基于文献计量的细菌-生物炭协同修复重金属污染土壤研究进展

为提高重金属污染土壤可持续修复效能,研究生物炭与细菌对重金属污染土壤的协同修复作用。基于文献计量学分析及重金属污染土壤修复背景,总结了细菌与生物炭对土壤重金属的稳定化特征及菌炭间的相互作用,分析了单一生物炭或细菌对重金属污染土壤修复的局限性,强调了细菌-生物炭协同修复技术的优势,阐述了细菌与生物炭主要通过离子交换、固定作用、氧化还原作用和迁移作用等重要机制有效修复重金属污染土壤,揭示了细菌-生物炭协同作用在重金属污染土壤修复中的巨大应用价值。文献计量学研究表明,生物炭与细菌对重金属污染土壤的协同修复已得到广泛关注。目前认为:生物炭与细菌的协同作用可有效改良土壤理化性质及提高土壤修复效率,也可促进植物生长及植物修复进程;生物炭对细菌影响具有双重性质,可促进细菌生长,也可能对细菌产生毒害;细菌可改变生物炭的理化性质,进而强化生物炭的重金属固定性能;细菌协同生物炭联合修复重金属污染土壤过程中,生物炭主导吸附和固定,细菌则发挥活化和解毒等功能;优化细菌-生物炭组合形式,发展混合细菌与多种类生物炭协同技术,是复合重金属污染土壤可持续修复亟待解决的重要问题;进一步揭示细菌与生物炭对重金属污染土壤的耦合作用及长效作用机制,规避生物炭生产和应用中的潜在生态健康风险,研发新型高效能细菌与生物炭复合体是细菌协同生物炭可持续修复重金属污染土壤应用领域面临的挑战。     

溶解性有机质对土壤中有机污染物环境行为的影响

土壤中溶解性有机质(DOM)是生物活性和物理化学反应活性都很活跃的有机组分,主要通过疏水吸附、分配、氢键、电荷转移、共价键、范德华力等多种作用与有机污染物结合,提高溶液中有机污染物的溶解度,改变土壤中有机污染物的吸附-解吸、迁移-转化等环境行为．DOM对有机污染物的吸附-解吸、迁移-转化过程的影响有双重性：一方面,DOM与有机污染物在土壤表面的共吸附可增加土壤对有机污染物的吸附容量,促进有机污染物在土壤中的吸持;另一方面,DOM对有机污染物的增溶作用,有利于土壤中有机污染物的解吸,提高移动性．作为光敏剂,DOM能提高土壤中有机物的光解反应速率．在一定条件下,DOM也可影响土壤中有机污染物的水解过程．DOM对土壤中有机污染物环境行为的影响与DOM和有机污染物的性质及其相互作用的介质条件密切相关．     

土壤溶解性有机质及其表面反应性的研究进展

溶解性有机质(DOM)是土壤溶液中的一个重要的组成部分,在土壤化学和生物过程中起着十分重要的作用。虽然DOM在天然有机质中所占的比例并不高,但它将土壤中的矿物质、有机质联系在一起,并能调控环境污染物的迁移转化与归宿,因此国内外学者都很重视溶解性有机质对土壤环境中污染物环境行为影响的研究。综述了DOM的分类和分离技术,DOM的结构及其表征方法,DOM的表面反应性以及对有机污染物、重金属在土壤中吸附、迁移的影响等,并提出了有待于进一步研究的一些问题。     

腐殖质、硫、氯化钠对水稻积累汞的影响试验研究

汞是环境中主要重金属污染物之一。国内外在研究汞在水生环境的迁移转化规律及其基质方面进行了大量的工作,但汞在陆生环境中的迁移转化,尤其是土壤—植物系统中影响汞吸收的机制方面研究得较少。近年来,国外对影响土壤吸收汞的机制的研究工作,认为土壤酸碱度、氧化还原电位是影响土壤、生物吸收重金属的主要因素,环境中无机配位体和有机     

