青霉菌与生物炭复合修复土壤砷污染的研究

采用随机区组设计,分别对添加不同量的青霉菌和生物炭的砷污染土壤进行培养,通过测定土壤中的As~(3+)、As~(5+)及总砷含量,探究了青霉菌与生物碳复合修复对砷污染土壤中有效砷的钝化率及土壤中砷的价态转化的影响,同时对土壤中的微生物数量进行区系分析,建立了微生物数量与有效砷含量之间的关系.结果显示,随着青霉菌接菌量与生物炭施用量的增加,土壤中总砷含量不会发生变化,有效砷含量从17.74 mg·kg~(-1)下降到12.69 mg·kg~(-1),有效砷的钝化率可达到27.6%左右.而两种价态的砷(As~(5+)、As~(3+))之间没有发生转化,约27%的As~(5+)会被青霉菌与生物炭固定,但As~(3+)在土壤中的含量基本保持不变.在有效砷含量下降的同时,土壤中放线菌的含量基本不变,但土壤中细菌的总量有所上升.结果表明,青霉菌与生物碳复合修复可以降低有效砷的含量,并使砷污染土壤中的微生物环境有所改善,对砷污染土壤显示出较好的修复性能.     

京津冀天然源挥发性有机物排放研究

为探明2017年京津冀地区天然源挥发性有机物(BVOCs)的空间分布,将研究区划分成3 km分辨率的格网,并通过WRF模型提供气象驱动数据,MODIS影像提供植被功能类型和叶面积指数,最终利用MEGAN模型进行模拟研究.结果表明,该模型将BVOCs分成147个细类,其中主要有异戊二烯、单萜烯41类、半萜烯32类、其他VOC73类.2017年京津冀地区BVOCs排放总量为426.26×10~3 t,四大类别的排放比例依次为29.38%、12.32%、6.24%、52.05%.单萜烯中排放较高的类别是α-蒎烯、β-蒎烯、t-β-罗勒烯,而半萜烯中排放较高的是α-法呢烯和β-石竹烯.整个研究区域内BVOCs排放较高的区域位于北部森林与灌丛分布密集的燕山山脉和西南的太行山山脉,其中主要的城市有承德、北京、张家口、保定、石家庄等.排放量较低的地区为廊坊、衡水、天津等地.本研究通过模型模拟得到了京津冀地区2017年高时空分辨率BVOCs排放清单,同时可为以后的大气环境研究提供基础数据.     

柑橘/大球盖菇套作下土壤CO2排放及其效率对秸秆还田量的响应

以柑橘/大球盖菇套作模式为研究对象,利用秸秆作为大球盖菇的培养基原料,通过原位试验,连续监测大球盖菇生长期内,不同秸秆还田量(半量、全量和倍量)下土壤CO_2排放规律,并进一步对比栽培大球盖菇(HSM、ASM和DSM)和未栽培大球盖菇(HS、AS和DS)处理下土壤CO_2排放量变化及其影响因素,结合大球盖菇产量及土壤碳排放效率,分析不同秸秆还田量所产生的环境及经济效益,为合理利用柑橘园林下土地提供理论依据.结果表明:①秸秆还田处理的土壤CO_2累积排放量均高于常规种植(CK),随着秸秆还田量的增加呈增加趋势;且栽培大球盖菇处理的土壤CO_2累积排放量大于未栽培大球盖菇,表现为:DSM(52. 09 t·hm-2) ASM(41. 10 t·hm-2) HSM(33. 20 t·hm-2) DS(27. 15 t·hm-2) AS(25. 34t·hm-2) HS(18. 94 t·hm-2) CK(12. 16 t·hm-2);其中,倍量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(DSM)处理的土壤CO_2累积排放量增加最为显著,较CK增加了328. 37%;②对于栽培了大球盖菇的处理,土壤CO_2排放量最大时段均集中在大球盖菇菌丝生长期,其次为出菇后和出菇期;其中DSM处理在菌丝生长期的土壤CO_2累积排放量占其总累积排放量的43. 27%,其次为全量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(ASM,42. 63%)和半量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(HSM,40. 57%);③栽培大球盖菇处理降低了温度敏感系数Q10; 5cm土壤温度能解释27%～71%的土壤CO_2排放速率变化(P 0. 01),而土壤体积含水量单因子对土壤CO_2排放速率不存在显著影响;但双因子拟合发现,5 cm土壤温度和体积含水量可以解释土壤CO_2排放速率变化的36%～82%;④对于栽培了大球盖菇的处理,各处理产量分别为:DSM(49. 7 t·hm-2) ASM(47. 0 t·hm-2) HSM(23. 3 t·hm-2),其中ASM的土壤碳排放效率最高(CEE=1. 14).综上,柑橘/大球盖菇套作模式短期内会显著促进土壤CO_2排放,但同时也提高了柑橘园综合经济效益,其中全量秸秆还田能较好地协调其产生的经济及环境效益.     

