土壤环境微界面过程与污染控制

土壤环境微界面是土壤组分(矿物和有机质)、植物根系、微生物等微界面的集合体和动态变化的连续体.土壤胶体微界面可理解为土壤固/液界面的双电层结构.这些动态变化的异质微界面,按其表面结构特点可分为硅氧烷型表面、水合氧化物型表面和有机物表面.环境污染物在土壤胶体微界面的迁移转化是污染物在土壤固-液界面反应的动态平衡过程,包括吸附/解吸、沉淀/溶解、络合/螯合、氧化/还原等反应.植物根际是植物与土壤组分和微生物相互作用的活跃区域,根际微界面决定着污染物向植物根系的运输、植物吸收及转运,为污染物经土壤向食物链传递的主要通道.根际微生物在重金属离子的吸附和氧化、还原、转化,以及有机污染物的降解和转化中起重要作用.这些异质微界面相互关联、相互作用,在土壤环境中构成微界面的连续体,决定着污染物在土壤环境中的赋存形态、生物有效性和向其它环境介质(如水体和植物)的迁移,因而在土壤污染控制和污染土壤修复中具有特别重要的意义.土壤环境微界面过程的研究已成为环境科学的研究前沿,值得引起土壤环境科学工作者的重视,并进行系统而深入的研究.     

三峡消落带适生植物根系活动调控土壤养分与细菌群落多样性特征

植物通过根系分泌修饰根际土壤微环境.从植物根系-土壤-微生物三者密切关联的根际土壤微环境角度,研究三峡消落带植被修复重建后根部土壤微生态动态特征,对于认识和评估消落带退化土壤环境的生态修复工作具有重要意义.从三峡库区忠县石宝寨汝溪河消落带植被修复示范基地采集人工植被中4种优势植物落羽杉(Taxodium distichum)、立柳(Salix matsudana)、狗牙根(Cynodon dactylon)和牛鞭草(Hemarthria altissima)的根际与非根际土壤,探究其根际与非根际土壤的养分含量与酶活性差异,同时通过高通量测序进行细菌群落多样性分析,以阐明三峡消落带不同物种逆境胁迫下的生长适应性以及养分利用策略.结果表明:①三峡库区消落带4种适生植物根系活动导致根际与非根际土壤养分含量产生显著差异,主要表现为根际土壤有机质、全氮、碱解氮以及有效磷的显著富集,而钾素在不同物种间的根际效应变化趋势并不一致;②蔗糖酶、脲酶以及酸性磷酸酶在4种适生植物中均表现出正向根际效应(R/S>1),但由于不同物种生理特征的差异,不同物种根系活动对3种土壤酶的激活效应存在差异;③高通量...     

长江口油污湿地植物根际微生态环境特征

溢油污染导致长江口湿地生态环境受到破坏,在进行油污湿地植物修复中,弄清湿地植物的根际微生态环境具有重要意义.通过测定蔗草、香蒲、水蓼、芦苇、茭白、旱柳6种代表性土著植物根际土壤的微生物数量与活性、土壤酶活性和油类污染物含量等指标,研究发现实验植物根际与非根际土壤的微生物活性、土壤脱氢酶活性、多酚氧化酶活性、油类含量均存...     

低分子有机酸强化植物修复重金属污染土壤的作用与机制

植物修复是利用植物的物理、化学作用去除污染土壤中重金属的技术方法,可以减少二次污染物的产生,具有经济可行性.低分子有机酸（LMWOAs）具有生物降解性和环境友好性,在重金属污染土壤植物修复中具有较强的应用潜力.综述了LMWOAs在植物修复中的作用机制,主要包括：①调控根茎叶发育,增加植物生物量,强化植物富集效果;②增强光合作用,提升植物抗性,提高对重金属的耐受能力;③改变根际土壤性质,提高根际微生物活性,促进对重金属的吸收;④改变重金属形态,减轻重金属毒性,提高转运效率.最后阐述了LMWOAs强化植物修复重金属污染土壤的优缺点及应用,提出了LMWOAs在重金属污染土壤植物修复中的研究方向,这对LMWOAs在未来植物修复中的研究和应用具有科学意义.     