重金属污染土壤中生物间相互作用及其协同修复应用

土壤是人类赖以生存的物质基础。我国土壤重金属污染状况不容乐观,给人类健康构成严重威胁。生物修复重金属污染土壤被广泛认为是可持续的修复技术,但当前仍存在修复效率不高的科学瓶颈问题。土壤中生活着丰富的微生物、植物和动物,且这些生物之间存在着复杂的相互作用,并且通过物质循环和能量传递形成了错综复杂的食物网联系。土壤生物间的相互作用能深刻影响土壤中污染物的迁移转化和生物修复的效率,多元生物协同的修复技术集合了单一生物修复方法的优势,具有强化生物修复效果的巨大潜力。文中综述了土壤中微生物-植物-动物之间的相互作用,及其对土壤重金属迁移转化和生物修复效果的影响,并对定向调控土壤食物网结构、提高重金属污染土壤的生物修复效果、建立基于食物网的多元生物协同修复技术进行了展望。     

根系分泌物及其在植物修复中的作用

 近年来环境污染日益严重,污染物在土壤植物中的行为引起了人们的高度关注。利用植物去除土壤水体等介质中污染物的植物修复是近10年来兴起的一项安全、廉价的技术,已成为污染生态学和环境生态学的研究热点,它通过植物吸收、根滤、稳定、挥发等方式清除环境中的重金属和有机污染物。国内外有关植物修复的研究报道和概述很多, 但对植物根系分泌物在植物修复中所起的作用及其机理少有述评。 本文从根系分泌物对土壤重金属和土壤有机污染物的去除作用出发,对根系分泌物的种类、数量及其在去除环境污染物中的作用机理和功能地位进行了总结,并借助研究事例对影响植物根系分泌的内外因子,如植物种类、营养胁迫、重金属胁迫、根际环境的理化性质、土壤微生物及其它环境因子进行了讨论。概言之,根系分泌物在修复污染土壤中的重金属途径是多种多样的,主要是通过调节根际pH值、与重金属形成螯合物、络合反应、沉淀、提高土壤微生物数量和活性来改变重金属在根际中的存在形态以及提高重金属的生物有效性,从而减轻它对环境的危害。在清除有机污染物时,根系分泌物中的酶可以对有机污染物进行直接降解,根系分泌物影响下的微生物也可以对有机污染物进行间接降解,且被认为是主要的降解途径。根系分泌物在植物修复过程中确实起着某些重要作用,今后应将这方面的研究重点放在某些特异性根系分泌物植物,尤其是某些重金属超富集植物资源的寻找、筛选上,通过室内实验和野外研究确定其根系分泌物对清除重金属和有机污染物的效率,证实超富集植物根系分泌物的特异性与污染物超富集的内在联系,找到污染土壤生态恢复和治理的有效方法并加以推广应用,如针对性地在被污染地大面积种植此类具特异性根分泌物植物,并辅以营林措施如修剪等,加快生物修复进程,提高修复效率。植物根系分泌物在植物修复过程中所具有的重要生态意义和可能应用前景,为污染生态学和化学生态学之间的联合研究开拓了全新的领域,今后将取得新的突破和重要进展。     

生物炭对土壤中氮磷有效性影响的研究进展

利用生物炭在贫瘠的土壤上培育出肥沃的"黑土"正成为土壤学家研究的热点.氮、磷等大量养分是衡量土壤肥力高低的重要指标,生物炭对其有效性影响表现出极大的复杂性.不同研究得出的结论不尽相同,关键是缺乏对其机制的深入研究.由于氮和磷的不合理利用还可能造成非点源污染而带来环境风险,再加之生物炭施用的不可逆性,必须确保生物炭在任何情况下都不会对土壤和环境带来不利的影响.为此,本文综述了生物炭添加对氮肥和磷肥在土壤-植物系统迁移转化过程中的作用,重点讨论了不同生物炭处理方式对土壤磷素吸附解吸和形态转化的影响,生物炭对土壤氮素转化的关键过程(矿化作用、硝化作用和固持作用)的影响,以及生物炭C/N比值对土壤氮素转化的影响,同时指出了目前研究存在的不足和需要加强的方面,从而为生物炭的应用和推广提供思路.     

