不同热解温度生物炭改良铅和镉污染土壤的研究

 为了探究热解温度对生物炭修复重金属污染土壤的影响,将300℃、500℃和700℃下制备的生物炭加入铅（Pb）和镉（Cd）污染土壤进行培养,检测重金属形态的变化。结果表明,加入生物炭培养60d后,Pb和Cd污染土壤pH值较对照上升0.35—0.86单位值,土壤中重金属的酸可提取态含量下降,残渣态含量上升,对目标重金属生物有效性降低的改良效果700℃>500℃>300℃;在生物炭添加量相同的情况下,复合污染土壤中Pb的残渣态含量比对应单一污染高50.60%—72.79%,而复合污染土壤中Cd的酸可提取态含量较对应单一污染高7.53%—12.99%;热解温度影响生物炭的表面特征和吸附重金属机制,进而影响生物炭改良土壤中目标重金属形态分布。     

生物炭施用对污染红壤中重金属化学形态的影响

采用BCR分级提取的方法研究了2种不同生物炭施用对污染红壤中重金属Cu、Zn、Cd和Pb化学提取形态的影响.结果表明,生物炭施用提高了土壤pH值和有机质含量.实验土壤中重金属Cu、Zn、Cd和Pb均主要以残渣态存在(分别为86.11%、63.30%、66.24%、50%),施用鸡粪生物炭(P)后Cu、Cd和Pb的可还原态比例降低,Zn可还原态与Cu、Zn、Cd、Pb的酸可提取态和可氧化态的比例都有所增加.施用木屑生物炭(W)后Zn、Cd和Pb的可还原态比例降低,Cu、Zn、Cd和Pb的酸可提取态,Cu可还原态及Cu、Zn可氧化态的比例增加.总体来看,施用木屑生物炭(W)和鸡粪生物炭(P)后,Cu和Zn的残渣态所占比例分别降低了9.3%、27%,3.7%和16%,而Cd和Pb的残渣态比例分别增加了3.6%、3.0%,4.5%和3.7%,表明施用2种生物炭可以增加Cu和Zn的生物有效性,且施用P生物炭后增加的比例大于施用W生物炭;降低Cd和Pb的生物有效性,但施用2种生物炭后降低的比例相差不大.     

生物炭修复技术在铅污染土壤及植物生长中的应用研究

为了探讨生物炭对铅污染土壤的修复效果,以耕作农田土壤为供试土壤,分别向其中加入200mg·L~(-1)与1 000mg·L~(-1)铅溶液进行人为污染,采用1%、5%生物炭修复剂BC400(中药渣生物炭与花生壳生物炭1:1)进行修复处理,分析测定了印度芥菜(Brassica juncea)生长前后土壤pH值、土壤铅含量、种子萌发率以及植物体内铅含量的变化.研究结果发现,人为加铅污染后,土壤pH值下降、NH_4NO_3浸提态铅含量上升、植物株高、茎粗均下降,植物体内重金属含量上升.加入生物炭修复剂后,可有效改善土壤pH值,提高种子萌发率及植株的高度和茎的粗度,显著降低NH_4NO_3浸提态铅含量、植物铅含量,且5%生物炭修复剂的改善效果优于1%.生物炭应用可铅污染土壤,有效降低重金属对植物生胁迫作用,可用于重金属污染土壤的生物修复.     

施加生物炭对三七连作土壤铅有效态含量的影响

以连作5 a三七种植土壤为对象,研究了施加生物炭对土壤重金属Pb有效态含量的影响.结果表明,施加生物炭后,土壤pH值显著提高,Pb有效态含量显著降低,全量含量无显著变化.土壤pH提高了1.23,有效Pb含量降低了0.62 mg/kg.土壤pH与有效态Pb含量呈显著负相关(r=0.626,P0.001),因此施加生物炭后土壤pH值升高可能是土壤Pb有效态含量降低的重要原因.     