微塑料对土壤中养分和镉淋失的影响

微塑料作为新兴污染物,具有尺寸小、比表面积大、吸附能力强和降解慢等特点,其环境效应受到越来越多的关注.微塑料会改变土壤性质,影响土壤中养分和污染物的迁移能力,但是微塑料对土壤养分和重金属淋失的影响尚缺乏研究.通过土壤柱浸滤实验比较研究了在模拟降雨条件下不同质量分数（0%、 0.2%和2%）的聚苯乙烯（PS）和聚乳酸（PLA）微塑料对土壤中养分和镉淋失的影响.总体上,降雨强度增加会促进土壤中养分和镉的淋失.2%PS在大暴雨时显著增加总氮的淋失和土壤中有效磷含量,减少了无机磷的淋失和土壤铵态氮含量,大雨时增加土壤速效钾含量.大雨和暴雨时2%PLA减少了硝态氮的淋失,暴雨和大暴雨时降低土壤铵态氮含量,大暴雨时降低土壤总氮的含量,且大暴雨时0.2%PLA显著增加镉的淋失.结果显示,微塑料对土壤养分和镉淋失的影响与微塑料的种类和质量分数有关,并受到降雨水平的影响.研究表明,难降解微塑料聚苯乙烯和可降解微塑料聚乳酸都会对土壤中养分和重金属的淋失产生影响.     

典型环境微界面及其对污染物环境行为的影响

环境微界面是影响污染物转移转化的最基本要素之一,污染物的非均相微界面作用过程也是认识和解决环境问题的重要基础.因此,对环境微界面及其作用机制的深入研究与探索,对环境科学与技术的发展具有重要意义.本文以已有相关研究为基础,初步总结和归纳了典型环境微界面所涉及的主要内容、基本过程及其对污染物环境行为的影响.从典型微界面的交互作用、污染物在微界面间的转移、污染物在微界面的反应等方面,阐述了污染物的微界面环境行为,介绍了基于环境微界面过程的污染控制与净化原理及技术特征.同时,对环境界面问题的研究重点和方向作了简要展望.     

土壤微塑料与微生物的相互作用关系

作为新兴污染物,微塑料的生态和环境影响受到广泛关注.本文以近十年发表的文献为基础,系统分析和综述了土壤微塑料与微生物的相互作用关系.分析结果发现微塑料与微生物存在复杂的相互作用关系,例如微塑料携带外源微生物进入土壤环境,并通过释放添加剂和吸附物对土壤微生物产生影响,且微塑料通过改变土壤理化性质、土壤动物肠道微生物和植物根际微生物间接改变土壤微生物,包括改变土壤微生物的生物量、群落结构和功能,此外,土壤微生物对微塑料的降解也起到了一定的作用.基于这些分析结果,文章还展望了未来应该深入研究的关键科学问题,旨在促进土壤微塑料对生态系统和健康影响评估研究.     

土壤整体质量的生态毒性评价

土壤样品采自沈阳西部污灌区 .进行了污染物 (重金属和矿物油 )含量分析和生态毒性试验 .重金属采用原子吸收分光光度仪测定 ,矿物油采用紫外分光光度计测定 .生态毒性试验分别参照国际标准组织 (ISO)和OECD指南 ,进行了植物毒性试验、蚯蚓毒性试验和蚕豆根尖微核试验 .植物试验以小麦种子发芽根伸长抑制率为试验终点 ,试验周期50h ,蚯蚓毒性试验以蚯蚓死亡率、体重增长抑制率为试验终点 ,试验周期28d .土壤中矿物油含量在145mg/kg～1121mg/kg ,重金属Cd为0.34mg/kg～1.81mg/kg .土壤对植物和蚯蚓显示不同程度的毒性效应 ,土壤的蚕豆根尖微核率明显高于对照 .种子发芽根伸长抑制率为2.0%至-35.1% ,蚯蚓死亡率为0%～40%.体重增长抑制率由14d的-2.3%～-19.4%在28d增加到-2.1%～10.7% ,蚕豆根尖微核率最高达6.62/100.研究表明 ,土壤中的污染物积累较低 ,但具有明显的生态毒性 .     

石油污染土壤的植物修复研究进展

石油的开采、加工、输送及使用过程中,对大气、土壤、水体带来了严重污染,对土壤环境的危害尤为严重。植物修复以其处理成本低、吸收污染物的生物量大等优点已成为人们普遍能接受的去除污染物的首选技术。植物主要通过三种途径去除土壤中有机污染物,即植物直接吸收有机污染物;释放分泌物和酶,刺激根区微生物活性和生物转化作用;增强根区的矿化作用。植物修复石油烃污染土壤的影响因素有:环境条件、污染物的浓度和滞留时间、营养元素、表面活性剂、根系分布等。通过植物-微生物联合修复、机械-微生物-植物多技术联用等措施,可提高石油烃的降解率。     