蚯蚓在有机污染土壤生物修复中的作用机理与应用

蚯蚓的各类活动能够改善土壤理化性质,提高土壤微生物活性,引入高效降解菌等,直接或间接地促进有机污染物在土壤中的降解和转化。其中蚓触圈是有机污染物降解的热点区域。此外,生物富集也是蚯蚓修复土壤有机污染的重要机理之一。研究表明,蚯蚓能够促进土壤中多种有机污染物的降解,在土壤有机污染生物修复方面具有广阔的应用前景。本文综述了蚯蚓在土壤有机污染生物修复中的作用机理及在修复多环芳烃、多氯联苯、农药等污染土壤方面的应用,指出当前研究存在的不足,并对未来研究进行展望,以期为土壤有机污染生物修复提供参考和依据。     

根际圈在污染土壤修复中的作用与机理分析

根际圈以植物根系为中心聚集了大量的生命物质及其分泌物,构成了极为独特的“生态修复单元”。本文叙述了根在根际圈污染土壤修复中的生理生态作用,富集、固定重金属,吸收、降解有机污染物等功能;菌根真菌对根际圈内重金属的吸收、屏障及螯合作用,对有机污染物的降解作用;根际圈内细菌对重金属的吸附与固定,对有机污染物的降解作用以及根际圈真菌和细菌的联合修复作用等,同时对可能存在的机理进行了分析,认为根际圈对污染土壤的修复作用是植物修复的重要组成部分和主要理论基础之一,并指出利用重金属超富集植物修复重金属污染土壤具有广阔的应用前景;筛选对水溶性有机污染物高吸收富集及其根 发泌能力强的特异植物,同时接种利于有机污染物降解的专性或非专性真菌和细菌可能会成为有机污染土壤植物修复研究的重要方向之一。     

石墨烯的环境行为及其对环境中污染物迁移归趋的影响

石墨烯是当前研究最热的碳纳米材料,具有独特的理化特性,在各领域具有广阔的应用前景.随着其生产和使用量的不断增大,石墨烯不可避免地会进入到环境中,从而给生态环境和人类健康带来风险.深入理解石墨烯在环境中的行为和归趋,探讨石墨烯对污染物环境行为的影响,对于科学客观评价石墨烯的环境风险具有十分重要的意义.本文对石墨烯的环境行为及其对污染物迁移归趋的影响进行了综述,主要介绍了石墨烯在水环境中的胶体特性和稳定性,以及在多孔介质中的迁移,重点探讨了石墨烯与重金属和有机物之间的相互作用,并从吸附机理、石墨烯与土壤组分之间的相互作用、石墨烯对污染物在环境中迁移及生物有效性的影响、石墨烯的定量方法等方面对该研究领域的前景和重点进行了展望,以期为该领域的深入研究提供借鉴并拓展新的思路.     

基于同步辐射技术研究土壤铁氧化物固定重金属分子机制的进展

铁氧化物在土壤中广泛赋存,因其比表面积大,对重金属具有很强的吸附固定能力,深刻影响着土壤重金属的形态转化过程.因此,研究土壤铁氧化物对重金属的固定机制,对于深入理解重金属在土壤系统中的环境化学行为以及评估污染土壤重金属生物有效性具有重要意义.然而,采用传统的吸附模型和化学提取法研究土壤铁氧化物固定重金属的机制具有明显的局限性,无法从分子水平上阐明其固定机制.同步辐射技术在环境土壤学的应用显著推进了在分子水平上认识土壤铁氧化物吸附重金属及其受典型环境因子影响的分子机制.本文主要从同步辐射技术的发展历程、模拟系统和实际土壤系统中铁氧化物在多种因素影响下对重金属固定的分子机制等方面进行了综述,同时对同步辐射技术的未来发展趋势及其在该研究领域的应用进行了展望.     

