基于流态化作用的吸附反应动力学和穿透特征

基于流态化作用的吸附反应动力学和穿透特征研究还鲜见报道.以苯酚为吸附质、活性炭为吸附剂,探讨了不同流态化紊流强度对基于流态化作用的吸附效率、吸附动力学特性、吸附反应穿透曲线和饱和吸附量的影响,并与相同条件的固定床吸附反应器进行了对比研究.结果表明,表观流速为8 mm·s-1和13 mm·s-1时,基于流态化和固定态的活性炭在5 min内的吸附效率均达到93%以上,吸附反应均符合经典二级动力学方程,且其相关系数大于0.999.穿透实验结果表明,表观流速为6 mm·s-1和8 mm·s-1时,基于流态化的活性炭对苯酚的吸附总量分别较固定态高8.77 mg·g-1和24.70 mg·g-1.可见,基于流态化吸附反应器与基于固定态吸附反应器相比,具有吸附反应效率高,吸附总量大的特征.     

秸秆覆盖条件下小麦生长季根系呼吸对土壤呼吸作用的贡献

在紫色土丘陵区连续6年进行秸秆覆盖试验的"旱三熟"农田系统中,于2012年12月—2013年4月小麦生长季内对土壤呼吸进行测定,并对小麦根系生物量、土壤温度、土壤水分和土壤有机碳含量等指标进行监测,以分析土壤呼吸动态变化的影响因素.结果表明,秸秆覆盖措施显著提高了土壤呼吸速率,秸秆覆盖(S)和秸秆覆盖+腐熟剂(SD)处理分别比对照(CK)增加了45.0%和29.4%.曲线估计表明,土壤呼吸作用与根系生物量呈显著线性关系,通过建立二者的线性回归方程,采用生物量外推法估算小麦根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例,在分蘖期(2012年12月)、拔节期(2013年1月)、抽穗期(2012年3月)和灌浆期(2013年4月),根系呼吸分别占土壤呼吸的28.2%、44.0%、56.9%、56.2%,平均贡献为46.3%,并呈先增加再降低的趋势,在抽穗期达到最大,与根系生物量的变化同步.按照不同处理建立根系生物量与土壤呼吸间的线性回归方程,经计算得出CK、S和SD 3个处理中,根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例分别为42.9%、43.8%和43.7%,秸秆覆盖对根系呼吸作用比例无显著影响.     

2种组配改良剂对稻田土壤重金属有效性的效果

为研究2种组配改良剂LS(碳酸钙+海泡石)和HZ(羟基磷灰石+沸石)对土壤重金属的生物有效性以及水稻吸收累积重金属的影响,在湘南某矿区附近污染稻田中施用了不同添加量(0,2,4,8g/kg)的两种组配改良剂,并进行了水稻种植的田间试验.结果表明,施用2~8g/kg组配改良剂LS和HZ均能使土壤pH值和CEC含量显著增加,有机质含量变化不明显,LS比HZ更能提高土壤pH值和CEC含量.施用2~8g/kg组配改良剂LS能使土壤中Pb、Cd、Cu和Zn的TCLP提取态含量分别降低25.7%~52.2%、12.7%~25.7%、6.4%~17.2%和8.6%~23.4%,施用2~8g/kg HZ使土壤中Pb、Cd、Cu和Zn的TCLP提取态含量分别降低57.6%~80.1%、7.0%~40.9%、2.3%~22.7%和4.5%~33.2%.两种组配改良剂能显著降低土壤中Pb、Cd、Cu和Zn的生物有效性,抑制水稻植株对Pb和Cd的吸收,土壤Pb、Cd和Cu的TCLP提取态含量与水稻根系和糙米中Pb、Cd和Cu的含量之间存在显著或极显著的正相关关系,TCLP提取态含量能较好的表示重金属在土壤中的生物有效性.     

