土壤中铜生态阈值的影响因素及其预测模型

利用中国土壤的铜毒理学数据通过物种敏感性分布法推导了土壤中铜的不同风险水平(P%)的毒害浓度值(P% Hazardous concentration, HCp),并利用淋洗―老化因子校正HCp获得不同土地类型土壤中铜的生态阈值,探讨了土壤性质对铜生态阈值的影响并建立了两者之间的量化关系.结果表明,土壤性质对铜的生态阈值有显著影响,土壤pH值和阳离子交换量(CEC)是影响土壤铜生态阈值的最主要因子,可达铜生态阈值变异的80%以上.基于土壤pH值和CEC的两因子回归模型能较好地预测铜生态阈值,其决定系数R2为0.820~0.913;增加土壤有机碳含量(OC)的三因子模型具有更高的准确性,其决定系数R2为0.852~0.988.研究结果可为科学合理地进行土壤中铜的生态风险评价和建立土壤环境质量标准提供依据.     

土壤溶液性质对Zn的形态变化及其微生物毒性的影响

采集了我国具有代表性的12种不同性质土壤,利用基础诱导硝化(SIN)方法测定了不同土壤中锌的微生物毒性阈值,同时利用850离子色谱仪与WHAM6.0模型,测定了溶液不同阴离子组成及自由Zn2+含量,建立了基于不同土壤性质与溶液离子的土壤中Zn毒性预测模型.结果表明,基于SIN测定的不同土壤Zn微生物毒性阈值在不同土壤间有显著差异,其中EC50从196mg/kg至1310mg/kg;EC10值从48mg/kg增加至682mg/kg,不同土壤EC50与EC10的最大值与最小值的比例分别达到了6.68及14.3倍,表明土壤性质对Zn的微生物毒性有非常显著的影响;基于SIN的Zn的毒性阈值ECx(x=10,50)与溶液自由Zn2+浓度的负对数p(Zn2+)间呈正相关关系,表明随着土壤溶液中自由Zn2+值的升高,Zn的毒性逐渐增加.土壤pH值、OC、CEC、F-、Cl-、Ca2+及Mg2+与Zn的毒性阈值ECx(x=10,50)及p(Zn2+)呈正相关关系,其中土壤pH值为最重要的影响因子,偏相关系数均达到极显著水平(P<0.01),其次为OC、CEC及F-,ECx与溶液中NO3-, SO42-呈负相关关系.基于不同主控因子的土壤中Zn毒性阈值(ECx)及P(Zn2+)的预测模型表明,pH值、OC、CEC、F- 四个变量因子分别解释了log(EC50)、log(EC10)及p(Zn2+)预测模型变异的89.9%、81.2%和92.3%.     

基于不同测试终点的土壤锌毒性阈值及预测模型

采用基质诱导硝化(PNR)、大麦根伸长、西红柿及小白菜生长毒性测试方法,结合Log-logistic模型,对我国16种典型土壤中锌(Zn)的毒性阈值(ECx)进行了测定,同时对Zn毒性与土壤主要影响因子间的量化关系及其预测模型进行了研究.结果表明:我国土壤中Zn的毒性阈值在不同测试物种间存在较大差异,以小白菜、大麦、西红柿及土壤微生物(PNR)测试的EC10均值分别为322,356,336,297mg/kg,以土壤微生物测试最低,以大麦根伸长测定结果最高; EC50均值则分别为: 846,1471,1160,768mg/kg.不同测试方法对土壤中Zn毒性的敏感性顺序为:土壤微生物(PNR)>西红柿>小白菜>大麦,而不同测试方法的稳健性顺序则相反,表明PNR法是土壤Zn毒害最敏感的测试方法,而西红柿则是对土壤Zn污染胁迫最敏感的植物品种; 不同毒性测试结果显示,EC50阈值的测定结果要敏感于EC10,而EC10测定结果的变异系数普遍大于EC50的测定结果.pH值是影响土壤Zn毒性阈值最为重要的因子,而基于土壤pH值,CEC,有机碳含量的归趋化预测模型可以很好地预测土壤中Zn的生态风险阈值.     

