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土壤污染生态修复实验技术

已有 600 次阅读 2020-6-1 13:53 |系统分类:科研笔记

近年来,伴随着城市化进程的加速和工农业的飞速发展,土壤污染问题日益突出,污染土壤的监测和修复得到了人们越来越多的关注。在治理和监测土壤污染这个问题上,除了传统的物理和化学方法之外,人们也在极力寻找新的解决方法和途径,希望使发展与环境保护二者相协调。随着污染生态学和恢复生态学的发展,其基本原理在自然科学多个领域都得到了广泛的应用。由此应用污染生态学和恢复生态学的理论和方法来解决土壤污染问题也越来越被人们重视。


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很多人都在关心土壤污染修复将有怎样的发展趋势。


1

发展绿色、安全、环境友好的生物修复技术


面对既不能破坏土壤肥力和生态环境功能,不能导致二次污染的发生,又亟待修复的农田耕地污染,发展绿色、安全、环境友好的土壤生物修复技术十分迫切。生物修复技术不仅能适用于大面积污染农田土壤的原地修复,其本身也具有良好的技术和经济上的双重优势。可以说,利用太阳能和自然植物资源的植物修复,利用高效而多样化土壤微生物资源的微生物修复,利用土壤生态系统多样化的动物资源开展动物修复,以及综合土壤生态功能的自然修复等绿色与环境友好的生物修复技术,将是未来污染土壤修复技术研发的主要方向。

 

加强从常规作物中筛选合适的修复品种,特别是筛选一些低积累作物品种,发展适用于不同土壤类型和条件的污染土壤的利用技术;应用诸如基因工程、酶工程、细胞工程等生物工程技术,发展土壤生物修复技术,均有利于提高污染土壤的治理速率与效率,具有广阔的应用前景。


2

发展多种方法联合的综合修复技术


土壤中污染物种类多,类型复杂,污染程度差异大,不同地域的土壤类型也各不相同,土壤组成、结构、性质等的空间分异明显,而且修复后土壤再利用方式的空间规划要求也不尽相同。这使得单一的修复技术往往很难实现修复目标。发展协同联合的综合修复模式必然成为场地和农田土壤污染修复的研究方向。如开展不同修复植物的组合修复、功能菌与超积累植物的联合修复、真菌-植物联合修复、土壤动物-植物-微生物组合修复、物理强化植物修复、化学强化植物修复、生物强化蒸汽浸提修复、光催化纳米材料修复等。

 

3

多类型的原位修复技术的发展

异位修复虽然修复效果较好,而且便于监测,但其昂贵的成本和对污染场地结构的破坏性,越来越引起人们的注意。另外,异位修复很难治理深层土壤及地下水均受污染的场地,也难以针对建筑物下面的污染土壤或紧靠重要建筑物的污染场地开展修复。原位蒸汽浸提技术、原位固定-稳定化技术、原位生物修复技术等原位土壤修复技术得到了越来越多的重视。

 

4

基于功能材料的土壤修复技术的研发与评估


目前,黏土矿物改性技术、催化剂催化技术、纳米材料技术等已开始应用于污染土壤的生态修复,并取得了一些令人振奋的消息。但是相关功能材料的研制及其应用技术还刚刚起步,人们对这些功能材料在土壤中的反应、行为、归趋及生态毒理等还缺乏了解,其环境安全性和生态健康风险也难以评估,需要加强这方面的研究。

 

5

基于设备化的快速场地修复技术研发

土壤修复工作的开展依赖于修复设备和监测设备的支撑,设备化的快速场地修复技术是土壤修复走向市场化和产业化的基础。特别是对于诸如城市工矿企业等搬迁遗留场地、工业园区改造项目等特殊地理位置和特殊再利用目标土壤的修复,需要能够快速、高效地完成修复工作,开发与应用基于设备化的场地污染土壤的快速修复技术是一种发展趋势。

 

6

加强土壤修复实施及有关技术的规范与示范


需要对土壤修复的实施及有关技术进行规范与示范,建立相应的技术体系,明确在从小试到中试再到实用型处理系统的放大过程中,制定怎样的运行机制与实际管理问题,以及开发时间的确定和运行费用的标准问题等。


7

构建土壤修复决策支持系统


污染土壤修复技术筛选需要综合考虑风险削减、环境效益与修复成本等要素。在广泛的可处理性试验研究的基础上,构建土壤修复决策系统,为污染场地的风险管理和修复技术的筛选提供依据,具有广阔的应用前景。欧美许多土壤修复研究组织针对污染场地管理和决策进行了系统研究,开发了一些辅助决策工具,并应用于一些具体的场地修复过程,取得了良好的效果。

