污染土壤植物修复技术及尚待解决的问题

土壤是人类赖以生存和发展的物质基础,是人类不可缺少的自然资源,也是人类环境的重要组成部分.土壤环境污染问题已成为限制中国国际贸易和社会经济可持续发展的重大障碍之一,因此对污染土壤进行修复十分必要.本文探讨了污染土壤植物修复技术的基本类型、研究与应用的典型实例及尚待解决的问题.     

不同发酵方式对鸡粪重金属及有机质影响

以鸡粪和稻草秸秆为原料,研究了一次堆肥发酵（包括液体菌剂发酵,L;固体菌剂发酵,S;高温酵素发酵,E）,以及连续二次堆肥发酵（高温酵素发酵+液体菌剂发酵,EL;高温酵素发酵+固体菌剂发酵,ES）下有机肥中重金属含量和形态分布规律、理化性质以及有机质变化特征.结果表明,与堆肥前相比,堆肥后鸡粪有机肥pH值显著增加（P < 0.05）,而EC值和含水率均显著减少（P < 0.05）.小白菜种子发芽率由堆肥前的高达58.1%下降到堆肥后小于20%.堆肥后重金属由可溶态向难降解残渣态转化,有机肥中Cu、Zn、Cr、Cd、Pb和As钝化率分别达到27.2%~69.3%、17.1%~50.7%、24.0%~68.7%、16.9%~46.3%、33.1%~54.3%和0.4%~29.5%.腐殖物质和胡敏酸含量显著增加（P < 0.05）,胡敏酸/富里酸（HA/FA）比值均上升.堆肥中多糖类和脂肪族化合物含量均有所增加,但香族类化合物有所降低.从重金属钝化率、有机肥腐熟度等有机肥无害化指标来看,连续二次发酵效果优于一次发酵,其中EL效果最佳.     

纳米富勒烯对土壤酶活性和微生物群落的影响

采用室内暗培养试验,研究了纳米富勒烯对土壤呼吸强度、酶活性及微生物结构群落多样性的影响.结果表明,添加纳米富勒烯抑制了土壤呼吸强度(p0.05),较对照处理CO_2累积量降低了1.2%～11.3%.纳米富勒烯显著抑制了土壤脲酶活性(p0.05),与对照相比,降低了19.1%～33.7%,土壤脱氢酶活性整体上表现为随纳米富勒烯添加量增加先增加后降低的趋势.与之相反,添加不同剂量纳米富勒烯整体上提高了土壤碱性磷酸酶活性,但差异不明显(p0.05).利用磷脂脂肪酸(Phospholipid Fatty Acids, PLFAs)分析发现,添加纳米富勒烯(10～500 mg·kg~(-1))后土壤总PLFAs含量较对照降低了3.6%～27.3%,在低剂量(≤50 mg·kg~(-1))纳米富勒烯处理下革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌、细菌含量均有所提升,而当纳米富勒烯剂量达到500 mg·kg~(-1)时,土壤微生物数量在不同程度上受到抑制.土壤微生物生态学指数(Shannon、Simpson和Pielou指数)、聚类分析(Cluster analysis)、主成分分析(Principal component analysis)均显示纳米富勒烯对土壤中微生物群落多样性产生了负面影响.     

天津污灌区菜地土壤团聚体中有机碳和重金属含量特征

以天津某污灌菜地土壤为研究对象,分析干筛法所得不同粒径土壤团聚体颗粒中有机碳及重金属含量特征.结果表明,土壤团聚体粗大颗粒(2 mm)含量最大,约为70%.0.25～0.5 mm粒级团聚体中Cu、Zn、Cd和Pb含量最高,Cr含量在5～8 mm粒径团聚体中最高,As在不同颗粒中含量差异较小,不同重金属元素含量随土层深度增加而减小.污灌土壤中重金属富集因子表现为Cd Pb Zn Cu Cr As,在0.25～0.5 mm粒级团聚体颗粒中Cu、Zn、Cd和Pb分布因子最高,而5～8 mm粒径团聚体中重金属负载因子最大.土壤有机碳含量整体上随团聚体粒径增加表现为先增加后降低,不同粒径团聚体中Cu、Cd、Pb和As含量与有机碳含量呈显著正相关(p0.05).     

