底泥生长基质中重金属的迁移特征及生物有效性

河道底泥中重金属含量较高,重金属的迁移性及生物有效性是限制疏浚底泥土地施用或用作废弃场地修复基质资源化利用途径的主要因素。以沈阳细河待疏浚底泥为材料,通过盆栽实验的方法研究了河道底泥与碱性粉煤灰、炉渣和锯木屑配比基质中重金属在紫花苜蓿体内累积、迁移及生物有效性的变化。结果发现,配比底泥基质上紫花苜蓿生物量、株高及株径均好于纯底泥处理,其中底泥、粉煤灰、炉渣、锯木屑以2：0．5：0．5：0．5配比的s2处理中紫花苜蓿生物量是纯底泥处理的11．7倍。与底泥对照相比,配比底泥基质上植株体内重金属含量极显著降低,而且地上部重金属含量显著低于根部含量;底泥基质中紫花苜蓿地上部和根部对Cd、Cu、Pb、Zn的富集系数（BCF）显著低于底泥处理,但转移系数（TF）无显著变化,富集系数（BCF）和转移系数（TF）均小于1．0。紫花苜蓿种植后底泥基质中重金属含量显著低于农用污泥重金属控制标准,除Cd含量略高外,Cu、Pb和Zn含量低于土壤环境质量三级标准。这些结果表明,城市重污染河道底泥经过合理处置后,重金属浓度、活性及生物有效性降低,在其土地施用或废弃地修复中可以用作一些耐性植物的生长基质。     

3种改良剂对铅锌矿渣中重金属形态及植物富集的影响

以衡阳市某铅锌尾矿库的矿渣作为土壤基质,泥炭土、红壤、蛭石作为改良剂,夹竹桃作为受试植物,进行室外盆栽试验,考察了3种改良剂对夹竹桃生长、重金属(Pb、Zn)富集转移能力以及土壤基质中Pb、Zn形态的影响。结果表明:(1)在5%(质量分数,下同)～15%的添加量下,3种改良剂均显著(p0.05)提高夹竹桃的株高增量与生物量增量,根系形态指标值也均有所提高,总体改良效果为蛭石泥炭土红壤。(2)夹竹桃地下部分Pb、Zn含量高于地上部分,添加改良剂后地上部分与地下部分Pb、Zn含量降低,说明改良剂高效抑制了重金属在夹竹桃中的富集;红壤与蛭石可抑制夹竹桃体内Pb的转运,但泥炭土却对Pb的转运起促进作用;除蛭石15%处理外,其余所有处理均促进了Zn在夹竹桃体内的转运。(3)3种改良剂在不同添加量下均显著降低了矿渣中弱酸可提取态Pb、Zn的含量(p0.05),有效降低了重金属Pb、Zn在土壤基质中的活性。     

西安皂河芦苇与香蒲人工湿地单元对皂河污水重金属的截留效率

西安皂河是对渭河(黄河最大支流)水质影响最大河流之一,其水质的严重污染给流域内居民生活带来了很大健康风险,同时使流域生态环境受到了极大破坏。为明确皂河人工湿地对皂河污水中重金属的截留效率,于2013年4、7、10月通过分析皂河人工湿地系统中芦苇湿地和香蒲湿地中6种重金属(Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd)含量和空间分布,研究了湿地对重金属的截留效率、植物、基质和微生物对重金属截留的贡献率和湿地中重金属流失率,并对湿地对重金属的截留效果与湿地理化性质进行相关性分析。结果表明,夏季湿地对重金属截留效率多集中在50%~80%,春秋截留效率多集中在30%~50%;在湿地截留重金属过程中,植物贡献率5%~10%,基质和微生物综合贡献率89%~94%;湿地中重金属流失率小于2%,春秋两季重金属流失率大于夏季。湿地对Cu的截留率与p H、温度呈显著正相关性(P0.05),与有机质呈极显著正相关性(P0.01);湿地对Pb的截留率分别与p H、速效钾、有机质呈显著正相关性;对Zn的截留率分别与温度、有机质呈显著正相关性;对Cr、Ni的截留率与湿地各项理化性质间的相关性都不显著;对Cd的截留率与p H呈显著负相关性,分别与速效磷、有机质呈显著正相关性。     

