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颗粒状污泥生物炭对锌铜共污染水体的吸附效应分析

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环境科学学报 2024年第3期44卷 95-104页

作者：徐昊史广宇田晓庆吴贝贝钱飞跃施维林苏州科技大学环境科学与工程学院苏州215009 中国科学院南京土壤研究所南京210008

以城市脱水污泥为原料,经不同温度热解制备颗粒状污泥生物炭(BC),并采用硝酸酸化处理得到改性污泥基生物炭(NBC),用于单一和复合重金属溶液体系中锌铜的吸附去除.结果表明:硝酸改性剂导致了生物炭pH和灰分的降低,而生物炭的比表面积和... 详细信息

以城市脱水污泥为原料,经不同温度热解制备颗粒状污泥生物炭(BC),并采用硝酸酸化处理得到改性污泥基生物炭(NBC),用于单一和复合重金属溶液体系中锌铜的吸附去除.结果表明:硝酸改性剂导致了生物炭pH和灰分的降低,而生物炭的比表面积和孔体积却有所提升,含氮官能团类型也更加丰富.热解温度为500℃的改性污泥基生物炭(NBC500)对重金属的吸附性能最佳;且在溶液初始pH=7时吸附效果最好,对初始浓度分别为200和150 mg·L^(-1)的锌铜去除率达75.51%和87.12%.单一金属体系中,NBC500对Zn^(2+)和Cu^(2+)的最优施加量分别为10和12.5 g·L^(-1);而在复合污染体系下,生物炭最佳投加量为25 g·L^(-1).NBC500对重金属的单位吸附量在两种体系中均呈现出Cu^(2+)>Zn^(2+)的规律,且不存在协同或拮抗作用.NBC500的吸附过程均更符合Elvoich动力学(R^(2)>0.96)和Langmuir吸附等温线模型(R2>0.98),这表明重金属在非均匀固体表面被吸附,且固定方式较为多元.此外,机理分析表明颗粒状污泥生物炭对2种重金属的吸附机制主要是官能团络合(胺基、硝基等)、孔隙填充和静电相互作用.实验所制备的NBC500吸附提升效果显著,兼具便于从水体分离的优势,有利于实现“以废治废”的环保目标.

关键词：颗粒状污泥重金属生物炭吸附共污染

固定化微生物对新污染物污染土壤的固碳消污作用

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中国环境科学 2024年

作者：徐燕星程浩胡小婕汤磊周贤高彦征南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所

炭基材料即可在土壤固碳减排方面发挥重要作用，又可作为功能微生物的固定化载体.然而，目前炭基材料研究多聚焦于消污或固碳单一方向，而对其固碳消污的协同效应缺乏系统了解.为了全面地认识炭基材料在环境治理中的作用，本文综述了炭... 详细信息

炭基材料即可在土壤固碳减排方面发挥重要作用，又可作为功能微生物的固定化载体.然而，目前炭基材料研究多聚焦于消污或固碳单一方向，而对其固碳消污的协同效应缺乏系统了解.为了全面地认识炭基材料在环境治理中的作用，本文综述了炭基材料国内外最新研究进展，系统整理了生物炭、活性炭、碳纳米管、碳基纳米材料等常用于固定化功能微生物的炭基材料，分析了炭基材料在土壤“固碳减排”方面的效能及其作用机制.梳理了炭基材料固定化微生物在治理新污染物污染土壤方面的“消污”作用及其原理.分别从协同耦合“固碳消污”、提升炭基材料资源利用率、创新复合菌群固定以及固定化技术产业应用等方面展望了未来研发方向，以期为利用炭基材料来协同实现土壤“固碳消污”提供参考依据.