土壤重金属复合污染钝化修复对酶活性的影响

以生态环境部在河南省济源市设置的农田土壤重金属污染修复试验区为研究对象,采集不同修复处理样地HD(改性纳米SiO_2)、QG(硅酸盐+磷酸盐+有机肥)、JG(铁基生物炭)、ND(改性生物炭+磷酸盐)和DZ(对照)的表层和剖面土壤样品75个,其中表层混合样15个,剖面样品60个,测定其生物有效态重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Ni和Cr)含量及过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性.结果表明,与修复前相比,HD和JG样地表层的酶活性有所增强,QG和ND样地表层的酶活性有所下降,改性纳米SiO_2和生物炭钝化剂可激活多数酶的活性,磷酸盐则可抑制多数酶的活性.土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性均随深度增加而减弱,过氧化氢酶活性随深度增加而增强.与对照样地相比,钝化修复后剖面下部土层的酶活性有所增强.重金属有效态含量与脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性之间表现为极显著正相关,与过氧化氢酶活性表现为极显著负相关;Cd、Pb、Cu、Zn和Ni对过氧化氢酶活性表现为协同抑制效应,Cd、Pb、Cu和Zn对其余3种酶活性表现为协同促进效应.     

微生物与生物炭复合修复铬污染土壤的室内试验研究

以铬污染土为研究对象,通过浸出试验、Cr(VI)残留值试验、BCR连续提取试验研究了巴氏芽孢杆菌、生物炭及巴氏芽孢杆菌与生物炭复合对铬污染土壤的修复效果。结果表明：经过20 d修复后,上述添加剂均能够修复铬污染土壤,但菌液与生物炭复合的修复效果优于菌液和生物炭,且菌液的修复效果要优于生物炭;其中,当菌液浓度OD600 为1.0与生物炭浓度40 g?kg-1复合时,土壤浸出浓度和土壤中Cr(VI)含量分别从90 mg?L-1、270 mg?kg-1降低至1.08 mg?L-1、5.14 mg?kg-1,修复效果最好;同时,3种添加剂均提高了土壤的pH,均促使铬从弱酸态向可还原态和残渣态转化,而对可氧化态铬影响不大;由X射线光电子能谱分析（XPS）分析可知巴氏芽孢杆菌与生物炭复合修复铬污染土壤为混合吸附和还原的过程。     

麦饭石对污染土壤铜镉的钝化效果

采用黑麦草盆栽实验,以麦饭石为污染土壤化学钝化修复剂,探讨麦饭石对铜镉污染土壤-黑麦草小生境的修复效果。通过测定土壤的生理生化指标及土壤Cu、Cd各化学形态变化用以表征麦饭石对污染土壤环境质量的影响,并结合测定黑麦草生物量、叶绿素含量、根系活力及黑麦草地上、地下部分Cu、Cd含量,用以指示验证修复效果。结果表明:与对照相比,麦饭石施加后提高了土壤p H和阳离子交换量,降低了土壤Cu、Cd的生物有效性,土壤Cu由弱酸提取态向可氧化态、残渣态转化,土壤Cd弱酸提取态向残渣态转化;明显降低黑麦草体内的Cu、Cd含量,提高黑麦草的产量,黑麦草地上、地下部分Cu含量分别降低74.35%和42.02%,Cd含量分别降低61.28%和38.27%。土壤酸性磷酸酶活性和脲酶活性的提高及黑麦草叶绿素含量和根系活力的提高均有效的指示这一结果。可见,麦饭石可被推荐作为铜镉污染土壤修复的一种化学钝化修复材料,不会为供试土壤引入新的重金属污染物,避免二次污染。     

广西锰矿区土壤重金属垂直分布和赋存形态分析

以广西某典型锰矿区中不同地域土壤为研究对象,研究了土壤中铬(Cr)、镉(Cd)、锰(Mn)3种重金属的垂直分布规律和赋存形态.采用BCR三步连续提取法对土壤中3种重金属进行形态分析以了解其潜在生态风险,采用原子吸收分光光度法分析了3种重金属元素总量,通过地累积指数(Igeo)法对重金属污染程度进行了评价.结果表明:土壤中Cr为轻度污染,Cd为严重污染,Mn的区域差异性较大,渣矿为清洁,酒店和矿场为偏重度污染.形态分析结果表明:Cr以残留态为主,潜在生物有效性较低;Cd以酸可溶态、可还原态和可氧化态为主,潜在危害性较大;Mn在酒店和矿场以可还原态为主,而在渣矿以残留态为主.3种重金属不同深度的形态分布基本保持不变,重金属污染无变化,但其本身污染严重,需采取相应措施进行土壤重金属修复.     

