聊城冬小麦测土配方施肥项目生命周期环境效益分析

测土配方施肥行动已在全国范围内开展,其实施效果还有待评估,而生命周期分析有助于系统地评估其实施的直接与间接环境效益.因此,本研究以山东省聊城市2006—2010年冬小麦的测土配方施肥项目为例,对冬小麦施肥生命周期资源消耗与污染物排放进行清单分析,并以常规施肥区为参照对象评估测土配方施肥项目的环境净效益.结果表明,测土配方施肥通过化肥减量使用和合理搭配,提高了单产,显著减少了冬小麦生命周期资源消耗与污染物排放量,其富营养化、环境酸化的减缓效益和节能效益分别相当于2000年世界人均影响潜力的6.90%、1.38%和0.89%.环境效益年际间总体上呈下降趋势,表明测土配方施肥项目起到了一定的示范推广作用,常规施肥区农户对氮肥的使用趋于理性,但磷肥投入尚有减量潜力,是继续改善项目实施效益的关键.     

S-NZVI/PS凝胶反应带修复硝基苯污染地下水

采用前置硫化法合成制备硫化纳米铁,研究其与过硫酸盐对硝基苯的联合降解效果,检测反应前后溶液中铁离子和TOC浓度变化,对反应前后的S-NZVI进行表征,分析S-NZVI和PS对NB的联合降解机制.以纳米硅胶溶液为胶结剂,以PS为活性成分,制备缓释PS溶胶,注入砂柱中扩散形成凝胶,与S-NZVI构成S-NZVI/PS组合反应带,研究其对模拟硝基苯污染地下水的原位修复效果.结果表明,S-NZVI能够高效去除NB并生成大量苯胺（AN）,S-NZVI被PS氧化产生的Fe²⁺与PS组成活化过硫酸盐,对AN具有较好的降解和矿化效果.当NB浓度为100mg/L、S-NZVI和PS的投加量分别为0.5,2.5g/L时,NB去除率达91%,AN出水浓度为1.96mg/L,TOC去除率达64.09%.反应后S-NZVI的主要铁氧化产物为Fe₃O₄和FeO（OH）.反应带实验结果表明,S-NZVI/PS组合反应带可有效去除地下水的NB并高效消减NB还原产生的AN,当进水中NB浓度为100mg/L,流量为0.4mL/min,注入S-NZVI含量为1200mg/L的浆液200mL,二氧化硅含量为30%、PS含量为12.5%的PS凝胶4.8g时,S-NZVI/PS组合反应带7d内对AN的去除率最高达97.6%,NB当量累计去除率为83.7%.     

超声辅助EDDS/EGTA淋洗对土壤重金属形态、环境风险的影响及响应面优化

采用响应面法实验设计研究了超声辅助EDDS/EGTA淋洗对Cu、Zn、Pb和Cd等不同重金属的洗脱效果和对残留重金属化学形态分布的影响,以超声功率、初始pH、EDDS投加量、EGTA投加量作为考察对象,以各重金属去除率及其环境风险削减率为响应值进行了模拟和优化.结果表明,EDDS对Pb的洗脱效率最高,Cu、Zn次之,Cd最低;EGTA对Cd的洗脱效率最高,Pb、Zn次之,Cu最低;超声功率对Cu、Pb去除强化效果明显,对Cd影响小,对Zn无显著影响;初始pH值为酸性时,Cu和Zn去除率高,碱性时Pb去除率较高,Cd去除率有所下降.EDDS与EGTA投加量及EGTA投加量与初始pH值对环境风险总削减率存在交互作用.超声辅助EDDS/EGTA对可还原态重金属洗脱效果较好,但容易导致弱酸提取态Cu和Pb残留率有所升高.响应面优化结果表明,当EDDS和EGTA投加量分别为重金属总摩尔数的1.92和2.56倍、超声功率为600 W、淋洗液初始pH值为5.27时,环境风险总削减率达到77.58%,与模拟值相近,模型具有较好的模拟和预测能力.     

