农田重金属污染土壤的原位钝化研究

以中国河南省某市农田污染土壤为研究对象,采用化学钝化技术,加入不同钝化药剂对其进行重金属稳定化效果研究,同时采用室内小麦盆栽实验,对比分析其对土壤钝化后植物吸收情况。研究表明:原始土壤受As、Cd、Pb、Zn污染,其中Cd含量超过《土壤环境质量标准》(GB 15618–1995)二级标准,威胁粮食安全生产和人体健康;采用赤泥、磷矿粉和钙镁氧化物混合药剂均可在一定程度上对土壤中的Cd、As、Pb、Zn有钝化效果,其中向土壤中加入2%钙镁氧化物混合药剂对重金属Cd的钝化效果最佳且小麦幼苗地上部中Cd含量大幅度降低,有助于植物生长。研究为重金属污染农田土壤的修复技术提供了参考。     

聚合氯化铝铁改性凹凸棒石对Cd污染土壤的钝化修复效应

土壤重金属Cd具有难降解、易迁移和累积性强等特点,会破坏土壤环境,威胁粮食安全。将聚合氯化铝铁负载到凹凸棒石上,制备5种聚合氯化铝铁改性凹凸棒石新型钝化材料,通过扫描电镜(SEM)表征实验、钝化实验和玉米盆栽实验评价聚合氯化铝铁改性凹凸棒石对土壤Cd的钝化效果和环境风险。结果表明:将聚合氯化铝铁改性凹凸棒石施用于土壤中,能显著降低污染土壤二乙烯三胺五乙酸(DTPA)提取态Cd和毒性特征浸出态(TCLP) Cd的浓度。其中,掺入聚合氯化铝铁比例(质量分数)为25%的改性凹凸棒石处理土壤中2种生物有效态Cd的含量降幅最大,分别为21.51%和22.19%。改性凹凸棒石的施用促进了玉米幼苗的生长,聚合氯化铝铁掺入比例为25%时钝化效果最佳,玉米幼苗茎长较对照组增加了52.2%,玉米幼苗茎、根鲜生物量较对照组分别增加了75.1%和64.5%,茎、根干生物量较对照组分别增加了80.5%和79.7%,玉米幼苗茎、根Cd的含量较对照组分别下降了43.4%和24.7%。聚合氯化铝铁改性凹凸棒石具有较大比表面积、良好的离子交换能力和表面络合性能,显著降低了土壤重金属的生物有效性,可应用于Cd污染农田土壤的钝化修复。     

改性生物炭对弱碱性Cd污染土壤钝化修复效应和土壤环境质量的影响

通过大田示范试验,研究了钙基改性生物炭对弱碱性Cd污染土壤的钝化修复效应及对土壤理化性质、团聚体结构、土壤酶活性和玉米体内Cd累积特征的影响.结果表明,向弱碱性土壤中添加改性生物炭提高了土壤pH值、有效态阳离子交换量和有机质含量.与对照相比,添加钙基改性生物炭后土壤有效态Cd（DTPA-Cd）含量的降幅达到12.0%~30.2%,且Cd赋存形态由活性较高的可交换态和可还原态向更稳定的残渣态转变.改性生物炭的施加明显降低了Cd在植物体内富集的风险,玉米根、茎、叶和籽粒中Cd含量明显受到抑制,3种玉米品种籽粒中Cd含量较对照分别下降了52.65%~72.56%（郑单958）、37.54%~50.80%（蠡玉16）和23.60%~51.20%（三北218）.添加改性生物炭在一定程度上改善了土壤环境质量,土壤过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性随着改性生物炭施加量的增加呈逐渐升高的趋势.改性生物炭处理下,5~8 mm和2~5 mm粒级团聚体所占比例增加,而≤ 0.25 mm粒级团聚体占比有所下降,团聚体平均几何直径（GMD）和平均质量直径（MWD）分别增加了10.35%~29.34%和13.20%~27.03%,显示土壤团聚体稳定性增加.玉米籽粒中（郑单958）Cd含量与土壤有效态Cd含量呈显著负相关关系（p<0.01）.研究表明,钙基改性生物炭在钝化修复弱碱性Cd污染土壤和改善土壤环境质量方面具有一定的研究前景和可行性.     