关键词：炭基材料固定化新污染物固碳减排消污作用

稻田土壤淹水期As/Sb释放的动态过程及因素探究

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环境科学学报 2024年第4期44卷 324-332页

作者：田晓庆王星皓徐昊葛昶史广宇高娟苏州科技大学环境科学与工程学院苏州215000 中国科学院土壤环境与修复重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008

稻田土壤淹水期重金属As/Sb的释放情况严重影响着我国水稻品质与安全问题.本文选取湖南省娄底市锡矿山周边污染土壤,研究了水分管理过程中淹水土壤中不同价态砷(As)和锑(Sb)的动态释放规律,并考察了土壤性质及组分对重金属As/Sb的释放... 详细信息

稻田土壤淹水期重金属As/Sb的释放情况严重影响着我国水稻品质与安全问题.本文选取湖南省娄底市锡矿山周边污染土壤,研究了水分管理过程中淹水土壤中不同价态砷(As)和锑(Sb)的动态释放规律,并考察了土壤性质及组分对重金属As/Sb的释放与转化行为的影响机制.结果表明,在淹水时期,土壤溶液的pH值呈现出由酸性到中性转变的趋势,Eh值随淹水时间明显降低.值得注意的是,土壤溶液中As的浓度随淹水时间增长而逐渐升高,其中主要以还原态As(III)为主,最高浓度可达632.49μg·L^(-1),显著高于As(V);相反,Sb浓度在最初的2 d内上升,然后随着时间的推移趋于稳定,主要以Sb(V)的形式存在,最高浓度为1627.34μg·L^(-1).As/Sb释放的差异主要归因于土壤对As(III/V)和Sb(III/V)的吸附能力不同所导致,其中土壤颗粒对As(V)吸附能力远高于Sb(V),因此在淹水初期观察到Sb(V)的快速释放;随着厌氧时间增加,氧化态As/Sb被微生物还原为As(III)/Sb(III),而As(III)在土壤颗粒表面吸附能力明显低于Sb(III),因此导致后期大量As(III)的释放.本研究表明土壤的pH值、Eh以及As/Sb的吸附能力是影响淹水期As和Sb释放的重要因素.其中土壤铁锰矿物控制着As(III/V)的吸附固定,而土壤有机质显著影响Sb(III/V)释放.

关键词：厌氧还原重金属释放砷锑 pH 吸附能力土壤组分

功能内生细菌对作物中邻苯二甲酸酯的消减作用

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中国环境科学 2024年

作者：许淋张友爱周贤秦超高彦征南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所

作为新兴有机污染物，邻苯二甲酸酯(PAEs)可通过吸收作用在蔬菜、水果、粮食等作物中累积，并沿食物链进入人体，危害人体健康.从污染区作物体内分离筛选具有PAEs降解功能的内生细菌，并将其定殖到污染作物体内，有望实现作物中PAEs有... 详细信息

作为新兴有机污染物，邻苯二甲酸酯(PAEs)可通过吸收作用在蔬菜、水果、粮食等作物中累积，并沿食物链进入人体，危害人体健康.从污染区作物体内分离筛选具有PAEs降解功能的内生细菌，并将其定殖到污染作物体内，有望实现作物中PAEs有效消减.本文分析了不同类型作物PAEs污染差异及组织分布特征，梳理了已报道的具有PAEs降解功能的内生细菌种类，比较了不同定殖方法下功能内生细菌对作物中PAEs的消减效应，揭示了PAEs降解机制、途径和关键影响因素.指出在共存PAEs消减的复合内生菌群、耦合“减污”和“固碳”功能的协同内生菌群构建及效能方面是未来值得关注的研究方向.

关键词：邻苯二甲酸酯功能内生细菌降解途径定殖

全氟和多氟烷基化合物的生物体内迁移转化及毒性效应

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中国环境科学 2024年

作者：韩淼李泽楷许淋李昭燕文欣雨侍卿胡小婕秦超南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所

全氟和多氟烷基化合物(PFASs)是一类人造持久性有机污染物，广泛分布于土壤、水、大气等各种环境.PFASs具有环境持久性、生物蓄积性和长距离迁移性，其暴露于生物体所引发的健康问题已引起环境领域学者的高度关注.PFASs在生物体内的毒... 详细信息

