铜尾矿坝不同恢复年限土壤理化性质和酶活性的特征

金属矿产资源开采使尾矿坝迅速升高,矿区生态环境遭到严重破坏.土壤理化性质和酶活性是衡量生态系统功能的重要指标,可作为评价土壤恢复质量的重要因子.以山西省垣曲县十八河铜尾矿区9个尾矿子坝作为研究对象,分析不同恢复年限子坝土壤理化性质与土壤酶活性之间的关系.结果表明,不同恢复年限子坝的土壤理化性质差异较大,随着恢复年限的增加,土壤养分含量显著升高.过氧化氢酶与碳氮比显著负相关,脲酶与总氮含量和土壤含水量均显著正相关,磷酸酶和蔗糖酶与土壤理化因子之间无显著关系.土壤中铜含量随子坝恢复年限增加而逐渐累积,砷和镉含量先增加后降低,恢复后期逐渐达到稳定水平,各子坝的土壤锌含量无显著差异.为铜尾矿区的土壤生态系统恢复及退化机制的研究提供一定的生态学依据.     

三峡库区巫山建坪地区土壤镉等重金属分布特征及来源研究

位于三峡库区的巫山建坪地区存在明显土壤高镉(Cd)异常,但对其土壤镉分布特征及来源缺乏深入认识.通过对岩石及土壤样品中镉等重金属元素的总量、土壤理化性质、典型土壤剖面Cd含量、Cd赋存形态进行分析测试,并结合相关性分析和主成分分析等统计方法,以及不同类型土壤间的对比分析,研究了巫山县建坪地区土壤中镉等重金属的含量分布特征及其来源.结果表明,岩石(包括煤及煤矸石等)中Cd含量范围为0.22～101 mg·kg-1,表层耕作土壤中Cd含量范围为0.42～42 mg·kg-1,自然土壤中Cd含量范围为0.12～8.5 mg·kg-1;除Cd外,V、Cr、Ni、Zn同样存在富集现象.土壤中弱酸提取态镉占其总量的17%～35%.研究表明,巫山建坪研究区土壤存在严重镉污染问题,土壤中高镉与研究区岩石中镉含量具有很好的地球化学继承性,且表现出表层富集的特征.研究区土壤中镉等重金属主要为自然地质源,其历史上的煤矿开采加剧了土壤镉的富集过程.土壤中镉的生物有效态高,通过食物链富集而影响人群健康的环境危害大.     

冻融作用对土壤镉动力学吸附解吸的影响

为了研究冻融作用对土壤镉吸附解吸过程的影响,采用人工控温、室内培养方法对土壤进行冻融处理,并通过土壤镉动力学吸附解吸试验,分析了土壤对镉的吸附解吸量、吸附解吸率及吸附解吸速率.结果表明,冻融作用能够促进土壤对外源镉的吸附,镉的吸附量、吸附率和吸附速率均随着冻融次数的增加而增加.同时,冻融作用能减缓土壤对镉的解吸,随着冻融次数的增加,土壤对镉的解吸速率和解吸率降低,土壤镉解吸速率的下降率随冻融次数的增加而增大.     

利用放射性同位素115+115mCd对两种污灌土壤中不同形态镉的研究

重金属镉对作物的危害,除了与植物的种、属特性有关之外,还与镉在土壤中的形态密切相关.因此,深入研究镉在土壤中的形态,对镉污染的防治有一定的指导作用. 对于镉在土壤中形态的研究,目前的状况一是研究得还不够多,二是有关形态的分类提法不一.日本园田把镉在土壤中的形态分为全量、交换态、可给态和碱溶态,并认为污染土壤中,交换态占大部分.美国的Silvera等则把它分为水溶态、交换态、可给态和不溶态.我们把这两种提法结合起来,根据我国土壤的特点,将其分为全量、交换态、可给态、碱溶态和水溶态来研究。     

土壤重金属镉标准值差异比较研究与建议

伴随我国工农业生产的快速发展,土壤污染物超标等问题逐年加剧,由土壤镉污染导致水稻出现"镉米"等食品安全事件频发,引起社会对土壤镉环境标准的广泛关注.建立土壤环境标准是开展土壤环境质量现状评价的基础,世界各国虽皆以镉对动植物和人体健康影响的最大允许值作为定值的基础依据,但定值方法、标准应用目标各有侧重,因而标准限值差异较大.通过对国内外土壤重金属镉标准限值和我国土壤镉背景值的研究,给出了全国各省级行政区域土壤表层镉背景含量范围值和部分土壤类型镉背景含量范围值;报告了我国现行土壤镉环境质量标准存在的突出问题,提出土壤环境质量标准中应设置土壤镉梯度标准限值、有效态与总量标准限值并存以及严格区分人为污染与高背景等建议.     