牛粪生物炭对重金属镉污染土壤的钝化修复研究

为了探讨以牛粪为原材料制备的生物炭对重金属镉污染土壤的钝化修复作用,采用人工模拟重金属镉污染土壤进行盆栽试验,研究分别添加在低温300℃和高温700℃条件下制备的牛粪生物炭,对重金属镉污染土壤p H值、镉含量、镉形态及供试作物中镉含量的影响。结果显示:高温700℃制备的生物炭效果好于低温300℃,与对照值(CK)相比,当两种牛粪生物炭添加量为10 g/kg时处理效果最佳,土壤p H值、镉含量依次升高0.2和0.1、42.2%和21.84%,供试作物中镉含量降低了71.59%和51.22%,酸可提取态镉降低了21.69%和22.89%,残渣态镉含量升高了51.59%和77.71%;牛粪生物炭添加量为2.5g/kg时,Fe-Mn氧化结合态镉、有机结合态镉含量降幅最大,分别为21.88%和14.06%、31.82%和12.12%。牛粪生物炭对重金属镉污染土壤具有良好的钝化修复效果。     

磷酸盐对铅镉复合污染土壤的钝化修复研究

通过模拟实验,研究磷酸二氢钾、磷酸二氢钙和磷酸二氢铵3种磷酸盐对铅镉复合污染土壤的钝化效果,采用重金属形态分析和X-射线衍射法(XRD)探讨了钝化剂的修复机制。结果表明:3种磷酸盐处理可使土壤TCLP提取态Pb、Cd含量显著降低,其中磷酸二氢钙钝化效果最好,且随着投加量的增加,在n(P)/n(Pb+Cd)=5∶1时,钝化效率最高,对Pb、Cd的钝化率分别达到69.81%、35.18%。施加磷酸盐可使污染土壤中Pb、Cd从可交换态和碳酸盐结合态向残渣态转化,显著降低Pb、Cd的生物可利用性。X-射线衍射仪(XRD)检测发现,钝化后的土壤中有羟基磷铅矿、磷酸铅、磷酸镉等矿物晶体生成,表明3种磷酸盐对土壤中铅镉的钝化机理主要是生成难溶性磷酸盐沉淀和羟基磷铅镉矿物。     

改性山竹壳钝化Cd、Cu、Zn复合污染土壤的研究

以天然山竹壳(Man)为原料,采用KMnO4氧化法制备得到改性山竹壳(Mn-Man),通过扫描电镜和红外光谱对Mn-Man进行了物化性质表征,研究了Mn-Man对水溶液中Cd2+、Cu2+、Zn2+的吸附特征,在此基础上将Mn-Man投入重金属复合污染土壤中研究其钝化效果,分析了钝化前后土壤理化性质和重金属稳定性.结果...     

植物多酚物质原位钝化污染土壤重金属的研究 I.对土壤Cu吸持与溶出的影响

研究了两种缩合类植物多酚L和Y对土壤中污染元素Cu的吸持解吸的影响．结果表明植物多酚具有明显促进土壤吸持Cu，抑制土壤Cu的溶出作用，而且在潮上上效果更大在所研究的Cu和多酚浓度范围内，多酚Y都比多酚L作用显著．Cu的吸持等温线可用Freundlich方程定量描述有多酚存在的条件下土壤对Cu的吸持量比对照处理(不加多酚)高3—6倍．两种土壤对Cu吸持率随着多酚溶液浓度增加也随之增加，特别是在0-400mg(C)/L的多酚溶液浓度范围内，多酚Y和多酚L的浓度每提高100mg(C)/L，可分别使红壤对Cu的吸持率提高33.3％和56．60%，而使潮土提高14．1％和21．4％在土壤对Cu的吸附率相对比较低时(如pH2—5)，添加植物多酚显著增加土壤对Cu吸附．随着多酚溶液浓度的提高，两种土壤中Cu的溶出率都随之降低。     

土壤重金属污染原位钝化修复及效果评价进展研究

近年来土壤重金属污染越来越严重,各种土壤重金属污染修复技术中,原位钝化修复技术由于成本低、操作简单易行、并且修复效率高,对于中轻度浓度污染土壤的修复具有较好的应用前景,已经成为研究的热点.本文对原位钝化修复的机理机制进行讨论,指出影响钝化修复的因素包括土壤水分、土壤酸碱度、土壤有机质含量和生长的植物类型.结合了最近的研究发现将钝化剂分为无机钝化剂、有机钝化剂、微生物钝化剂和新型钝化剂和生物炭.阐述了修复后的评价方法,就钝化剂技术的局限性和应用前景给出了方向.     

