重金属污染土壤植物修复及进展

土壤污染是当今面临的一个重要环境问题。常规的土壤污染物理化学治理技术 ,如客土换土法、冲洗法、热处理、固化、玻璃化、动电修复法等 ,由于其技术要求高或经济成本高昂 ,对土壤结构的扰动破坏较严重 ,因而 ,大规模推广应用存在较大问题。重金属超累积植物的不断发现 ,使人们认识到有可能利用植物于土壤污染的治理修复。自 2 0世纪 90年代起 ,植物修复成为环境污染治理研究领域的一个前沿性课题。研究表明 ,通过植物的吸收、挥发、根滤、稳定等作用 ,可以净化土壤或水体中金属污染物 ,达到净化环境的目的。近 10年来 ,在超累积植物的找寻培育、植物根际微生物共存体系研究、植物对重金属的耐忍性、超量吸收及其解毒机制以及植物修复的工艺技术方面已有不少研究 ,并取得长足的进展 ,现代分子生物学的发展以及基因工程技术的应用有可能使植物修复技术取得根本性的突破。     

Zn、Cu和Pb在无齿相手蟹体内的积累和分布

以长江河口湿地生态系统中一种习见的大型底栖动物无齿相手蟹Sesarm dehaani为研究对象，分析了Zn、Cu和Pb在该动物体内的积累和分布特性。结果表明，无齿相手蟹对这3种重金属的积累在不同部位间均存在着显著的差异，而在不同样点间差异都不显著。动物对Zn和Cu积累能力最强的部位都是鳃，最弱的部位分别是内脏和螯肢。无齿相手蟹各部位对和Pb的积累均很低，且对Pb的排泄明显大于吸收。污染评价表明，本研究所有样点的无齿相手蟹均还没有受到Zn、Cu和Pb的污染。     

Multi-factors influencing the spatial distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in soils surrounding drinking water protection zone

We selected the Guanting Reservoir in Beijing, China as a case where an industrial area locates on the upwind corner to study the influence of human activities and natural processes on the distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in soils. Soil PAH concentrations in the study area follow a log-normal probability distribution function, suggesting that distribution of PAH in soils was affected by human activities. Distribution of PAHs in soils was significantly affected by the point source that high PAH concentrations were observed in near industrial area with an obvious declining trend from the northwest to the southeast which was the prevailing wind direction in this area. Away from the influence of point source, distribution of PAHs in soils was found to significantly correlate with total organic carbon content, while the influences of agricultural land uses and type of soil texture on the total soil PAHs contents and ring compositions were quite limited. The results can provide some evidences and data on the pollutant accumulation in drink water protection area influenced by natural processes and human activities.     

酸-碘改性壳聚糖-膨润土脱除单质汞特性及机理分析

为探明烟气中酸性气体(SO2,NO,HCl)和H2O对酸-碘改性壳聚糖-膨润土吸附剂脱除单质汞(Hg0)的影响和脱除机理,在小型固定床试验台架上开展了Hg0脱除的实验研究.结果表明:由于SO2与Hg0在吸附剂表面活性位上存在竞争吸附,SO2抑制吸附剂对Hg0的脱除.H2O和较高浓度(1000μg/m3)的NO对脱汞具有明显地促进作用.由于低温下HCl与Hg0较高的反应能垒,HCl对脱汞没有影响.与单一烟气成分影响相比,在SO2、NO、HCl和H2O的联合作用下,吸附剂的长时间脱汞性能得到大幅提高.机理分析表明壳聚糖首先被酸中的H+质子化,之后再吸附酸与KI反应生成的I2,进而有效地吸附Hg0.量子化学计算表明壳聚糖在酸性条件下对I2具有良好的吸附特性,改性壳聚糖吸附剂对Hg0具有较好的吸附能力,其吸附能约为127kJ/mol.     

澜沧江梯级水库对汞输运的影响

拦河筑坝对河流中汞的输运产生重要影响,但有关高海拔落差河流中汞的来源及输运特征的认识较为匮乏.以澜沧江为研究对象,监测了筑坝河段水体中汞浓度的年时空变化过程（2017—2018）,量化了梯级水库对汞沿程输运的影响.结果表明,澜沧江水体中汞浓度总体与径流的季节分配呈同步变化趋势,但在上下游因土地利用类型的差异而呈现相反的季节性变化特征.因水库的拦截,溶解态汞与总汞的比值沿程呈上升趋势,加之水库泄水量的沿程增加,共同导致了河流汞通量自上游至下游呈非连续累积的趋势,从144 kg·a^-1增加至788 kg·a^-1.相应地,梯级水库对汞的拦截率自上游至下游由88%逐渐降低至65%.该项研究丰富了对梯级水库中汞的补给和输运的认识.     