HPO42-和H2PO4-对蒙脱石-胡敏酸胶体凝聚的影响

为探究HPO₄^2-和H₂PO₄^-界面行为对土壤胶体凝聚的影响,以蒙脱石和胡敏酸胶体为研究对象,采用动态光散射技术比较研究HPO₄^2-和H₂PO₄^-引发胶体颗粒凝聚过程的差异.结果表明,随着电解质离子强度的升高,HPO₄^2-和H₂PO₄^-体系蒙脱石-胡敏酸混合悬液从慢速凝聚（线性增长）转化为快速凝聚（幂函数增长）,但胶体凝聚过程对H₂PO₄^-体系离子强度的变化更敏感.HPO₄^2-和H₂PO₄^-作用下凝聚体有效粒径增长、总体平均凝聚速率（TAA）、临界聚沉离子强度（CCIS）和活化能均存在明显差异;其中,与HPO₄^2-相比,H₂PO₄^-体系中拥有更高的TAA、更低的CCIS和活化能,说明H₂PO₄^-离子引发蒙脱石-胡敏酸混合胶体凝聚的作用更强,HPO₄^2-体系中CCIS是H₂PO₄^-中的2.43倍.HPO₄^2-和H₂PO₄^-体系中离子特异性效应的差异（活化能差值）随离子强度的降低而增大,主要由强电场中离子非经典极化作用引发.胡敏酸的添加明显增加了HPO₄^2-体系中胶体的CCIS和活化能,而对H₂PO₄^-体系未产生明显影响;HPO₄^2-和H₂PO₄^-离子特异性效应的强弱在不同比例蒙脱石/胡敏酸体系中表现为96%蒙脱石+4%胡敏酸 >> 99%蒙脱石+1%胡敏酸 > 100%蒙脱石.以上结果表明HPO₄^2-和H₂PO₄^-对蒙脱石-胡敏酸混合胶体的凝聚存在强烈的离子特异性效应,胶体表面附近电场强度直接影响该效应的强弱.     

基于随机森林与地统计预测城市土壤PAHs分布

收集南京城区采样点位置信息和环境变量等数据,应用地统计和随机森林方法,以及两种方法相结合分别预测土壤多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）含量,并比较不同方法预测精度.结果表明：随机森林与地统计方法结合能大幅度提高城市土壤污染物制图精度,整合克里金与随机森林预测残差模型拟合优度R²相比克里金插值法提高74.8%.PAHs空间制图结果能够较好拟合污染物的变化范围,识别污染高值区与低值区的空间分布.随机森林输出特征重要性发现影响南京城区土壤PAHs分布的主控因子为土壤碳和土壤粒度以及工厂密度.本研究可为城市污染物高分辨率和高精度制图以及污染防控治理提供参考.     