响应面法优化纳米Fe_3O_4/CaO_2处理含PAEs废水的研究

以邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)4种邻苯二甲酸酯(PAEs)模拟废水为处理对象,采用纳米四氧化三铁(Fe_3O_4)与过氧化钙(CaO_2)组成新型非均相类芬顿试剂,研究纳米Fe_3O_4投加量、CaO_2投加量和初始pH值对模拟废水中4种PAEs去除率的影响,并采用响应面法对反应条件进行了拟合与优化。结果表明:纳米Fe_3O_4/CaO_2反应体系能有效降解模拟废水中4种PAEs,其中CaO_2对废水中DMP和DEP具有较强的降解能力,纳米Fe_3O_4可以显著强化CaO_2对废水中BBP和DBP的降解作用;纳米Fe_3O_4/CaO_2反应体系可在初始pH值为中性条件下降解模拟废水中4种PAEs;当纳米Fe_3O_4∶CaO_2∶PAEs摩尔比为2∶5∶1、溶液初始pH值为5时,模拟废水中DMP、DEP、BBP、DBP的平均去除率分别为94.6%、95.7%、68.2%和68.7%。     

镉对蓖麻耐性生理及营养元素吸收转运的影响

通过营养液栽培实验,研究了不同浓度Cd(0、25、50、100、200μmol·L-1)处理对能源植物蓖麻生长、生理特性、Cd积累以及营养元素吸收的影响.结果表明,200μmol·L-1的Cd处理使叶片、茎部鲜重和植株总鲜重分别下降了63.68%、55.21%和52.69%,根系鲜重则无显著变化;叶片过氧化氢和丙二醛含量分别提高了3.81和2.22倍,产生了明显的氧化胁迫作用;酸溶性巯基、还原型谷胱甘肽和植物络合素含量分别提高了1.73、12.63和1.62倍,GSH对于蓖麻Cd胁迫具有显著的缓解作用.根系Cd积累量和植株总积累量分别增加了3.15和2.41倍,蓖麻主要将Cd富集在其根系,有助于减轻Cd对地上部的毒害.Cd抑制蓖麻植株K和Ca的吸收,促进根系和茎部P吸收,高浓度Cd抑制P向叶片的转运;植株Zn和Cu含量、根系和茎部Mg含量表现为低促高抑,植株Mn含量及根系Fe含量表现为低抑高促.可见,Cd处理对不同营养元素的吸收有着不同的影响,应根据Cd胁迫条件下不同营养元素吸收特性来合理调控其供应.     

镉在三色堇中的积累及亚细胞与化学形态分布

通过营养液培养实验,研究了在不同Cd浓度(0、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4 mmol·L-1)处理下,三色堇地下部和地上部中Cd的含量与积累特征,进一步分析了Cd在三色堇体内的亚细胞分布特征和化学形态分布特征.结果表明,三色堇体内Cd积累量随着Cd浓度的增加而不断增加,对Cd具有很高的积累能力,是一种潜在的Cd超富集植物.三色堇地下部和地上部大部分的Cd分布在可溶组分和细胞壁中,而在细胞器中的分布较少.随着Cd处理浓度的增加,地下部细胞壁中镉的分配比例呈增加趋势.植株中大部分的Cd以乙醇提取态和水取提态存在,随着Cd处理浓度的增加,地上部中活性强、毒性较高的乙醇提取态和水提取态Cd分配比例总和减少,而活性较弱、毒性较低的氯化钠提取态和醋酸提取态Cd分配比例增加,这有利于降低总镉的相对毒性.因此,液泡区隔化、细胞壁固持和化学形态转化可能是三色堇应对Cd胁迫的重要耐性机制.     

苏锡常地区PM2.5污染特征及其潜在源区分析

利用2014年12月—2015年11月苏锡常地区国控大气环境质量监测站发布的逐时数据,分析了研究区PM_(2.5)浓度的季节变化和空间分布特征,并利用HYSPLIT模型分析了大气污染物的输送路径及苏锡常地区PM_(2.5)的潜在源区.结果表明,苏锡常地区PM_(2.5)浓度日均值变化趋势基本一致,均呈现冬季高、夏季低的规律.PM_(2.5)浓度四季空间差异显著,不同监测站之间的差异较小.四季PM_(2.5)浓度与其它污染物之间相关性显著.单位面积污染物排放量与空气质量分布的空间错位,表明该地区PM_(2.5)污染与区域性污染物迁移有较大关系.苏锡常地区气流后向轨迹季节变化特征明显,冬、春、秋季的气流主要来自西北内陆地区,夏季气流以东南和西南方向输入居多.聚类分析表明,来自内陆的污染气流和来自海洋的清洁气流是苏锡常地区两种主要输送类型,外源污染气流不仅直接输送颗粒物,还贡献了大量的气态污染物.山东南部、江苏西部、安徽东部、浙江北部及江西西北地区对苏锡常冬季PM_(2.5)浓度贡献较大,春、夏、秋季的潜在源区主要分布在苏锡常本地和周边城市.     