土壤微生物对环境胁迫的响应机制

微生物在生态系统物质循环和能量流动过程中起重要作用.研究土壤微生物对各种环境胁迫的响应有助于认识微生物对环境变化的适应与演变机理,维持土壤生态系统功能的稳定.土壤微生物群落多样性是衡量土壤生态系统稳定性的一个重要指标.多数研究表明,土壤微生物群落多样性越高,土壤生态系统越稳定.本文在总结土壤微生物群落多样性及其与环境胁迫响应关系的基础上,进一步讨论了土壤微生物对环境胁迫响应的生态学机制,包括:①抗性微生物的出现及抗性基因的水平转移.该过程导致了土壤微生物群落结构和多样性的改变,产生了更多抵抗能力较强的微生物类群,从而达到对外源干扰的适应,使土壤微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力随之提高.②土壤微生物群落功能的冗余.这些冗余程度越高,冗余组分缓冲维持生态系统正常功能的能力越强,从而提高微生物群落对环境胁迫的抵抗力和恢复力.研究土壤生态系统的稳定性与微生物多样性之间的关系,不仅有助于揭示土壤生态系统稳定性的内在机制,为合理调控提供科学依据,也可以为土壤环境质量管理提供参考.     

太原市污灌区土壤镉存在形态与生物可利用性研究

为了了解太原市污灌土壤镉污染现状,研究其存在形态特征与生物可利用性,本文采用Tessier A连续提取、石墨炉原子吸收等方法,测定了太原市污灌区土壤重金属镉的总量,研究了不同功能区、不同分层、不同化学形态的分布特征,并对生物可利用性进行了评价.结果表明,与太原市土壤背景值相比,污灌区土壤中重金属镉含量已达太原市土壤背景值的3倍,镉在土壤表层含量明显高于其它分层,均表明表层土壤有明显的镉累积.不同功能区土壤镉的含量大小不同,具体排序为:小店区晋源区清徐县.总体来看,研究区5种化学形态含量从大到小排序为:铁锰氧化物结合态有机物结合态碳酸盐结合态残余态可交换态.高的铁锰氧化物结合态与灌溉区土壤偏碱性且铁锰含量较高直接相关.分层土壤形态分析结果表明,镉在表层土壤含量最高,随深度增加镉含量逐渐降低,该变化与分层土壤pH值的变化相反.与上一层相比,各分层土壤不同形态分布变化,统计学检验无明显差异.生物可利用性评价结果表明,太原市污灌区土壤中镉相对比较稳定,但由于其潜在利用态的含量很高,因此,镉对环境的影响不能忽视.研究表明,太原市污灌区镉含量虽然没有超出土壤质量二级标准,但有积累趋势,形态分布特征表示的潜在生物可利用性应引起高度重视.     

土壤中镉的生物可给性及其对人体的健康风险评估

为了研究土壤中镉生物可给性与土壤属性之间的相互关系以及人体无意摄入土壤镉的风险,采集我国一些地区的16个土壤样品,利用in vitro方法研究了这些土壤中镉的生物可给性及其对人体的健康风险.结果表明,有11个土壤样品中镉的含量高过我国土壤环境质量标准的三级标准;土壤中镉的溶解态浓度及其生物可给性变化很大,模拟胃和小肠液中镉的溶解态含量分别为0.05~20.71 mg.kg-1和0.03~11.99 mg.kg-1,平均值分别为1.81 mg.kg-1和1.06 mg.kg-1;模拟胃和小肠液中镉的生物可给性分别为6.37%~69.43%和3.19%~36.91%,平均值分别为25.34%和14.84%.模拟胃液中镉的溶解态含量与土壤pH有显著的相关性.如以胃阶段为判断,无意摄入土壤中镉对儿童的PTW I贡献率除广西南宁的土壤为26.90%外,其它有11个土壤样品低于1.00%.如以小肠阶段为判断,无意摄入土壤中镉对儿童的PTW I贡献率最高为广西南宁的土壤达15.57%,另有4个土壤样品高于1.00%,其它都低于1.00%.可见,对于本研究中大多数土壤,通过口部无意摄入土壤中镉的对人体并没有很高的风险.但当土壤中镉含量较高,同时其具有很高的生物可给性,就会对人体健康产生很大的风险.     