叶用油菜和孔雀草间作对植物生长和镉累积的影响

为揭示镉（Cd）低积累作物与超富集植物间作对Cd污染土壤安全利用和提取修复的作用,通过盆栽试验,将两种Cd累积能力不同的叶用油菜（Brassica chinenesis L.,低积累油菜华骏和普通油菜寒绿）与4种孔雀草（Tagetes patula L.,矮杆红花、矮杆黄花、高杆红花和高杆黄花）间作,研究间作措施对两类植物生长、光合作用参数、Cd累积以及土壤有效态Cd和可溶性有机碳（DOC）含量的影响.结果表明,与单作相比,间作后油菜生物量显著降低,孔雀草生物量显著升高.间作处理中油菜叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率较单作均显著降低.华骏与矮杆红花间作时,华骏地上部Cd含量较单作显著降低14.5%,矮秆红花地上部Cd含量显著增加36.5%;其余间作处理下油菜地上部Cd含量均显著升高或无显著变化,而孔雀草地上部Cd含量无显著变化.间作处理下,油菜地上部Cd累积量较单作处理显著降低,孔雀草地上部Cd累积量显著升高.间作处理下土壤Cd提取率与孔雀草单作处理无显著差异.油菜地上部Cd含量与土壤有效态Cd以及DOC含量分别呈极显著和显著的正相关关系.总之,Cd低积累油菜华骏与孔雀草矮杆红花间作组合表现最佳,在Cd污染菜地土壤的修复和安全利用中有较好的应用价值.     

海泡石对镉-铅复合污染钝化修复效应及其土壤环境质量影响研究

通过盆栽试验,开展了海泡石钝化修复Cd-Pb复合污染土壤对p H、重金属形态含量、水稻体内重金属累积特征以及土壤酶活性和微生物数量的影响研究.结果表明,添加海泡石提高了土壤p H值,污染土壤中Cd和Pb由活性较高的可提取态向活性低的有机结合态、铁锰氧化物结合态以及残渣态转化,可溶态Cd和Pb含量分别较对照降低了1.4%~72.9%和11.8%~51.4%.水稻体内各部分重金属含量总体上随海泡石含量增加而减少.与对照相比,水稻茎、叶、糙米和稻壳中Cd含量最大可降低39.8%、36.4%、55.2%和32.4%,而相对应部位的Pb含量最大降幅也分别达到了22.1%、54.6%、43.5%和17.8%.添加海泡石后在一定程度上改善了土壤环境质量,过氧化氢酶和脲酶活性、细菌和放线菌数量有所增加,蔗糖酶活性和真菌数目较对照有所降低,但不显著(P>0.05).p H、可溶态Cd、Pb含量以及脲酶和蔗糖酶活性与水稻体内Cd、Pb含量之间存在显著的相关关系,可以用来评价土壤Cd-Pb复合污染钝化修复效率.     

微纳米粒径生物炭的结构特征及其对Cd2+吸附机制

为探究不同微纳米粒径生物炭的结构特性和对Cd²⁺吸附性能的影响.通过筛分法和球磨法制备不同粒径（180~250、50~75和≤20 μm,分别表示为BC-1、BC-2和BC-3）玉米秸秆生物炭,利用元素分析、激光粒度分析、SEM、BET、FTIR和XPS等手段对生物炭的结构进行了表征,采用静态吸附实验研究了不同初始Cd²⁺浓度、吸附时间和pH条件下生物炭对Cd²⁺的吸附行为与机制.结果表明,随粒径减小,生物炭表现为pH值和Zeta电位均下降、芳香性和极性降低、比表面积和孔体积增大.不同粒径生物炭对Cd²⁺的吸附动力学符合准二级动力学模型,以化学吸附为主,其平衡时间依次为：BC-1（540 min）>BC-2（360 min）>BC-3（80 min）.Langmuir模型能更好拟合Cd²⁺在不同粒径生物炭上的吸附等温过程（R²>0.97）,Cd²⁺最大吸附量随粒径减小而增大,表现为：BC-3（74.43 mg ·g^-1）>BC-2（45.71 mg ·g^-1）>BC-1（44.59 mg ·g^-1）.生物炭吸附Cd²⁺主要机制有静电吸引、表面络合和阳离子-π作用.     