生物炭复配海泡石钝化修复弱碱性镉污染土壤

通过大田试验,研究了生物炭复配海泡石对弱碱性土壤镉(Cd)有效性、赋存形态和土壤质量以及Cd在玉米体内吸收累积的影响.结果表明,复配材料表面粗糙且含有纤维状结构,结合了海泡石和生物炭的矿物晶体组成.不同钝化处理降低了土壤Cd的有效性,其中,添加0.2%生物炭+0.2%海泡石时土壤有效态Cd含量由0.38 mg·kg^-1下降至0.25 mg·kg^-1,Cd赋存形态由活性较高的可交换态和碳酸盐结合态转化为更稳定的残渣态.施用不同复配比的生物炭和海泡石后,显著降低了玉米各部位Cd含量,与对照相比,3种玉米籽粒中Cd含量分别下降了37.14%～40.55%(蠡玉16)、59.46%～68.78%(郑单958)和40.94%～47.84%(三北218).添加钝化材料较对照处理显著升高了土壤可溶性有机碳含量、土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性.其中,0.2%生物炭+0.2%海泡石处理对土壤脲酶和碱性磷酸酶活性提升效果最好,0.2%生物炭+0.5%海泡石处理对土壤过氧化氢酶活性提升效果最好.综合考虑,施用0.2%生物炭+0.2%海泡石复配材料对弱碱性Cd...     

锰基改性生物炭对弱碱性Cd污染土壤团聚体结构以及Cd含量特征的影响

通过田间试验,探究锰基改性稻壳生物炭对弱碱性Cd污染土壤有机碳含量、团聚体结构以及团聚体各粒级的Cd质量负载和有效态含量的影响.结果表明,施加改性生物炭,土壤有机碳含量表现为随着改性生物炭施加量的增加而呈现出逐渐升高的趋势,较对照增加了3.2%～32.0%.改性生物炭对土壤团聚体的分布结构和稳定性具有改良作用,增加了大团聚体(5～8 mm和2～5 mm粒级)所占的质量分数,微团聚体(≤0.25 mm)则受到抑制,土壤团聚体平均质量直径(GWD)、几何平均直径(MWD)和土壤团粒结构体(R_(0.25))较对照分别增加了15.1%～20.3%、 8.1%～22.4%和0.43%～7.6%.Cd含量主要富集在团聚体小颗粒中,其在土壤团聚体各粒级的质量负载随粒径的减小而逐渐增大.Cd分布因子在0.5～1 mm和0.25～0.5 mm粒级中表现出明显富集状况,而在5～8 mm和2～5 mm粒径中表现出明显亏损状态.与对照相比,添加改性生物炭降低了全土和土壤团聚体各粒级中DTPA-Cd含量,其中在5～8、 2～5、 0.5～1.0和0.25～0.5 mm粒径中分别降低了7.6%～15.1%、 15.6%～24.3%、 3.6%～13.8%和11.6%～13.7%(P0.05).总体而言,改性生物炭不仅对污染土壤团聚体的结构具有良好的优化作用,而且能够降低不同粒径土壤中Cd有效态含量,达到阻控修复Cd污染的目的.     

土壤锌污染修复实验研究

通过实验方法研究了土壤重金属锌污染的电动修复技术,分析了土壤重金属污染物的迁移和变化特征。实验结果表明在电场作用下土壤中重金属的浓度分布发生明显变化,使得大部分重金属能在电极附近富集而被去除,且土壤的pH值等是影响电动力学修复效果的主要因素。污染物Zn在电场作用下主要是在阴极附近产生富集,迁移方向由阳极向阴极,当实验电压为0.5V/cm时,在阳极附近土壤中锌的去除效率达到74.3%。电动修复中由于两极的氧化还原反应造成电极附近pH值产生明显变化,阳极附近的pH值由开始时的6.7逐渐变小到4.8,而阴极附近则相反,由开始时的6.8逐渐增大到9.2,表明土壤的酸性碱性条件变化明显。此外电动修复过程中电极附近的温度会发生相应的变化。     