物种敏感性分布法在土壤中铜生态阈值建立中的应用研究

利用不同累计概率分布函数拟合了基于中国土壤的21个物种的铜毒理学数据,建立了不同土壤条件下的铜物种敏感性分布曲线.结果表明物种敏感性分布方程Burr Ⅲ在X轴(浓度)方向及y轴的较小累计概率范围内拟合优度较佳.在构建土壤中铜物种敏感性分布曲线时,利用铜生物毒害模型归一化处理能体现土壤性质对铜毒害的影响,相比于未归一化(不考虑土壤性质差异的影响)的结果更具科学性.结合铜的生物毒害模型利用Burr Ⅲ构建了中国土壤4种典型情景中的物种敏感性分布曲线,并基于此推导出了不同土壤情景下的铜5％毒害浓度(HC5),其在酸性土壤、中性土壤(包括水稻土)、碱性非石灰性土壤和石灰性土壤中的值分别为13.1、29.9、51.9和26.3 mg·kg-1(以土壤中外源铜为单位).此结果不仅表明了不同土壤条件下的不同物种对铜毒害的敏感性分布规律,还为建立对应土壤性质的铜生态阈值提供了可靠的科学基础.     

Cd对我国不同类型土壤硝化活性影响的主控因子研究

硝化作用是土壤中存在的一个重要生物学过程,其对环境条件的变化表现出极高的敏感性,其中包括重金属污染.本文选取我国10种不同类型土壤,采用室内模拟方法,研究硝化活性对不同Cd污染程度的响应特征以及影响Cd毒性的主要控制因素.结果表明:除红壤和黑土外,土壤硝化活性随外源Cd的增加而降低,采用Logistic模型和完全抑制模型可很好的表征两者之间的关系;通过Logistic模型获得的不同土壤ED25和ED50值分别为2.44~363.03 mg·kg~(-1)、10.99~553.64 mg·kg~(-1),由完全抑制模型拟合结果表明Cd对硝化活性的作用机理为完全抑制作用;基于土壤性质和ED50值建立的多元回归预测模型表明,pH和阳离子交换量(CEC)共同解释了回归模型变异的95.6%.综上表明在一定范围内土壤硝化活性可表征土壤Cd污染程度,土壤CEC和p H是影响Cd毒性的主控因素,可较好地预测土壤中外源Cd对硝化活性的毒性阈值.     

重金属铜和铅的生态毒性归一化及土壤环境基准研究

鉴于土壤性质对重金属生态毒性的潜在影响,开展了铜和铅的土壤生态毒性的归一化分析,一方面通过土壤性质(pH、OC（有机碳含量）、CEC（阳离子交换量）和Clay（黏土含量）)和土壤生物毒性数据建立多元回归归一化模型(铜（铅）分别含10（5）种土壤生物),此外,在毒性数据和土壤性质数据不足以建立多元回归模型时,构建种间外推归一化模型（铜和铅分别含12种土壤生物）.基于建立的重金属铜和铅的土壤生态毒性归一化模型,依据实测的土壤生态毒性数据和对应的土壤参数,计算出酸性、中性、碱性非石灰性和石灰性4种土壤条件下的土壤生态毒性数据,其中,铜涉及4门11科18种动植物和3种微生物过程,铅涉及5门10科15种动植物和5种微生物过程.采用归一化后的土壤生态毒性数据,得出基于Log-logistic物种敏感度分布法的铜和铅的HC5（保护95%物种的浓度）值和土壤环境基准值,中性土壤条件下铜和铅的土壤环境基准值分别为29.73和115.07 mg·kg^-1.     

水稻土中外源Cd老化的动力学特征与老化因子

选择5种不同性质的水稻土,通过外源添加制备了6个不同浓度梯度的Cd污染土壤,研究了外源Cd在几种水稻土中的老化动力学特征与影响因子;同时利用盆栽实验,结合Log-logistic分布模型,研究了5个不同老化时间(14、30、60、90和180d)与土壤中Cd对二种不同Cd敏感性水稻生长毒性的影响.结果表明,不同浓度外源Cd进入土壤后,0.05mol/L EDTA-2Na浸提的有效态Cd含量随着老化时间的增加而逐渐下降;与14d处理相比,老化30d后土壤中有效态Cd降幅达21.5%(红壤)~38.0%(黑土);老化90d后,土壤中Cd进入慢反应阶段. 基于二级动力学方程的拟合参数显示,土壤中Cd的老化特征表现为有效态Cd含量在30~60d内快速降低,随后变化减缓,经过90d的老化后,土壤中有效态Cd含量逐渐趋于平衡.基于老化动力学方程参数(C∞及K2)与土壤性质间的相关性分析表明,土壤pH值是影响Cd有效态含量变化的主控因子,其次是土壤CEC和OC含量.在不同性质土壤中,随着老化时间的增加,土壤中外源Cd对水稻生长毒性的半抑制浓度(EC50)值显著升高;与14d老化处理相比,经过180d老化后土壤中Cd对水稻生长毒性的EC50增加72.1%~195.0%;在大于90d的长期老化过程中,土壤pH值对Cd老化过程的影响逐渐降低,而CEC的影响逐渐上升,尽管如此,土壤中Cd老化过程的主要影响因子仍然是土壤pH,而与测试的2种水稻品种无关.     