农田土壤生态系统功能修复研究——活性微生物肥料对改善农田土壤微生物区系的试验研究

土壤微生物种群是土壤生态系统的重要组成部分,土壤微生物种群的生物量是土壤生态系统安全的重要指标之一。农田由于长期施用化肥、农药,使土壤中的微生物特别是有益微生物大量减少,影响了农田土壤生态系统的正常功能,本试验研究选取三种富含活性微生物的有机肥作为试验对象,研究活性微生物有机肥与常规施肥处理下,农田土壤微生物区系的变化情况。     

农田土壤生态系统功能修复研究-活性微生物肥料对改善农田土壤微生物区系的试验研究

土壤微生物种群是土壤生态系统的重要组成部分,土壤微生物种群的生物量是土壤生态系统安全的重要指标之一。农田由于长期施用化肥、农药,使土壤中的微生物特别是有益微生物大量减少,影响了农田土壤生态系统的正常功能,本试验研究选取三种富含活性微生物的有机肥作为试验对象,研究活性微生物有机肥与常规施肥处理下,农田土壤微生物区系的变化情况。     

成都市郊区域农田中土壤镉形态研究

农田土壤是镉生态循环的重要介质，所含镉对人体健康的危害不可忽视。镉在土壤中以多种形态存在．可划分为水溶态、离子交换态，碳酸盐结合态、Fe及Mn氧化物结合态，有机结合态、残留态。不同存在形态镉的生物有效性各不相同，因而对环境和人体健康造成的影响也存在差异。水溶态镉，离子交换态镉具有很高的生物有效性。碳酸盐结合态镉在弱酸性条件下生物有效性较高，Fe及Mn氧化物结合态镉、有机结合态镉、残留态镉生物有效性很低。本研究采用连续提取法和原子吸收法对成都市某郊区基本农田的35份土壤样品中各形态镉进行了提取和测定。结果表明。成都市某郊区农田土壤的镉污染状况较为严重，37．14％的土壤含高生物有效性的水溶态镉或离子交换态镉。土壤中水溶态镉、离子交换态镉的存在与环境污染有密切联系。Fe及Mn氧化物结合态镉，有机结合态镉、残留态镉的存在受耕作因素和成土母质影响较大。     

库滨带土壤释氮负荷模型的构建与田间尺度模拟分析

岸边带生态系统对氮元素的去除机理主要包括化学释放含氮气体过程.植物吸收过程和泥沙截留3方面.其中,土壤反硝化释氮是岸边带系统最为重要的生态功能之一.因此,建立适当的岸边带土壤释氮模型(包括土壤反硝化、硝化和氨挥发过程),对准确评估岸边带生态功能和构建合理的岸边带生态系统具有重要意义.本研究依据岸边带去氮机埋,参照已有的土壤释氮模型研究成果,构建了适用于水库库滨带土壤特性的土壤释氮速率估算模型(简称土壤释氮模型),并以官厅水库库滨带小区为研究对象,对水库库滨带土壤释氮特性进行模拟分析与验证.模型模拟结果表明,在监测期间(6～9月)土壤水分平均含量分别为16.6%、37.3%、43.9%和55.2%的情况下,土壤反硝化释氮速率分别为0、(102.1±59.3)、(169.3±87.6)和(203.2±119.6)mg·m-2·d-1(以N计);硝化速率分别为(233.3±121.4)、(177.9 ±69.3)、(187.7±75.0)和(166.7 ±121.9)mg·m-2· d-1(以N计);氨挥发速率分别为(3.00±1.13)、(2.64±1.01)、(2.76 ±1.04)和(2.51±1.89)mg·m-2·d-1(以N计);总释氮量分别为1.18、33.64、92.50和65.74g(以N计).同时,结合同步监测的实验数据,应用总量平衡法对模拟结果进行了验证.验证结果表明,实验小区土壤释氮量模拟值与实验值的决定系数(R2)为0.83,证明了该模型可有效地应用于水库库滨带区域.     

