城郊農田土壤復合污染與修復研究

內容概要

本書系統(tǒng)反映我國城郊農田土壤污染與修復科學技術前沿研究的成果。全書共9章，突出城郊農田土壤復合污染與聯(lián)合修復的主題，綜合介紹城郊農田土壤污染特征、鈍化修復、氧化修復、植物修復、微生物修復、化學-植物聯(lián)合修復以及植物-微生物聯(lián)合修復等方面的新認識、新方法和新技術，提出解決我國城郊農田土壤環(huán)境的關鍵科學問題與修復技術，具有重要的學術價值和現(xiàn)實指導意義。
本書可作為土壤學、環(huán)境科學、生態(tài)學、農學、植物營養(yǎng)學領域的科研工作者、研究生以及技術人員的參考書，也可作為高等院校、研究所相關專業(yè)的研究生課程的參考教材。

書籍目錄

序前言第1章 典型城郊農田土壤的復合污染特征1.1 我國城郊農田土壤污染總體狀況1.1.1 土壤重金屬污染1.1.2 土壤農藥及持久性有機污染物1.1.3 土壤聚烯烴類農膜及酞酸酯類污染1.1.4 土壤新興污染物污染1.2 典型城郊農田土壤的重金屬復合污染特征1.2.1 冶煉廠周邊城郊農田土壤的重金屬復合污染特征1.2.2 廢舊電子垃圾拆解場地周邊城郊農田土壤重金屬污染特征1.3 典型城郊農田土壤的持久性有毒物復合污染特征1.3.1 冶煉廠周邊城郊農田土壤中多環(huán)芳烴污染特征1.3.2 冶煉廠周邊城郊農田土壤中多氯聯(lián)苯和有機氯農藥污染特征1.3.3 廢舊電子垃圾拆解場周邊城郊農田土壤中多氯聯(lián)苯污染特征參考文獻第2章 農田土壤重金屬有效性及其有機-黏土礦物的鈍化作用2.1 作物不同基因型對土壤重金屬的吸收特性與低積累品種篩選2.1.1 作物不同基因型對重金屬的吸收特性差異2.1.2 同一作物品種不同可食部分的重金屬含量2.1.3 作物體內重金屬吸收特性之間的相關性分析2.2 凹凸棒土-腐殖酸復合體對重金屬鉛的吸附特性及機理2.3 有機物料、黏土礦物對土壤重金屬有效性的影響2.4 有機物料、黏土礦物對豆科植物生長生理特性及重金屬吸收的影響2.4.1 土壤溶液性質2.4.2 生物量2.4.3 豆科作物植物生理性質2.4.4 作物重金屬含量參考文獻第3章 有機絡合物對農田土壤重金屬的強化植物修復作用3.1 土壤中重金屬活化的表面活性劑篩選3.2 EDDS、檸檬酸、味精對重金屬復合污染土壤植物修復的強化作用3.2.1 施加化學強化劑對植物地上部生物量的影響3.2.2 施加化學強化劑對植物吸收土壤重金屬的影響3.3 EDDS、鼠李糖脂對黑麥草修復重金屬復合污染土壤的影響3.3.1 鼠李糖脂/EDDS對黑麥草地上部生物量的影響3.3.2 鼠李糖脂/EDDS對黑麥草葉片酶活性的影響3.3.3 鼠李糖脂/EDDS對土壤酶活性的影響3.3.4 鼠李糖脂/EDDS對黑麥草吸收重金屬的影響參考文獻第4章 重金屬污染農田土壤的電動-植物聯(lián)合修復效應與機制4.1 不同電場施加方式與植物的聯(lián)合修復效應4.1.1 不同電場處理對植物生物量的影響4.1.2 不同電場處理對不同植物吸收重金屬的影響4.2 固定直流電場對植物吸收重金屬的影響機制4.2.1 各處理植物地上部重金屬含量變化4.2.2 土壤中重金屬有效態(tài)含量與印度芥菜體內重金屬含量的關系4.3 電動植物修復技術對土壤基本性質的影響4.3.1 土壤速效養(yǎng)分的變化4.3.2 土壤酶活性的變化4.3.3 土壤基礎呼吸的變化參考文獻第5章 農田土壤中有機氯農藥的解吸動力學及生物有效性5.1 土壤有機污染物解吸動力學方法5.1.1 吸附于Tenax