对二氯苯与Cd复合污染对毫米级根际微域土壤酶活性的联合毒性效应评价

通过多隔层根际箱培养试验研究疏水性有机污染物对二氯苯(1,4-DCB)和重金属Cd单一与复合污染对不同作物毫米级根际微域土壤脱氢酶和脲酶活性的毒性效应,并利用联合作用模型分析二者联合毒性效应的作用类型。结果表明：与对照组相比,1,4-DCB单一胁迫抑制大豆各毫米级根际微域土壤脱氢酶活性,但能促进脲酶活性;低浓度1,4-DCB抑制小麦根际微域土壤脱氢酶和脲酶活性,高浓度1,4-DCB则促进近根际区域脱氢酶和脲酶活性。低浓度Cd胁迫促进大豆根际微域土壤脱氢酶活性,高浓度Cd则起抑制作用;脲酶活性则随Cd浓度增加而显著增加,均高于对照组;Cd抑制小麦各毫米级根际微域土壤脱氢酶和脲酶活性。随根际距离增加,大豆近根际区域（1 mm）土壤脲酶活性受到诱导,而小麦中央区域和1、2 mm近根际区域土壤脱氢酶活性被显著抑制。二者复合污染对植物毫米级根际微域土壤酶活性的联合毒性效应与其浓度组合、植物种类、根际距离以及酶类型有关。     

特别选题:环境微界面过程与污染控制序

长期以来,人们主要关注的是污染物的均相环境过程,这一点在大气污染化学和水污染化学的研究中尤其明显。然而近年来,人们开始关注环境中的非均相反应过程,从相对微观的尺度思考和探索环境的微界面问题,并从不同的视角不断认识和揭示这一过程在环境污染及其控制中的作用和意义。1997年,由荷兰科学家L.K.Koopal教授发起设立了Interfaces Against Pollution两年一次的系列国际会议,形成了全球范围内有关科学研究组织和科学家探讨和交流环境界面问题的重要平台。中国科学院生态环境研究中心汤鸿霄院士在我国首次提出环境微界面的概念,并于2003年主编了《环境科学学报》之“环境微界面过程研究论文专辑”,为该专辑作序并发表了“环境纳米污染物与微界面水质过程”的研究论文,对环境纳米微界面问题给出了全面和准确的内涵,进而开启了我国在此方面的系统性研究工作。基于汤鸿霄院士提出的环境微界面内涵和思想,2006年中国科学院生态环境研究中心组织了“环境微界面过程与污染控制”创新研究群体,得到国家自然科学基金委员会的资助。群体的研究目标是深入探索污染物在环境微界面的转移转化机制与控制原理,力争在复杂条件下微界面的定量化表征、污染物在环境微界面的转移转化规律及复合效应、基于微界面原理的环境过程调控等方面取得科学与技术突破。该研究群体的建立及深入开展相关的研究工作,将有力推动我国环境微界面理论和技术的研究进展,也将不断培养本研究方向的专业化高级人才。在过去的2年里,该研究群体在不同环境微界面特征及过程表达、污染物在典型介质和界面变化行为的原位观测、水/气/土/生物微界面上污染物的转移转化规律、基于微界面过程的水、气、固等环境的污染控制等方面取得预期研究进展。本专栏所组织的稿件,即试图从不同角度反映我们所关注的环境微界面研究领域,并通过前期研究所获得的一些具体的科学数据和结果,对环境微界面过程给出进一步的认识。然而,由于本群体的研究工作还不够深入,这样一个专栏所发表的内容不论是对环境微界面的概念与内涵,还是在探索与创新上,都还是初步的和不成熟的。或者说,本专栏所反映的只是一个有待发展和完善的科学思路。由于本专栏作者水平有限,这些论文定有不少谬误之处,敬请读者批评指正。 衷心感谢《环境科学学报》编辑部为我们提供这样一个重要的平台和机会,感谢他们为本专栏组稿、编辑和出版所做出的辛苦努力！     

气溶胶质谱仪在研究有机气溶胶环境微界面过程中的应用

有机气溶胶非均相和多相反应是复杂的微界面过程,它涉及气体的吸附、扩散、反应和解吸,传统的化学分析仪器不能提供完整实时的微界面过程的化学反应信息.气溶胶质谱仪是近年来发展起来用于实时分析颗粒物化学组分的重要仪器,它弥补了传统化学分析仪器,如GC/MS在实时分析上的不足,为研究有机气溶胶非均相化学反应的微界面过程提供了新的方法.本文旨在介绍气溶胶质谱仪的结构及其在研究有机气溶胶环境微界面过程中的应用.     