内蒙古四种牧草对土壤中汞富集能力与生理响应

随着内蒙古就地煤电转化发展方式的推行,周边土壤中来自大气汞沉降逐步加剧。为了解牧草对汞的富集能力与耐性机理,选取内蒙古草场常见四种牧草:羊草、紫花苜蓿、披碱草和高羊茅进行研究。通过野外汞沉降模拟试验及汞胁迫盆栽种植试验,分别测定土壤、牧草中的总汞含量及牧草的生理生化值,分析被试牧草汞含量与土壤汞含量相关性。供试土壤为砂土,pH在7.43—8.53,当土壤中汞含量不高于1.0 mg?kg~(-1)时,四种牧草富集系数皆大于1。结果表明:不同牧草对汞富集能力不同并且会受土壤中汞含量影响,牧草对汞的富集系数随汞胁迫浓度增高而逐渐下降,汞胁迫下牧草细胞膜脂过氧化程度提高,牧草通过提高抗氧化酶酶活、脯氨酸含量调节细胞是其耐受汞的重要机理。     

骨炭修复重金属污染土壤和降低基因毒性的研究

采用分级提取的方法研究了施加骨炭对污染土壤重金属的固定效果,结果表明,土壤施加10 mg·kg^-1骨炭后水溶态、交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb的浓度都显著下降;而加入骨炭后土壤有机结合态Pb的浓度显著上升,表明骨炭可以吸附、固定土壤中的Pb,改变Pb的化学形态,降低Pb的生物可利用性.加入骨炭后土壤中水溶态和交换态Cd的浓度都显著下降,残渣态Cd的浓度明显上升.骨炭处理对土壤中Cu化学形态的影响和Pb相似,表明骨炭可以吸附固定土壤中的Cu.骨炭处理对Zn也有一定的固定效果,降低了土壤中水溶态的Zn.采用植物彗星实验研究了施加骨炭对土壤基因毒性的影响,表明加入骨炭后减轻了污染土壤对洋葱根尖细胞的DNA的损伤,降低了土壤污染对植物的基因毒性.生物评价和化学评价的结果均表明骨炭是重金属污染土壤的有效修复剂,能有效降低污染土壤中重金属的生物有效性和对植物的毒性.     

工业燃煤锅炉烟气循环方式下飞灰的汞吸附特性

为探究燃煤锅炉烟气循环方式下飞灰汞的吸附特性,利用固定床汞吸附装置,对立式煤粉沉降炉不同模拟烟气循环工况条件下形成的飞灰汞吸附特性进行了研究,重点考察了烟气循环比例、煤种、关键燃烧气体组分等因素的影响.结果表明:①烟气循环工况条件下形成的飞灰汞吸附能力明显优于非烟气循环工况（空气燃烧）条件下形成的飞灰,并且随烟气循环比例的增加,飞灰汞吸附量呈逐渐增加趋势.褐煤在净烟气循环比例为60%、40%、20%的条件下形成的飞灰汞吸附量分别是非烟气循环条件下的3.0、2.3和1.6倍.②烟气循环引起燃烧气体氛围中ρ（SO₂）与ρ（NO）的变化会影响飞灰的物化特性及其汞吸附性能.随燃烧氛围中ρ（SO₂）的提高,飞灰汞吸附量先增后减.烟气循环比例为40%且燃烧气体氛围中ρ（NO）为803 mg/m3条件下,ρ（SO₂）为2 857 mg/m3时褐煤与烟煤燃烧形成的飞灰汞吸附量较高（分别为0.45和0.75 μg/g）,分别较ρ（SO₂）为1 428和4 286 mg/m3时提高了25%~300%和53%~78%.随燃烧氛围中ρ（NO）的提高,飞灰汞吸附量呈逐渐增加趋势.烟气循环比例为40%且燃烧气体氛围中ρ（SO₂）为2 857 mg/m3条件下,ρ（NO）为1 205 mg/m3时褐煤和烟煤燃烧形成的飞灰汞吸附量较高,分别较ρ（NO）为803和402 mg/m3时提高了1.2~3.6和1.1~1.6倍.③飞灰中UBC（未燃尽碳）、CaO、MgO及Fe₂O₃可促进飞灰对汞的吸附.与褐煤飞灰相比,烟煤飞灰表现出更优的汞吸附性能,与UBC、CaO、MgO及Fe₂O₃在飞灰中的含量存在一定的正相关性.研究显示,烟气循环方式下飞灰汞吸附特性发生明显变化,煤质的合理选择、烟气循环比例、循环气体成分及浓度参数的优化控制可显著改善燃煤锅炉烟气中汞的排放控制效果.      

