探析重金属镉对土壤的危害及应对措施

随着工业的迅速发展,工业排放污染已严重危害着土壤的安全,特别是重金属镉污染危害性最大。本文就镉污染对土壤危害性进行了分析,并对如何治理进行了分析研究。     

巯基硅烷改性多壁碳纳米管的合成及其对Cd2+的吸附性能研究

利用3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)作硅烷偶联剂对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性,制备巯基硅烷改性多壁碳纳米管(SHMWCNTs),并进行了SH-MWCNTs对Cd~(2+)的批量吸附实验.同时,利用扫描电镜(SEM)、X射线光子能量仪(EDS)、红外光谱(FT-IR)对SHMWCNTs进行表征,探究了溶液初始pH、吸附剂投加量、吸附时间、溶液初始Cd~(2+)浓度等因素对吸附效果的影响,分析了吸附动力学特征及吸附等温线特征,初步探讨了吸附机理.SEM、EDS与FT-IR图谱显示,MPTMS已成功接枝到MWCNTs表面,表明SH-MWCNTs制备成功.吸附时间为90 min,pH为4时的吸附效果最佳,吸附量随SH-MWCNTs投加量、Cd~(2+)浓度的增加而增大.吸附动力学和吸附等温线研究表明,SHMWCNTs对Cd~(2+)的吸附动力学符合准二级线性方程,吸附等温线符合Freundlich、Langmuir 2种模型,吸附以单分子层吸附为主,也存在层间扩散的多层吸附.     

不同铁营养状况下根系特征及蒸腾对黄瓜幼苗吸收镉的影响

采用营养液培养方法,研究了不同铁营养状况下的根系形态变化及蒸腾作用对不同品种黄瓜幼苗吸收镉的影响.结果表明,不加铁处理对地上部生物量的影响大于对根系的影响,并且不同品种间生物量差异显著.不加铁处理和低水平铁处理时,黄瓜根长变长、根表面积变大.与不加铁处理相比,加铁处理显著抑制了黄瓜根系对镉的吸收,中农5号(缺铁敏感黄瓜品种)和津春4号(缺铁不敏感黄瓜品种)每克根对镉的吸收量分别降低了25.5%~45.5%和28.8%~55.0%;但却增加了镉向地上部的转运,镉在叶中的分配系数分别增加了2.2~3.6倍(中农5号)和2.6~3.7倍(津春4号).缺铁敏感的中农5号吸镉总量与根长、根表面积都呈显著正相关性,而缺铁不敏感的津春4号吸镉总量与根长、根表面积之间的关系不显著.不管是中农5号还是津春4号,其蒸腾速率与每克根吸收镉的量均呈显著的正相关关系.不同铁营养状况影响了黄瓜幼苗的根系形态和蒸腾速率,从而影响了根系对镉的吸收,高铁水平显著抑制了黄瓜根系对镉的吸收.     

速生树种竹柳对复合污染土壤中镉和锌的吸收、积累与生理响应特性

为探讨竹柳在重金属复合污染(镉、锌)土壤中生长的生理变化及重金属在植株内的转移情况,以竹柳(Salix sp.)三号及竹柳五号为试验材料,以重金属复合污染的水稻土为供试土壤,通过盆栽试验研究了重金属对竹柳生理指标、重金属吸收与积累量、富集系数(BCF)和转运系数(TF)的影响.结果表明:竹柳各器官重金属含量和转移情况不同,其中,叶片中Cd、Zn含量最高,分别达61.4和1940 mg·kg~(-1);竹柳三号对Zn的转运能力大于竹柳五号,而竹柳五号的净光合速率更高;生长100 d后,重金属在竹柳叶片中的积累量和转移系数均高于其他部位,竹柳吸收的重金属主要分布在叶片中,可通过集中处理叶片达到去除土壤中重金属污染的目的.     

不同生物质炭对酸雨及氧化性沉降下花生生长及累积砷镉的影响

通过温室盆栽试验,研究了普通生物质炭和铁基生物质炭对酸雨及氧化性沉降下不同生育期花生生长及累积砷、镉(As、Cd)的影响.结果表明,酸雨及50μmol·L-1H2O2沉降处理对处于花期及成熟期中花生的生物量、根瘤数和瘤干重的影响不显著(p0.05),但却显著增加了花生籽粒中Cd的含量和花生壳中As的含量(p0.05).其中,铁基生物质炭可显著降低酸雨及氧化性沉降下花生地上部、根部、籽粒、壳中累积As、Cd含量(p0.05),且作用效果明显强于普通生物质炭.由此可知,酸雨及氧化性沉降增加了花生对土壤重金属As、Cd的富集,而施加铁基生物质炭可有效降低作物的As、Cd累积,为有效防控酸雨及氧化性沉降区域的花生砷、镉重金属污染具有重要现实意义.     

营养调控影响滇杨幼苗镉积累的效应模型分析

营养调控是强化植物修复效率的重要手段。滇杨(Populus yunnanensis)作为修复土壤镉(Cd)污染的重要候选树种,Cd耐受能力较强,但Cd积累量不高。以滇杨为研究对象,采用“3414”试验设计,开展氮(N)、磷(P)、钾(K)三因素四水平(0、100、200、400 mg·kg^-1)共15个处理的营养调控盆栽试验。通过肥料效应模型推算最佳施肥量、最大Cd积累量以及提升滇杨Cd积累量的最佳施肥方案。结果表明,施加N、P、K均能提升Cd胁迫下滇杨的生物量,提升比例为70.5%-132%,生物量随N、P和K浓度增加而呈现先增加后降低趋势,均在200 mg·kg^-1时达到最大值,施N对生物量的促进最显著。滇杨Cd积累量受N影响最大,其次为P,再次是K。无N处理(N0P0K0、N0P2K2)的Cd积累量最低,高N、高P处理(N2P4K2、N4P2K2)的Cd积累量最高。一元模型拟合结果显示,N以374.704 mg·kg^-1施加时可获得最大Cd积累量(2.168 mg·pot^-1),拟合方程为y=...     