TA的有機氯農藥的回收率5.1.2 Tenax TA吸附容量5.1.3 人工污染土壤中有機氯農藥解吸動力學5.1.4 自然老化污染土壤中有機氯農藥解吸動力學5.2 土壤中有機氯農藥的解吸特征及生物有效性5.3 土壤中有機氯農藥的溫和提取及其生物有效性參考文獻第6章 農田土壤-大氣-蔬菜系統(tǒng)中有機氯農藥污染界面過程與機制6.1 土壤-蔬菜界面有機氯農藥的富集過程與機制6.1.1 葉菜中污染物的富集特征6.1.2 葉菜中污染物富集的影響因素6.2 大氣-蔬菜界面有機氯農藥的吸收過程與機制6.2.1 吸收動力學特征6.2.2 消解動力學特征6.2.3 殘留特征以及影響因素6.3 土壤-根系界面有機氯農藥的遷移過程與機制6.3.1 胡蘿卜對土壤中有機氯農藥的富集6.3.2 影響胡蘿卜富集土壤有機氯農藥的因素參考文獻第7章 農田土壤中有機氯農藥的降解及其影響因素7.1 小分子質量有機酸對有機氯農藥降解的影響7.1.1 有機碳處理后的土壤體系pH變化7.1.2 外加不同碳源對六氯苯厭氧降解的影響7.1.3 甲烷和二氧化碳釋放與六氯苯厭氧降解的關系7.1.4 六氯苯的揮發(fā)作用7.1.5 小分子碳源對六氯苯脫氯及揮發(fā)的影響7.2 不同氮肥對有機氯農藥降解的影響7.2.1 不同氮源處理中六氯苯脫氯降解動態(tài)7.2.2 不同氮源處理土壤中六氯苯脫氯產物含量動態(tài)變化7.2.3 甲烷產生量與六氯苯厭氧降解的關系7.3 長期不同施肥對有機氯農藥降解的影響7.4 納米鐵對有機氯農藥降解與調控機制7.4.1 納米零價鐵的表征以及對有機氯農藥的吸附能力7.4.2 納米鐵對氯苯的降解特性7.4.3 納米鐵對滴滴涕的降解特性7.5 納米礦物對有機氯農藥降解與調控機制7.5.1 納米有機二氧化硅對土壤水稻根系中六氯苯遷移的影響7.5.2 納米有機蒙脫土對土壤水稻根系中六氯苯遷移的影響參考文獻第8章 多環(huán)芳烴和多氯聯(lián)苯污染農田土壤的生物修復8.1 多環(huán)芳烴污染城郊農田土壤的微生物修復8.1.1 噬氨副球菌HPD-2對不同初始濃度苯并[a]芘的降解作用8.1.2 噬氨副球菌HPD-2對苯并[a]芘降解的中間產物8.1.3 噬氨副球菌HPD-2降解苯并[a]芘的可能代謝途徑推斷8.1.4 噬氨副球菌HPD-2對土壤多環(huán)芳烴的降解作用8.1.5 不同碳、氮、水分條件對多環(huán)芳烴污染土壤的強化調控修復作用8.2 多氯聯(lián)苯污染城郊農田土壤的微生物修復8.2.1 苜蓿根瘤菌對溶液體系單體2,4,4'-TCB的降解轉化效率8.2.2 苜蓿根瘤菌對單體2,4,4'-TCB的降解中間產物8.2.3 苜蓿根瘤菌對PCB混合物的降解作用8.2.4 根瘤菌及制劑對土壤中多氯聯(lián)苯的降解作用8.2.5 不同調控因子對多氯聯(lián)苯污染土壤的強化修復作用8.3 多氯聯(lián)苯污染城郊農田土壤的植物-微生物聯(lián)合修復8.3.1 根瘤菌和菌根真菌雙接種對多氯聯(lián)苯污染土壤的修復作用8.3.2 多氯聯(lián)苯污染農田土壤的豆科-禾本科植物聯(lián)合修復效應參考文獻第9章 多氯聯(lián)苯和多環(huán)芳烴污染農田土壤的化學和低溫等離子體氧化修復9.1 多氯聯(lián)苯污染城郊農田土壤的芬頓試劑化學氧化修復作用9.1.1 土壤中多氯聯(lián)苯總量的變化9.1.2 土壤中多氯聯(lián)苯各同系物含量的變化9.1.3 土壤pH和有機質的變化9.2 多氯聯(lián)苯污染城郊農田土壤的低溫等離子體氧化修復作用9.2.1 