 

8

建立土壤修复安全评价标准


确定修复基准,开展土壤环境质量评价,建立包括环境化学、生态毒理学评价检测指标体系在内的完备的修复后污染物风险评估,是污染场地风险管理的重要环节,也是评估土壤修复效果及其生态安全性的需要。由于土壤污染类型的多样化和污染场地的复杂性,需要针对性地发展场地修复的评估方法与技术。此外,评价标准还需要对运行费用标准和处理达标要求给予明确规范,并建立相应的责任处罚规章制度与条例,对达不到处理法定目标要求的,给予责任处罚的量化处理规定。


作者简介

王友保,安徽师范大学教授,生态学专业博士生导师,高级土壤修复工程管理师、高级环境治理工程管理师。近年来先后主持国家自然科学基金项目、教育部科学技术研究重点项目、安徽省高校自然科学基金重大项目及其他研究项目近20项,主要从事环境污染生态监测与评价、生态修复、生态规划与设计等研究工作。


本文摘编自《土壤污染生态修复实验技术》一书前言及第一章部分。


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《土壤污染生态修复实验技术》

作者:王友保

ISBN: 978-7-03-059678-9

责任编辑:胡凯 许蕾


《土壤污染生态修复实验技术》系统介绍了我国目前土壤污染与生态修复研究现状,并从土壤和植物样品的采集和制备、土壤基本理化因子分析、植物对环境污染的耐性与可塑性、植物根系分泌物的研究、植物体内重金属含量及富集测定、土壤动物分析、土壤酶活性与土壤呼吸强度的测定、土壤重金属形态分布和吸附解吸特性检测、土壤微生物分析等方面介绍目前土壤污染与生态修复研究的一些实验技术。