根分泌物在污染土壤生物修复中的作用

对根分泌物在植物根际微生态环境中 ,通过土壤 植物 微生物系统协同作用高效修复重金属和有机污染土壤的环境过程与机理进行了综述。根分泌物在重金属污染土壤植物修复中的作用主要表现在活化污染区重金属元素 ,使固定态转化为植物可吸收态 ,大大提高了重金属的植物有效性 ,通过植物的超积累作用 ,降低土壤中重金属污染物的含量 ;此外 ,根分泌物也可以和重金属形成稳定的螯合体 ,降低他们在土壤中的移动性 ,起到固定和钝化作用。对于有机污染物 ,根分泌物一方面为根际的微生物提供了丰富的营养和能源 ,使植物根际的微生物数量和代谢活力比非根际区高 ,增强了微生物对环境中的有机污染物的降解能力 ;另一方面植物根分泌到根际的酶系统可直接参与有机污染物降解的生化过程 ,提高降解效率。并对此领域今后研究工作的方向做了探讨     

重金属污染环境的植物修复及其分子机制

重金属污染物的排放和扩散造成了日益严重的环境污染。如何消除环境中的重金属污染物已成为国际性难题。近年来,植物修复技术的出现和快速发展为我们展示了一条新的有效途径：即利用植物对重金属化合物的吸收、富集和转化能力去除土壤和水体中残存的重金属污染物。文章简要介绍了重金属污染物与植物修复的关系和植物修复的生理机制,重点总结了重金属污染环境的植物修复在分子生物学方面所取得的研究进展,包括有机汞裂解酶基因merB、汞离子还原酶基因merA和金属硫蛋白基因MT等的生物学功能及其在植物修复上的应用,展望了植物修复研究工作的发展方向,并针对汞污染提出了一套修复方案。     

植物根系分泌物对土壤污染修复的作用及影响机理

生物修复是一种经济环保的土壤修复技术。根系分泌物是利用生物修复污染土壤过程中的关键物质,也是植物与土壤微生物进行物质交换和信息传递的重要载体,在植物响应污染物胁迫中扮演重要角色。研究植物根系分泌物对土壤污染修复的作用和影响机理,是深入理解植物和微生物环境适应机制的重要途径,对促进生物修复污染土壤有重要指导意义。从污染物胁迫对根系分泌物的影响、根系分泌物对土壤污染物环境行为的影响、根系分泌物在调控污染土壤中根际微生物群落结构和多样性中发挥的作用等几个方面综述了根系分泌物对土壤污染修复的影响及内在机制。研究结果表明,根系分泌物在降低重金属对植物的毒性、加速有机污染物降解等方面有非常重要的作用。根系分泌物对土壤微生物的丰度和多样性均有显著影响,其与根际微生物互作在土壤污染物的消减中发挥了重要的调控作用。在此基础上,提出了以往研究中的不足,并对污染物胁迫下根系分泌物未来研究的方向和趋势进行了展望。     

重金属污染土壤稳定/固化修复技术研究进展

修复重金属污染土壤一直是国际上的难点和热点研究课题.目前常用的污染场地修复技术主要包括挖掘、稳定/固化(solidification/stabilization,S/S)、化学淋洗、气提、热处理、生物修复等.本文在参考美国环境保护署(EPA)、英国环境署的S/S技术规范、国内外发明专利基础上,对S/S的概念、国内外发展现状及今后的发展方向进行了系统论述.固定化技术通过把污染物囊封入惰性基材中,或在污染物外面加上低渗透性的材料,来减少污染物暴露的淋滤面积以达到限制污染物迁移的目的.稳定化技术是从改变污染物的有效性出发,将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式.S/S技术包括:水泥固化、石灰火山灰固化、塑性材料包容固化、玻璃化技术、药剂稳定化.在稳定化技术中,加入药剂的目的是改变土壤的物理、化学性质,通过pH控制技术、氧化还原电势技术、沉淀技术、吸附技术、离子交换技术等改变重金属在土壤中的存在状态,从而降低其生物有效性和迁移性.本文还论述了S/S修复效果评价方法,并指出需加强S/S技术中的分子键合技术、土聚合物以及我国的S/S技术导则制定等工作.     