低溫等離子體氧化處理后土壤中多氯聯(lián)苯含量變化9.2.2 低溫等離子體處理后土壤中多氯聯(lián)苯同系物含量變化9.2.3 低溫等離子體處理后土壤中多氯聯(lián)苯中間產物狀況9.2.4 多氯聯(lián)苯污染土壤的低溫等離子體氧化修復技術的條件優(yōu)化9.3 多環(huán)芳烴污染城郊農田土壤的低溫等離子體氧化修復作用9.3.1 低溫等離子體氧化修復技術處理后土壤中多環(huán)芳烴含量的變化9.3.2 低溫等離子體氧化修復技術處理后土壤中各種多環(huán)芳烴的去除率參考文獻

章節(jié)摘錄

第1章 典型城郊農田土壤的復合污染特征城郊農田是供給城市農產品的重要菜籃子基地，也是受人類活動影響最為強烈的陸地生態(tài)系統(tǒng)之一。近30年來，隨著我國工業(yè)化、城市化、農業(yè)高度集約化的快速發(fā)展，大面積城郊農田土壤成為重金屬、農藥、持久性有機污染物等的匯集場所，城郊土壤污染日趨嚴重。因此，城郊農田土壤的環(huán)境安全、農產品安全和健康風險令人擔憂，已成為保障國家民生所需解決的重要現(xiàn)實問題之一。本章系統(tǒng)分析我國城郊農田土壤污染總體狀況，并以典型城郊為例，揭示經濟發(fā)達地區(qū)農田土壤的重金屬和持久性有機污染物復合污染特征，為我國城郊農田土壤的持續(xù)安全利用、保障人體健康提供重要科學指導。1.1 我國城郊農田土壤污染總體狀況1.1.1 土壤重金屬污染重金屬是城郊農田土壤的主要污染物之一，其污染來源主要有工業(yè)“三廢”排放、污水灌溉、污泥糞肥施用、農用化學品以及汽車尾氣排放等。近30多年來，我國大部分城郊農田土壤已經受到嚴重的重金屬污染，而且以Cd、Pb和Hg3種污染物為主（周建利和陳同斌，2002；丁愛芳與潘根興，2003；肖小平等，2008；田秀紅，2009）。調查研究發(fā)現(xiàn)缺水城市污染重于豐水城市，重工業(yè)發(fā)達城市重于欠發(fā)達城市（梅惠，2004），其中蔬菜地重金屬污染問題比較突出（王亮等，2000；郭淑文，2002）。通常情況下，城郊土壤重金屬污染程度多呈輻射狀分布，靠近主城區(qū)土壤污染較重，而遠離城市中心的重金屬濃度較低，且呈現(xiàn)出表層聚集現(xiàn)象（南忠仁和李吉均，2001；梅惠，2004）。1.1.2 土壤農藥及持久性有機污染物目前，土壤中殘留的主要農藥包括有機氯類、有機磷類、氨基甲酸酯類及擬除蟲菊酯類農藥等。大量研究表明，有機氯農藥仍是土壤中主要化學污染物之一，在全國大部分城郊農田地區(qū)仍有一定程度的殘留（安瓊等，2005；邱黎敏和張建英，2005；史雙昕等，2007），其中，滴滴涕（DDT）是土壤中有機氯農藥的主要成分，而且一些地區(qū)很可能有新的DDT或含DDT雜質的其他農藥的輸入，如三氯殺螨醇（王偉等，2008；陳向紅等，2009；楊國義等，2007；申劍等，2006；史雙昕等，2008；陳建軍等，2004；楊冬雪等，2009；張慧等，2008）。有機磷類農藥也是當前土壤中主要農藥殘留物之一。有研究表明，江蘇省蘇中地區(qū)土壤有機磷農藥檢出率為100%，普遍存在毒死蜱和樂果的殘留（沈燕等，2004）。張勁強等（2006）發(fā)現(xiàn)蘇南某市傳統(tǒng)菜地、露天蔬菜基地、大棚蔬菜基地和水稻田土壤中氨基甲酸酯類農藥，如3唱羥基克百威和滅蟲威全部被檢出，其最高檢測濃度分別為10μg/kg和1.64μg/kg，其帶來的環(huán)境問題也日益受到人們關注。