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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2022年第4期32卷 1277-1289页

作者：姚文斌黄磊杨志辉赵飞平中南大学冶金与环境学院长沙410083 中国重金属污染控制与治理国家工程研究中心长沙410083 广州大学广州大学林雪平大学城市可持续发展研究中心广州510006

为了探明土壤中不同有机酸对土壤中重金属环境活性的影响,通过采用分批次实验分别研究高分子有机酸(HMWOA)(腐殖酸和富里酸)和低分子有机酸(LMWOA)(苏氨酸和草酸)对土壤中Pb、Cu和Cd释放或固定化效果的影响。结果表明,LMWOA特别是苏氨... 详细信息

为了探明土壤中不同有机酸对土壤中重金属环境活性的影响,通过采用分批次实验分别研究高分子有机酸(HMWOA)(腐殖酸和富里酸)和低分子有机酸(LMWOA)(苏氨酸和草酸)对土壤中Pb、Cu和Cd释放或固定化效果的影响。结果表明,LMWOA特别是苏氨酸促进土壤中Pb、Cu和Cd的释放,并减少土壤中HOAc可提取态、可还原态及可氧化态Pb、Cu和Cd的含量。相反,HMWOA特别是腐殖酸降低Pb、Cu和Cd的释放,同时增加HOAc可提取态、可还原态及氧化态Pb、Cu和Cd的含量,这说明HMWOA可以对土壤中的重金属进行固定化。通过对溶液中总有机碳(TOC)和水溶性铁含量测定发现,在LMWOA作用下土壤总有机碳(TOC)和水溶性含量增加,导致土壤中的有机物和氧化铁发生解离,从而促进土壤中Pb、Cu和Cd的释放。而在HMWOA作用下,土壤表面的zeta电位降低,非晶型无定型氧化铁含量增加,有利于Pb、Cu和Cd的吸附,从而导致Pb、Cu和Cd被固定化。因此,LMWOA在土壤洗涤淋洗修复中具有潜在的应用前景,而HMWOA可用于重金属污染土壤的固定化修复。

关键词：低分子有机酸腐殖酸黄腐酸土壤修复重金属形态转化

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生物炭对农田冻融土壤污染迁移转化与修复的影响机理研究——以Cd和Pb为例

生物炭对农田冻融土壤污染迁移转化与修复的影响机理研究——以Cd...

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作者：刘明轩东北农业大学

学位级别：硕士

农田重金属污染是全球污染防治面临的重点问题,对环境安全、人体健康、农业可持续发展等方面都有着重要影响。本研究基于高纬度寒区气候背景,通过室内模拟复配镉铅(Cd、Pb)混合污染土壤,设定不同生物炭施加量(0%、1%、2%),不同土壤初始... 详细信息

农田重金属污染是全球污染防治面临的重点问题,对环境安全、人体健康、农业可持续发展等方面都有着重要影响。本研究基于高纬度寒区气候背景,通过室内模拟复配镉铅(Cd、Pb)混合污染土壤,设定不同生物炭施加量(0%、1%、2%),不同土壤初始含水率(15%、20%、25%)等初始条件,探究了农田冻融土壤理化性质变化以及重金属形态变化规律,验证了土壤及生物炭经历冻融循环后的吸附能力变化,并通过土柱淋溶试验验证冻融循环以及施加生物炭对饱和土壤中重金属运移过程的影响。主要研究结果如下:(1)施加生物炭对农田冻融土壤的改良效果。冻融循环过程中土壤p H降低,电导率增加,阳离子交换能力提高。冻融作用破坏土壤结构,生物炭通过稳定土壤团聚体组成,减少小颗粒团聚体的形成,从而减少土壤对Cd、Pb的吸附能力。高土壤含水率(25%)加剧了冻融循环对土壤的影响效果,促使土壤酸碱度变化更加明显,土壤中的电导率趋于稳定,同时增加了土壤的阳离子交换能力,严重破坏了土壤结构。并且生物炭施加量越多,土壤p H提高幅度越大,电导率增加,土壤阳离子交换量也呈上升趋势,同时也稳定了土壤结构。冻融过程增加了生物炭的吸附点位与官能团丰度,增大了生物炭比表面积,减少了生物炭的孔径及孔体积,在多个方面加强了生物炭对重金属的吸附调节效果。(2)施加生物炭对农田冻融土壤中重金属环境行为的影响。冻融过程中Cd、Pb的可溶态、可还原态占比增加0.28～56.19%,生物炭减少了土壤中Cd、Pb迁移量,降低了重金属的有效性,重金属的可还原态、可氧化态及其他形态等不可被作物利用的重金属形态数量均随着生物炭施加量的增加而呈上升趋势,可见生物炭的施加显著降低了冻融循环过程中重金属的环境胁迫倾向。土壤含水率的增加使土壤中Cd、Pb有效性降低,土壤质量含水率由15%变化到25%时,重金属Cd、Pb的可溶态占比减少约6.78%和5.41%。(3)寻求农田冻融土壤调控模式。利用“一种基于干分-湿筛法测定土壤团聚体中重金属的方法”用来准确划分土壤重金属来源,通过分析不同粒径团聚体携带重金属能力发现大粒径团聚体的携带能力要弱于小粒径团聚体。结合土壤重金属分布规律特点,得出在冻融循环前20%土壤含水率土壤中施加1%生物炭,此方式对于季节性冻土土壤修复起到显著调控作用。(4)农田冻融土壤迁移转化影响。冻融作用提高了生物炭吸附重金属的能力,Cd最大吸附量提高了75.4%,Pb最大吸附量提高了60.6%。而土壤的经历冻融作用后吸附Cd、Pb能力也提升了9.72%和17.09%。在穿透试验中,施加生物炭延长了水分淋出时间,增大了土壤阻止作用。冻融循环破坏土壤结构增大了土壤的弥散系数,增加了Cd、Pb的最大缓冲容量以及土壤穿透速率。利用HYDRUS-1D的化学非平衡两点模型对溶质进行模拟效果较好,对于土壤及炭土混合物的吸附参数与实际值结果在可利用范围内,能够达到补充参数的效果。综上所述生物炭作为一种土壤生物炭能够减弱冻融循环对土壤带来的负面影响,同时也作为一种固化剂降低了土壤中重金属污染情况。冻融循环明显加强了生物炭调控土壤的效果,增加了炭土复合体对于污染的预防承载能力,进而提高了农田土壤的作物种植潜力。研究结果可为季节性冻土区农田生态环境保护、土壤重金属污染治理、生物炭改良土壤吸附污染物及饱和土壤重金属行为解析提供理论依据和技术支撑。