烟曲霉f4对黑麦草修复电子废物拆解场地土壤重金属的影响

为了探究烟曲霉f4对黑麦草修复电子废物拆解场地土壤重金属的影响,通过实验比较接菌处理和不接菌处理黑麦草的生物量、重金属含量、重金属形态分布、富集系数和迁移系数。结果表明:接菌处理前20 d阶段黑麦草地上部分的生物量最大,随着时间推移,地上部生物量逐渐减少;接菌处理与不接菌处理之间地下部生物量存在显著差异,接菌后,其生物量的增幅为91.27%;在接菌处理的地下部,Ni、Cu、Zn、Cd、Cr和Pb的含量与不接菌处理相比,其增幅分别为484%、398%、470%、355%、531%、490%;根际土壤中重金属形态发生改变,接菌处理与不接菌处理相比,Cd、Cu、Zn、Pb和Cr的弱酸可提取态占比提高了0.9%、0.8%、0.5%、0.3%、0.1%。烟曲霉f4能促进黑麦草生长,提高根际土壤中重金属的弱酸可提取态的含量,增加黑麦草对其富集,从而提高了黑麦草对重金属的修复效率。     

土壤重金属的竹基活性炭吸附及近红外光谱预测

为探究竹基活性炭对土壤的修复及改良效果,用水蒸气活化法制备出竹基活性炭,分析其孔结构特性,采用盆栽实验的方法,研究不同添加量(0%、10%、20%)的竹基活性炭对土壤性质、土壤重金属含量、植物株高和生物量以及植物地上和地下部分重金属含量的影响,研究发现随着竹基活性炭添加量的升高,土壤p H和有机质逐渐上升,且土壤中的重金属含量下降明显。其中,添加量高的竹基活性炭对土壤中的重金属Cu、Pb、Zn的去除率可达94.8%、82.1%、87.7%。添加竹基活性炭可增加百日草株高及生物量,其根和茎叶部分的重金属浓度有所降低,表明竹基活性炭吸附土壤重金属性能显著。同时,利用近红外光谱技术结合偏最小二乘法建立了不同竹基活性炭添加比例的土壤中的铜离子含量预测模型。该模型相关系数R~2达到0.995 9,相对分析误差RPD大于10,模型相关性好,具有良好的预测性能。     

蚯蚓处理污水污泥制取土壤改良剂

将污水污泥和秸秆按不同比例混合后进行30 d预堆肥处理,然后在实验室条件下接种爱胜蚓(Eisenia fetida)开展60 d蚯蚓处理实验,研究污水污泥理化性质变化规律及其影响因素,并分析最终产品(蚯蚓粪)质量。结果表明,蚯蚓处理使污水污泥pH、有机碳(TOC)、C/N和病原菌含量显著降低,电导率(EC)升高,TN、TP、TK(总钾)、碱解氮、速效磷、速效钾分别升高26.8%～40.8%、26.7%～52.4%、25.9%～44.8%、43.0%～120.0%、88.6%～406.8%、38.2%～113.2%,发芽指数(GI)达到80%以上。由于基质分解矿化引起质量损失,使蚯蚓粪中重金属相对含量增加,但仍在土地改良允许范围内。蚯蚓放养密度和物料含水率及其交互作用对蚯蚓处理效果存在显著影响,处理污水污泥的最优工况为:放养密度2.5 kg/m2、含水率60%。堆肥-蚯蚓处理组合工艺可将污水污泥转化为无害的、有价值的土壤改良剂。     

矿化垃圾混配种植介质的盆栽实验研究

矿化垃圾营养成分和有机质含量较高,但含有重金属和盐分.为了解矿化垃圾的施加比例对植物的生长影响以及植物对矿化垃圾混配种植介质中营养成分的吸收和重金属的富集,将矿化垃圾和本地绿化土按照不同比例混配,研究混配种植介质的理化性质的改善条件、矿化垃圾对植物体内的生物量和叶绿素含量的影响、植物对混配种植介质中营养成分的吸收量以及植物体内各种重金属累积浓度,探索矿化垃圾的最佳施用比例.实验结果表明,矿化垃圾可改善上海本地土壤贫瘠的普遍状况,其添加质量分数在50%～75%合适,对植物生长有利.     

钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)对生活污水的生物净化与修复

探讨了钝顶螺旋藻(Spirulina platensis,SP)对生活污水的生物修复与净化作用。用厨房污水(KW)接种SP后摇瓶光照培养,观察藻细胞在KW中的生长状态,分析其中β-胡萝卜素和C-藻蓝蛋白的含量,并比较接种前和培养10d后KW中BOD、COD、NH3-N、NO3-N和PO4-P质量浓度的变化。结果发现,SP可在KW原液(KW100)和80%(体积分数)KW(KW80)中维持较好生长,并且藻细胞中C-藻蓝蛋白含量明显增加(P0.05)。培养10d后,KW100中BOD、COD、NH3-N、NO3-N和PO34-P的去除率分别为77.6%、75.2%、97.8%、98.2%和64.5%,对KW100中Zn、Se等元素能够有效富集,对一些重金属污染物的去除率也大于50%。研究结果表明,螺旋藻培养对生活污水有较好的生物净化作用。     