同時還發(fā)現(xiàn)擬除蟲菊酯類農藥使用量僅次于有機磷類農藥。郭子武等（2008）對浙江省某城郊竹林土壤有機農藥殘留分析發(fā)現(xiàn)，擬除蟲菊酯農藥殘留種類為氯氰菊酯和順氯氰菊酯，后者的殘留量高達1227.14μg/kg，勢必會對生物造成一定的危害。盡管目前對我國城郊土壤中擬除蟲菊酯類農藥殘留研究較少，但在土壤中的殘留也不可忽視。多環(huán)芳烴（polycyclicaromatichydrocarbon，PAH）是土壤環(huán)境中的重要有機污染物之一。近年來，我國經濟發(fā)達地區(qū)城郊農田土壤受到PAH的嚴重污染。長江三角洲蘇南地區(qū)和珠江三角洲的廣州市周邊菜地土壤16種PAH含量為42～3881μg/kg，以菲、熒蒽、芘、苯并［b］熒蒽為主，絕大部分農田土壤中的PAH含量為200μg/kg以上，已達中度污染程度（Pingetal.，2006；楊國義等，2007c；丁愛芳，2007；蔣煜峰，2009）。在京津地區(qū)天津污灌菜地土壤中PAH濃度達6248μg/kg，部分土壤中強致癌物苯并［a］芘也已嚴重超標（陳靜等，2004；段永紅等，2005）。在長江三角洲地區(qū)電子垃圾影響的城郊農田土壤中存在典型持久性有機污染物，其中16種多氯聯(lián)苯總量變化范圍為0.01～484.5μg/kg，平均值是35.52μg/kg，而且以三氯聯(lián)苯和四氯聯(lián)苯為主（占55.7%），同時也含有一定比例的五氯聯(lián)苯和六氯聯(lián)苯（占44.3%）（滕應等，2008）。同時，還發(fā)現(xiàn)該地區(qū)局部農田土壤中PCDD/F含量及毒性當量平均達556pg/g（干重）和20.2pgTEQ/g，已在不同農產品中明顯積累（駱永明等，2006）。在珠江三角洲某典型電子垃圾拆解地區(qū)土壤中還檢出了31種多溴二苯醚（PBDE），其PBDE污染尤為突出（Yuetal.，2006；Luoetal.，2007；Dengetal.，2007；Bietal.，2007）。1.1.3 土壤聚烯烴類農膜及酞酸酯類污染近年來，塑料地膜的使用量不斷增加，農膜和酞酸酯污染已成為城郊農田土壤的重要環(huán)境問題之一（馬輝等，2008；何文清等，2009）。城郊土壤中鄰苯二甲酸酯（PAE）的污染主要來源于農膜的降解、塑料廢品、垃圾和污水灌溉（楊國義等，2007）。大量研究表明，全國一些城郊蔬菜基地土壤的PAE的含量較高，已受到不同程度的污染（孟平蕊和王西奎，1996；蔡全英等，2005；方志青等，2009）。而且土壤中酞酸酯含量及其種類呈現(xiàn)地區(qū)差異，在珠江三角洲城市中東莞土壤的PAE含量最高，各地土壤中PAE均值表現(xiàn)為東莞＞深圳（珠海）＞中山（惠州），土壤中PAE的主要種類為鄰苯二甲酸二乙酯（DEP）、鄰苯二甲酸正二丁酯（DnBP）、鄰苯二甲酸二正丁酯（DBP）、鄰苯二甲酸二（2唱乙基己基）酯（DEHP），故存在較大的潛在健康風險（趙勝利等，2009）。1.1.4 土壤新興污染物污染隨著我國工農業(yè)集約化生產發(fā)展和大量畜禽有機肥的施用，抗生素、人工合成麝香等多種新興污染物不斷進入土壤介質，給土壤帶來了新的環(huán)境問題。有研究發(fā)現(xiàn)，珠江三角洲不同地區(qū)蔬菜基地土壤中存在抗生素污染，其含量分布與基地類型有關，主要表現(xiàn)為養(yǎng)殖場菜地＞無公害蔬菜基地＞普通蔬菜基地＞綠色蔬菜基地（李彥文等，2009；趙娜，2009；國彬，2009）。