我国南方水稻产地镉环境质量类别划分技术

针对我国耕地质量类别划分技术及方法体系不完善的现状,提出应用物种敏感性分布法（SSD）基于不同保护率建立"优先保护类、安全利用类和严格管控类"的土壤镉划分阈值,并对其合理性和科学性验证.结果表明,我国南方水稻产地土壤pH、土壤有机质（SOM）和阳离子交换量（CEC）对水稻富集镉的影响均达到了极显著水平（P<0.01）,并由其构建的三因子生物有效性模型可解释水稻富集系数62.0%的变异;水稻对镉的SSD曲线表明,不同水稻品种对镉的敏感性差异明显,主要与其基因型相关;依据SSD曲线基于保护率为80%和5%推导出我国南方水稻产地"优先保护类和严格管控类"的土壤镉划分阈值分别为0.26 mg·kg^-1和1.67 mg·kg^-1,且当土壤镉≤0.26 mg·kg^-1时划分为优先保护类耕地,土壤镉≥1.67 mg·kg^-1时划分为严格管控类耕地,土壤镉介于0.26~1.67 mg·kg^-1时划分为安全利用类耕地,并通过134组独立数据验证其具有一定合理性和科学性.本研究表明应用SSD法对我国南方水稻产地镉环境质量类别划分时体现出较好的普适性、科学性和合理性,同时可为我国农用地土壤环境质量类别划分技术及方法体系的建设和完善奠定坚实的工作基础.     

甘蓝和油菜对镉污染土壤的修复研究

通过土培盆栽试验研究了甘蓝和油菜对土壤中重金属镉的吸收及生物净化作用。以及添加螯合剂对油菜富集镉的影响。实验结果表明：甘蓝对于高浓度镉污染土壤的修复作用并不明显,油菜对于镉污染土壤的净化作用较显著,但添加螯合剂对于提高修复水平效果并不显著。因此油菜较适宜作为镉污染土壤的修复植物,但添加螯合剂对植物修复的作用要视情况而定,不可盲目添加。     

部分植物富集镉能力探讨

综述了农作物、油料作物、蔬菜、水果、杂草和树木等植物富集镉的不同情况,指出了现在研究植物富集镉能力的弊端,提出寻找自然生长在镉污染区生物量大的耐镉植物是植物修复镉污染土壤的一条重要途径。     

电子垃圾拆解区土壤-农作物系统中镉元素的空间分布特征及其风险评价

随着电子垃圾的与日俱增,电子垃圾拆解活动导致的土壤重金属污染受到众多研究者的关注.为了探究电子垃圾拆解区周边土壤-农作物系统中镉的污染状况和空间分布特征,本研究采集了171对土壤和农作物样品进行系统解析.结果表明,根茎类、叶菜类、茄果类和水果类农作物土壤中镉含量分别为（1.292±0.647）、（1.010±0.201）、（0.921±0.125）和（0.861±0.135） mg·kg^-1,均值分别是浙江省土壤镉含量背景值的10.0、7.8、7.1和6.3倍,是农用地土壤污染风险筛选值的4.31、3.4、3.07和2.72倍,说明镉在土壤中累积明显.而农作物只有少部分超过食品安全限值,而且不同种类农作物对镉的富集能力的大小顺序为：叶菜类 > 根茎类 > 茄果类 > 水果类.单因子污染指数和潜在生态风险评价结果显示,研究区土壤镉污染严重且有高度的潜在生态风险.健康评价模型发现,手-口摄入重金属是造成当地居民健康风险的主要途径,而且重金属镉暴露对儿童造成的健康风险高于成人,但是该地区单一重金属镉污染暂时不会威胁到当地居民的身体健康.Moran''s I指数以及克里格插值结果揭示了镉具有显著的空间自相关性,存在明显的空间分布格局和局部空间聚集现象,且高值主要集中在电子垃圾拆解区周围,与电子垃圾拆解活动存在显著相关性.     