关键词：冻融循环过程土壤重金属污染生物炭吸附重金属重金属形态转化长效修复治理

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摩西斗管囊霉对不同粒径土壤铅（Pb）累积和形态转化的影响

摩西斗管囊霉对不同粒径土壤铅（Pb）累积和形态转化的影响

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作者：黄贝童东北师范大学

学位级别：硕士

重金属铅(Pb)污染是世界范围内最严重的环境问题之一,Pb具有环境毒性高、迁移能力强、难以生物降解、能在土壤和食物链中累积等特点,从而导致土壤稳定性降低,并危害地球上的各种生命的正常生活。重金属(Heavy mentals,HMs)的生态环境风... 详细信息

重金属铅(Pb)污染是世界范围内最严重的环境问题之一,Pb具有环境毒性高、迁移能力强、难以生物降解、能在土壤和食物链中累积等特点,从而导致土壤稳定性降低,并危害地球上的各种生命的正常生活。重金属(Heavy mentals,HMs)的生态环境风险取决于其赋存形态,且土壤粒径、土壤微生物对重金属的累积和形态转化具有重要影响。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是与植物进行有效互惠共生的真菌,AMF通过利用养分、调节基因表达、影响HMs的累积和转化等行为,增强了宿主植物对HMs胁迫的抗性,并提高了AMF对HMs的植物修复效率。但在Pb胁迫下AMF接种对不同粒径土壤中Pb形态转化的作用机制尚缺乏认识。本文研究了两种Pb胁迫下(500 mg/kg和2000mg/kg)摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae)接种对小花鬼针草(Bidens parviflora)根际不同粒径土壤中Pb累积和形态的影响,比较不同粒径土壤间AMF定殖特征、球囊霉素(Glomalin-related soil protein,GRSP)含量和土壤理化性质的差异,分析AMF接种对土壤理化性质的影响;并探究AMF接种处理下Pb的累积和形态转化过程的变化,进一步探究AMF、土壤粒径、土壤理化性质对Pb形态转化的相关性,利用结构方程模型分析AMF接种对Pb累积和形态转化的影响,最终阐明AMF影响Pb累积和形态转化的作用途径。主要结果如下:(1)在Pb胁迫下,AMF接种降低了土壤p H,但根际土壤中总氮、速效磷、总磷含量却分别提高了29.84%、80.41、26.73%,有机碳含量提高了43.11%。随着Pb胁迫程度增加,土壤p H呈逐渐上升,而总氮、总磷、速效磷和有机碳含量下降,但粒径对土壤理化性质的影响不显著(p>0.05)。(2)小花鬼针草根际土壤Pb形态主要以残渣态形式为主。随着Pb胁迫程度增加,小花鬼针草根际土壤中总Pb、DTPA-Pb、GRSP-Pb、5种提取态Pb含量(残渣态Pb、铁锰氧化态Pb、有机结合态Pb、碳酸盐态Pb和可交换态Pb)升高。与不接种处理相比,AMF接种使总Pb、DTPA-Pb、5种提取态Pb含量显著下降,但GRSP-Pb含量显著提高。另外,AMF接种使DTPA-Pb、铁锰氧化态Pb、有机结合态Pb、碳酸盐态Pb和可交换态Pb占总Pb含量百分比均显著下降,但GRSP-Pb和残渣态Pb占总Pb含量百分比均显著提高。(3)摩西斗管囊霉与小花鬼针草根部形成良性的互利共生关系,并建立共生结构——丛枝菌根(AM)。AMF接种下分泌的易提取球囊霉素含量和总球囊霉素含量与不接种处理相比分别提高了96.10%和37.03%。随土壤粒径的增大,孢子密度和菌丝密度逐渐增加,而易提取球囊霉素和总提取球囊霉素含量则呈现先增加后减少的趋势。随着Pb胁迫程度提高,菌根定殖率、菌丝密度和孢子密度、易提取球囊霉素和总球囊霉素含量变化明显减少。(4)冗余分析(RDA)的结果显示,AMF相关因子(菌根定殖率、孢子密度、菌丝密度、易提取球囊霉素和总球囊霉素含量)与土壤p H显著负相关(p形态转化造成影响:(i)改变铁锰氧化态Pb占总Pb的百分比;(ii)改变残渣态Pb含量占总Pb的百分比,从而影响土壤中Pb的形态转化,此路径对土壤Pb形态转化的影响最强烈。(6)扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析结果表明,小花鬼针草根际土壤中的Pb主要累积于AMF的孢子和菌丝中,且累积于孢子内的Pb质量百分比大约是在菌丝体内的3.9倍。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析结果表明,接种AMF后,在661 cm和1382 cm处有中等强度的振动峰出现,其他峰的强度也有不同程度的变化。综上所述,摩西斗管囊霉在土壤重金属植物修复中发挥着重要作用,不仅使土壤Pb累积量明显下降,同时也通过改变生物可利用态Pb占总Pb含量的百分比影响Pb的形态转化。中高浓度的Pb胁迫均会抑制摩西斗管囊霉的定殖和生长,进而抑制AMF分泌的球囊霉素含量,从而影响重金属污染物的生物修复效率。研究结果证实,摩西斗管囊霉主要通过调节

