Effects of Acid Rain on Competitive Releases of Cd, Cu, and Zn from Two Natural Soils and Two Contaminated Soils in Hunan, China

Leaching experiments of rebuilt soil columns with two simulated acid rain solutions (pH 4.6–3.8) were conducted for two natural soils and two artificial contaminated soils from Hunan, south-central China, to study effects of acid rain on competitive releases of soil Cd, Cu, and Zn. Distilled water was used in comparison. The results showed that the total releases were Zn>Cu>Cd for the natural soils and Cd>Zn≫Cu for the contaminated soils, which reflected sensitivity of these metals to acid rain. Leached with different acid rain, about 26–76% of external Cd and 11–68% external Zn were released, but more than 99% of external Cu was adsorbed by the soils, and therefore Cu had a different sorption and desorption pattern from Cd and Zn. Metal releases were obviously correlated with releases of TOC in the leachates, which could be described as an exponential equation. Compared with the natural soils, acid rain not only led to changes in total metal contents, but also in metal fraction distributions in the contaminated soils. More acidified soils had a lower sorption capacity to metals, mostly related to soil properties such as pH, organic matter, soil particles, adsorbed SO₄ ²⁻, exchangeable Al³⁺ and H⁺, and contents of Fe₂O₃ and Al₂O₃.     

不同耐性作物中几种酶活性对Cd胁迫的反应

为探讨作物对重金属毒害的耐受机理,本文采用盆栽试验及生理生化分析方法,研究了作物体内酶系统在耐受Cd胁迫中的作用。结果表明,在Cd胁迫下,耐性作物体内,SOD和PPO的活性未受明显影响或活性略增强,CAT活性明显增强;POD及硝酸还原酶活性的变化无明显规律。这说明,SOD、CAT和PPO活性的维持和提高是作物耐受Cd胁迫的物质基础之一。     

生物质炭对Cd污染土壤根际微团聚体Cd形态转化的影响

为明确生物质炭对土壤Cd形态分布的团聚体机制,采用盆栽试验,以秸秆生物质炭为试验材料,研究了秸秆生物质炭对Cd在不同粒级微团聚体中的富集以及根际、非根际微团聚体Cd形态转化的影响.结果表明:外源Cd进入土壤后,主要分布于土壤不同粒级微团聚体中且随粒级减小而增加,富集顺序由大到小为 < 0.01、0.05~0.01、0.25~0.05、 > 2 mm.添加生物质炭后显著降低了Cd在不同粒级微团聚体中的富集系数（P < 0.05）.与对照相比, > 2、0.25~0.05、0.05~0.01、 < 0.01 mm粒级微团聚体土壤对Cd的富集系数分别降低了0.04~0.16、0.04~0.15、0.07~0.17、0.06~0.21.不同处理下,根际、非根际土壤不同粒级微团聚体中Cd主要以残渣态为主且向小粒级团聚体（< 0.01 mm）富集,其中可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态Cd的含量（以质量分数计）及占比均有不同程度的下降.对于根际、非根际不同粒级微团聚体各形态中有机结合态Cd,与对照相比,在Cd1B10处理下,分别于 < 0.01、0.05~0.01 mm微团聚体中的降幅最高,达49.5%、62.3%;对于残渣态Cd,在Cd1B10处理下,分别于0.25~0.05、0.05~0.01 mm微团聚体中的降幅最高,达19.8%、20.5%,但各处理下残渣态Cd占比趋于上升,最高占比分别达74.0%、78.2%.表明Cd进入土壤后主要转化成了残渣态,土壤中Cd的生物有效性降低,其中,当Cd污染程度（1 mg/kg）较低、生物质炭施用量（10 g/kg）最高时,该效果达显著水平.研究显示,施用高量（10 g/kg）生物质炭能够降低土壤不同粒级微团聚体中各形态Cd的含量,并且Cd污染程度越低、粒级越小,降低效果越显著.      

7种改性水稻秸秆对溶液中Cd2+的吸附

为实现废弃水稻秸秆资源化利用及其治理水环境中Cd²⁺的污染问题,用KMnO₄、KOH、H₂O₂、KOH+H₂O₂、酒石酸、柠檬酸、TiO₂对水稻秸秆进行改性,制成不同的水稻秸秆吸附剂来吸附溶液中的Cd²⁺,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱仪、比表面积及孔径分析仪和Zeta电位仪对改性前后的水稻秸秆进行表征分析,吸附过程采用准一级动力学方程、修正一级动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内扩散模型进行拟合.结果表明：在Cd²⁺初始浓度100mg/L,pH7,水稻秸秆添加量为10g/L,25℃条件下,7种改性水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果不同,其中经KMnO₄改性的水稻秸秆对Cd²⁺的吸附效果最好,吸附量达10.024mg/g,对Cd²⁺的去除率达到99.24%,比未改性水稻秸秆提高了99.44%,其次是KOH和KOH+H₂O₂改性处理的水稻秸秆,吸附量分别达到了9.302和9.189mg/g,对Cd²⁺的去除率分别达92.62%和90.82%,比未改性水稻秸秆分别提高了85.07%和82.83%.改性处理水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果顺序为：KMnO₄ > KOH > KOH+H₂O₂ > TiO₂ > H₂O₂ > 柠檬酸 > 酒石酸.对于Cd²⁺的吸附过程,准一级速率方程只能较好地描述吸附初始阶段,准二级动力学方程则能很好地描述吸附的整个过程.经KMnO₄,KOH和KOH+H₂O₂改性的水稻秸秆是具有潜在利用价值的废水中Cd²⁺吸附剂.     