全氟和多氟烷基化合物(PFASs)是一类人造持久性有机污染物，广泛分布于土壤、水、大气等各种环境.PFASs具有环境持久性、生物蓄积性和长距离迁移性，其暴露于生物体所引发的健康问题已引起环境领域学者的高度关注.PFASs在生物体内的毒性效应与迁移转化密切相关，但目前对于相关研究的总结有待完善.本文总结了PFASs的来源，重点综述了其在生物体内的迁移转化行为及影响因素，利用文献计量学对PFASs毒性研究领域进行了热点分析，并从个体、器官、生化和分子水平阐述了PFASs对动物、植物和人体的毒性效应，总结和展望了未来发展方向，以期为环境中新污染物的生物化学过程及毒理研究提供新思路.

关键词：全氟和多氟烷基化合物迁移转化毒性效应

基于微生物组学的有机污染土壤生物修复研究进展

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应用生态学报 2024年

作者：高彦征吴一铭汤磊胡小婕王建南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所

污染土壤中往往存在一些毒性强、种类多且分布广泛的有毒有机物，严重危害着生态安全和人群健康。生物修复技术主要通过微生物的多种酶促反应来去除土壤污染物，但面对多种有机污染物共存的土壤其修复效果有时欠佳。如何将微生物组学技... 详细信息

污染土壤中往往存在一些毒性强、种类多且分布广泛的有毒有机物，严重危害着生态安全和人群健康。生物修复技术主要通过微生物的多种酶促反应来去除土壤污染物，但面对多种有机污染物共存的土壤其修复效果有时欠佳。如何将微生物组学技术与生物修复结合起来，已成为土壤修复领域研究的热点之一。近些年来，基于基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等的生物修复研究取得一些重要进展。借助基因组学可对土壤微生物进行分析鉴别、剔除杂菌，筛选并构建功能微生物组，同时针对有机污染物特点进行靶向优化。转录组学能够发现未知的功能基因，有助于探索并提出有机污染物降解的新思路。蛋白质组学和代谢组学的研究重点则是提升有机污染物的降解效率。本文综述了当前有机污染土壤生物修复遇到的瓶颈问题，分析了生物修复中的微生物组学方法，结合实际案例解析了微生物组学生物修复的作用原理和效能。目前组学技术在有机污染土壤生物修复领域仍处于初始阶段，相关数据仍需要大量积累。如何借助微生物组学方法来进行分子操作，创新有机污染土壤生物修复体系，破译修复机制，这是未来微生物组学生物修复研究的重点，也是实现生物修复技术高效应用的关键。

关键词：微生物组学有机污染物土壤生物修复

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土壤中多环芳烃衍生物污染特征及其生物降解

中国环境科学 2024年

作者：王萌瑶王建汤磊陈旭文高彦征南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所

本文分析了土壤中SPAHs的来源及污染状况，梳理了国内外已报道的不同SPAHs降解功能菌及其降解机制研究进展.分枝杆菌和鞘氨醇菌是参与NPAHs降解的主要菌属，一些细菌及真菌可降解OPAHs，而有关HPAHs降解的微生物尚多集中于细菌.剖析了SP... 详细信息

本文分析了土壤中SPAHs的来源及污染状况，梳理了国内外已报道的不同SPAHs降解功能菌及其降解机制研究进展.分枝杆菌和鞘氨醇菌是参与NPAHs降解的主要菌属，一些细菌及真菌可降解OPAHs，而有关HPAHs降解的微生物尚多集中于细菌.剖析了SPAHs污染土壤的微生物修复作用及机制. SPAHs在生物降解过程中首先被转化为一些中间体，这些中间体在酶的作用下进一步被降解为邻苯二甲酸或水杨酸，最后通过三羧酸循环而被完全矿化.研究指出基于协同菌群及固定化菌剂的SPAHs降解及污染土壤微生物修复是未来值得关注的研究方向.