張慧敏等（2008）調查了長江三角洲浙北地區(qū)施用畜禽糞肥的農田土壤中四環(huán)素類抗生素殘留狀況，施用畜禽糞肥農田表層土壤土霉素、四環(huán)素和金霉素的平均殘留量分別為未施畜禽糞肥農田的38倍、13倍和12倍，而且發(fā)現(xiàn)抗生素高殘留的畜禽糞主要采自規(guī)?；B(yǎng)殖場，說明畜禽糞肥是農田土壤抗生素的重要來源。也有研究表明，抗生素在土壤剖面的垂直遷移與抗生素種類和土壤性質有關，在砂質土壤中的移動性明顯高于黏壤土（普錦成和章明奎，2009）。另外，人工合成麝香作為一種替代型香料被廣泛應用于日用化工行業(yè)，該行業(yè)污泥中普遍存在此類新興污染物，隨著污泥農用途徑，如加樂麝香和吐納麝香等已持續(xù)進入土壤環(huán)境，其濃度日益升高，城郊農田土壤的環(huán)境風險應引起關注（周啟星等，2008）。1.2 典型城郊農田土壤的重金屬復合污染特征1.2.1 冶煉廠周邊城郊農田土壤的重金屬復合污染特征1.土壤重金屬含量與形態(tài)近年來，我們對長江三角洲地區(qū)典型城郊冶煉廠影響周邊農田土壤的重金屬污染狀況進行了較為系統(tǒng)的研究。表1.1中顯示了調查區(qū)農田土壤的重金屬總量，可以看出由于冶煉活動帶來的污染，農田土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的含量已經遠遠超過了長江三角洲地區(qū)典型類型土壤中重金屬含量（夏家祺，1996）。該地區(qū)農田土壤重金屬含量均高于自然土壤含量，其Cu、Zn和Cd平均值均超過農田土壤環(huán)境質量標準數(shù)倍，部分樣品中Pb含量也超過了土壤環(huán)境質量標準。土壤中Cu、Zn、Pb、Cd最高值分別達8171mg/kg、25613mg/kg、7656mg/kg和23.7mg/kg，表明部分地點土壤污染較為嚴重且表現(xiàn)為復合污染類型。土壤中Cu、Zn、Pb、Cd的含量具有較大的變異，服從對數(shù)正態(tài)分布。0.43mol/LHNO3提取態(tài)重金屬可以反映土壤組分表面吸附重金屬的量，被認為是土壤總可吸附態(tài)重金屬含量（Houbaetal.，1995）。CaCl2是土壤背景電解質的主要組成部分，主要通過Ca2+交換釋放靠靜電作用弱吸附的重金屬，以及以Cl-絡合的重金屬，可用于估計土壤中易移動態(tài)重金屬。0.01mol/LCaCl2提取態(tài)重金屬被認為是植物可直接吸收的部分（Pueyoetal.，2004）。表1.2顯示了土壤0.43mol/LHNO3與0.01mol/LCaCl2提取態(tài)重金屬濃度。HNO3提取態(tài)Cu、Zn、Pb和Cd濃度范圍分別為3.8～5744mg/kg、12.9～22331mg/kg、11.9～6219mg/kg和0.05～18.3mg/kg。除Pb以外，HNO3提取態(tài)Cu、Zn和Cd的平均含量均超過了我國農田土壤環(huán)境質量二級標準，其中Cd最為嚴重，HNO3提取態(tài)Cd接近于二級土壤標準的3倍（以0.6mg/kg計算）。盡管HNO3提取態(tài)Pb的平均含量未超過土壤環(huán)境質量二級標準，但是仍有許多采樣點的土壤超過土壤環(huán)境質量標準，其中有7%的樣品超過350mg/kg。這表明調查區(qū)土壤重金屬Cu、Zn、Pb和Cd污染嚴重，許多采樣點僅HNO3提取態(tài)重金屬的含量就已超出了土壤環(huán)境質量標準。