Water incubation-induced fluctuating release of heavy metals in two smelter-contaminated soils

The soil moisture regime can affect the release of heavy metals in soil. In the previous studies, slightly polluted soils or artificially contaminated soil samples were considered to investigate the effect of soil moisture. We used highly smelter-contaminated and aged soils to study the release of typical heavy metals(Cu, Zn, Cd and Pb) induced by water incubation in batch experiments with characterization via speciation and X-ray diffraction analyses(XRD). The results show that the leachable concentrations of the heavy metals increased slightly in the first 30 days, decreased drastically between 30 and 90 days, and immobilized relatively constant thereafter. The fluctuation was ascribed to the changes of soil Eh and pH, the reductive dissolution of crystalline iron oxides, the formation of new amorphous iron oxides, the absorption of dissolved organic matter and the precipitation of metal sulfide. Speciation analysis indicated that a proportion of the soil heavy metals was transformed from an exchangeable fraction to a less labile fraction after water incubation. And the presence of a lead iron oxide phase and the peak increasing of zinc sulfide were observed via XRD analyses. Finally, water incubation restrained the release of heavy metals after 180 days of incubation, and reduced the leachability of Cu, Zn, Cd and Pb by as much as 1.61%–7.21% for soil A and 0.43%–3.36% for soil B, respectively. The study findings have implications for the formulation of risk control and management strategies for heavy metals in smelter-contaminated soils.     

典型肥料生产场地氨氮分布特征及风险控制目标确定

为探究肥料生产场地的NH₃-N（氨氮）分布特征及环境风险,以我国某肥料生产场地为研究对象,在场地调查基础上,对场地土壤和地下水NH₃-N的空间分布进行分析,并以人体健康和场地地下水为保护对象分别讨论了土壤NH₃-N风险控制目标值的计算方法.结果表明:①目标场地土壤中w（NH₃-N）为0.03~15 000 mg/kg,水平方向上高值区集中分布于核心生产区及原辅料堆场,垂向上总体表现为由上至下随深度增加呈先逐步升高后降低的趋势,并且富集于人工填土与原状粉质黏土交界处,粉质黏土阻碍NH₃-N向下迁移,并随地层结构变化其迁移深度不同.②场地上层滞水和潜水中ρ（NH₃-N）分别为19.10~3 320和0.03~219 mg/L,超标率分别为100%和57.89%,并且地下水与土壤的NH₃-N在水平空间分布上具有重叠特征.③因NH₃-N主要通过呼吸吸入挥发性气体产生暴露,并且仅有经呼吸暴露的毒性参数,故采用《污染场地风险评估技术导则》中经呼吸暴露途径的非致癌效应风险控制值计算模型来计算土壤NH₃-N的控制目标,通过代入场地实测土壤K_d（土-水分配系数）,得到居住用地下的土壤NH₃-N控制目标值为9 195 mg/kg;若考虑保护地下水水质安全,据三相或两相平衡模型耦合NH₃-N在包气带衰减和地下水稀释作用,当目标场地地表无积水的入渗条件下得到的控制目标值为6 203 mg/kg;当地层从上至下呈饱和含水条件时,土壤NH₃-N控制目标为811 mg/kg.计算值可用作不同场地进行土壤NH₃-N风险管控的参考目标,实际应用中可结合不同地块环境条件、不同受体和保护目标,选择相应的风险控制值对场地进行风险管控.此外,土壤和地下水的NH₃-N污染控制均可考虑采用工程措施和制度控制来进行.      

施用餐厨垃圾调理剂对果园土壤有机碳组分的影响

为研究施用餐厨垃圾调理剂对土壤有机碳组分的影响,以果园土壤为研究对象,从时间、空间维度解析长期施用餐厨垃圾调理剂对土壤有机碳积累、组成及其分布规律的影响,结合CPMI（碳库管理指数）和相关性分析,揭示施用餐厨垃圾调理剂对土壤碳汇的影响机制.结果表明,施用餐厨垃圾调理剂可显著提高土壤中w（TOC）（TOC为总有机碳）,并随施用时间的增加逐渐向深层土壤迁移,改善TOC分布状况.随着施用餐厨垃圾调理剂时间的增加,0~20 cm土壤层中w（NOC）（NOC为非活性有机碳）和30~40 cm土壤层中w（AOC）（AOC为活性有机碳）呈增加趋势,AOC分配比例低于NOC分配比例.随着施用时间的增长,0~30 cm土壤层中w（POC）（POC为颗粒有机碳）显著提高,最大值为42.94 mg/g,MOC（矿质结合态有机碳）分配比例与POC分配比例呈相反变化趋势,有利于提高土壤碳稳定性.各土壤层中CPMI均大于空白对照组,最大值为154.437,表明施用餐厨垃圾调理剂有利于提升土壤肥力.相关性分析表明,w（POC）与pH呈负相关,与含水率、EC（电导率）、w（OM）（OM为有机质）呈正相关,其中与含水率相关性最高（R=0.91）.可见,长期施用餐厨垃圾调理剂对提高果园土壤碳汇、改善土壤肥力具有重要意义,研究结果有助于进一步提升土壤碳汇的新型土壤调理剂的研发与应用.      