基施硅肥对土壤镉生物有效性及水稻镉累积效应的影响

为研究硅肥对土壤Cd生物有效性以及水稻累积重金属Cd的影响,模拟土壤低Cd污染水平(Cd总量为0.72mg·kg~(-1))和土壤高Cd污染水平下(Cd总量为5.08 mg·kg~(-1)),土壤基施0、15、30、60 mg·kg~(-1)的硅肥,进行水稻盆栽种植实验.结果表明,施用15~60 mg·kg~(-1)硅肥能提升水稻各生育期土壤的pH值,降低土壤交换态Cd含量和TCLP提取态Cd含量24.2%~43.7%,12.7%~46.8%,土壤中Si能与Cd形成Si-Cd复合物,降低土壤Cd的生物有效性,且降低效果在土壤低Cd污染水平时优于高Cd污染水平.硅肥提升水稻地上部的生物量尤其是产量.土壤低Cd污染水平下,Si对土壤Cd向水稻地上部的转运有促进和阻碍两种作用,施用量过低(Si 15 mg·kg~(-1))或过高(Si 60 mg·kg~(-1))时均促进土壤Cd向水稻地上部转运,施用量为30 mg·kg~(-1)时则阻碍Cd向上转运.随着Si施用量的增大,糙米Cd含量先上升后下降,范围为0.07~0.15 mg·kg~(-1),均低于0.2 mg·kg~(-1).土壤高Cd污染水平下,Si阻碍Cd向水稻地上部的转运,糙米、谷壳、茎叶的Cd含量分别降低38.7%~48.5%、35.7%~70.7%、30.9%~40.7%,糙米Cd含量范围0.23~0.28 mg·kg~(-1).综合考虑产量和糙米Cd含量,土壤低Cd污染水平下,建议施用30 mg·kg~(-1)的Si;高Cd污染水平下,建议施用Si 15~60 mg·kg~(-1).     

不同pH值灌溉水对土壤Cd生物有效性及稻米Cd含量的影响

通过盆栽种植实验研究了pH值为3.5~6.5的灌溉水对稻田土壤pH值、土壤Cd生物有效性以及2种水稻品种各部位Cd含量的影响.结果表明:1不同pH值灌溉水对土壤pH值影响显著.灌溉水pH为3.5~6.5的处理下,湘晚籼土壤pH值下降了0.6~0.3个单位,威优46号土壤pH值下降了0.7~0.4个单位.2随着灌溉水pH值的升高,土壤交换态和TCLP提取态Cd含量(生物有效性)均有降低的趋势,但TCLP提取态Cd含量不显著.3随着灌溉水pH值从3.5上升到6.5,湘晚籼12号水稻植株各部位Cd含量均逐渐下降,而威优46号水稻植株各部位的Cd含量逐渐上升.与pH=3.5处理相比,浇灌pH值为4.5~6.5的灌溉水,湘晚籼12号根系、茎叶、谷壳和糙米中Cd含量分别下降32.3%~48.0%、16.5%~48.0%、40.0%~56.2%和45.6%~73.9%;相反,威优46号根系、茎叶、谷壳和糙米中Cd含量分别上升30.5%~446.3%、5.3%~201.1%、70.3%~316.7%和71.0%~177.2%.显然,升高灌溉水的pH值有利于降低湘晚籼12号(常规稻)糙米中的Cd含量,但不利于降低威优46号(杂交稻)糙米中的Cd含量.     

钙镁磷肥对土壤Cd生物有效性和糙米Cd含量的影响

通过水稻盆栽试验,研究了施用钙镁磷肥对Cd污染稻田中Ca、Mg、Cd生物有效性的影响和种植水稻(湘晚籼12号、威优46号)后水稻各部位Ca、Mg、Cd含量的差异.结果表明,施用钙镁磷肥能显著提升土壤pH值,降低土壤TCLP提取态Cd含量,且降低效果随着水稻生育期的延长逐渐增强.与对照相比,施用0.8 g·kg-1的钙镁磷肥,使湘晚籼12号种植土壤和威优46号种植土壤TCLP提取态Cd含量在熟化期、灌浆期、分蘖期、成熟期分别下降了12.7%、15.6%、21.5%、61.9%和12.7%、72.6%、42.1%、59.7%.施用钙镁磷肥能显著增加水稻种植土壤中TCLP提取态Ca、Mg含量,降低TCLP提取态Cd含量,同时显著增加水稻各生育期各部位Ca、Mg含量并降低其Cd含量,水稻各部位中Ca、Mg含量与Cd含量均呈现负相关关系,表明外源Ca和Mg的加入对水稻累积Cd产生了拮抗作用.施用钙镁磷肥能显著降低水稻糙米中Cd含量并提高水稻产量.与对照相比,施用0.2~0.8 g·kg-1的钙镁磷肥,水稻湘晚籼12号和威优46号糙米中Cd含量分别下降了36.8%~52.6%和53.3%~75.6%.威优46号比湘晚籼12号更易将土壤Cd向水稻籽粒中转运.     

