土壤-植物系统中磷对重金属生物有效性的影响机制

磷对植物吸收重金属元素的影响作用属于植物营养和重金属污染生态研究的前沿。污染土壤中施入磷是否能够降低重金属离子的生物有效性，除了与重金属离子本身特性有关外，还与含磷化合物的性质及土壤环境条件有关。在分析中，就土壤中磷与重金属离子间交互作用机制、土壤中影响磷降低重金属离子生物有效性的环境因子及磷与重金属交互作用的国内外研究进展作了简要综述，并对今后的研究提出了展望。     

施用典型有机固废生物炭对土壤重金属生物有效性的影响

将有机固废经热解转化为生物炭,具有改良土壤、促进碳固定、钝化重金属等优点,但有机固废生物炭中被钝化重金属进入土壤后生物有效性尚不明确。采用盆栽方法评估了施用市政污泥、中药渣等典型有机固废生物炭对受纳土壤中重金属有效性及植物吸收、传输重金属的影响。结果表明,施用污泥炭、中药渣炭显著增加了土壤中As、Zn的化学提取有效态含量,从而降低了Cr、Pb有效态含量(P < 0.05),对Cd、Cu、Ni有效态含量也有不同程度的降低趋势;同时,抑制了除Zn以外As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb等6种重金属从土壤向植物的传输、累积,降幅最高达30%。中药渣炭联合污泥炭施用可进一步抑制7种重金属在植物地上部分以及除As、Cr外其他重金属在根中的吸收、累积。本研究结果可为评估有机固废生物炭土地利用的环境风险提供参考。     

土壤/沉积物中重金属生物有效性和生物可利用性的研究进展

土壤/沉积物中重金属的污染问题越来越引起重视,而重金属在环境中的生态风险与其生物可利用性和生物有效性密切相关。在总结国内外研究的基础上,明确了重金属生物有效性和生物可利用性的定义;概述了用于研究土壤/沉积物中重金属生物有效性的生物模型(小鼠、猪、兔子等);总结了用于研究土壤/沉积物中重金属生物可利用性的几种体外方法,包括模拟人类肠胃消化(PBET、SBRC、UBM等)和底栖生物消化;分析了土壤/沉积物中重金属生物有效性和生物可利用性的关键影响因素(土壤/沉积物理化性质和分析方法)。提出了未来土壤/沉积物中重金属生物有效性和生物可利用性的研究方向,以期为重金属生态风险的评价和控制提供参考。     

调理剂对堆肥产品重金属生物有效性的影响

城市污泥中重金属含量及其生物有效性是限制污泥农用的主要因素,因此,研究污泥堆肥化处理过程中重金属生物有效性,对污泥的农用具有重要意义。实验以城市污泥为原料,以菌菇渣和秸秆为调理剂,设置4个处理:A(污泥∶菌菇渣∶秸秆=1∶0.4∶0.025)、B(污泥∶菌菇渣∶秸秆=1∶0.3∶0.025)、C(污泥∶秸秆=1∶0.12)和D(污泥∶秸秆=1∶0.09),进行好氧堆肥实验,采用BCR顺序提取法测定各种形态的重金属,研究堆肥前后重金属形态的变化规律。结果表明,城市污泥中Cu、Ni、Pb和Cr主要以可氧化态及残渣态存在,生物有效性较低,而Zn和Cd主要以酸溶态和可还原态存在,生物有效性较高;堆肥过程显著降低了Cu、Zn、Ni和Pb的生物有效性,并改变了Cu、Zn、Ni、Pb、Cr和Cd的形态分布,使污泥中的Cu、Zn、Ni、Pb和Cd向着更稳定的可氧化态或残渣态转变;污泥经过堆肥处理后,Cu、Zn和Ni 3种重金属生物有效性关系为:ABCD,与其他处理相比,处理A残渣态的Pb和Cr增加比例较多,综合来看,处理A对重金属生物有效性的降低最为明显,重金属钝化效果最佳。     

阳宗海沉积物中重金属生物有效性评估

通过测定和分析阳宗海表层沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)和同步提取重金属(SEM)的含量和分布特征,采用SEM/AVS方法对阳宗海表层沉积物中重金属的生物有效性进行评估;同时,采用生物有效阈值法评估了单一重金属的生物有效性。研究得出以下结论:阳宗海表层沉积物中AVS含量为15.09~149.74 μmol/g,平均值为49.42 μmol/g,从南向北呈递减趋势;AVS在南部和中部均与湖泊水深呈现正相关关系;∑SEM(包括Cu、Cr、Pb、Zn、Mn、As、Cd)含量分布波动较小,其范围为4.84~16.10 μmol/g,平均值为10.28 μmol/g,其分布规律为北部大于南部;阳宗海各采样点SEM/AVS<1,说明阳宗海表层沉积物中重金属不会对生物产生不良影响;从单一重金属来看,Pb可能经常产生生物毒性,Cu有可能产生生物毒性,其他金属除部分点可能产生生物毒性外,整体上几乎不会产生生物毒性。     

