浒苔生物炭的特征及其对Cr(Ⅵ)的吸附特点和吸附机制

为使浒苔得到资源化利用,本研究采用慢速热解技术于不同温度下制备浒苔生物炭,并对其理化性质进行表征.结果表明,400℃时,浒苔裂解已达较高程度.浒苔生物炭产率及灰分含量与热解温度呈负相关,碳含量与热解温度呈正相关,其表面呈蜂窝状多孔结构,比表面积为44.54~317.82 m~2·g~(-1),表面含有丰富的羟基(—OH)和羧基(—COOH)等含氧官能团.吸附实验显示,浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型.表明浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附为单分子层化学吸附,主要受快速反应过程控制.浒苔生物炭吸附Cr(Ⅵ)的最适p H为2,吸附容量表现为BC400BC700BC600BC500BC300,其中BC400的吸附量为4.79 mg·g~(-1).浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附机制主要包括生物炭与HCr O-4和Cr2O_2-7等阴离子之间的静电作用,以及生物炭表面—OH和—COOH等含氧官能团的络合作用.     

生物炭对土壤中重金属铅和锌的吸附特性

利用固定床热解实验装置在不同热解温度(300~700℃)下制备了3种生物炭[杨树枝炭(PBC)、水葫芦炭(WHC)和玉米秸秆炭(CSC)],以南京市铅锌银矿区周边的菜园土为对象,研究了生物炭种类、热解温度和生物炭添加量对土壤重金属(Pb和Zn)吸附特性的影响,并结合生物炭的孔隙度、XRD和FTIR等分析,初步探讨了生物炭对土壤重金属的吸附机制.结果表明,生物炭的添加均不同程度地降低了土壤中Zn和Pb的浸出含量,水葫芦炭对土壤重金属的吸附效果最佳,在热解温度为500℃和生物炭添加量为5%的条件下,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率分别为21.83%和44.57%,相应的单位吸附量分别为227.65μg·g~(-1)和363.76μg·g~(-1).随着热解温度的升高,生物炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,且在热解温度为500℃和700℃下制备的水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附能力相差不大,这表明中等温度热解有利于水葫芦炭形成较好的理化特性.随着生物炭添加量的增加,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,但单位吸附量却逐渐减小,当水葫芦炭添加量为10%时,其对土壤中Pb的吸附率可达93.93%.结合生物炭的理化结构和土壤重金属吸附实验的结果,可以推测离子交换和络合作用是水葫芦炭修复重金属污染土壤的主要作用机制.     

镧-铅复合污染下AM真菌对玉米生长和镧、铅吸收的影响

采用温室盆栽试验的方法,模拟不同程度的镧-铅复合污染土壤(50、200、800 mg·kg~(-1)),研究接种丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)、真菌Claroideoglomus etunicatum(CE)和Rhizophagus intraradices(RI)对玉米(Zea mays L.)菌根侵染率、生物量、矿质营养元素吸收、C∶N∶P生态化学计量比、稀土镧(La)和重金属铅(Pb)吸收、转运的影响,旨在为稀土-重金属复合污染土壤的治理和修复提供科学依据.结果表明,AM真菌CE和RI均与玉米建立了共生关系,平均菌根侵染率为26.7%~95.8%;随着La-Pb复合污染含量的增加,玉米植株菌根侵染率、地上部和根部生物量以及N、P、K、Ca、Mg这5种矿质营养元素含量显著降低,而玉米植株C∶P和N∶P以及地上部和根部La、Pb含量显著增加.接种2种AM真菌使玉米植株生物量显著提高了17.8%~158.9%,地上部和根部P含量显著提高了24.5%~153.8%,降低了C∶P和N∶P,符合生长速率假设.在3种程度La-Pb复合污染含量土壤上,AM真菌使玉米植株根部Pb含量显著增加了51.3%~67.7%,地上部Pb含量显著降低了16.0%~67.7%,Pb从玉米根部向地上部的转运率降低了31.5%~54.7%;同时,接种AM真菌显著增加了轻度LaPb复合污染土壤上玉米植株的La含量,在中度La-Pb复合污染土壤上却显著减少了玉米地上部的La含量,增加了玉米根部的La含量,抑制了La从根部向地上部的转运,重度La-Pb复合污染土壤上均没有显著影响.试验结果初步证明,AM真菌具有促进稀土-重金属复合污染土壤植物修复的潜力,对于稀土-重金属复合污染土壤生态系统的植被恢复具有潜在应用价值.     