原子力显微镜在环境样品研究与表征中的应用与展望

简要阐述了原子力显微镜仪器操作原理及最新成像技术发展情况;结合作者近期的研究工作,从环境微生物界面观察与表征、腐殖酸在微界面上的聚集行为观测、无机高分子絮凝剂的界面形貌及行为观察以及膜材料表面结构观测与表征等4个方面对原子力显微镜在环境领域内的应用情况作了概括介绍．最后,对原子力显微镜在环境微界面研究与表征中的应用前景进行了展望。     

混凝过程中微絮体形貌的AFM液池成像观测与表征

采用扫描探针显微镜液池成像技术,对混凝过程中絮体的微观形貌进行了观测与表征.结果表明,原子力显微镜液池成像技术可以对混凝过程中的微絮体进行形貌表征和数字描述,并证实在实际印染工业尾水的微絮凝过滤试验处理过程中,微絮凝时间为2min,搅拌强度为100s-1时可以达到优化的处理效果.这也说明液池成像技术能够较好的反映混凝过程中微絮体的形貌变化特征,从而实现对环境微观界面过程的原位观测与表征.     

电化学膜分离技术在水处理领域的研究进展

水中的有机污染物由于其毒性、持久性和生物难降解性,对生态环境和人体健康造成严重危害。传统膜分离技术通过物理截留去除水中污染物,然而有机污染物、微生物与膜表面的相互作用不可避免地导致膜污染,缩短膜使用寿命。电化学膜分离技术(electrochemical membrane filtration,EMF)是一种集污染物截留和电化学降解双重功能于一体的新兴水处理技术,具有强化污染物去除、抗污染和效能提升的优势,因此在污染物深度脱除和消毒等方面得到了广泛研究与关注。介绍了电化学膜分离技术在水处理中的研究进展,简述了其工作原理和优势,并重点分析了电化学膜材料、反应器运行参数、水质条件的影响,介绍了该技术在污染物去除和水体消毒的应用现状,最后对其发展进行了总结和展望。     

印染废水处理技术现状及其进展

印染废水是一种水质水量变化大、有机物含量高，可生化性差，COD高，色度高的难降解废水。系统地介绍了印染废水处理的应用现状及技术进展，对处理印染废水的化学法、物理法以及生物处理技术进行了综述。     

太湖草型湖区沉积物再悬浮对水体营养盐的影响

再悬浮过程中沉积物对水体营养盐的内源贡献是湖泊,特别是浅水湖泊富营养化研究中的重要问题.采用原位沉积物柱样和原状上覆水的Y型扰动装置,被用来研究常规风情下太湖草型湖区沉积物的再悬浮和沉降过程对水体营养盐负荷的影响.结果表明,小风和中风的再悬浮过程导致水体氨氮和磷酸根磷含量显著下降,单位面积水柱含量最大变化量分别为-0.140 g·m-2和-1.59 mg·m-2;大风条件下,水体氨氮含量下降幅度很小,磷酸盐则出现明显增加趋势,最大增量为0.81mg·m-2.再悬浮过程之后的沉降过程中,中、小风条件的水体氨氮含量变小,大风条件的含量没有明显变化.磷酸根磷含量在中、小风条件下与风浪前差别较小,大风条件的含量则明显增大,最大增量为1.36 mg·m-2.因此,沉积物的再悬浮过程和沉降过程对上覆水体的营养盐动态负荷都产生重要影响.与太湖无植被湖区的研究结果对比说明,水生植物的存在对风浪作用下沉积物与上覆水的物质交换有一定的抑制作用.     

城市污水深度处理中有机物的去除

以城市污水地下水回灌为回用目的 ,研究不同的污水深度处理工艺及对二级生物处理出水中有机物的去除 .研究结果表明 ,原水若未经深度处理 ,直接由土壤含水层处理的出水不能满足推荐的回灌水水质要求 .对原水分别采用混凝沉淀、过滤、臭氧氧化、粉末活性炭和粒状活性炭吸附等处理单元及组合工艺进行深度处理效果的对比 ,最终选用由混凝沉淀 ,砂滤 ,粒状活性炭过滤与土壤含水层处理相结合的工艺流程 .城市污水处理厂的二级出水经该工艺处理后 ,出水中的 DOC可降至 3mg/L以下 ,且活性炭柱的产水床体积可达 350 0 BV.     

长江口滨岸排污活动对潮滩营养盐环境地球化学过程的影响

华东师范大学地理系地理信息科学教育部重点实验室,上海200062