人工湿地宽叶香蒲对重金属的累积与机理

宽叶香蒲(Typha latifolia L.)对环境胁迫具有较强的耐性。为了解宽叶香蒲对重金属的富集能力与耐性机理,通过野外调研,采集韶关凡口铅锌矿废水处理人工湿地中的宽叶香蒲与相应土壤样品,测定了土壤、植物的重金属总量与叶片亚细胞中重金属含量,分析了植物重金属含量与土壤重金属含量的相关性,并估算了宽叶香蒲地上部对重金属的提取量。土壤p H值在6.83~7.70之间,宽叶香蒲能有效降低土壤中的Cd、Pb、Zn、Cu和Mn的含量,对重金属的吸收主要受土壤重金属含量的影响,Pb和Cd的富集系数平均在0.5以上;除Fe外,叶片重金属主要分布在细胞壁和胞基质中。结果表明,宽叶香蒲是多种重金属的耐性植物,根系对重金属的富集与选择性向上运输、叶片细胞壁和胞基质对过量重金属的阻隔与结合作用是宽叶香蒲耐受重金属的重要机理。     

小花南芥与玉米间作对Pb化学形态及富集特征的影响

间作植物根与根之间的相互作用影响根际土壤理化性质。目前关于超富集植物与作物间作根际土壤pH是否引起Pb赋存形态的变化,不同赋存形态与超富集植物和作物富集Pb的差异机理尚不清楚。设置不同Pb处理浓度,小花南芥和玉米间作、单作为对照的土培实验。随着Pb处理浓度增加,间作小花南芥生物量显著增加,范围为19.00%～181.08%,Pb富集系数为2.78,显著增加74.02%,转运系数为1.46,变化不显著,其中Pb含量显著增加25%。Pb赋存形态主要以难溶态果酸盐、蛋白质和磷酸盐结合态存在,约占总量的50%,间作显著降低小花南芥根际土壤溶液、根和茎叶中的pH;间作玉米生物量随着Pb处理浓度先显著增加后降低,增加范围为18.59%～49.48%,Pb富集系数平均为0.53,显著降低34.57%,转运系数平均为0.56,显著降低12.51%,Pb赋存形态以草酸盐结合态存在,约占30%,间作显著增加玉米根际土壤溶液、根和茎叶中的p H。揭示间作改变2种植物根际土壤溶液、根和茎叶中的pH,从而引起Pb化学形态不同,这是导致超富集植物小花南芥吸收富集Pb,降低玉米体内Pb的主要原因。     

垂直流人工湿地中基质组合对污水的处理效果及模型模拟

选择石砾、粗砂、细砂作为垂直流人工湿地的基质在实验室内研究不同粒径的基质在不同的水力负荷和对不同浓度污水对污染物的去除效果,根据实验结果选取基质应用于示范基地,利用人工湿地模型Subwet2.0对人工湿地示范基地进行模型模拟,为农村生活污水人工湿地系统的处理设计及模拟出水水质提供参考。研究结果表明:石砾、粗砂、细砂为基质对污染物去除率较好的水力负荷分别为小于0.9、0.6和0.3 m/d时;石砾基质对COD的最佳污染负荷为970 mg/L,粗砂、细砂基质为468~970 mg/L;粗砂和细砂基质对NH_4~+-N去除效果相似;在北方地区垂直流人工湿地主体基质建议使用粗砂或石砾以减少堵塞的风险;利用Subwet2.0模型模拟人工湿地示范基地的出水水质,根据当地条件在反应参数的取值范围内调整了相应的参数值,模拟的结果符合性很高。     

寒冷地区施用沤麻废水对黑麦草生长和土壤理化性质的影响

采用沤麻废水对黑麦草进行灌溉,研究其对黑麦草生长和土壤理化性质改变的影响。结果表明,相比对照小区(未灌溉),沤麻废水对黑麦草的株高、茎粗、叶面积和分枝数均有较好的促进作用。与未灌溉作物相比,叶子中营养元素和微量元素含量均有所提高,未对作物产生毒害作用,在叶子中未发现重金属元素(Pb和Cr)。灌溉后,土壤中营养元素、微量元素和重金属元素含量有所增加,重金属含量低于《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)二级要求。     