改性椰壳炭钝化修复农田土壤镉、铅的长期稳定化效果及生态风险评估

为探究改性椰壳炭钝化修复土壤中镉、铅的长期效果及生态风险,采取硝酸-高锰酸钾改性方法优化椰壳炭表征,通过设置不同改性椰壳炭用量,探究其对土壤中镉、铅生物有效性的长期影响,结合土壤-农产品综合质量影响指数评价结果,最终验证其场地应用的可行性。结果表明:改性椰壳炭可显著提高土壤镉、铅的稳定性,当用量>20 g/kg时,钝化培养12周,土壤中镉、铅以残渣态为主,固定率较对照组分别提高了8%~23%和11%~24%。钝化培养15~18周,土壤镉、铅有效态含量均低于安全阈值,且种植蔬菜未检测到重金属超标,不存在生态风险。采用改性椰壳炭进行土壤重金属场地修复具有一定应用价值。     

叶菜对Cd的富集特征及敏感性分布

为了解不同土壤中不同品种叶菜对Cd的吸收富集特征及敏感性分布规律,通过盆栽试验研究了10种叶菜(油菜、空心菜、茼蒿、苋菜、菠菜、油麦菜、芹菜、生菜、韭菜、小白菜)在江西红壤和天津潮土中,对不同处理Cd浓度[空白,0 mg/kg,CK;低浓度,0.3 mg/kg,C1;高浓度,0.6 mg/kg,C2]下对Cd的富集,并对Cd的富集系数进行了敏感性排序.结果表明:高浓度Cd会抑制叶菜生长,株高和鲜质量显著变化;低浓度Cd处理对叶菜的生长具有“刺激作用”,大部分叶菜株高显著上升. w(Cd)为0.3 mg/kg时,在天津潮土中,油菜对Cd的富集系数最高为0.336,茼蒿的富集系数最低为0.014,芹菜的富集系数最低为0.022,得出油菜对不同浓度的Cd最敏感,芹菜和茼蒿较不敏感.在江西红壤中,苋菜对Cd的富集系数最高为1.165,芹菜的富集系数最低为0.103,得出苋菜和油菜对不同浓度的Cd较敏感,芹菜较不敏感.因此,可在天津潮土中种植茼蒿和芹菜,在江西红壤中种植芹菜,将茼蒿和芹菜作为不易吸收较高浓度Cd的叶菜品种.      

降雨变化对荒漠草原植物群落多样性与土壤C:N:P生态化学计量特征的影响

研究降雨格局变化对植物群落多样性、土壤C：N：P生态化学计量特征的影响,以及关键土壤因子与植物群落多样性间的关系,对于荒漠草原植物群落多样性的保护具有重要意义.本文以黄土高原西部荒漠草原为研究对象,通过3 a野外降雨控制试验（减少40%降雨、减少20%降雨、自然降雨、增加20%降雨和增加40%降雨）,探讨干湿年份下降雨变化对植物群落多样性及其土壤C：N：P生态化学计量特征的影响,以及降雨变化下土壤C：N：P生态化学计量特征及关键土壤因子与植物群落多样性的关系.结果表明,在正常年份与偏干年份（2013年与2015年）,Patrick丰富度和Shannon-Wiener多样性指数分别以减雨20%处理显著低于对照和增雨40%处理,在偏湿年份（2014年）,Patrick丰富度和Shannon-Wiener多样性指数对降雨处理无显著差异.在正常年份与偏干年份,随降雨量的增加土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、碳氮比（C：N）、碳磷比（C：P）和氮磷比（N：P）呈降低趋势,其中,C：N显著降低;在偏湿年份,随降雨量增加土壤SOC、TN、C：P和N：P呈上升趋势.在正常年份,降雨处理对土壤含水量影响不显著,导致土壤含水量对植物群落影响有限,SOC、TN、N：P、C：N和微生物量氮（MBN）对植物群落多样性的影响更为突出;在偏湿年份,年降雨量丰富,降雨量增加导致土壤养分上升,水分不是限制植物生长的最重要因素,土壤含水量、土壤养分与生态化学计量特征共同调节和控制着植物群落多样性;在偏干年份,降雨处理对土壤含水影响显著,且降雨量增加导致土壤养分流失较多,因此,土壤含水量成为影响植物群落多样性的最主要因素.由此可知,在不同干湿年份,植物群落多样性与土壤C：N：P生态化学计量特征对降雨变化的响应不同;土壤C：N：P对植物群落多样性的影响也不同,本文的研究结果旨在为未来降雨变化下荒漠草原的保护与管理提供一定的理论依据.