微生物促进植物修复重金属污染土壤机制研究进展

归纳总结了近10年来微生物促进植物修复重金属污染土壤的主要机制,包括微生物促进修复植物生长的耐性机制和影响植物提取/固定重金属的积累机制,并展望了今后的研究重点。对微生物促进机制的研究有助于更好地掌握及实施微生物-植物联合修复技术,进而提高污染土壤的修复效率。     

厦门岛内不同功能区土壤与灰尘重金属污染的特征及评估

以厦门岛内城市表层灰尘和土壤为研究对象,系统考察了不同功能区(商业区、风景区、工业区、居住区)表层灰尘和土壤中典型重金属Cr、Cu、Cd和Zn的质量比水平和分布情况,采用单因子污染指数法和综合污染指数法评价其污染程度,并分析它们的相关性及可能来源。用综合污染指数法得出土壤重金属污染强度从大到小依次为工业区(7.8)、商业区(4.9)、风景区(3.8)、居住区(3.5),灰尘的污染强度顺序为工业区(4.5)、商业区(3.9)、居住区(2.2)、风景区(2.1)。单因子污染指数法结果表明,各功能区土壤及灰尘都受到了重金属污染(Pi1),且与综合污染指数法得到的污染强度顺序类似,在土壤方面,商业区所有元素,风景区除Cr外,工业区除Pb、Cd外,居住区的Cu、Pb、Zn都达到了重度污染(Pi3);对于灰尘,商业区和工业区的Cu、Zn均达到了重度污染。相关性分析结果表明,各功能区的元素间无负相关关系,表明各元素间没有显著的抑制关系。从总量上看,土壤比灰尘中重金属质量比更高。最后对比分析了我国其他城市与厦门市的土壤重金属质量比。     

甘肃省土壤重金属污染的研究进展

从甘肃省土壤重金属污染研究现状、土壤重金属污染原因分析及防治措施等方面对土壤重金属污染的研究进展进行了综述,为土壤重金属污染的研究提供参考依据。     

新建电子废弃物拆解厂附近土壤重金属污染评价及其来源分析

为了探究新建电子废弃物拆解厂附近土壤重金属污染水平与同源相关性,对上海某新建(2012年)电子废弃物处理厂附近土壤中的重金属进行了分析,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对土壤中As、Cd、Pb、Cu、Zn 5种重金属元素进行了测定,采用潜在生态风险指数法和地累积污染指数法对污染程度进行了评价。结果表明,除Zn外,该场区附近土壤As、Cd、Cu、Pb质量比的最小值均大于当地化工区土壤的背景值,其中As和Cd的质量比更高,分别为国家二级标准(GB 15618—1995)的1.7倍和1.68倍。评价区土壤重金属的风险指数为392,属于强生态风险,其中Cd的潜在风险指数达到了285,具有很强的生态风险;As的风险指数为83,具有强生态风险;Pb、Cu和Zn具有轻微生态风险,应用地累积污染指数法得到了相似的结果。通过重金属相关性分析得出,5种重金属相互间具有显著相关性,可初步判断均来自电子废弃物拆解生产过程中产生的污染,因此,必须进一步加强电子废弃物拆解过程的污染控制。     

矿区植物重金属污染的高光谱特性及其反演模型

植物体内重金属的大量聚集将造成植被叶面反射光谱在特定波段内的特征性变化。以陕西潼关矿区葎草、玉米、苦菜、梧桐典型植被为研究对象,利用ASD Field Spec 4光谱仪采集植物光谱曲线,采用导数光谱、连续统去除法等信息提取方法,分析植物红边位置、红边斜率、植被指数等光谱特征参数与植物样本重金属相关性。选择蓝谷、红边位置等相关性较高的敏感波段,构建矿区两种葎草和梧桐的镉(Cd)、铅(Pb)质量比与其光谱参数定量反演模型。结果表明,葎草、梧桐的Cd、Pb与一阶微分光谱特征相关程度更好,多数符合二次多项式函数关系,然而葎草的Cd符合反函数关系,均方根误差在0.03~0.07。室内试验验证两种植物叶绿素含量与Cd含量负相关,在Pb低浓度时植物的叶绿素含量减少得不明显,随Pb浓度升高,叶绿素含量降低明显。因而植物高光谱特征间接反映植物重金属的含量。     