作為植物可直接吸收的0.01mol/LCaCl2提取態(tài)重金屬也具有較高的濃度，CaCl2提取態(tài)Cu、Zn、Pb和Cd的平均值分別為0.56mg/kg、14.4mg/kg、0.19mg/kg和0.069mg/kg。特別是0.01mol/LCaCl2提取態(tài)Cd，其最大值為0.91mg/kg，已經超出pH＞7.5時的土壤Cd環(huán)境質量標準，表明部分點位土壤Cd污染嚴重。Cd具有高移動性與植物易吸收性，并可以通過食物鏈傳遞導致健康風險。2.土壤重金屬空間分布特征從重金屬總量和硝酸提取態(tài)重金屬的空間分布格局來看，均體現(xiàn)出受冶煉廠影響顯著，農田土壤Cu、Zn、Pb、Cd的總量與其相對應的硝酸提取態(tài)含量有比較一致的空間分布規(guī)律（圖1.1）。重金屬的總量和硝酸提取態(tài)重金屬均受6號、7號、8號冶煉廠的顯著影響。其中Cu和Cd分布特征最為相似，以6號、7號、8號冶煉廠附近含量最高，然后向外圍遞減。而總Zn和硝酸提取態(tài)Zn有4個高含量的區(qū)域，其中兩個面積最大的污染區(qū)受3號到8號冶煉廠影響。與土壤總Zn相似，土壤總Pb也具有4個高含量的區(qū)域，但其斑塊相對要小。硝酸提取態(tài)Pb兩個高含量的區(qū)域受3號、4號以及6號、7號、8號冶煉廠影響顯著。與土壤性質空間分布比較來看，在土壤pH和土壤有機質水平高的地點，重金屬的總量及其硝酸提取態(tài)含量也相對較高，呈現(xiàn)出相似的分布規(guī)律。其原因是在高的土壤pH以及土壤有機質的情況下，土壤對重金屬的吸附容量升高，而高的土壤pH又減少了土壤重金屬的移動性，故具有較高的土壤硝酸提取態(tài)重金屬含量。從圖1.1土壤重金屬總量以及可提取態(tài)重金屬含量空間分布可以看出，CaCl2提取態(tài)Cu和硝酸提取態(tài)Cu具有較一致的空間分布規(guī)律，6號、7號、8號冶煉廠附近含量最高。然而，對于CaCl2提取態(tài)Zn、Pb、Cd則與其總量和硝酸提取態(tài)的空間對應關系較差。在調查區(qū)東部邊緣其土壤pH較低，CaCl2提取態(tài)Zn具有較高濃度并有向西遞減的趨勢，而在西南部具有較高的土壤pH和土壤有機質，CaCl2提取態(tài)Zn具有較低濃度。CaCl2提取態(tài)Zn受土壤pH影響明顯，同時還發(fā)現(xiàn)部分地區(qū)CaCl2提取態(tài)Zn與無定型氧化Fe具有相似的分布規(guī)律。CaCl2提取態(tài)Pb和Cd的分布較為相近，均在幾個冶煉廠附近具有高的濃度，因此需引起重視。調查區(qū)土壤CaCl2提取態(tài)重金屬空間分布如圖1.2所示。該地區(qū)農田土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd污染較為嚴重，遠遠超過土壤環(huán)境質量標準二級標準。CaCl2提取態(tài)重金屬可以反映重金屬生物有效性，其中CaCl2提取態(tài)Cd具有較高濃度，原因在于其易移動且易被植物吸收，需要特別引起關注。

編輯推薦

駱永明編著的《城郊農田土壤復合污染與修復研究》是項目組對城郊農田土壤科學技術多年研究工作的總結。圍繞城郊農田土壤復合污染特征與聯(lián)合修復的主題，本書綜合介紹了我國城郊農田土壤污染特征、鈍化修復、氧化修復、植物修復、微生物修復、化學一植物聯(lián)合修復以及植物微生物聯(lián)合修復等研究方面的新進展。

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