基于梯度薄膜扩散技术评估黑麦草吸收Cd的研究

分别采用固态结合相(Chelex100)和液态结合相(聚丙烯酸钠,PAAS)的梯度薄膜扩散技术(DGT)对盆栽黑麦草实验中的土壤有效态Cd进行了提取,结果表明2种不同结合相的DGT技术提取的土壤有效态Cd含量与黑麦草地上部和地下部的Cd含量都呈显著相关关系,其相关系数分别为0.90,0.89(Chelex100-DGT)和0.90,0.87(PAAS-DGT).运用多元统计分析方法研究土壤pH值、阳离子交换量(CEC)、有机质(OM)和土壤颗粒组成等理化指标的影响,提取出2种主成分因子,建立逐步回归模型.第1主成分与OM和黏粒组成之间呈显著相关,定义为代表土壤中影响重金属生物有效性的“有机指标”,第2主成分则土壤pH值和CEC相关程度较高,定义为代表土壤中影响重金属生物有效性的“无机指标”.研究表明Chelex100-DGT和PAAS-DGT技术均能较好预测黑麦草对Cd的吸收,且包含了土壤理化性质的影响.     

北方农田镉污染土壤玉米生产阈值及产区划分初探

为探究我国北方镉(Cd)污染农田中玉米安全生产的土壤阈值以及产区划分,于部分北方玉米主要产区(含不同程度Cd污染)收集了 129套点对点的土壤-玉米样品,分析了土壤理化性质与土壤、玉米籽粒Cd含量之间的相关性,利用多元线性回归法和物种敏感度分布曲线法(SSD)推导不同土壤情景下土壤Cd的生态阈值,并进行了玉米"宜产、限产、禁产"产区划分.结果表明,研究区土壤与玉米籽粒中Cd含量超标分别为99.62％和49.61％;玉米籽粒中Cd富集系数(BCF)与土壤pH、土壤有机质(SOM)、阳离子交换量(CEC)和土壤有效态Cd含量(DTPA浸提)均呈极显著相关性(P＜0.01).多元线性回归法的预测可解释因变量71.9％的变异量;基于研究区土壤特性以及参考资料,划分3种不同土壤情景分别为,情景1:6.5＜pH≤7.5,土壤 ω(SOM)=15 g·kg-1,土壤 CEC=15 cmol·kg-1;情景2:7.5＜pH＜8.5,土壤 ω(SOM)=20 g·kg-1,土壤 CEC=20 cmol·kg-1;情景3:pH≥8.5,土壤 ω(SOM)=17 g·kg-1,土壤 CEC=17 cmol.kg-1,利用 SSD 法中 Logistic 函数模型推导以上3种情景的粮食宜产区土壤Cd阈值分别为3.00、3.80和3.11 mg·kg-1;禁产区阈值为8.95、9.10和7.21 mg～kg-1,当土壤Cd含量介于宜产区阈值与禁产区阈值之间时该区域划分为粮食限产区;玉米用于饲料使用时3种情景下的饲料宜产区阈值分别为14.94、18.90和15.55 mg·kg-1,禁产区阈值分别为44.93、45.40和36.05 mg·kg-1,两者之间的区域为饲料限产区.以上方法和结果可为我国北方农田土壤的安全生产提供参考,并为土壤生态阈值的标准制定提供科学依据.     