拉萨污水处理厂污泥对沙化土壤改良效果

以西藏雅鲁藏布江流域沙化土壤为研究对象,采用拉萨污水处理厂脱水污泥进行添加处理,测定了不同污泥掺混量下土壤基本理化性质变化趋势,并与当地农田、草地生态系统土壤进行了比较。结果表明:随着污泥掺混量的增加,沙化土壤的孔隙度逐渐提升(P0.001),土壤密度及容重逐渐降低,在掺混量大于10%时,改良效果趋于减缓;土壤氮、磷、有机质含量呈增加趋势,在掺混量为10%~15%时与对照土壤氮、磷含量相近,在掺混量为20%~30%时,有机质含量与对照相近;土壤最大持水量呈增加趋势,在掺混量为5%~10%时即与对照土壤相近;拉萨污水处理厂污泥重金属含量远低于国家农田土壤标准,且含有一定的植物生长必需元素,是一种理想的沙化土壤改良剂。     

改良剂对重金属复合污染土壤的修复效果

为揭示不同改良剂及其联合施用对重金属复合污染土壤的修复效果,采用室内土壤培养实验和室外盆栽实验相结合,研究不同施用量(10和20 g·kg~(-1))的蛭石(A)、泥炭(B)和骨粉(C)以及两两组合施用下,改良剂对土壤重金属DT-PA有效态、植物(以空心菜为例)生物量、株高以及植物可食部重金属含量的影响。结果表明:不同处理条件下的土壤p H值的提升与空白对照相比变化不显著;单施2%泥炭对土壤重金属Cu、Zn的钝化效果优于其他处理组,相对空白对照组,在第42天2种金属有效态含量分别降低了57.65%和65.55%,而1%蛭石和1%骨粉的混合添加能有效降低土壤中有效态Cd含量,相对空白对照组在第42天有效态Cd含量降低了40.52%;3种改良剂单施和混施对空心菜均具有增产增收的显著效果,且混施改良剂对空心菜增产效果较好;各处理组中空心菜体内Cu、Zn和Cd含量均有显著的降低,其中2%泥炭、1%蛭石+1%泥炭和1%蛭石+1%骨粉处理组分别对空心菜体内Cu、Zn和Cd含量降低效果最好,相对空白对照组分别降低了75.39%、70.75%和75.42%。因此,在该污染类型土壤泥炭、蛭石+泥炭和蛭石+骨粉分别对空心菜吸收土壤中的Cu、Zn和Cd具有较好的阻控效果。     

赤子爱胜蚓处理污泥对其性质变化的影响

用赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)直接处理脱水污泥,以不加蚯蚓为对照,研究了蚯蚓生物量、污泥理化性质(pH、电导、灰分、总有机碳)、营养物质(氮、磷、钾)以及重金属(铜、锌、铅、铬)的变化。结果表明:蚯蚓能很好地适应直接投加污泥的生存环境,蚯蚓平均增重0.7 g/d,产卵4.81个/d。随着时间的增加,接种蚯蚓的污泥理化性质和营养物质以及重金属含量均有显著的变化。蚯蚓处理后,污泥的pH由7.83显著降低至7.03;电导由0.46 S/m显著增至2.23 S/m;灰分从43.89%显著增至57.53%;TOC由32.32%显著降低至23.59%;污泥中的营养物质N、P、K含量显著增加,N、P、K分别提高了37.48%、19.96%和20.14%;同时蚯蚓活动显著降低了污泥中的重金属含量,降低次序为CuZnCrPb。蚯蚓处理后污泥小团粒性状明显,无臭味,不生蛆。     

重金属Cr(Ⅵ)和Ni对旱伞草富集能力及其生理生化指标的影响

采用水培方法,研究了在不同重金属Cr(Ⅵ)(0~50 mg/L)和Ni(0~50 mg/L)浓度下旱伞草(Cyperus alternifolius)的富集能力及生理生化指标的变化规律。研究结果表明:(1)旱伞草中积累的重金属含量随处理浓度的增加逐渐增加,Cr(Ⅵ)在其地上部和根部富集量分别达到958.00 mg/kg和2 874.44 mg/kg,Ni在其地上部和根部富集量分别达到1 655.46 mg/kg和2 511.20 mg/kg;(2)在Cr(Ⅵ)和Ni胁迫下,随着Cr(Ⅵ)和Ni浓度的增加,旱伞草生物量、叶绿素含量、根系活力均呈先上升后下降的趋势;(3)脯氨酸的含量随着Cr(Ⅵ)胁迫浓度的增加,呈现为先上升后降低的趋势,而随着Ni胁迫浓度的增加,则为先缓慢上升而后急剧升高。旱伞草对Cr(Ⅵ)和Ni具有较强的富集能力且主要分布在根部,虽不是Cr(Ⅵ)和Ni超积累植物,但具有较强的稳定化能力,在污染水体的修复方面有一定应用潜力。     