保定城市土壤重金属污染及潜在生态危害评价

为了解保定城市土壤重金属污染状况及潜在生态危害,以保定城市土壤为研究对象,采用单因子指数法、尼梅罗综合指数法、潜在生态危害指数法对保定城市土壤重金属污染特征及潜在生态危害进行评价。结果表明,保定城市土壤As、Cd、Hg、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni的平均值分别为9. 75 mg/kg、0. 18 mg/kg、0. 21 mg/kg、38. 99 mg/kg、66. 30 mg/kg、29. 10mg/kg、122. 36 mg/kg、28. 05 mg/kg。保定城市土壤中重金属元素平均值(除As、Ni、Cr外)均高于河北省土壤背景值,其中Hg、Pb、Zn元素的平均值较大,分别是河北省土壤背景值的5. 28倍、1. 74倍、1. 75倍,表明这些元素受到人为因素及工业活动的影响。保定城市土壤重金属污染程度从大到小依次为Zn、Pb、Hg、Cd、Cu、Cr、Ni、As,其中Cd、Pb、Cu以清洁状态为主,Hg以安全状态为主,As、Cr、Ni元素处于完全清洁状态,Zn元素出现污染,面积达到研究区面积的2. 08%。整体而言,保定城市土壤环境良好,局部污染,清洁、安全、警戒土壤面积比例分别为64. 58%、33. 33%、2. 08%,主要出现在保定市北部地区,其形成可能与工业生产及人类活动有关。保定城市土壤重金属潜在危害程度由大到小依次为Hg、Cd、As、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni。各重金属元素中,产生潜在生态危害的重金属主要是Hg,已达到很强潜在生态危害水平,其余重金属均为轻度潜在生态危害;综合潜在生态危害指数(RI)达到中等生态危害程度,达到强生态危害和很强生态危害程度的面积之和占研究区总面积的35. 41%,其形成可能与工业生产有关。     

复合药剂对不同类型重金属污染土壤的固化修复

为了考察复合药剂对Pb、Hg、Cr、Cd、Zn、Cu和Ni污染土样的固化修复效果,以重污染企业用地、冶炼厂河道底泥和自配土壤为污染土样进行试验,试验中的普适复合药剂主要为含磷酸盐沉淀剂、黏土和水泥,视情况辅以无机还原助剂和有机络合助剂。在普适药剂(相对原土样的质量分数15%)、还原剂(5%)和有机助剂(2%)的组配下,处理后的重金属浸出质量浓度低于GB 18598—2001标准值。普适药剂对Pb、Cd、Zn、Cu、Ni的固化有效,磷酸盐是促成Pb固化的关键成分,黏土和水泥分别起到吸附固定和物理包封的作用。无机助剂中的还原/络合性成分和硫化物分别对Cr(VI)和Hg的固化有明显的促进作用。对于Pb、Cd、Zn、Cu复合污染土壤的修复,分析了重金属浸出质量浓度随普适药剂投加量变化的特征曲线,结果表明,Pb比Cu的曲线斜率更大,表明Pb的固化效率更高;Cd和Zn具有相似的曲线形状,推测二者具有类似的固化机理。     

某页岩气开发场地重金属污染风险分析

为探究页岩气开发不同阶段对开发场地土壤中重金属含量的影响,以长宁区块某平台为例,监测开发过程中场地土壤重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn的质量比变化,并对其分布特征评价。结果表明：页岩气开发各阶段场地土壤中重金属元素As的超标率最高达到了76.92%,页岩气开发对场地土壤中重金属Hg、Cd、As质量比变化影响程度相对较大;部分采样点土壤受重金属元素Cd与Hg影响存在中等生态危害风险,但场地内土壤重金属的综合生态风险指数RI平均值为70.357<150,仍有0.67%的比例存在中等生态危害风险;4.35%采样点土壤中因重金属元素As影响为中度污染风险,场地内土壤重金属的综合污染指数P的平均值为0.880,但1.35%采样点的土壤为中度污染风险。因此页岩气开发场地内土壤重金属存在一定的污染风险,为避免页岩气开发过程对场地土壤的污染,应加强重点区域防控与措施整改降低页岩气开发过程对场地土壤的污染风险,减少页岩气开采对资源地环境的影响。     