矿物油污染土壤中芳烃组分的生物降解与微生物生长动态

以石油污染土壤中分离的细菌和真菌为供试微生物,研究不同微生物组合对矿物油芳烃组分降解及降解率与微生物生长间的关系.将不同组合的微生物接种到加有柴油浓度为1 000mg/L的液体培养基中,25～30℃经摇床连续培养100d.于0～60h内连续取样,进行微生物生长动态检测;于5～100d定期取样,研究微生物生长状况与矿物油降解率动态变化.同时,以草甸棕壤(0～20cm)制备的土壤悬浮液为土壤微生物对照,以灭菌培养基为非生物降解对照.结果表明,试验前期(约20d)外源菌的降解效果优于土壤微生物,试验中、后期,土壤微生物降解优势增大且保持持续.试验结束时,土壤微生物处理的液体培养基中芳烃降解率最高达79.24%,显著高于其它3组处理.     

外源铜锌在我国典型土壤中的老化特征

采用室内培养的方法,研究了我国3种典型土壤——红壤、水稻土和褐土,在铜、锌单一污染和复合污染下的老化过程. 结果表明,有效态铜、锌（0.01 mol·L^-1 CaCl₂提取的金属）随时间先是快速下降,然后缓慢降低,大约90 d是转折点. 无论是在单一污染还是在复合污染土壤中,铜和锌的老化都没有显著差异,预示着这2个金属有相似的化学行为. 铜、锌在红壤、水稻土和褐土中的老化最适合二级动力学方程（R²为0.994 0～0.999 9, p<0.000 1）,而抛物线扩散方程拟合程度较差,说明金属有效形态向无效形态的转化过程（老化）并不完全取决于扩散作用,它是表面聚合/沉淀作用、有机质包裹作用、扩散作用等交互的结果. 铜锌在土壤中的老化显著受pH影响,在低pH土壤（红壤）,金属有效形态比例高,老化速率慢,速率常数k₂为4.36×10^-3～7.05×10^-3 kg·(mg·d)^-1;高pH土壤（褐土）中,金属有效形态比例低,老化速率快,k₂为1.095×10^-2～1.377×10^-2 kg·(mg·d)^-1. 也就是说,随土壤pH升高,金属的老化速率加快.     

简化连续提取法评价污染土壤中Zn、Cd的植物有效性

以0.01 mol·L^-1CaCl₂和0.005 mol·L^-1 DTPA作为提取剂,用简化的3步连续提取法对贵州省赫章县土法炼锌污染土壤中Zn、Cd的形态进行了分析.结果显示,污染土壤中Zn、Cd主要以残渣态的形式存在,CaCl₂提取态和DTPA提取态Zn、Cd平均仅占全量的0.63%、3.91%和10.94%、10.13%.土壤中不同形态Zn、Cd含量与玉米中Zn、Cd含量的相关分析结果显示,CaCl₂提取态金属与玉米中金属含量没有显著的相关关系,而DTPA提取态、残渣态以及总量Zn、Cd与玉米根、茎叶中Zn、Cd含量显著正相关.这些结果表明CaCl₂提取态Zn、Cd对土壤中该元素的植物有效态可能不具重要贡献,而DTPA提取态金属和金属总量在一定程度上能作为评价土壤中元素植物有效性的标准.     

污染土壤生物修复中存在问题的探讨

污染物生物修复过程中存在着若干问题,其中包括引入外源微生物的条件与原则,生物修复过程中微生物的适应性机制与影响因素研究;污染物的浓度与生物修复之间的关系;有机污染物降解过程中的次生污染物问题;生物修复的现场放大技术;污染物的淋溶过程;对生物修复技术的生态毒理诊断与评价等.本文旨在提高对生物修复过程中存在的重要科学问题的认识,使生物修复技术的有效利用成为可能.     