改良剂对根际土壤-水稻系统中镉运移的影响

稻田镉(Cd)污染治理是我国目前农田重金属污染治理的重点和难点.铁的氧化还原过程对Cd在土壤-水稻系统中的运移发挥着极其重要的作用.从铁循环调控入手,研发阻控稻米Cd累积的钝化技术及产品,势必能为农田重金属污染治理提供新的解决途径.本研究以自主研发的改良剂为对象,通过野外田间试验,研究改良剂对Cd从根际土壤向根表铁膜迁移及在水稻不同组织器官间转运的影响,探索铁循环影响Cd在根际土壤-水稻系统中运移的机制.结果表明,改良剂施用促进了根际土壤中铁硫化物的形成,其与Cd共沉淀显著减少了分蘖期、拔节期和灌浆期根际土壤中乙酸铵浸提态Cd(NH4AcCd)的含量;成熟期排水烤田致使铁硫化物被氧化,其对Cd的释放显著增大了根际土壤中NH4Ac-Cd的含量;铁硫化物形成减弱了Fe(Ⅱ)从根际土壤向根表的迁移能力,铁膜中铁(DCB-Fe)的含量随之减小,铁膜对Cd的吸附能力减弱导致分蘖期和灌浆期铁膜中Cd(DCB-Cd)的含量显著减小;改良剂施用有效减弱了根系对Cd的转运能力,增大了拔节期、灌浆期和成熟期Cd在根系的分布比例,而减少了拔节期、灌浆期和成熟期Cd在茎叶、以及成熟期Cd在糙米中的分布比例.本研究成果将为后期改良剂的研发及应用提供理论依据,对解决稻田Cd污染治理难题具有重要意义.     

Cd、Zn交互作用对三七景天根系形态和重金属吸收积累的影响

采取水培试验,研究了不同Cd、Zn浓度单一胁迫及其交互作用对三七景天生长、根系形态及Cd、Zn吸收和积累的影响.结果表明,三七景天对Cd、Zn单一胁迫均有较强的耐受性,其根、茎、叶各组织中Cd、Zn含量均随胁迫的增加而增加,且对Cd有较强的富集能力,地上部Cd含量可达133.0 mg·kg~(-1).Cd、Zn共同胁迫对三七景天生长的影响大于单一胁迫,而根系对其胁迫更为敏感,在Cd、Zn共同胁迫下其根系长度、表面积、体积和根尖数均显著降低,且对其根尖数的影响最为显著.Zn对三七景天地上部Cd吸收具有"低促高抑"效应,低浓度Zn(10 mg·L~(-1))对三七景天地上部Cd吸收有协同作用,促进Cd由根部向地上部转运.而添加Cd则对三七景天Zn吸收具有拮抗作用.Zn/Cd浓度比值对三七景天Cd吸收有显著影响,Zn/Cd比值较低时促进三七景天地上部Cd的积累,而高Zn/Cd比则抑制其Cd的积累.因此,三七景天具有较强的Cd富集能力,可应用于修复Cd污染土壤,而调节生长介质中Cd、Zn比例可促进三七景天对Cd的吸收效率.     

外源Cl-添加对不同母质土壤溶液Cd2+浓度的影响

土壤镉(Cd)的环境行为与其在土壤溶液中的存在形态以及陪伴离子有关,然而外源Cl~-与土壤溶液中Cd~(2+)的关系以及不同母质土壤对Cd~(2+)的环境行为的影响并没有明确的结论.选取2种水稻土(第四纪红色黏土母质发育的红黄泥、紫色砂页岩母质发育的紫泥田)为研究对象,添加离子态外源Cd~(2+)(0、1、2.5、5 mg·kg~(-1)),平衡老化后添加外源Cl~-(0、0.6、1.2 mg·kg~(-1)),在保持水分恒定的情况下进行模拟培养试验,研究外源Cl~-添加对土壤溶液Cd~(2+)浓度的影响.结果表明,随着外源Cd~(2+)的增加,土壤溶液Cd~(2+)的浓度提高,红黄泥土壤溶液Cd~(2+)的浓度显著高于紫泥田;添加Cl~-会使土壤溶液中Cd~(2+)浓度升高,且Cd~(2+)浓度与外源Cl~-呈显著正相关,红黄泥和紫泥田土壤溶液中Cd~(2+)的平均浓度比不添加Cl~-时Cd~(2+)的平均浓度分别增加了12.74%、51.49%;土壤对Cd~(2+)的吸附关系符合Freundlich等温吸附方程,紫泥田对Cd~(2+)的吸附量显著高于红黄泥,添加Cl~-对红黄泥Cd~(2+)的吸附影响很小,而对紫泥田的影响显著.Cl~-存在下,红黄泥和紫泥田的解吸率分别为12.50%～19.25%、14.76%～24.99%,外源Cl~-添加对Cd~(2+)解吸影响小.综合分析认为,Cl~-对不同土壤Cd~(2+)的吸附解吸行为影响有较大的差异.     