热解温度对秸秆生物炭钝化重金属污染土壤影响分析

为了探究热解温度对以黄豆秸秆制备生物炭对土壤重金属Pb及Cd的吸附及钝化性能,以黄豆秸秆为原材料,在300,500和700℃热解温度下制备生物炭,并探究其对土壤重金属铅锌的钝化作用。实验结果表明随热解温度升高,生物炭中碳含量呈现上升趋势,且pH由8.95升高至10.23,灰分的含量却由34.5%下降至28.6%。热解温度能对生物炭吸附重金属Pb及Cd产生影响,并且热解温度升高,重金属吸附量呈现上升趋势,并且当热解温度为700℃时,生物炭对Pb及Cd的吸附量分别为1.2和26.8 mg/g。进一步探究表明热解温度能够提高生物炭对Pb及Cd的钝化性能,机制研究表明生物炭能够提高土壤中pH,并且热解温度升高提高了残渣态Pb及Cd的含量而降低酸可提取态Pb及Cd的含量。     

新乡孟庄工业区周边土壤重金属生态风险评价

为了调查研究乡镇企业对农村土壤的影响,以孟庄工业区为代表,研究了孟庄工业区周边的土壤,测定了土壤中六种重金属Cd、Ni、Cr、Cu、Pb和Zn的总量。采用欧共体参比司(BCR)制定的三步连续提取法对重金属Cd、Ni和Pb的形态进行分析。参照GB 15618—1995二级标准,结果显示土壤中Cd的含量全部超标,其最高含量达到5.2 mg·kg-1;Ni的含量部分超标,最高达77.3 mg·kg-1;其他几种重金属均未超标。对重金属的形态分析显示,重金属Cd主要以弱酸提取态和可还原态存在,Ni主要以可还原态和残渣态存在,Pb主要以残渣态存在。对土壤样品进行有效性分析并用潜在生态危害指数法进行评价,结果表明,重金属Cd有效态含量较高,为81.7%,潜在生态危害较高,其他几种重金属的潜在生态危害较小,对环境危害不大。     

无患子皂苷对土壤重金属Cr的淋洗修复

为修复日益严重的重金属污染土壤,采用无患子皂苷对土壤进行批次淋洗实验,考察了无患子皂苷浓度、淋洗时间、p H、提取次数对去除重金属Cr的影响。实验结果表明:浓度为21 g/L的无患子皂苷溶液对Cr的去除效果最好,去除率达到32.05%;随着淋洗时间、提取次数的增加,Cr的去除率也随之增加;降低无患子皂苷的p H值有利于去除重金属Cr。重金属形态变化分析结果表明,无患子皂苷可以较为有效去除弱酸提取态以及可还原态的金属,降低了金属存在于环境中的风险。     

广东东莞地区土壤-蔬菜系统重金属分布与富集特性分析

 对东莞地区常见的7种叶菜类蔬菜及其相应的土壤样品中Cu、Zn、Cr、Ni、Pb等重金属元素的全量和稀盐酸可提取态进行了分析。结果表明,蔬菜存在明显的有毒金属元素Pb、Ni超标和有益金属元素Cu、Zn缺乏问题。蔬菜重金属含量与土壤重金属总量和可提取态重金属含量均无显著的相关性,但基于可提取态含量的富集系数与蔬菜重金属含量具有显著相关性。因此,在评价土壤重金属污染对作物的影响时,仅仅用土壤重金属可提取态含量仍不足以有效反应土壤污染的生态危害性。不同品种蔬菜对同一重金属元素的富集不尽相同,总体而言,叶菜类蔬菜对金属元素的富集具有较强的选择性,对Cr的富集能力最强,其次为Zn、Cu、Ni,Pb最弱。但因土壤中Cr、Zn、Cu的可提取态含量及可提取态系数均较低,故作物未出现超标,蔬菜中Pb含量超标的成因较为复杂,以大气污染为主要来源。     

何家小岭尾矿库周边土壤重金属污染状况分析及潜在风险评价

对合肥市庐江矿区何家小岭尾矿库周边土壤中重金属的总量和形态分布进行分析,通过内梅罗指数法和风险评价编码法(RAC)对其污染状况进行评价。结果表明,除Ni外,其他重金属元素均高于庐江县土壤背景值,其中Cu、Cd两种元素超过风险筛选值(GB15618-2018)。土壤中金属元素(除Cd以外)主要以残渣态为主,Cd元素的弱酸提取态占相当大的比例(11.25%～52.18%),金属元素弱酸提取态顺序由大到小依次为Cd、Zn、Ni、Cu、Pb、As、Cr。基于单因子和内梅罗污染的结果表明,Cu、Cd、As属于轻微污染,土壤重金属总体水平属于轻度污染,基于形态的RAC表明该地区Cd为高风险,Zn为中风险,其他元素无风险或具有较低的风险水平。     