关键词：多环芳烃衍生物微生物降解污染特征土壤

土壤环境中抗生素抗性基因污染研究进展和热点分析

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生态与农村环境学报 2024年第1期40卷 11-22页

作者：李泽楷韩淼秦超胡小婕高彦征南京农业大学土壤有机污染控制与修复研究所江苏南京210095

近年来,土壤环境中抗生素抗性基因(ARGs)污染引起广泛关注。以Web of Science核心数据库和万方数据库文献资料为数据源进行文献计量学分析,从年发文量变化、不同国家贡献及研究主题演变(基于关键词)等方面对土壤环境中ARGs污染相关研究... 详细信息

近年来,土壤环境中抗生素抗性基因(ARGs)污染引起广泛关注。以Web of Science核心数据库和万方数据库文献资料为数据源进行文献计量学分析,从年发文量变化、不同国家贡献及研究主题演变(基于关键词)等方面对土壤环境中ARGs污染相关研究进行剖析,以此探讨国内外该领域的研究现状、热点和发展。结果表明,土壤中ARGs污染相关研究的发文数量快速增长。我国文献在发文数量、论文被引频次方面具有重要影响,表明我国在该领域有较强的国际学术影响力。关键词聚类分析表明该领域的研究方向主要集中在以下5个方面:(1)土壤中携带ARGs的微生物及其环境行为;(2)土壤环境中ARGs的来源和持久性;(3)土壤环境中ARGs的传播和消减方法;(4)土壤中共存物质对ARGs丰度和迁移行为的影响;(5)农业生产活动对土壤环境中ARGs污染的影响。同时,在介绍ARGs常用检测方法以及土壤环境中ARGs污染来源和分布的基础上,剖析影响ARGs在土壤中传播的多种因素,探讨土壤环境中ARGs的消减方法,并指出当前研究尚存的不足之处以及今后的研究方向。该文可为未来土壤环境中ARGs污染领域的研究和风险管控提供参考。

关键词：土壤抗生素抗性基因水平基因转移文献计量研究进展消减方法

滇东地质高背景区土壤镉的伴矿景天修复及其对后茬水稻的影响

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土壤学报 2024年第5期61卷 1349-1359页

作者：吴拓铮詹娟周嘉文周通李柱胡鹏杰黄化刚李廷轩张锡洲骆永明土壤与农业可持续发展全国重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京211135 四川农业大学资源学院成都611130

云南是我国典型的重金属元素地球化学高背景区,超积累植物能否有效修复镉(Cd)地质高背景土壤,从而实现农产品安全生产,尚鲜见报道。以云南石林、富源和罗平等三地的典型Cd地质高背景农田土壤为对象,开展温室盆栽试验,探究Cd、锌(Zn)超... 详细信息

云南是我国典型的重金属元素地球化学高背景区,超积累植物能否有效修复镉(Cd)地质高背景土壤,从而实现农产品安全生产,尚鲜见报道。以云南石林、富源和罗平等三地的典型Cd地质高背景农田土壤为对象,开展温室盆栽试验,探究Cd、锌(Zn)超积累植物伴矿景天对土壤Cd的吸取修复效果,及对后茬水稻生长和Cd吸收的作用。结果表明,种植三季伴矿景天使三地土壤全量Cd分别下降24.8%、30.9%和58.8%;伴矿景天在富源玄武岩风化物母质发育的土壤上长势最好,与富源土壤肥力相对最高有关;伴矿景天在罗平石灰岩风化物发育的土壤上重金属吸取修复效果最佳,与罗平土壤呈中性、酸化作用更为明显有关,这些差异由土壤母质、养分与重金属有效性等综合影响所致。经伴矿景天吸取修复三季后,全生育期淹水种稻,其糙米和秸秆Cd浓度均大幅降低,可实现糙米Cd安全生产。未经植物吸取修复,旱作处理下水稻糙米Cd存在超标风险。植物吸取修复后种植水稻,再结合水分管理措施,可进一步降低稻米中Cd浓度,实现稻米安全生产,为Cd地质高背景区土壤的农作物安全生产提供理论依据和技术支撑。

关键词：土壤镉地质高背景植物吸取修复水稻水分管理

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