长汀稀土矿废弃地土壤重金属污染特征及其评价

为了解离子型稀土矿开采废弃地土壤重金属污染状况,以福建长汀稀土矿废弃地为研究对象,测定了3类废弃地及未开采对照区土壤的重金属质量比,采用地积累指数、内梅罗指数和潜在生态风险指数对其污染状况进行了评价。结果表明:长汀稀土矿废弃地不同功能区土壤重金属污染存在一定差异,其中Cd污染最严重,原地浸废弃地、取土场、废弃堆浸池的Cd质量比分别为福建省土壤背景值的141倍、97倍、69倍;4个采样区土壤Cd均达重度污染水平,Cr、Cu均未污染,Pb在取土场达轻度污染,Zn在废弃堆浸池达轻度污染;综合潜在生态风险指数达极重污染水平。     

污水灌溉对土壤重金属含量、酶活性和微生物类群分布的影响

以沈阳张士灌区长期污灌的农田土壤为对象,研究了土壤重金属、土壤酶活性、微生物生物量和种群分布特征,分析了土壤微生物参数与土壤重金属和土壤性质的相关关系.结果表明,虽然已停止污灌十余年,张士灌区农田土壤仍存在Cd、Zn、Cu等多种重金属污染.土壤Cd污染最严重,含量达1.75～3.89 mg·kg-1.土壤耕作层(0～30cm)Zn、Cu、Pb总含量随土层深度增加逐渐减少,而Cd元素的垂直分布呈向下迁移的趋势.Cd、Zn、Cu、Pb等4种重金属含量水平分布特征相似,均为1号样地＞2号样地＞3号样地＞4号样地.相关性分析表明,张士灌区土壤酶活性、微生物生物量和种群分布受重金属污染和土壤养分的影响,土壤养分含量(有机碳、N、P、K)对微生物的正面效应大于重金属对微生物的负面效应.土壤全量Cd和速效K对微生物参数的影响最为明显,Cd含量与多酚氧化酶活性和微生物生物量(Cmic)呈极显著负相关,与纤维素酶活性呈极显著正相关(P＜0 01),速效K含量与多酚氧化酶活性、微生物生物量以及可培养微生物种群数量均呈极显著正相关(P＜0.01).     

污水灌溉对地下水污染的机理研究

以焦作市南部新河沿岸灌溉区为研究对象,分别用污水和大气降水进行了土柱淋滤模拟实验,分析了氯离子、总硬度及TDS在土壤中的迁移转化机理.实验结果表明,渗出液中的污染物浓度最初较小,随后出现最大值,最后开始下降.表明当地浅层地下水中氯离子、总硬度及TDS污染与污水灌溉有关.     

土壤重金属含量对3种常见菊科叶菜重金属累积的影响

为了解蔬菜产地土壤重金属含量对蔬菜重金属累积的影响,以我国南方常见的3种菊科叶菜(苦荬菜Sonchus oleraceus、生菜Lactuca sativa var.crispa、油麦菜Lactuca sativa)为研究对象,选择5种重金属为研究指标,对蔬菜及其产地土壤重金属含量的相关性等进行了分析。3种蔬菜的重金属富集系数表明,3种蔬菜吸收、累积不同重金属元素的能力存在明显差异(p0.05),5种重金属被蔬菜吸收的容易程度从大到小依次为镉、铬(汞)、铅(砷)。各蔬菜品种的重金属超标率和土壤重金属超标率存在不一致现象。其中,蔬菜中镉、铬、砷、汞的超标率均低于土壤的超标率,而蔬菜中铅的超标率则高于其对应土壤的超标率。对3种蔬菜产地土壤与蔬菜重金属质量比的相关性分析表明,其中除生菜中铅和砷与土壤中相应重金属元素相关性不显著外,其他情况下都呈显著相关性(p0.05)。建立了3种蔬菜及其土壤重金属含量的回归分析模型,并据此推算出种植3种蔬菜的土壤重金属安全阈值,其中,除生菜产地土壤中铅阈值在现行标准范围内之外,其他土壤重金属阈值均远高于现行标准。该阈值结合了大田土壤环境的实际情况,对当地农产品安全生产具有更强的针对性和可靠性。     