土壤胶体对重金属迁移及生物有效性影响的研究进展

土壤中重金属能够通过土壤孔隙迁移至地下水中,对生态环境造成污染,对人体健康构成威胁。土壤胶体因其巨大的比表面积和特殊的双电层结构能够对土壤中重金属的迁移和生物有效性产生影响。总结归纳了pH、离子强度、水动力作用、胶体粒径和孔隙尺寸等因素对重金属迁移行为的阻滞和促进作用。探讨了土壤胶体对重金属生物有效性的影响机制,并对今后的研究方向进行了展望。     

白云石和硫酸亚铁复配对城市污泥中重金属形态分布及生物有效性的影响

以合肥市某污水处理厂污泥为研究对象,研究白云石、硫酸亚铁以及白云石和硫酸亚铁复合物作为改良剂对污泥重金属形态和生物有效性的影响,并对其钝化机理进行了初步研究。结果表明:白云石可以提高污泥pH,硫酸亚铁则降低污泥的pH,白云石和硫酸亚铁复配添加时,污泥pH变化并不显著。白云石对污泥中Cu和Cd有较好钝化作用,硫酸亚铁对污泥中As具有显著钝化作用,白云石和铁盐复配对污泥中重金属Cu、Zn、Cd和As均有显著钝化作用。白云石和硫酸亚铁处理可显著降低污泥中重金属有效态含量,其中以5%白云石和5%硫酸亚铁复配处理的效果最好,与对照相比,污泥中的有效Cu、Zn、Cd和As分别减少了59.58%、42.26%、40.93%和55.68%。SEM-EDS和Visual MINTEQ模拟结果显示,白云石中的碳酸根离子能够与重金属发生沉淀反应。盆栽实验结果显示,污泥中加入白云石和硫酸亚铁后,青菜地上部和根部重金属含量降低,地上部Cu、Zn、Cd和As最大降低程度分别为53.56%、34.51%、57.29和77.04%。     

污染土壤中重金属生物有效性的植物指示法研究

污染土壤中重金属生物活性的判断是污染土壤修复的关键所在。植物指示法是近年来发展起来的判断污染土壤中重金属生物可利用性的一种经济简便且可靠的方法。综述了近年来国内外科研工作者在重金属污染程度的植物指示方面所做的工作,重点阐述了用指示植物监测环境污染以及指示植物的选择问题。     

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。     

应用化学提取法评价大气颗粒物中重金属的生物有效性

以广州市楼顶降尘为研究对象,在分析其粒度分布和重金属总量的基础上,采用单一化学提取法(DWLP、TCLP)和多级化学提取法(SEP)研究了大气颗粒物中4种重金属元素的生物有效性.结果表明:样品中96%以上颗粒小于100 μm,其中10 μm和2.5 μm以下颗粒分别占33%和11%.大气颗粒物中重金属含量很高,Cu、Pb、Zn和Cd的平均含量分别为362.43、1 033.81、830.32和5.80 mg/kg,是广东省环境土壤背景值的17～64倍.单一提取法中,TCLP的提取效率明显高于DWLP,表明pH值是影响大气颗粒物中重金属释放的主要因素.SEP法结果显示,Zn和Cd的生物可利用态比例远高于Cu和Pb.经DWLP和TCLP法提取后,颗粒物中重金属的总含量有不同程度的降低,生物可利用态所占比例明显增加.通过综合分析,发现SEP比其他两种方法更适用于评价大气颗粒物中重金属的生物有效性.     

生物炭促进硫诱导土著硫杆菌调控土壤铅形态

外源硫杆菌可以促进植物修复重金属污染土壤,然而硫杆菌对土壤中铅的活化作用机理尚不明确。通过土培实验,研究了单质硫和生物炭对土著硫杆菌的诱导作用和对土壤铅形态的作用机理。结果表明,单质硫能够诱导并富集土壤中的土著硫杆菌,相对丰度从0.02%增加至6.99%。生物炭促进了诱导作用,添加生物炭和单质硫,硫杆菌相对丰度增加至13.33%。同时添加3%(质量分数)生物炭和0.5%(质量分数)单质硫培养60 d后,土壤pH从7.83降低至6.64,Eh先降低至230 mV,后逐渐增加至299 mV;有机碳从19.40 g·kg⁻¹增加至28.29 g·kg⁻¹;土壤中铅由可还原态向酸可溶态、可氧化态和残渣态转变,可还原态铅减少了20.13%,酸可溶态、可氧化态和残渣态分别增加了53.76%、35.29%和69.40%。单质硫和生物炭能够富集土著硫杆菌,提高铅的生物有效性,同时对部分铅起到钝化固定作用。本研究可为提高土壤中铅的生物有效性以促进植物修复铅污染土壤提供参考。     

同步辐射光谱技术在有机固废污染控制与资源化研究中的应用

有机固废中碳、磷、硫及重金属等元素赋存形态是决定其环境行为、反应活性及资源化再利用的关键因素.同步辐射光谱技术可以在分子水平、微纳米尺度原位表征有机固废中碳、磷、硫、重金属等元素赋存形态、结合位点、微观结构,为深入阐明有机固废环境行为、反应机制提供直接的证据.概述了X射线吸收光谱、微束X射线荧光光谱等同步辐射光谱技术在...     