牛骨粉对Cd污染土壤修复效应和土壤肥力的影响

通过一年静态培养试验,研究了牛骨粉对碱性和酸性Cd污染土壤钝化修复效应及土壤基本理化性质、肥力和酶活性的影响.结果表明,与对照相比,投加牛骨粉后碱性土壤有机质和含水率分别降低了5.4%～14.3%和0.29%～3.04%,而土壤阳离子交换量(CEC)增加了10.8%～18.9%;在酸性土壤中,添加牛骨粉后土壤pH、有机质和CEC分别较对照增加了0.70～1.42、0.4%～6.7%和1.1%～3.4%,含水率则下降了0.75%～2.58%.两种土壤有机碳红外光谱特征峰相似,图谱形状基本一致,但强度存在不同程度的差异.施用牛骨粉后土壤总氮、总磷和全钾含量均有所提高,其中,碱性土壤最大分别增加了39.8%、345.2%和3.4%,酸性土壤最大分别增加了61.0%、612.9%和5.1%.铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾含量均随牛骨粉施加量的增加而增加.土壤中TCLP(toxicity characteristic leaching procedure)提取态Cd含量随牛骨粉投加量增加而降低,与对照相比,酸性和碱性土壤分别减少了38.9%～71.9%和8.6%～18.2%.施加牛骨粉整体上促进了土壤过氧化氢酶、过氧化物酶和尿酶活性(仅碱性土壤脲酶活性受到抑制).在碱性土壤中,土壤有效态Cd含量与pH、有机质、含水率、有效磷和速效钾呈显著正相关(p0.01),而与阳离子交换量、全氮、全磷、过氧化氢酶表现为显著负相关(p0.01).在酸性土壤中,土壤有效态Cd含量与pH、有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷、速效钾、过氧化氢酶、过氧化物酶呈显著负相关(p0.01),而与含水率呈显著正相关(p0.01).综合评价表明,采用牛骨粉原位钝化修复Cd污染土壤有效可行.     

基于分形方法确定合肥大兴地区土壤中Cd元素的异常下限

在土壤元素异常下限值的确定对环境地球化学评价具有重要意义,传统异常下限值计算方法仅适用于元素含量数据呈正态分布的情况,而事实上土壤元素含量的空间分布极其复杂,很可能具有多重分形分布特征,元素背景和异常有各自独立的幂指数关系。本文探讨利用分形方法确定典型工业区土壤中Cd元素的异常下限值。基于分形的含量一面积方法确定了合肥大兴地区（典型工业区）土壤中污染元素Cd的异常下限值为0．445mg／kg,并根据该异常下限值圈定了异常范围。同时与传统方法（平均值加两倍标准离差）确定的土壤中Cd元素异常下限值及异常范围进行了对比分析,结果显示,分形方法圈定的异常区域是有效的、合理的,控制了区内主要的导致土壤Cd元素污染的企业。     

Adsorption of Pb, Cd to Fe, Mn oxides in natural freshwater surface coatings developed in different seasons

Metal oxides( Fe, Mn oxides) in natural surface coatings(biofilms and associated minerals) are believed to play a significant role n the fate and transport of trace metal in aquatic environments. Seasonal variation of Fe, Mn oxides and organic materials in surface oatings, which were developed periodically on glass slides in Nanhu Lake, Jilin Province, China over the time frame of three seasons,was investigated in order to understand the influence of metal oxides on Pb and Cd adsorption to heterogeneous surface coating materials(biofilm). Pb and Cd adsorption was measured under controlled laboratory conditions( mineral salts solution with defined speciation, ionic trength 0.05 mol/L, 25~C and pH 6.0). The classical Langmuir adsorption isotherm was applied to estimate equilibrium coefficients of Pb nd Cd adsorption to the surface coatings. In general, components in the surface coatings varied greatly with seasons altering and btained higher concentrations in summer while the content of iron oxides always exceeded that of manganese oxides. Correlation nalyses between the maximum adsorption of Pb and Cd and components in the surface coatings developed periodically indicated that Pb hase association with Mn oxides and Cd phase association with Fe oxides as well as Mn oxides were statistically significant. Effect of Mn xides on Cd adsorption was confirmed in view of its higher content in the surface coatings. The importance of ferromanganese oxides for b and Cd adsorption to the natural surface coatings developed in different seasons was evidenced.