酸雨区不同用地类型土壤有效态Cd含量季节变化及关键影响因子

探明污染土壤重金属有效态含量的季节变化特征及其敏感影响因子,对农业生产过程中减低重金属生态风险具有重要的参考价值.研究于湘江中下游典型Cd超标农业小流域中选取稻田、旱作蔬菜地、丘陵林地这3类主要用地类型,分析不同用地类型Cd活性的季节变化特征及其与土壤基本理化参数的关联.为期1 a的原位监测结果显示,研究区为典型酸雨区,雨水p H值呈现冬、春季节低于夏、秋季.稻田土壤总Cd含量显著高于旱作蔬菜地,菜地显著高于林地,3种用地类型土壤总Cd含量季节特征相似,均为夏秋季节略低于冬春两季.3种用地类型Cd有效态季节变化与总Cd含量无明显的相关性,稻田土壤有效态Cd含量在5~9月的作物生长季明显低于其他月份,而菜地和林地则恰好相反.稻田土壤Cd有效性的最关键影响因子为Eh,呈显著正相关,与土壤p H负相关,菜地土壤与土壤TOC明显负相关,而林地土壤Cd有效性与水溶性有机碳、TOC呈现明显的正相关关系.研究可为Cd超标土壤污染阻控与农业安全生产提供一定的数据参考.     

增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响

CO2减排和土壤污染修复是我国实现经济和环境可持续发展必须解决的两大难题.基于生物固碳对根际微环境的影响,本研究提出通过增施CO2强化土壤有机污染的植物修复过程,为同时解决CO2减排和土壤污染植物修复面临的困境提供新思路.在模拟的CO2增施环境中,以C3植物菜豆和C4植物玉米为供试植物,以氯氰菊酯为目标污染物,研究增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响.结果表明,增施CO2可显著增加C3植物菜豆的地上和地下干重,在氯氰菊酯添加浓度为0、20、40 mg.kg-1时地下干重分别比自然CO2水平时增加了54.3%、31.9%和30.0%.增施CO2提高了未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量,但降低了添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量.增施CO2对未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际氯氰菊酯残留浓度没有显著影响,但降低了菜豆根际氯氰菊酯的残留浓度,分别比自然CO2水平时下降24.0%（20mg.kg-1）和16.9%（40 mg.kg-1）.然而,对C4植物玉米而言,增施CO2对植物生物量、根际微生物、根际氯氰菊酯残留浓度下降没有明显促进作用,甚至有抑制作用.本实验表明,增施CO2降低了C3植物根际氯氰菊酯残留浓度,可以考虑将增施CO2作为C3植物修复土壤污染的强化措施,但对C4植物的影响还有待进一步研究.     

废弃尾矿库15种植物对重金属Pb、Zn的积累和养分吸收

在废弃的铅锌尾矿库进行人工植被恢复试验.对3年生15种植物重金属积累和养分吸收特性的研究表明,植物对土壤重金属和养分的吸收积累因植物种类、部位、金属种类和种植时间的不同而有显著差异.树木不同器官Pb质量浓度高低的总趋势为根〉叶〉茎,部分树种Zn质量浓度表现为叶〉根和茎;在15种参试植物中,加拿大紫荆根系Pb和Zn质量浓度均处于最高水平（分别为1 803 mg.kg-1和2 120 mg.kg-1）,盐肤木具有最高的茎枝Pb、叶片Pb和Zn质量浓度（分别为280、546和1 507 mg.kg-1）,旱柳具有最高的茎枝Zn质量浓度（729 mg.kg-1）和较高的叶片Zn质量浓度（1 153 mg.kg-1）.枫香、紫花苜蓿对Pb,旱柳、盐肤木、紫花苜蓿对Zn的转移系数TF值均〉1.植物Pb的富集系数BCF值均小于0.17,旱柳、盐肤木、紫花苜蓿Zn的BCF值达0.37～0.43.固氮植物体内N含量显著高于其它植物,火炬树、臭椿对P和夹竹桃对K的吸收积累能力强.随着种植时间的增加,植株体内有重金属质量浓度增加、营养元素含量下降的趋势.盐肤木、旱柳等重金属积累树种及紫穗槐、紫花苜蓿、截叶胡枝子、桤木等固氮植物在铅锌尾矿治理中具有应用前景.     