黑炭负载零价铁对复合污染土壤中铜和铬的稳定化效果及生物有效性影响

采用直接热解法和碳热还原法分别制备了黑炭(BC)和黑炭负载零价铁(BF)材料,通过土壤稳定化培养实验和盆栽实验,考察了BC和BF对复合污染土壤中铜和铬的稳定化效果及其对生物有效性的影响。实验结果表明,BC可提高土壤pH,BF则降低土壤的pH。在投加量为5 g·kg-1的情况下,处理30 d后,BC和BF对土壤中TCLP-Cu的去除率分别为76.99%和69.83%;BC对TCLP-Crtotal和TCLP-Cr(VI)去除率分别为91.07%和92.47%,BF对TCLP-Crtotal和TCLP-Cr(VI)的去除率均接近100%,两者均能有效降低土壤重金属迁移性。形态分析表明,投加BC和BF均促进了铜由酸可提取态向可还原态和可氧化态转化,同时使铬的酸可提取态降低,可氧化态增加。盆栽实验表明,BC和BF均大大降低了土壤中铜和铬的生物有效性,减弱了其由植物根部向地上迁移的能力。相比而言,BF在对复合污染土壤中铜和铬的稳定化效果、形态转化以及迁移性方面整体优于BC。     

典型重金属离子对羟基磷酸钙结晶法回收污水中磷的影响

采用羟基磷酸钙(HAP)结晶法回收模拟城镇污水处理厂富磷上清液中的磷,探究了3种典型重金属离子(Cu2+、Cd2+、Zn2+)对HAP结晶体系的单独及联合影响,并结合Visual MINTEQ (Ver3.2)模拟软件进行了分析.结果 表明,单一投加Cu22/Cd2+/Zn2+均会抑制磷的去除,其中Zn2+对磷去除率的...     

污泥生物炭制备过程中氮磷钾及重金属的迁移行为

采用固定床反应器对脱水污泥在热解过程中N、P、K及重金属的迁移行为进行了研究,以期获得营养元素N、P、K含量较高、重金属含量较低的生物炭,将其作为土壤肥料。结果表明,污泥样品中N主要以铵盐-N、蛋白质-N、吡咯-N、吡啶-N 4种形态存在,其中吡咯-N占总氮的45.22%,热解后各组分在生物炭中所占比例发生变化,其中吡咯-N的减少较为明显,800℃的污泥炭中减少到3.24%。随着热解温度由400℃升高到800℃,N在污泥炭中的含量逐渐降低,气相中的含量明显增加,但液相中在600℃后减少;P和K几乎全部集中在污泥炭中,其中400℃污泥炭中的P主要以焦磷酸盐形式存在、800℃时则主要以偏磷酸盐存在;重金属在污泥炭中出现不同的富集,其富集程度顺序为:Cu>Ni、As>Pb、Cr> Zn> Cd。     

新疆某矿冶区周边土壤重金属生物有效性与生态风险评价

矿业活动对土壤系统良性运转带来较大的环境负荷,矿区周边土壤重金属污染风险评估是土壤污染防治和资源可持续开发的关键。在应用单因子污染指数法、潜在生态风险指数法、风险评价编码法(RAC),并结合空间分析和冗余分析手段的基础上,对新疆某矿冶区周边土壤重金属生物有效性和生态风险进行了系统研究。结果表明：研究区土壤As、Cu、Mn和Cd超标率分别为88%、38%、49%和24%;土壤Mn、Zn、As和Cd弱酸可溶态高值区主要集中在尾砂库和收砷房的附近区域。单因子污染指数评价揭示As和Cu污染累积较为严重。潜在生态风险评价显示,As、Cd和Cu生态风险较高,Mn为低生态风险。风险编码法(RAC)评价结果进一步揭示Mn和Cd具有显著的土壤迁移风险。冗余分析结果显示,空间异质性是影响土壤重金属弱酸可溶态含量变异的主要因素。土壤pH和重金属弱酸可溶态是影响潜在生态风险指数(RI)的2个重要因素。综合风险评价手段与多尺度分析方法的联合应用有助于提高区域风险评价的准确性。