蚯蚓粪改善紫花苜蓿修复重金属污染农田效果的研究

通过田间试验研究了蚯蚓粪施入对重金属污染农田土壤的理化性质及酶活性的影响,探究了蚯蚓粪对紫花苜蓿(Medicago sativa)生长及其富集重金属Cu、Cd、Zn、As的影响,以及紫花苜蓿体内抗氧化酶活性的变化。结果表明,蚯蚓粪施入使土壤全磷、全氮、有机质分别提高30.6%、28.2%、13.2%,土壤pH由8.29下降为8.09,土壤阳离子交换能力增强。蚯蚓粪施入土壤后,土壤脲酶、过氧化氢酶活性也均提高。蚯蚓粪处理使紫花苜蓿植株株高和生物量提高,且可提高其重金属富集能力。蚯蚓粪处理下紫花苜蓿超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性显著提高,但过氧化氢酶活性降低。总体而言,蚯蚓粪肥施入可改善紫花苜蓿修复受重金属污染农田土壤的效果。     

堆肥污泥施入黄土对植物生长及Cd吸收的影响

以堆肥污泥为研究对象,采用盆栽实验方法研究不同干质量(0%、1%、5%、10%、25%和50%)堆肥污泥施入贫瘠黄土后,对玉米、蚕豆生长情况及对重金属Cd吸收的影响。结果表明,黄土中重金属Cd含量随施用堆肥污泥增加而增加,大部分(70%以上)都积累于混合基质中,玉米和蚕豆中重金属Cd吸收系数约为0.09~0.14;施用堆肥污泥干质量超过25%时,混合基质中重金属Cd超过《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)[1]二级(pH7.5)标准值(0.6 mg/kg),另外,玉米和蚕豆在堆肥污泥施用比例分别为1%和5%时长势最佳,且植物幼苗期平均增重分别为8%和19%,得出,施入5%左右堆肥污泥有利于玉米、蚕豆生长,堆肥污泥短期有控施于贫瘠黄土是可行的。     

乙二胺二琥珀酸和柠檬酸对黑土中外源重金属的活化效应

通过解吸实验和小麦盆栽实验,研究了生物可降解有机配体乙二胺二琥珀酸(EDDS)、柠檬酸(CIT)对黑土中外源Cu、Cd、Zn和Pb的活化效应.不同浓度EDDS﹑CIT对黑土中外源重金属解吸实验表明,EDDS对黑土中外源Cu、Cd、Zn和Pb的解吸远高于CIT.重金属/EDDS摩尔比为1∶1时,4种重金属的解吸率在50.8%～69.2%.小麦盆栽实验表明,EDDS为5 mmol/kg时,对小麦幼苗茎叶和根系中重金属含量影响较大,明显导致小麦幼苗茎叶和根系中Cd、Cu、Pb和Zn的富集量增加.EDDS处理组Cd、Cu、Pb和Zn的茎叶富集系数远高于对照组和CIT处理组.随时间的增加,EDDS处理组和CIT处理组重金属的根系富集量均增加,但对照组和CIT处理组大部分重金属14 d茎叶富集量略低于7 d茎叶富集量.因此,EDDS对黑土中外源重金属有较强的解吸和活化能力,可以较大程度地强化小麦幼苗根系对黑土中外源Cd、Cu、Pb和Zn的吸收并诱导这些重金属由根系向茎叶迁移.     

天津市典型河网区沉积物中重金属分布及生态风险评价

选择天津市典型河网区为研究对象,分析了沉积物中6种重金属(Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn)的分布特征,并采用富集系数法和潜在生态危害指数法分析了重金属的来源,进而评价了其生态风险。结果表明,表层沉积物中Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn的平均含量分别是58.18、23.52、524.60、22.93、25.24和49.51 mg/kg,其中Cr、Mn和Ni含量均低于天津市土壤背景值,而Cu、Pb和Zn含量在部分样点高于背景值;在垂直分布上,沉积物中Cr和Ni的含量相对稳定,而Cu、Mn、Pb和Zn的含量从底层到表层均先增加后降低。重金属富集系数(EF)分析显示,河网区表层沉积物中Cu和Zn在个别样点以及Pb在近一半样点存在人为输入过程(EF1.5),与接纳上游及区域的生活污水、农田退水有关,而Cr、Mn和Ni均来自自然源。重金属综合潜在生态危害指数(RI)评价表明,整个河网区表层沉积物为轻微生态危害水平,对区域的水环境质量不构成威胁。