添加不同 N源条件下典型除草剂对土壤呼吸和 N2O排放的影响

通过室内土壤培养实验,采用间歇密闭培养-气相色谱法研究了添加不同N源条件下我国典型旱地除草剂对农田土壤呼吸和N2O排放的影响.结果表明,在添加（NH4）2SO4氮源条件下,莠去津和百草枯对土壤呼吸和N2O排放无显著影响（P〉0.05）.草甘膦显著抑制了土壤呼吸（P〈0.05）,是对照的78.5%,N2O的排放无显著影响（P〉0.05）,仅表现为均值降低了20.1%.苯磺隆显著促进了土壤呼吸（P〈0.05）,是对照的1.1倍,对N2O排放也无显著影响（P〉0.05）.乙草胺显著促进了土壤呼吸和N2O的排放（P〈0.05）,分别是对照的1.1和1.5倍.在添加尿素的条件下,莠去津和乙草胺对土壤呼吸和N2O排放无显著影响（P〉0.05）.百草枯显著促进了N2O的排放（P〈0.05）,是对照的1.4倍,却对土壤呼吸无显著影响（P〉0.05）.草甘膦显著抑制了土壤呼吸（P〈0.05）,仅为对照的82.5%,对N2O的排放却无显著影响（P〉0.05）.苯磺隆显著促进了土壤呼吸和N2O的排放（P〈0.05）,其分别是对照的1.3和1.6倍.鉴于不同除草剂对不同微生物生理代谢影响的复杂性,其对温室气体的作用和影响还需长期田间试验研究.     

厌氧-准好氧联合型生物反应器填埋场产气规律的研究

通过将厌氧型生物反应器填埋场（ANBL）和准好氧矿化垃圾生物反应床（SAARB）串联,组成新型的厌氧-准好氧联合型生物反应器填埋场（AN-SABL）,研究其产气速率、产气量以及产气组分的变化规律,以期为填埋气体的收集、利用和处理提供理论依据.实验表明,AN-SABL中的厌氧填埋单元的产气受到了抑制,其中ANBL2号单元和ANBL3号单元的产气率分别为49 L.kg-1和39 L.kg-1,仅占ANBL1号的94.2%和75.0%,但提高回灌频率,能促进厌氧填埋单元的产气,其甲烷含量最大值可达到62.67%;ANBL夏季产气速率和产气量明显高于冬季,并以12 h为周期交替出现产气高峰;此外,AN-SABL能够促进其厌氧单元的硝化和反硝化作用,N2O的含量受季节和填埋场类型影响显著,其变化范围在0.001 7%～4.017 9%之间.ANBL的累积产气量在初始调整阶段呈对数增长,过渡酸化阶段呈线性增长,酸化产甲烷阶段呈指数增长.     

武汉市儿童多途径铅暴露风险评估

在武汉市区设置70个采样点,采集土壤、灰尘、大气及食品样品.根据美国EPA推荐的儿童铅暴露参数,应用美国EPA人体暴露风险评估方法对武汉市儿童多途径铅暴露进行了风险评估,结果表明,武汉市区儿童每天的铅暴露量为1.20×10-3mg.（kg.d）-1.经消化道途径是儿童摄入铅的主要途径,其暴露量为1.04×10-3mg.（kg.d）-1,其次为经呼吸道途径及皮肤吸收途径,其暴露量分别为0.153×10-3mg.（kg.d）-1和8.56×10-7mg.（kg.d）-1.在消化道途径中,摄入土壤或灰尘铅暴露量占占总暴露量的52.0%,通过消化道途径摄入土壤或灰尘是最主要的暴露途径.用Monte Carlo法进行模拟,在消化道途径中,通过摄取土壤铅暴露量为2.48×10-2mg.d-1.超过JECFA指定的PTDI的概率为2.1%.风险水平R计算结果表明,从消化道、呼吸道、皮肤吸收这3个途径的铅暴露风险均小于最大可接受风险水平5.0×10-5,其中经过皮肤吸收途径的铅暴露风险值小于可忽略风险水平1×10-8.应用Kriging插值法获得武汉市中心城区儿童铅日暴露量的空间分布,运用指示Kriging方法获得了武汉市儿童铅暴露危险指数图,显示武汉市青山区及江岸区儿童铅暴露水平较高.     

石油污染土壤生物修复过程中氮循环功能基因的动态检测

氮循环相关功能微生物在土壤发挥其生态功能中起着重要的作用.为定量分析其中的固氮细菌、反硝化细菌和硝化细菌在石油污染土壤生物修复过程中的演变情况,采用了实时定量PCR技术对其相关功能基因nifH、narG和amoA的拷贝数进行检测.结果表明,污染土壤中nifH、narG和amoA基因拷贝数及其占总16S rRNA基因拷贝数的比例远低于正常土壤,修复后土壤中的同类分析结果与正常土壤接近.表明石油污染物破坏了氮循环相关菌落结构,而生物修复则使其得以恢复.进一步分析了不同修复方式下氮循环功能基因的恢复情况以及土壤中石油烃降解率.也表明同时添加秸秆和菌剂具有最好的修复效果,处理40 d后其nifH、narG和amoA基因拷贝数（以干土计）分别恢复到2.68×106、1.71×106和8.54×104g-1,石油烃降解率达到48%.投加真菌-细菌复合菌剂的效果优于只投加细菌菌剂的效果.本研究结果表明氮循环功能基因的动态监测可以从基因和物种水平上反映土壤修复的效果,为土壤修复的监控和效果评估提供参考.