减小,Cu的去除率则先增加后基本保持不变,而Cd的去除率变化不明显.综合考虑成本和浸提效果后,选用0.2 mol·L-1柠檬酸浸提2次为最优条件,最佳振荡时间和静置时间分别为4 h和24 h,最佳超声时间和功率分别为30 min和500 W.柠檬酸能够在很大程度上改变土壤中重金属的形态分布,主要去除以可交换态和碳酸盐结合态形式存在的Cd及以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态形式存在的Cu、Pb和Zn.通过对比3种浸提方式,在同等去除效果的前提下,静置浸提相比振荡浸提需要更长的时间,而将超声波应用于重金属污染土壤淋洗,所需时间较少,因此,超声波辅助浸提土壤中重金属是可行的,具有良好的应用前景.     

生物质炭对土壤重金属形态转化及其有效性的影响

为了解土壤重金属形态转化及其有效性对生物质炭修复措施的响应,以Cd、Cu、Pb和Zn复合污染水稻土为供试土样,添加不同粒径(1 mm和0.25 mm)和不同施用量(0、1%和5%)的竹炭(BB)、稻草炭(RSB)进行为期1年的恒温((25±1)℃)培养试验后,检测土壤p H、有效磷含量及重金属DTPA有效态含量的变化,并采用BCR连续浸提法分析生物质炭对土壤中重金属元素化学形态再分配的影响.结果表明:稻草炭的施用显著(p0.05)提高了土壤的p H值,且在RSB-5%(0.25 mm)处理下效果最显著;稻草炭的施用显著(p0.05)提高了土壤的有效磷含量,且5%用量比1%用量效果更明显;而竹炭的施用对土壤p H值和有效磷含量均无显著性影响;RSB-5%(0.25 mm)处理对降低土壤中Cd、Cu、Pb和Zn有效态含量的效果最佳,分别减少了34.5%、50.1%、52.5%和52.1%;在细粒径(0.25 mm)稻草炭处理下,酸溶态Cd和Cu向可还原态和可氧化态转化,酸溶态Zn向可还原态转化;在粗粒径(1 mm)竹炭处理下,酸溶态Cu和Zn向可还原态、可氧化态和残渣态转化;酸溶态Pb在稻草炭处理下向可还原态和可氧化态转化,且细粒径比粗粒径效果更佳;竹炭和稻草炭的施用改变了土壤中上述重金属各形态的分配,且5%用量比1%用量效果更明显.     

长期施肥下浙江稻田不同颗粒组分有机碳的稳定特征

依托浙江水网地区稻田长期定位施肥试验(1996~2013年),利用固态13C核磁共振波谱技术,研究长期不同施肥措施下土壤各颗粒组分有机碳含量及其化学结构特征.结果表明,与不施肥对照(CK)相比,秸秆与化肥配施(NPKRS)、栏肥与化肥配施(NPKOM)、单施化肥(NPK)和单施栏肥(OM)处理均显著(P0.05)增加了砂粒(2~0.02 mm)、粉粒(0.02~0.002mm)和黏粒(0.002 mm)组分中有机碳含量;而单施秸秆(RS)处理仅显著增加砂粒组分有机碳含量.此外,与单施化肥处理相比,有机肥和化肥配施促进了新增有机碳在粉粒和黏粒组分的分配,更有利于新增有机碳的稳定.应用13C-NMR波谱技术进行结构表征,结果表明粉粒和黏粒组分有机碳的化学结构存在明显差异,粉粒组分烷氧碳、芳香碳的相对含量高于黏粒,而烷基碳、羰基碳的相对含量低于黏粒.长期有机肥与化肥配施下粉粒和黏粒烷基碳相对含量较单施有机肥处理分别降低9.1%~11.9%和13.7%~19.9%,烷氧碳的相对含量则分别增加2.9%~6.3%和13.4%~22.1%,表明有机肥与化肥配施处理降低了粉粒和黏粒组分有机碳的分解程度.长期单施化肥处理下粉粒和黏粒组分有机质的芳化度和疏水性低于单施有机肥处理和不施肥处理,有机质的矿化稳定性较低.长期有机肥与化肥配施,尤其是NPKOM处理,通过增加化学抗性化合物和碳水化合物的积累,并且减缓活性组分的分解提高粉粒和黏粒组分有机碳含量,是促进稻田土壤有机碳可持续积累的有效措施.     

竹炭和猪炭对空心菜-小青菜轮作土壤N2O和CO2排放的影响

以动物源的猪炭和植物源的竹炭为试验材料,通过田间小区试验,研究生物质炭的种类(竹炭和猪炭)、施用方式(一次施用和分批施用)对空心菜-小青菜轮作土壤N_2O和CO_2排放的影响,结果表明:空心菜季土壤N_2O和CO_2排放显著高于小青菜季,土壤N_2O和CO_2排放与土壤pH、温度呈显著相关(p0.01).与不施炭对照相比,竹炭处理可使两季空心菜和小青菜土壤N_2O累积排放量减少16.9%~39.9%,同时CO_2排放量减少9.2%~15.7%,且一次施用处理优于分批施用.猪炭处理在土壤N_2O减排效果上没有竹炭显著,且一次性施用猪炭处理明显增加了两茬空心菜土壤CO_2排放量,与对照相比,分别增加了13.3%和12.9%.与猪炭相比,一次性施用20 t·hm~(-2)竹炭处理在抑制土壤N_2O和CO_2排放上效果更佳.     