CO2倍增和施氮对水稻不同生长期土壤反硝化细菌丰度的影响

随着全球气候变化的不断加剧,大气CO₂浓度呈明显增加趋势,这将间接影响土壤-植物-微生物系统的氮循环过程.为研究典型水稻土壤反硝化细菌对CO₂浓度升高的响应规律和机制,借助水稻密闭培养箱,运用实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-Time qPCR）分子技术,设置不施氮（0 mg/kg）和常规施氮（100 mg/kg）2个处理,研究CO₂倍增对水稻不同生长期土壤关键反硝化功能细菌（narG、nirK和nirS型）丰度的影响.结果表明:①在2种施氮水平,CO₂倍增显著促进了水稻分蘖期、孕穗期、扬花期和成熟期水稻根系生长（增幅为2.96%~28.4%）、地上部生物量增加（增幅为7.1%~107.3%）以及成熟期籽粒干质量的增加（增幅为19.5%和38.0%）,具有显著的增产效应.②反硝化细菌丰度对CO₂倍增的响应与生育期及施氮水平有关,CO₂倍增在2个施氮水平均抑制分蘖期反硝化细菌的繁殖,显著增加孕穗期反硝化细菌数量;在水稻扬花期,CO₂倍增促进了施氮处理narG和nirS型反硝化细菌数量的增加,在成熟期抑制未施氮处理下narG、nirK和nirS型反硝化细菌的生长.另外,narG、nirK、nirS型反硝化细菌丰度整体表现为narG > nirS > nirK,且随水稻的生长,其在成熟期的丰度均呈降低趋势.nirK和nirS基因同属亚硝酸还原酶,但nirS基因丰度高于nirK,且对CO₂倍增和施氮的响应有所差异.研究显示,CO₂倍增可显著增加水稻生长和产量,不同施氮水平对稻田土壤反硝化细菌丰度的影响存在差异.      

LED3A土柱淋洗Pb与Zn污染砂土的效果

为探究不同淋洗方式下螯合型表面活性剂LED3A（N-十二酰基乙二胺三乙酸钠盐）对重金属污染土壤的淋洗效果,采用室内土柱淋洗法研究了LED3A在不同流速条件下对Pb、Zn单一污染砂土的淋洗效果,并通过优化的BCR法分析了淋洗前、后土柱中不同深度处Pb、Zn的形态变化特征.结果表明:LED3A对Pb、Zn单一污染砂土的淋洗规律基本类似,淋出液中ρ（Pb）、ρ（Zn）随淋洗液累积孔隙体积数目的增加呈现急剧增大、达到峰值后逐渐降低的趋势;Pb、Zn的淋洗曲线中均存在不同程度的拖尾现象,且对称性较差;淋出液中ρ（Pb）、ρ（Zn）峰值和Pb、Zn最大累积去除率均随流速的增大而减小.随着淋洗深度和流速的增加,各形态Pb、Zn的去除率均呈现减小的趋势,LED3A对酸可提取态Pb、Zn的去除效果最为显著,去除率均大于50%;对氧化物结合态、有机结合态和残渣态Pb、Zn的去除率大小顺序与淋洗深度和流速有关;对比淋洗前、后土柱中重金属的形态分布可知,最易释放和被生物利用的酸可提取态的占比明显减少,不易或不能被生物利用的氧化物结合态、有机结合态和残渣态的占比明显增加.研究显示,LED3A低流速淋洗不仅能够去除一定量的土壤重金属,同时可有效降低残留重金属对环境的潜在风险.