镁渣对污染土壤中Cd、Pb的稳定化效果研究

以外源添加重金属污染物镉（Cd）、铅（Pb）的酸性黄棕壤为研究对象,考察镁渣对污染土壤中Cd、Pb的稳定化效果。镁渣采用硫酸和磷酸二氢钾两种改性手段进行处理,运用X射线衍射分析仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、比表面积分析仪（BET）、扫描电子显微镜（SEM）等表征手段对改性前后的镁渣进行分析。将镁渣以1%、3%、5%的添加量（质量分数）加入到Cd、Pb污染的土壤中,采用二乙三胺五乙酸（DTPA）浸提法和改进的Community Bureau of Reference（BCR）连续提取法研究镁渣对土壤Cd、Pb生物有效态和赋存形态的影响,为镁渣应用于土壤Cd、Pb的稳定化修复提供理论依据。结果表明：通过改性处理可以显著提高镁渣的比表面积,其中盐改性镁渣比表面积最大为80.65 m²/g。在稳定化实验中,未改性镁渣、酸改性镁渣、盐改性镁渣均可提升土壤pH值,并显著降低土壤中生物有效态Cd、Pb含量。对土壤中Cd、Pb赋存形态进行分析,发现添加未改性镁渣、盐改性镁渣可显著降低酸提取态Cd含量,将酸提取态Cd向可还原态和可氧化态转化;添加盐改性镁渣可显著降低酸提取态和可还原态Pb含量,将酸提取态和可还原态Pb向可氧化态和残渣态转化。添加1%未改性镁渣时,污染土壤中Cd稳定化效果最好,Cd迁移能力最低;添加5%盐改性镁渣时,污染土壤中Pb稳定化效果最好,Pb迁移能力最低。     

生物炭对红壤中铅形态分布的影响

为了探究生物炭对铅污染土壤的修复作用,将玉米秸秆炭(CS)、花生壳炭(PS)和银杉木炭(SF)分别以1%,3%,5%的比例加入铅污染土壤进行淹水培养,在5,15,30和75 d时采样检测铅形态及土壤性质的变化.结果表明:加入生物炭(CS,PS,SF)培养后污染土壤pH值较对照分别上升0.43~1.32,0.45~1.01,0.33~0.72个单位值,有机质含量分别增加56.84%~277.89%,14.74%~92.63%,35.79%~128.42%,且都表现为随生物炭施用量的增加而增大.随着培养时间的增长,铅形态分布趋于稳定,酸溶态和可还原态含量下降,残渣态含量上升.添加CS,PS,SF后土壤中酸溶态铅含量与对照相比分别下降19.20%,17.55%,6.66%(平均值).生物炭添加后使铅的生物有效性显著降低,且其降低幅度随生物炭施用量的增加而增大.在生物炭添加量相同的情况下,玉米秸秆炭的修复效果最好.     

典型岩溶地质高背景土壤镉生物有效性及其控制因素研究

我国岩溶地貌主要分布在广西、贵州、云南等西南地区,全国土壤污染状况调查公报显示这些岩溶区土壤中金属元素通常超标严重,其生物有效性的相关研究仍较缺乏.采集广西典型岩溶重金属地质高背景地区的稻田土壤,分析金属元素As,Cd,Cr,Cu,Ni,Pb和Zn总量,并采用CaCl_2和EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)提取方法分析土壤中金属的生物有效态含量.结果表明,与上部地壳相比,研究区土壤中不同重金属的富集程度顺序为CdAsPbZnCrCuNi,与广西灰岩中这些重金属的富集程度顺序基本一致,揭示岩溶区地质高背景土壤重金属的富集具有显著的母岩继承性.土壤Cd的CaCl_2提取的平均含量为0. 02 mg·kg~(-1),平均提取率为4. 37%,远低于人为污染区土壤Cd的CaCl_2提取的平均含量和提取率. EDTA提取态Cd的含量平均值为0. 84 mg·kg~(-1),平均提取率为52. 86%.岩溶区土壤Cd的CaCl_2提取态含量与土壤Cd总量没有明显的线性关系,生物有效性和生态风险主要受pH控制:当土壤pH6. 5时,虽然土壤Cd总量较高,但CaCl_2提取态Cd含量偏低,生态风险低;而当土壤pH6. 5,土壤Cd总量相对偏低时,CaCl_2提取态Cd含量较高,生态风险较高.     