速生树种竹柳对镉的吸收、积累与分布特性

通过水培试验,对不同浓度镉(0、5、10、50μmol·L~(-1))处理下竹柳的生长、镉积累与分布情况进行了研究.结果表明,竹柳对镉的耐性较强,高镉(50μmol·L-1)胁迫下竹柳生长不受抑制,可以正常生长;镉胁迫下,竹柳叶片叶绿素含量下降,叶绿素a与叶绿素b比值增大;竹柳根系镉浓度最高,韧皮部次之;竹柳各部分对镉转移能力较弱,转移系数均小于0.5;地上部分对镉具有较强的持续富集能力,地上部位镉含量占植株总积累镉量的47%~77%.试验结果表明,竹柳可以作为一种新型植物修复材料,通过其富集镉的能力帮助移除污染土壤中的镉.     

速生树种竹柳对重金属胁迫的生理响应

为探讨速生树种竹柳(Salix sp.)对重金属胁迫的生理响应及耐受机制,以竹柳三号和竹柳五号为试验材料,在重金属复合污染(镉、铜、锌)的水稻土条件下处理65 d后,研究了其叶片叶绿素(Chl)、类胡萝卜素(Car)、可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白、丙二醛(MDA)含量及过氧化物酶(POD)和超氧化歧化酶(SOD)活性的响应变化.结果表明:重金属胁迫下,两种竹柳叶片的叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖、可溶性蛋白含量均显著(p0.05)降低,而脯氨酸含量、过氧化物酶、超氧化歧化酶活性均显著(p0.05)升高.重金属胁迫下,竹柳三号叶片的脯氨酸、可溶性蛋白含量和超氧化歧化酶活性均显著(p0.05)低于竹柳五号,而叶绿素b含量和过氧化物酶活性反之.对照土壤中,竹柳三号的可溶性糖、可溶性蛋白含量和过氧化物酶、超氧化歧化酶活性均显著低于竹柳五号,叶绿素含量反之.两种竹柳的叶绿素a/叶绿素b值、丙二醛含量无显著差异.综上所述,叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖和可溶性蛋白含量等可以作为竹柳耐重金属胁迫的评价指标.竹柳五号在重金属胁迫作用下可维持较高的可溶性糖、可溶性蛋白含量和过氧化物酶、超氧化歧化酶活性,因此,竹柳五号比竹柳三号对重金属胁迫有更强的耐性.     

丛枝菌根真菌及猪炭对多氯联苯污染土壤的联合修复作用

选用玉米(Zea mays L.)为供试植物,采用盆栽试验研究了接种丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌(Funneliformis mosseae)和添加不同粒径猪炭对多氯联苯(Polychlorinated biphenyls,PCBs)污染土壤的联合修复效应及其对土壤微生物的影响.结果表明,接种AM真菌(10%接种量)及添加2.5%猪炭对土壤有效磷含量提高具有显著的协同效应,猪炭还显著提高了土壤有机碳、速效钾含量和pH值(p0.05);猪炭显著促进了菌根真菌侵染率,但对玉米根系生物量具有抑制作用.接种AM真菌的同时添加猪炭提高了细菌16S rDNA丰度,且接种AM真菌同时添加粒径0.25 mm猪炭显著促进了土壤PCBs降解率.AM真菌与猪炭改变了土壤微生物种群的相对丰度,其中,Planctomycetes与土壤三氯联苯降解显著相关(r=0.049,p0.05),而Acidobacteria与五氯联苯降解显著相关(r=0.008,p0.01).AM真菌及猪炭提高了土壤有效养分含量,促进了植物生物量和土壤PCBs降解,对PCBs污染土壤具有较好的修复潜力.     

生物质炭及老化过程对土壤吸附吡虫啉的影响

通过批处理恒温振荡法,系统考察了土壤类型(熟化红壤、新垦红壤)、生物质炭种类(竹炭、稻草炭)、生物质炭用量(0、0.1%和0.5%,质量分数)及老化过程(恒湿30 d)对土壤吸附吡虫啉的影响.Freundlich曲线描述的研究结果表明,有机质含量高的熟化红壤对吡虫啉的吸附能力强于有机质含量低的新垦红壤.生物质炭的添加能增强土壤对吡虫啉的吸附能力,且吸附能力随生物质炭施用量的增加而显著提高.添加等量生物质炭,新垦红壤吸附吡虫啉能力的增强效果强于熟化红壤;在同种土壤中添加不同种类的等量生物质炭,新垦红壤添加稻草炭后吸附能力更强,熟化红壤添加竹炭后吸附能力更强.恒湿老化后的处理对吡虫啉的吸附能力与新鲜处理相比明显降低,且添加竹炭的处理比稻草炭处理受老化过程影响更大.