2种无机洗脱剂对矿区污染土壤中铅、镉的洗脱研究

选用HCl和CaCl2 2种无机洗脱剂对矿区重金属污染土壤进行化学洗脱试验,分析比较了2种洗脱剂对土壤中Pb、Cd的洗脱效果,并探讨了洗脱剂浓度、洗脱时间、温度、固液比、洗脱次数对土壤中Pb、Cd洗脱效果的影响.结果表明,对于土壤中Pb的洗脱,HCl的效果优于CaCl2,其洗脱率分别为26.0% ～68.2%和14.6% ～48.7%;而对于土壤中Cd的洗脱,CaCl2优于HCl,其洗脱率分别为30.7% ～54.6%和24.2% ～42.6%.在各影响因素中,洗脱剂浓度对土壤中Pb的洗脱有显著影响,而洗脱次数对土壤中Cd的洗脱有显著影响,其他因素对Pb、Cd的洗脱均无显著影响.洗脱土壤中Pb的最佳操作条件为:HCl 200 mmol·L-1、时间240 min、温度20 ℃、m(固)∶V(液)=1∶15、洗脱2次;洗脱土壤中Cd的最佳操作条件为:CaCl2 50 mmol·L-1、时间240 min、温度35 ℃、m(固)∶V(液)=1∶20、洗脱4次.     

几种固化剂组配修复重金属污染土壤

选取沸石、硅藻土、海泡石、膨润土和石灰石等5种矿物材料,以6 g.kg-1的浓度分别添加到50 g供试土壤中,熟化两周后进行毒性浸出实验,研究各固化剂对土壤重金属的固化效果.实验表明石灰石对土壤重金属均有较好的固化作用,因此再将前4种固化剂与石灰石以不同质量比组配,并以同样方法研究各组配对土壤中重金属的固化效果,以期得到固化效果优于单一固化剂的组配固化剂.结果表明,几种组配中效果最好的是硅藻土与石灰石以质量比1∶2的组配,土壤浸提液中Pb、Cd、Cu、Zn浸出量较对照分别降低54.3%、100%、27.2%、63.8%.显然,1∶2的硅藻土+石灰石对土壤Pb、Cd、Zn均有较好的固化作用.     

铁锰改性生物炭对水稻镉吸收和土壤微生物群落的影响

通过盆栽试验,研究铁锰改性生物炭(BC_FM)对水稻Cd吸收和土壤微生物群落结构的影响.结果表明,BC_FM可有效降低水稻对Cd的吸收,改变土壤微生物群落结构.与对照相比,添加0.5～2g/kg BC_FM后土壤有机质、土壤阳离子交换量、土壤总Fe和总Mn无显著变化;而添加4g/kg BC_FM后,土壤有机质、土壤阳离子交换量、土壤总Fe和Mn含量分别显著(P<0.05)提高了13.6%、13.58%、5.0%和12.1%,同时土壤中有效态Cd含量显著(P<0.05)降低67.9%,且水稻茎、叶和糙米中Cd含量分别显著(P<0.05)降低74.3%、44.9%和84.9%.添加BC_FM后,水稻根际土壤Firmicutes、Proteobacteria等门水平物种的相对丰度提高,而Bacteroidota、Patescibacteria、Desulfobacterota和Nitrospirae等门水平物种的相对丰度降低.热图分析结果表明,BC_FM可...     

三元复合调理剂对土壤镉砷赋存形态和糙米镉砷累积的调控效应

为研究三元复合调理剂（石灰石+硅藻土+硫酸铁,LDF）对稻田土壤Cd和As赋存形态及水稻糙米Cd和As累积的影响,开展水稻盆栽试验.LDF按质量比设置7个施用水平（0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0和16.0 g·kg^-1）,种植2种水稻（黄华占和T优272）.结果表明：①施用LDF分别提高黄华占和T优272根际土壤pH 0.01~0.42和0.11~0.54单位,降低土壤交换态Cd含量11.1%~61.1%和26.5%~52.9%,同时降低土壤交换态As含量8.2%~60.0%和5.6%~49.9%;②施用LDF能促进Cd、As向难溶态的转变,尽管2种水稻根际变化趋势不一致,但都可降低土壤Cd的酸可提取态占比,而增大铁锰结合态、有机结合态和残渣态占比,同时可降低As的交换态占比,而增大钙结合态占比;③LDF的施用能降低根表铁膜中Cd、As和Fe含量而增大Mn含量,Mn的最大增幅可达124.2%;④LDF施用下2种水稻糙米中Cd含量最大降低64.6%和65.9%,总As含量最大降低37.0%和42.5%,对无机As含量影响不显著.LDF施用量在2~16 g·kg^-1水平时,T优272糙米中Cd和无机As含量同时低于0.2 mg·kg^-1,而黄华占仅在16 g·kg^-1水平时,糙米中Cd和无机As含量同时低于0.2 mg·kg^-1.在实际农业生产过程中,可根据土壤Cd和As污染程度和水稻品种确定LDF施用量.