微生物展示技术在重金属污染生物修复中的研究进展

自然界对环境金属污染物的迁移和转化具有微妙而复杂的选择控制机理,生物修复技术以其投资少、效率高、可以原位处理低浓度有害污染物的特性而在环境治理中具有极大潜力。考虑传统的生物修复技术常常不能满足重金属治理的要求,基于重金属离子高效结合肽的微生物展示技术,有望在重金属生物修复中发挥重要作用。     

土壤生物质炭环境行为与环境效应

生物质炭具有高度稳定性和较强的吸附性能,可从气候、地质等多方面对环境产生影响,在全球气候变化、碳生物地球化学循环以及环境系统中发挥着非常重要的作用,长期以来成为国内外大气科学、地质学和环境科学领域研究的热点.作为土壤腐殖质中高度芳香化结构组分的可能来源,生物质炭对增加土壤碳库贮量、提高土壤肥力以及维持土壤生态系统平衡意义重大.本文重点概述了生物质炭特性、生物质炭生物与非生物氧化机理、生物质炭对全球气候变化的影响以及土壤生物质炭环境效应等方面的国内外研究进展,并对今后生物质炭在土壤生态系统中的环境行为和环境效应研究进行了简要的展望.     

生物炭对土壤中抗生素抗性基因的阻控潜力及机制研究进展

土壤中抗生素抗性基因(ARGs)污染是全世界面临的重大环境和健康挑战,开发有效技术以减少其负面影响对维护土壤和人类健康至关重要。生物炭具有高碳含量、大表面积、良好的吸附性能和经济优势,可能是一种非常合适的阻控材料。其对ARGs的阻控作用可能归因于以下3种机制: 1) 吸附某些污染物,如抗生素和重金属,减弱ARGs的共选择性压力;2) 通过改变土壤理化特性影响微生物种群结构,从而限制细菌之间ARGs的水平转移;3) 通过吸附或破坏质粒、转座子、整合子等水平转移载体,直接减弱基因水平转移能力。但生物炭对ARGs的阻控效果取决于生物炭的物料来源、热解工艺和添加水平等。此外,生物炭的老化可能会降低其阻控ARGs的效果。生物炭的内源性污染物,如多环芳烃和重金属,也可能导致环境中特定抗生素抗性细菌的富集或诱导水平基因转移。在后续研究中,应根据土壤环境选择合适的生物炭种类,并采取生物炭老化控制措施,以进一步提高生物炭对ARGs的阻控作用。     

土壤-植物系统复合污染研究进展

土壤-植物系统复合污染研究是污染生态学的科学前沿,对于农业环境的生态安全具有重要意义．本文对复合污染概念的由来及其内涵的发展、土壤-植物系统可能发生的复合污染类型及其研究进展、土壤-植物系统复合污染所导致的生态效应及其定量表征进行了较为系统的概述,提出了土壤-植物系统中重金属-有机污染物和有机污染物-病原微生物也是复合污染的重要类型．指出了多种污染物交互行为、次生产物及其老化、分子毒理机制等方面的研究是今后土壤-植物系统复合污染的研究重点．同时对复合污染的研究方法以及结果的应用进行了展望,为土壤污染的预警防治与修复提供依据。     

生物基因技术修复石油污染土壤研究进展

植物修复油污土壤是控制环境污染的有效途径,但在实际应用中存在着植物生物量较小、生长缓慢等不足。将具有修复功能的外源基因引入植物中,使转基因植物的生物修复功能大大增强,为解决土壤石油污染问题提供了有效手段。文章系统论述了转基因植物对石油污染土壤中有机污染物,尤其是对持久性有机污染物（POPs）的吸收、转化和降解作用以及近年来所取得的突破性进展,并指出了利用生物基因修复技术进行土壤石油污染研究的发展趋势。