球形磁性活性炭制备及对土壤重金属Pb的吸附研究

以废旧汽车轮胎橡胶与城市污水处理厂污泥为原料,采用ZnCl2与H_2SO_4复配活化法,添加黏结剂和Fe_3O_4粉末,在真空管式气氛炉中炭化制备球形磁性活性炭,并测定其物理化学性能。研究球形磁性活性炭添加量、土壤pH值和含水率对球形磁性活性炭吸附重金属Pb的影响。采用火焰法-原子吸收分光光度计测定球形磁性活性炭对Pb的吸附量。结果表明:球形磁性活性炭的比表面积及亚甲基蓝吸附量相比商品活性炭要小,但其抗压强度高,不容易松散,便于回收,酸性官能团总量高,有助于提高球形磁性活性炭的吸附性能和对重金属的亲和力,因此球形磁性活性炭的综合理化性能优于干污泥活性炭和商品活性炭,适合用于土壤中重金属Pb的吸附;随添加量增加,球形磁性活性炭对土壤中Pb的吸附量也增加,当球形磁性活性炭添加质量分数为6%时,达到最优吸附效果;随土壤pH值增加,球形磁性活性炭对土壤中Pb的吸附量也增加,但当pH值超过5时,其吸附量开始下降;当吸附时间达到35 d后,其吸附量基本处于饱和状态;土壤含水率为20%时,吸附达到平衡。在最优工艺参数下,球形磁性活性炭对土壤中Pb的吸附量达到最大,为3.55 mg/g。球形磁性活性炭对土壤中重金属Pb的吸附过程可以用准二级动力学方程较好地解释,而且球形磁性活性炭经过1次再生后用于吸附土壤中Pb时,其吸附量达到2.56 mg/g,再生效率达72.11%,吸附效果良好。     

基于GIS的农田土壤重金属空间分布研究

以浙江省慈溪市快速城镇化的小城镇为研究区,研究其农田土壤中重金属的含量与分布状况.采用ArcGIS中的地统计分析模块研究土壤中重金属分布的空间变异性,最后应用Kriging方法进行空间插值作图.结果表明,研究区土壤中的重金属含量均已超出当地的背景值,含量变异系数较大的重金属是Hg和Cu,中等变异的是Zn,其他几种重金属变异系数相对较小.空间分布上,Cu、Cd、As的空间相关性较强,Zn、Ni、Hg居中,而Cr和Pb较弱.插值结果显示,土壤中Cu、Zn和Pb的高含量区主要位于东南部,Cd、Hg和Ni的含量由南向北逐渐减少,As和Cr的分布为西部高而中部较低,不同的分布特征是人类活动与土壤母质双重影响的结果.     

温度对污泥焚烧残渣中重金属形态分布及残渣综合毒性的影响

通过实验考察了干污泥在固定床焚烧炉中停留20 min,温度分别为500 ℃、700 ℃和900 ℃的焚烧残渣中重金属(Cr、Cu、Ni、Zn、Pb、Cd)的残留特性及形态分布规律.在实验温度范围内,重金属的残留率因元素和焚烧温度而异,Cu的残留率最高在80%以上,Cd的最低,900 ℃时仅为3.4%;焚烧残渣中各重金属在稳定态的分布比例均较干污泥中有显著提高.提出了用于重金属毒性定量分析的指标--重金属综合毒性指数,并采用该指数对污泥和残渣中重金属的综合毒性进行了评价.结果显示,单位质量污泥焚烧后的各残渣中重金属综合毒性均较干污泥小且随焚烧温度升高而降低,焚烧能够实现一定程度的无害化; 并且,单位质量残渣中重金属的综合毒性也随焚烧温度的升高而降低.     

安徽某硫铁尾矿区农田土壤重金属污染特征

对安徽省某硫铁矿尾矿区农田土壤、农作物进行重金属污染分析和风险评价,为硫矿区农田重金属污染风险管理与土地利用提供理论依据。布设30个采样点采集土壤及其毛豆样品,ICP-MS法测定Cu、Zn、As、Cd、Pb重金属全量,运用单因子指数、综合污染指数、潜在生态风险指数法和生物富集系数法对重金属污染程度进行评价。结果表明,研究区土壤p H值在3. 37～4. 60,均值为4. 03,土壤呈强酸性、酸性。比对安徽省土壤重金属背景值,研究区土壤已明显遭受外源重金属污染;比对GB 15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》风险筛选值,受到Cd、Cu重金属污染,其中60%采样点Cu超标,76. 67%采样点Cd超标,但都远低于标准风险管制值;单因子污染指数评价结果显示该研究区农田以Cu、Cd污染为主;内梅罗综合污染指数评价结果表明研究区农田土壤总体已遭受重金属污染;潜在生态危害指数评价结果显示研究区土壤总体为轻微综合潜在生态危害,Cd在67%以上检测点为中等风险水平、10%为强风险水平。研究区农田农作物毛豆籽粒中Pb、Cd、As质量比均值未超过GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》规定的限量值,其对重金属的富集系数(EF)从大到小依次为Cd、Zn、Cu、As、Pb。