钝化剂与肥料对油菜和孔雀草间作体系的影响

通过盆栽实验,采用镉（Cd）低积累油菜单作和低积累油菜-超富集植物孔雀草间作两种种植模式,设置施用巯基坡缕石和硫酸钾以及叶面喷施硫酸锰的调控处理,研究不同处理对单作和间作模式下植物生长与Cd累积以及土壤Cd形态的影响.结果表明：施用巯基坡缕石可显著降低油菜和孔雀草地上部Cd含量、油菜Cd累积量、Cd提取率以及土壤有效态Cd含量.施用0.4g/kg的硫酸钾显著增加孔雀草Cd累积量,降低间作油菜地上部Cd含量,使间作油菜根际土壤可交换态Cd比例减少,残渣态Cd比例增加.喷施0.6g/L的硫酸锰使单作油菜地上部Cd含量、Cd累积量以及Cd提取率显著降低.从降低油菜地上部Cd含量保障安全生产,同时不影响Cd植物提取修复角度综合考虑,在间作模式下,施用0.4g/kg的硫酸钾处理调控效果最佳.     

不同钝化剂对鸡粪堆肥重金属钝化效果及其腐熟度指标的影响

为探究不同钝化剂对畜禽粪便处理效果,以鸡粪和稻草秸秆为原料,采用高温酵素快速堆肥方法,研究添加海泡石(SE)、钙镁磷肥(NP)、生物炭(BI)单一及复配钝化剂海泡石+钙镁磷肥(S+N)、海泡石+生物炭(S+B)、钙镁磷肥+生物炭(N+B)、海泡石+钙镁磷肥+生物炭(SNB)对鸡粪有机肥的理化性质、重金属形态分布及有机质变化的影响.结果表明,添加不同钝化剂堆肥后显著增加鸡粪有机肥pH(P 0. 05),种子发芽率有所增加(80%以上),发芽抑制率相应降低,而电导率(EC)、有机碳全氮含量和碳氮比(C/N)均较堆肥前有所降低,各项指标均达到有机肥腐熟标准.但堆肥后各组间差异为:在pH方面复配处理pH增加较高,在电导率方面单一海泡石和钙镁磷肥处理下EC值降幅较大,而有机碳全氮含量和碳氮比各组差异不明显.虽然由于"浓缩效应"导致鸡粪有机肥重金属总量有所增加,但鸡粪有机肥中重金属可溶态比例下降,残渣态比例均有所增加,添加钝化材料后发现复配钝化剂对重金属钝化效果好于单一钝化剂,其中SNB处理对Ni、Zn、As和Pb钝化效果最好.堆肥处理后,腐殖酸(HS)和胡敏酸(HA)浓度均显著上升(P 0. 05),最高分别增加19. 8%和78. 9%,富里酸(FA)则较初始条件下降低4. 47%～20. 11%.红外光谱分析发现堆肥后多糖小分子类物质均不同程度增加.综上所述,投加钝化剂对鸡粪有机肥重金属钝化有一定的促进作用,从而使堆肥达到无害化效果.     

西南地质高背景区蔬菜Pb的安全生产阈值与土地质量类别划分

为确保西南地质高背景区与人类活动交互叠加的农田土壤Pb污染蔬菜品种的安全生产,选取西南地区广泛食用的蔬菜作物32种,利用相关性分析和多元线性回归分析等方法研究了土壤-蔬菜中Pb累积规律和关键制约因子,西南地区农田土壤Pb生态安全阈值采用物种敏感度分布法确定.结果 表明,研究区土壤ω(Pb)为47.59 ～ 462.38...