不同施用量生物炭对绿豆镉吸收的阻控效应

探究不同施用量生物炭对不同生长期绿豆（Vigna radiata (L.) R. Wilczek）镉（Cd）吸收的阻控效果.通过盆栽试验,以Cd污染旱地土壤为基质,对其进行2.5%和5.0%（质量分数）的鸡粪生物炭添加处理,同时以无生物炭添加（0%）作为对照处理,所有处理均种植绿豆（生长周期为70 d）,探讨不同施用量的生物炭对结荚期和收获期的土壤pH、土壤Cd化学形态以及绿豆Cd吸收的影响.结果表明:生物炭添加降低了结荚期和收获期绿豆植株中Cd的富集,且植株地上、地下部分Cd吸收对不同剂量生物炭添加的响应存在差异.结荚期,不同施用量生物炭添加均显著降低绿豆植株根部Cd含量,添加2.5%生物炭对绿豆植株茎部Cd富集的阻控效应最强,而添加5.0%生物炭对绿豆植株叶片Cd富集的阻控效应最强;收获期,绿豆植株地上部分（叶、茎）的Cd含量表现为添加2.5%生物炭处理显著低于添加5.0%生物炭处理,植株地下部分（根）的Cd含量则表现为添加5.0%生物炭处理显著低于添加2.5%生物炭处理.生物炭添加改变了土壤中Cd化学形态的分布,显著降低了酸可提取态Cd的相对含量.在结荚期与收获期,添加5.0%生物炭的土壤其酸可提取态Cd的相对含量均最低,对同一处理不同生长期而言,添加2.5%生物炭的土壤中酸可提取态Cd占比减少的效果最显著,收获期降低幅度达26.68%.由此可见：在使用生物炭修复Cd污染土壤时,生物炭施用量、植物生长期和植物组织利用都应予以考虑.本研究结果可为农用旱地土壤污染治理与安全利用提供参考.     

连续提取法对电镀废水污染土壤重金属形态研究

采用五级化学连续提取法测定电镀废水污染的土壤中Cu、Cr、Ni、Pb及Mn等重金属的五种形态(可交换态,碳酸盐结合态,Fe-Mn氧化物结合态,有机结合态,残留态),分析金属元素和土壤固相组分的结合形态.结果显示,电镀废水污染的土壤中Cu、Cr和Mn的有效态含量较高,而Ni和Pb则主要以残留态为主;在有效态中,Cu、Cr和Ni主要以有机结合态存在,分别占有效态含量的54.1%,73.5%和39.1%,而Mn和Pb则以可交换态含量最高,分别占有效态含量的38.9%和39.6%;大部分Cr来源于电镀废水污染;电镀废水污染的土壤中Mn对植物的影响最为直接.     

复配调理剂对茶园土壤质量和茶叶品质的改良效果

以复配调理剂（50%生物炭+25%牡蛎壳粉+25%鸟粪石）为试验材料，在土壤酸化茶园进行田间试验，探究复配调理剂对土壤和茶叶品质的改良效果。设置CK组和T1～T3处理组，分别施加土壤调理剂0，1 500，3 000，4 500 kg/hm2进行试验。结果表明:与对照组相比，施用调理剂可提高土壤pH值和有机质、有效磷、速效钾的含量，分别提高了0.68~1.55，26.80~37.00 g/kg，22.82~39.18 mg/kg，86.23~108.04 mg/kg。同时，施加调理剂后，茶叶水浸出物和游离氨基酸含量增加，茶多酚含量降低，酚氨比下降，Cd、Cr、As和Pb含量在残留限量规定范围内。可见，施加复配调理剂可增加土壤肥力，提高茶叶的品质。     

蚓粪及其生物炭农用对土壤-蔬菜系统中Cu/Zn阻控效应差异

为开发蚓粪资源化利用新途径和有效防控土壤重金属迁移风险,以牛粪源蚓粪(CV)为原材料制备蚓粪基生物炭(CVC),并将其施用于种植油麦菜的Cu/Zn污染土壤,研究蚓粪及其生物炭对油麦菜生长、Cu/Zn含量及土壤中Cu/Zn有效性变化的影响.结果表明:蚓粪及其生物炭施用均可有效促进油麦菜的生长并降低其可食部位和根系中的Cu/Zn含量,且以蚓粪生物炭5%添加水平下的阻控效果最佳;同时,蚓粪生物炭较之蚓粪可以更为有效降低土壤有效态Cu、Zn含量及其生物有效性系数,且5%蚓粪生物炭添加水平下对土壤中Cu/Zn有效性的降低效应更加明显.因此,可以利用蚓粪生产生物炭用于菜地土壤重金属污染迁移风险的有效阻控.