微碱性土壤施用烟秆生物炭与磷酸盐降低小麦籽粒镉积累

为探究烟秆生物炭（TSB）和磷酸氢二铵（DHP）对微碱性土壤镉（Cd）迁移转化机制,通过盆栽试验调查了其施用对土壤pH、有效态Cd、Cd赋存形态和小麦Cd积累的影响.结果表明：① TSB和DHP显著降低了土壤有效态Cd含量,10.12 t·hm^-2TSB可降低微碱性土壤（pH 7.8）有效态Cd含量的44%.② TSB和DHP显著改变了土壤Cd的赋存形态,6.75 t·hm^-2和10.12 t·hm^-2TSB分别降低可交换态Cd含量的48%和42%,分别增加铁锰氧化物结合态Cd和有机结合态Cd含量的47%~67%和22%~38%.所有处理均增加了残渣态Cd含量,以TSB和DHP配施增幅最大,为115%~217%.③ TSB和DHP显著降低小麦根系、叶片、叶鞘、茎秆、颖壳和籽粒Cd含量.10.12 t·hm^-2 TSB小麦籽粒Cd含量降低56%,产量不受影响.10.12 t·hm^-2TSB和DHP配施小麦可增产32%,籽粒Cd含量降低53%.结果说明在微碱性土壤上施用TSB和DHP可促进土壤Cd的形态转化,降低土壤Cd的生物有效性,降低小麦籽粒Cd积累.     

不同浓度锌离子污染土的工程力学性能试验研究

通过直剪试验、压缩试验和三轴试验对人工制备最优含水率下不同浓度锌离子污染土的工程力学性能进行测试,研究了不同锌离子浓度污染土的抗剪强度和压缩特性。结果表明:随着锌离子浓度的增加,污染土的内摩擦角和压缩系数增加,内聚力和压缩模量下降,而污染土的孔隙比随着锌离子浓度的增加先减小后增大;在不同垂直压力下,随着压力的增加,污染土的压缩系数整体先减小后增大,压缩模量先增大后减小。     

麦饭石对复合污染土壤Cu、Cd的固持阻控

采用黑麦草为指示生物,探讨天然/改性麦饭石(NM和MM)对冶炼厂周边复合污染土壤Cu、Cd的固持阻控效果。结果表明:施用天然/改性麦饭石后,土壤弱酸提取态Cu含量向残渣态发生转化,由原来的37.36%分别下降至23.07%和10.37%。天然/改性麦饭石对土壤Cd的固持阻控效果与土壤Cu一致。天然麦饭石经0.5 mol/L Na_2SO_4改性后,比表面积由0.515 cm~3/g增加至1.281 cm~3/g,因此改性麦饭石对土壤重金属的阻控效果更优。土壤脲酶和酸性磷酸酶可以在一定程度上表征土壤重金属的活性变化。黑麦草的生物量、叶绿素含量和根系活力等指标均能准确地指示天然/改性麦饭石对土壤Cu、Cd活性的影响。     

土壤重金属污染修复技术研究进展

土壤重金属污染近年呈日益严峻趋势,如何进行重金属污染的土壤修复是当今农业生态环境面临的重要问题。文章从土壤重金属污染源解析入手,综述土壤重金属污染修复技术的研究进展,着重介绍国内外在土壤重金属防治技术上已有的一些方法与实践,提出今后在土壤重金属污染修复领域的发展方向,为我国土壤污染修复技术发展、农业环境保护和政府管理部门决策提供借鉴。     

焦化厂多环芳烃污染土壤的强化微生物修复研究

从北京焦化厂采集了多个多环芳烃(PAHs)污染土壤样品,目的是从中分离出PAHs降解菌并确定其适宜的生存条件,进行富集培养后,应用于焦化厂污染土壤的强化微生物修复.分别以美国EPA优先控制的16种PAHs中的一种为唯一碳源,采用平板划线法对降解菌进行分离并通过基因分析方法确定其种属,共获得7种PAHs降解菌,这些菌混合在一起,在适当的浓度条件下,可对16种2～6环的PAHs进行降解.在液体培养基中16种PAHs总浓度(ΣPAH16)为17μg/mL时,单一菌即可生长良好且具有降解活性,但当ΣPAH16为166μg/mL时,不论是单一菌还是混合菌(7种PAHs降解菌),其生长和活性均受到抑制.针对北京焦化厂污染土壤,设计了5组处理,即对照(C)、添加营养物(N)、添加营养物和降解菌(N+B)、添加营养物和表面活性剂(N+S)、以及添加营养物、降解菌和表面活性剂(N+B+S).经过5周的实验,与C组相比,N+B组16种PAHs的去除率平均提高了32%,N+B+S组16种PAHs的去除率平均提高了46%(其中10种4～6环PAHs的去除率平均提高了52%).添加PAHs降解菌和表面活性剂可明显增强土壤中PAHs的降...