关键词：丛枝菌根真菌铅重金属形态转化球囊霉素土壤粒径

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天然及改性凹凸棒对稀土尾矿土壤中重金属铅的钝化效果研究

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岩矿测试 2020年第6期39卷 847-855页

作者：陈哲冯秀娟朱易春李洞明江西理工大学土木与测绘工程学院江西赣州341000

赣南离子型稀土矿的大肆开采,以及尾矿废渣不合理处置,造成矿区周边环境中重金属铅含量超标,破环矿区生态环境。本文利用不同剂量(质量分数分别为5%、10%和15%)的天然及改性凹凸棒作为钝化剂,利用扫描电镜和傅里叶红外光谱对两种钝化剂... 详细信息

赣南离子型稀土矿的大肆开采,以及尾矿废渣不合理处置,造成矿区周边环境中重金属铅含量超标,破环矿区生态环境。本文利用不同剂量(质量分数分别为5%、10%和15%)的天然及改性凹凸棒作为钝化剂,利用扫描电镜和傅里叶红外光谱对两种钝化剂的表面特征和官能团进行分析,采用BCR重金属连续提取法对钝化能力和效果进行评价,并以此研究土壤中铅的形态变化,借鉴国外的重金属TCLP提取法评估重金属污染土壤的环境质量。结果表明:经过50d的培养,土壤pH值从4.76显著升高至接近7.0。改性后凹凸棒使铅的酸提取态含量从25.69mg/kg降低至7.42mg/kg,并促进其向残渣态转化,残渣态含量比对照组增加了1.38倍,TCLP提取态含量比对照组降低了65.70%,从而显著降低了铅的生物可利用度和生态风险。与天然凹凸棒相比,改性后凹凸棒对稀土尾矿土壤修复具有较为良好的效果。

关键词：稀土尾矿原位钝化钝化剂重金属形态转化土壤修复

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模拟酸雨对污染土壤中Cd、Cu和Zn释放及其形态转化的影响

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应用生态学报 2003年第9期14卷 1547-1550页

作者：郭朝晖黄昌勇廖柏寒浙江大学环境与资源学院杭州310029 湖南农业大学资源环境学院长沙410128

研究了模拟酸雨连续浸泡下污染红壤和黄红壤中重金属释放及形态转化。结果表明,随着模拟酸雨pH值下降,污染土壤中重金属释放强度明显增大;Cd、Zn释放量与酸雨pH值呈线性极显著负相关.Cu与酸雨pH值呈线性显著负相关。模拟酸雨作用下,污... 详细信息