本书可作为土壤学、生态学、生物学、环境学、地学、林学、园艺学等专业教学科研人员的参考用书,也可供其他相关科技工作者参考使用。


本书目录


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目录

前言
第1章 土壤污染与生态修复现状 1
1.1 土壤污染类型与污染现状 1
1.1.1 土壤污染的主要来源 1
1.1.2 土壤污染的类型及特点 2
1.1.3 土壤污染的危害 6
1.2 土壤污染修复及其发展 9
1.2.1 土壤污染的修复技术 9
1.2.2 土壤污染修复的发展趋势 17
1.2.3 土壤污染防治的其他建议 18
第2章 样品的采集和制备技术 20
2.1 土壤样品的采集和制备 20
2.1.1 土壤样品的采集 20
2.1.2 土壤样品的制备和保存 23
2.2 植物样品的采集和制备 25
2.2.1 植物样品的采集 25
2.2.2 植物样品的制备 26
2.2.3 植物样品的保存 27
第3章 土壤理化性质分析实验技术 29
3.1 土壤水分测定 29
3.1.1 烘干法 29
3.1.2 酒精燃烧法 30
3.1.3 土壤墒情的鉴别 30
3.2 土壤质地的测定 31
3.2.1 比重计速测法 31
3.2.2 土壤质地手测法(野外快速测定) 36
3.3 土壤容重和孔隙度的测算 36
3.3.1 土壤容重的测定 36
3.3.2 毛管孔隙度的测定 39
3.4 土壤结构性状与土壤团聚体组成的测定 40
3.4.1 土壤结构的类型 40
3.4.2 土壤结构的观测 41
3.4.3 土壤团聚体快速测定方法 43
3.5 土壤有机质的测定(重铬酸钾容量法-外加热法) 44
3.6 土壤中氮(全氮和有效氮)的测定 46
3.6.1 土壤全氮的测定(半微量凯氏法) 46
3.6.2 土壤有效氮(水解氮)的测定(碱解扩散法) 49
3.7 土壤中磷(全磷和速效磷)的测定 50
3.7.1 土壤全磷的测定(HClO4-H2SO4 法) 50
3.7.2 中性和石灰性土壤速效磷的测定(碳酸氢钠法) 52
3.7.3 酸性土壤速效磷的测定(NH4F-HCl 法) 54
3.8 土壤中钾(全钾和速效钾)的测定 55
3.8.1 土壤全钾的测定(NaOH 熔融-火焰光度计法) 55
3.8.2 土壤速效钾的测定(醋酸铵-火焰光度计法) 57
3.9 其他土壤因子的测定 58
3.9.1 土壤pH 的测定(电位法) 58
3.9.2 土壤氧化还原电位的测定(电位法) 59
3.9.3 土壤水溶性盐总量测定(电导法) 61
第4章 土壤重金属的形态分布与吸附特性 63
4.1 土壤样品的消化与重金属含量测定 63
4.1.1 土壤样品的消化 63
4.1.2 土壤重金属含量检测的常用方法 64
4.1.3 土壤重金属全量的火焰原子吸收分光光度法测定 67
4.2 土壤重金属的形态分布 68
4.2.1 Tessier 连续提取法 69
4.2.2 BCR 连续提取法 71
4.3 土壤重金属的生物有效性 72
4.3.1 土壤重金属生物有效性的表征 73
4.3.2 二乙三胺五乙酸(DTPA)提取法 74
4.3.3 盐酸(HCl)提取法 75
4.3.4 乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)提取法 75
4.4 土壤对重金属的吸附、解吸特性 76
4.4.1 吸附与解吸热力学 76
4.4.2 吸附与解吸动力学 78
第5章 土壤酶活性与土壤呼吸强度的测定 80
5.1 土壤蔗糖酶活性测定 80
5.1.1 土壤蔗糖酶活性的比色法测定 81
5.1.2 土壤蔗糖酶活性的滴定法测定 81
5.2 土壤过氧化氢酶活性的测定 82
5.2.1 土壤过氧化氢酶活性的容量法测定 82
5.2.2 土壤过氧化氢酶活性的紫外分光光度法测定 83
5.3 土壤脲酶活性的测定 84
5.3.1 土壤脲酶活性的比色法测定 84
5.3.2 土壤脲酶动力学参数的测定 86
5.4 土壤磷酸酶活性测定 89
5.5 土壤淀粉酶活性的测定 90
5.6 土壤多酚氧化酶的活性测定 91
5.7 土壤蛋白酶的活性的测定 92
5.8 土壤呼吸强度的测定 93
5.8.1 土壤呼吸的实验室测定 94
5.8.2 土壤呼吸的野外现场测定 95
第6章 植物对土壤污染的耐性与可塑性研究 96
6.1 植物的耐性指标分析 96
6.1.1 对植物种子萌发的影响 96
6.1.2 植物生长指标的测定 98
6.1.3 植物常见生理生化指标的测定 99
6.1.4 植物几种抗氧化物酶活性的测定 107
6.2 重金属胁迫下植物体的可塑性响应 113
6.2.1 植物光合作用及光能利用效率对重金属胁迫的可塑性响应 113
6.2.2 植物蒸腾作用及水分利用效率对重金属胁迫的可塑性响应 114
6.3 重金属在植物体内的迁移、积累和分布研究 115
6.3.1 植物体内重金属含量的测定 115
6.3.2 重金属在植物亚细胞中的分布 116
6.3.3 重金属在植物体内的形态分布 117
6.3.4 植物对重金属的迁移、转运和富集系数的计算 118
6.4 植物根系分泌物的采集与鉴定 119
6.4.1 根系分泌物的收集及纯化 119
6.4.2 根系分泌物的鉴定 121
第7章 土壤动物分析实验技术 122
7.1 土壤动物样品的采集 122
7.1.1 土壤动物的采样方法 122
7.1.2 土壤动物的分离方法 122
7.1.3 土壤动物的分类鉴定 123
7.2 大型土壤动物分析 124
7.2.1 土壤动物组成的统计方法 124
7.2.2 土壤动物类群结构特征分析方法 125
7.2.3 土壤动物富集系数的计算方法 127
7.2.4 相关的数据统计分析方法及软件 127
7.3 土壤线虫分析 128
7.3.1 离心浮选法 128
7.3.2 贝尔曼漏斗法 128
7.3.3 浅盘法 128
7.3.4 土壤线虫功能类群的鉴定方法 129
第8章 土壤微生物分析实验技术 133
8.1 土壤微生物的分离和纯化 133
8.1.1 培养基的制备与微生物的培养 133
8.1.2 土壤微生物的分离与纯化 138
8.2 土壤微生物数量的计数 139
8.2.1 土壤微生物数量的平板培养计数 139
8.2.2 土壤微生物的直接观察 140
8.3 土壤微生物生物量的测定 141
8.3.1 氯仿熏蒸提取法 141
8.3.2 液态氯仿熏蒸-水浴法 144
8.3.3 总磷脂脂肪酸法 145
8.4 土壤微生物的形态学检查 147
8.4.1 不染色标本的检查 147
8.4.2 染色标本的检查 148
8.5 土壤微生物16S rDNA 的PCR-DGGE 分析 149
8.5.1 土壤微生物16S rDNA 的PCR-DGGE 分析的基本流程 149
8.5.2 土壤样品总DNA 提取的常用方法 152
主要参考文献 154

(本文编辑:王芳)


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