还原增溶强化EGTA淋洗修复重金属污染土壤

采用还原剂调控土壤中重金属的活性,旨在强化其对乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)洗脱土壤重金属的洗脱效果.分析了EGTA投加量、还原剂类型、液固比、淋洗时间等对土壤重金属的影响,以及不同淋洗条件下土壤重金属浸出浓度与化学形态的差异,采用SEM-EDS和FTIR对处理前后土壤样品进行表征.结果表明,硫代硫酸钠(Na_2S_2O_3)可显著提高EGTA对重金属的洗脱率,当液固比为7.5∶1、淋洗时间为2 h、EGTA与Na_2S_2O_3投加量均为5 g·L~(-1)时,Cu、Zn、Pb和Cd洗脱率分别达85.0%、 60.7%、 88.6%和66.4%.与EGTA单独处理相比,EGTA/Na_2S_2O_3联合处理后, 4种重金属的浸出浓度均降低,Pb的降幅最大,土壤颗粒变小,团粒结构被破坏,O和Al含量减少,Si含量增加,降低了土壤矿物组分的吸附性;土壤有机质含量大幅降低,—OH振动显著减弱,配位能力较强的有机官能团减少,降低了土壤有机组分的吸附性.土壤中吸附性较强组分含量的降低是Na_2S_2O_3强化EGTA洗脱重金属的重要机制.     

不同施肥模式下甘薯乙醇生命周期能效与环境影响分析

采用生命周期分析方法,以1 000 L甘薯乙醇为单位功能单元,将甘薯乙醇生产体系分成作物种植、原料运输和乙醇转换等3个单元,对其生命周期能耗与环境排放进行清单分析和影响评价,比较习惯施肥与测土配方施肥下甘薯乙醇生命周期9类环境影响潜力的差异。结果表明：两种施肥模式下甘薯乙醇生产体系的生命周期能源效率分别为1.41和1.43。习惯施肥模式下甘薯乙醇生命周期主要环境影响类型包括人体毒性、富营养化、酸化、淡水生态毒性、能耗和全球变暖,其环境影响潜力分别相当于2000年世界人均影响潜力的40%、40%、31%、29%、25%和20%。测土配方施肥降低了化学氮肥和磷肥使用量,提高了肥料利用效率和甘薯单产,使富营养化、淡水生态毒性、酸化和全球变暖潜力分别降低了31%、15%、9%和7%。可见,测土配方施肥模式可改善甘薯乙醇生命周期的能源效率并显著缓解其负面环境影响。     

超声辅助乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸洗脱土壤重金属及环境风险削减评价

采用超声辅助乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)淋洗修复重金属污染土壤,结果表明,超声辅助EGTA对Cu和Cd的洗脱效果较好,对Zn和Pb的洗脱能力较弱,增加液固比可显著提高淋洗效果,增加超声时间和功率的效果则相对较小.淋洗处理后Cu、Zn和Cd浸出浓度减小,Pb浸出浓度增加.构建综合考虑土壤重金属残留量、浸出浓度和毒性的环境风险指数对修复效果进行评价,考察了EGTA投加量、液固比、超声时间以及超声功率等淋洗条件对重金属去除率和环境风险削减率的影响,并进行模拟和优化.当淋洗条件为EGTA投加量1.7 g·L~(-1)、液固比10、超声时间40 min、超声功率600 W时,环境风险削减率预测值为79.7%,实测值为78.0%.可还原态Cu残留量、弱酸提取态Pb残留量和可还原态Zn残留量显著减少,弱酸提取态Zn残留量显著增加,而Cd各不同形态组分残留量均显著减少.超声辅助EGTA淋洗可有效削减Cu和Zn环境风险,但显著提高了Pb环境风险,EGTA投加量过高还可能提高Cd的环境风险.因此不适用于Pb污染土壤修复,用于Cd污染土壤修复时需管控其可能产生的二次污染风险.