研究了模拟酸雨连续浸泡下污染红壤和黄红壤中重金属释放及形态转化。结果表明,随着模拟酸雨pH值下降,污染土壤中重金属释放强度明显增大;Cd、Zn释放量与酸雨pH值呈线性极显著负相关.Cu与酸雨pH值呈线性显著负相关。模拟酸雨作用下,污染红壤和黄红壤中Cd均以交换态为主;Cu则以有机结合态和氧化锰结合态为主;Zn在污染红壤中以残留态和交换态为主,在污染黄红壤中以残留态和有机结合态为主。土壤有机质含量和阳离子交换量对Cd、Cu、Zn的释放产生一定的影响并影响Cd、Zn的形态转化,但对Cu形态转化影响不明显,随着模拟酸雨酸度增大,污染红壤和黄红壤中重金属Cd、Cu的生物可利用态明显增多,但难解吸态Zn向生物有效态转化效应不明显。

关键词：模拟酸雨重金属释放重金属形态转化

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重金属污染水稻中镉的减量化控制技术研究

重金属污染水稻中镉的减量化控制技术研究

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作者：戴佰林湖南工业大学

学位级别：硕士

农田土壤重金属污染现象日益严重,给我国南方诸多省份、特别对湖南省农业以致命的打击,尤其是近年来频繁出现的“镉大米”事件直接威胁到人们的身体健康。因此,对重金属超标农田的水稻中镉减量化控制成为了备受人们关注的焦点。将大米... 详细信息

农田土壤重金属污染现象日益严重,给我国南方诸多省份、特别对湖南省农业以致命的打击,尤其是近年来频繁出现的“镉大米”事件直接威胁到人们的身体健康。因此,对重金属超标农田的水稻中镉减量化控制成为了备受人们关注的焦点。将大米中的镉含量降低至国家标准以内,对人们的身体健康和我国粮食安全具有十分重要意义。本文主要有如下贡献:首先对株洲市周边地区株洲县和醴陵市部分稻田土壤重金属(Cd、Pb、Cr、Ni、Cu、Hg)污染进行了系统性的调查分析,利用单因子(Pi)和综合因子(P综)污染指数法以及单因子(Ei)和综合因子(RI)潜在生态危害指数法对五个区域重金属污染进行对比评价。并分析了稻田重金属污染的主要来源。评价结果显示,土壤主要受Cd污染,受Hg、Pb的轻微污染,未受Cr、Ni、Cu等重金属的污染。从重金属污染横向分布情况看,各地区的重金属污染程度如下:柏树村稻田(P综=9.31)>象石村稻田(P综=7.70)>横江村稻田(P综=5.32)>南阳桥乡稻田(P综=5.18)>油田村稻田(P综=1.30)。原因是象石村稻田和柏树村稻田距离工业区、生活区和湘江较近,污染较重,属于重金属重污染和较高潜在生态危害水平。油田村稻田处在醴陵山区,离城市生活区和工业区较远,水质也较好,重金属污染比其他区域较轻,其污染可能主要来自于多年使用的劣质磷肥或复合肥所致。横江村和南桥乡加油站旁稻田距离株洲县城较近,重金属污染可能主要来自当地生活垃圾及大气中重金属沉降。稻田重金属纵向分布结果显示:不同土层受重金属污染不同,0-20 cm深土壤层受重金属污染最为严重,40-60 cm深土壤层受重金属污染较轻,80-100 cm深土壤层基本没有受到重金属的污染。其次,通过对重金属超标的农田中重金属的钝化和吸附机理进行研究,研制一种以麦饭石和石灰为主要成分的新型复合重金属污染土壤调理剂。麦饭石中存在的大量铝元素使其能对土壤p H值具有调节作用,提高酸性土壤的p H值,降低重金属Cd的可交换态,此外由于具备多孔结构使其对Cd2+等重金属离子具有良好的吸附作用。石灰能显著提高土壤的p H值,降低土壤中Cd等重金属的可交换态。最后根据前期的调查分析,选择在株洲县禄口镇柏树村和醴陵市仙霞镇油田村分别建立Cd污染高度超标农田示范基地和Cd污染低度超标示范基地,其中,株洲县渌口镇柏树村稻田基地中重金属Cd超标约10倍,醴陵市仙霞镇油田村稻田基地重金属Cd超标1-2倍,通过在基地进行一季稻水稻栽培试验,并结合实验室盆栽水稻试验研究,摸索了一整套能降低水稻中镉含量的新工艺,即土壤调理剂+低积累镉型水稻种子+叶面硅肥阻隔。试验结果表明:新工艺对重金属污染稻谷中Cd含量具有良好的减量效果,普遍可使稻谷中重金属Cd含量降低50%左右,其中最高值可达63.59%。

关键词：水稻镉土壤调理剂重金属形态转化叶面硅肥阻隔

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