积融雪控制下土壤大气间汞交换通量特征

位于松花江上游流域的夹皮沟金矿曾是我国采金量最大的矿区,广泛使用的混汞法提金工艺导致了严重的区域环境介质汞污染.为研究稳定性季节积雪及融雪控制过程土壤(雪)大气间汞交换通量特征,选择区域内典型"山-谷"地形结构单元,沿坡面等距进行布点,使用动态通量箱法测定了各采样点土壤(雪)大气间汞交换通量,使用塞曼效应汞分析仪(LUMEX Zeeman RA915+)测定了各采样点近地面(0～150 cm)垂直方向上大气汞浓度分布,分析了同步气象因子、积融雪控制下地表性质和近地面大气汞的垂直分布各因素对土壤(雪)大气间汞交换通量特征的影响.结果表明,冬季积雪和融雪期间,大气中汞均有沿山坡向谷底汇集的趋势,在积雪冷源性下垫面所致逆温层结控制下,汞交换通量表现为明显的由大气向土壤(雪)的沉降过程.融雪期间雪融后地表土壤大气间汞交换通量表现为释放与沉降过程交替,仍然积雪地表大气间汞交换通量沉降水平明显弱于积雪期.分析土壤(雪)大气间汞交换通量与其影响因素间关系发现,积雪期土壤(雪)大气间汞交换通量与大气汞浓度和大气温度间均具有显著的负线性相关关系;融雪期土壤(雪)大气间汞交换通量与大气汞浓度间具有明显的负线性相关关系,与大气温度间具有正线性相关关系;雪融后裸露土壤大气间汞交换通量与地温间呈现一定的正线性相关关系.     

不同汞暴露水平地区鱼组织中汞和硒及其它元素的相关性

用仪器中子活化分析法测定了贵州汞污染地区和北京地区(对照)鱼肝脏和肌肉组织中硒及其它多种元素的含量,用原子荧光法测定了样品中汞的含量,并对汞和硒及其它元素间的相关性进行了研究.结果发现,贵州和北京鱼样的绝大多数元素在肝脏和肌肉中的含量都存在显著性差异,且大多是肝脏中的含量大于肌肉中的含量.贵州汞污染地区鱼肝中的汞含量要比北京的高25倍,而前者鱼肌肉中的汞含量也要比后者高5倍,但未发现两地鱼样中的硒存在类似的差异.对鱼组织中所测定的其它大部分元素未见两地间存在显著性差异.在汞含量较低的情况下,鱼组织中汞与硒的摩尔比值随汞含量的增加而增加,但当汞含量增大到一定程度,汞与硒的摩尔比值的变化趋势就大大减弱,并趋于某一较高的恒定值(约0.2).研究同一元素在鱼肝和肌肉中的相关性,仅发现溴、铷2个元素在鱼肝和鱼肌肉中有较强的线性正相关.在贵州和北京两地的鱼肝和肌肉组织中,虽然有不少元素间存在一定的相关性,但贵州鱼肌肉的汞与硒之间存在的相关性最强,贵州鱼肝的汞与硒间也存在较强的相关性;而在北京鱼组织中,仅鱼肝的汞与硒之间存在一定的相关性,鱼肌肉的汞与硒之间却未见有相关性存在.这一结果再次证实了汞暴露水平越高,硒对汞毒性的拮抗作用越明显.观察到的鱼组织中钾与钠,铯与铷等元素间显著的相关性可能与它们具有相似的理化性质有关.另外,在贵州和北京的鱼肌肉组织中均观察到铁与锌之间具有很强的线性正相关,这可用这2种元素在动物体中不同的生物学功能及在一定条件下它们间存在的拮抗作用来给予适当的解释.