区域农田镉含量空间变异与综合风险的不确定性评估

我国小麦镉(Cd)污染格局多样,从不确定性角度评估区域小麦田Cd累积风险有助于提升污染防治决策的准确性。本研究基于不确定性理论,将蒙特卡洛(Monte-Carlo)随机模拟方法引入到区域土壤-小麦系统Cd污染综合风险评估中,结合多元统计和空间分析开展实例研究。结果表明河南省某小麦主产区92.8%的土壤样品Cd含量超过农田土壤风险筛选值(0.6 mg·kg^-1),84.0%的小麦籽粒样品Cd含量超过国家食品安全限量标准(0.1 mg·kg^-1)。区域土壤-小麦系统Cd累积水平整体上呈现西北高东南低的空间分布格局。区域Cd生态风险以中度污染为主。区域人群Cd摄入量超过WHO推荐安全值的风险概率为31.6%,控制土壤Cd累积趋势可将该超标风险下降至7.3%。不确定性模拟、空间分析和场景分析的综合应用可准确识别农田Cd污染风险等级和相应概率,为区域Cd污染防治提供决策建议。     

珠三角典型区域农田小区尺度氮、磷、镉、砷输移特征与控制对策

区域氮、磷、镉、砷输移变化是影响农业生产、导致农田面源污染的主要因素。基于土壤表观平衡模型,以珠三角流域佛山市农业科学研究所试验农田为典型研究区域,构建农田小区尺度土壤表观氮、磷、镉、砷平衡模型,对4种元素在土壤中输移结构和平衡进行分析。结果表明：研究区域4种元素的主要输入途径是施肥,而输出的主要形式各有不同。其中,氮、磷主要输出形式是作物富集输出,输出占比分别为57.5%和39.0%;镉、砷主要输出形式分别是地表径流和作物富集输出,输出占比分别为66.7%和10.7%。研究区域4种元素均出现了不同程度土壤富集现象,农田小区尺度氮、磷平衡处于盈余状态,而镉、砷平衡处于亏损状态,4种元素的平衡强度分别为37.40、8.88、-1.35和-20.50 kg/(hm²·a),仅氮、磷未超过当地土壤环境安全阈值。分析试验农田中5类蔬菜各部位镉、砷富集情况发现,砷的富集系数均达到70.0%以上,而镉的富集只在辣椒叶中较为突出,富集系数达到57.5%。研究显示,应重视肥料输入的有效利用,加强农田灌溉水、农作物和地表径流中重金属的监测,以保障区域粮食安全和水环境安全。     

Selection of appropriate organic additives for enhancing Zn and Cd phytoextraction by hyperaccumulators

Chelant-enhanced phytoextraction is one of the most promising technologies to remove heavy metals from soil. The key of the technology is to choose suitable additives in combination with a suitable plant. In the present study, laboratory batch experiment of metal solubilization, cress seeds germination were undertaken to investigate the metal-mobilizing capability and the phytotoxicity of organic additives, including ethylene diamine triacetic acid （EDTA）, citric acid, acetic acid, oxalic acid, glutamine and monosodium glutamate waste liquid （MGWL） from food industry. Experiments in pots were carried out to study the effects of the additives on Zn and Cd phytoextraction. Furthermore, a leaching experiment with lysimeter was performed to evaluate the environmental risks of additive-induced leaching to underground water. The results showed that EDTA had a strong mobilizing ability for Zn and Cd, followed by mixed reagent （MR） and MGWL. MGWL and acetic acid at 5 mmol equivalent per liter resulted in seed germination index less than 2%. Experiments in pots verified the phytotoxicity of acetic acid and MGWL. Addition of the mixed reagent at 6--10 mmol/kg significantly increased Zn phytoextraction by Thlaspi caerulescens. The same for EDTA and the mixed reagent at 10 mmol/kg by Sedum dfredii. But only mixed reagents could significantly increase Cd phytoextraction by the studied hyperaccumulators. This suggested that the strong chelant was not always the good agent to enhance phytoextraction. S. alfredii combined with 2--10 mmol/kg soil MR was preferred for phytoremediation of Cd/Zn contaminated soils in southern China, this could result in high phytoextraction of Cd/Zn and reduce the leaching risk to underground water than EDTA assisted phytoextration.     

不同给水管材对管壁附着生物膜铅、镉的解吸动力学研究

给水管壁生物膜会吸附水中的重金属元素积累在管壁生物膜中,在受到扰动时释放回到水体,危害饮用水水质安全。试验以上海管网末梢水为实验对象,研究了PVC、铸铁和紫铜等三种管材上生物膜对铅、镉的解吸特性。结果表明,PVC、铸铁和紫铜附着生物膜对铅的解吸容量qe分别为:5.92211μmol·m^-2、128.3051μmol·m^-2和21.1808,解吸速率常数k分别为:0.001060 m^2·μmol^-1·min^-1、0.000041 m^2·μmol^-1·min^-1和0.000503 m^2·μmol^-1·min^-1,对于镉元素三种材质的解吸容量qe分别为:14.71519μmol·m^-2、18.50481μmol·m^-2和2.25225μmol·m^-2;解吸速率常数k分别为:0.000102 m^2·μmol^-1·min^-1、0.001070 m^2·μmol^-1·min^-1和0.000103 m^2·μmol^-1·min^-1。