基于物种敏感度分布法建立中国土壤中锑的环境基准

基于Sb（锑）的植物及动物毒理学数据缺乏以及保护生态受体的土壤Sb的环境基准尚未建立的现状,通过收集和筛选文献中Sb的毒理学数据并补充开展不同土壤类型的跳虫和植物的毒理学试验,建立了Sb的生物毒性预测模型,并以此为依据对收集及试验毒理学数据进行归一化处理,以消除土壤性质的影响.此外,进一步利用SSD（species sensitivity distribution,物种敏感度分布法）推导我国4种典型情景土壤中Sb的HC₅（hazardous concentration,能够保护95%物种的生态安全阈值）,最终建立基于土壤性质参数的环境基准计算模型.结果表明:①不同土壤中Sb对跳虫的毒性差异较大,跳虫毒性阈值EC₁₀（effect concentration,10%抑制效应浓度）与土壤pH呈负相关,与w（SOC）（SOC为土壤有机碳）呈正相关,即随着土壤pH增加或w（SOC）降低,Sb对跳虫的生物有效性随之增加,进而导致EC₁₀降低.②通过毒性阈值与土壤性质之间的多元回归分析可知,土壤pH和SOC可较好地预测Sb的生物毒性,植物和无脊椎动物的R2（决定系数）分别为0.778和0.867.③利用SSD得到11个物种在4种典型情景土壤中的HC₅分别为55.12、28.28、28.08及14.55 mg/kg,推导出PNEC_total（predicted no effect concentration,预测无效应浓度）分别为28.96、15.54、15.44及8.68 mg/kg,计算模型为PNEC_total=-5.811pH+0.587[SOC]+55.480+C_b（[SOC]为土壤有机碳含量,C_b土壤Sb背景浓度）.鉴于此,建议以中性土壤中Sb的环境基准值作为我国农用地土壤Sb污染风险筛选值制订的参考依据,即农用地土壤w（Sb）限值定为15 mg/kg.      

县域尺度土壤铜的有效性及相关影响因素评估

了解土壤重金属相关属性(如全量、有效态含量等)的空间分布状况及相关环境因子对其有效性的空间非平稳影响,对土壤重金属风险区域的划定和空间调控措施的制定具有重要作用.本研究基于张家港市357个土壤样本数据,首先探讨了土壤类型和土地利用类型对土壤有效铜的影响.然后采用普通克里格预测了该区域土壤全铜和有效铜的含量,计算得到其有效性比率(即有效铜/全铜)的空间分布状况,并结合有效铜及其有效性比率划定了土壤有效铜的风险调控区域.最后,采用一种空间局部回归技术,地理加权回归(GWR)探索了土壤有效铜与3个主要土壤因子(即土壤全铜、pH和SOM)之间的空间局部回归关系.结果表明,土壤类型和土地利用类型均对土壤有效铜含量存在一定程度的影响.土壤铜的有效性比率具有较强的空间异质性,其变化范围在13.56%~29.15%.模型对比结果显示,GWR模型较传统的普通最小二乘回归(OLSR)模型具有更高的拟合精度(即较大的决定系数R2,较小的AICc信息准则和残差平方和).GWR分析结果显示,各土壤因子对土壤有效铜的影响在空间上是非稳态的.GWR模型能有效地揭示相关土壤属性对土壤有效铜的空间非平稳影响,其结果可解释局部区域土壤有效铜累积的原因.基于上述分析结果,可以为该研究区域内土壤有效铜的调控提供具体的空间决策支持.     

农用地土壤重金属锌的生态安全阈值研究

土壤生态安全阈值是合理修订农用地土壤风险管控标准的重要基础.然而,现行农用地土壤锌（Zn）的风险筛选值（GB 15618—2018） 缺乏对土壤生态风险的考虑.本研究通过调研国内外Zn陆生毒性研究,收集并筛选Zn的10%效应浓度（EC10）,采用物种敏感性分布法（SSD）分别构建陆生植物/无脊椎动物的SSD模型和微生物生态过程的功能敏感分布模型（FSD）,基于风险附加法推导农用地土壤重金属Zn的生态安全阈值.结果表明,土壤pH是影响陆生植物和无脊椎动物生态毒性的重要因素,对土壤生态过程指标无显著影响.6种SSD模型（Log-Normal、Log-Logistic、Log-Gumbel、Gamma、Weibull and BurrIII）均可成功拟合不同pH土壤条件下的毒性数据,基于最优SSD模型推导强酸性 土壤（pH≤5.5）、酸性土壤（5.5<pH≤6.5）、中性土壤（6.5<pH≤7.5）和碱性土壤（pH>7.5）条件下农用地土壤Zn的生态安全阈值,分别为170、230、305和410 mg·kg^-1.本研究可为后续我国农用地土壤风险管控标准的修订提供科学依据.     

中国土壤铜的区域分级基准建立及生态风险评估初探

中国幅员辽阔,土壤类型复杂多样,全国采用统一的土壤铜环境标准,会造成局部地区土壤生态风险评估出现误判.为了开展精细化区域环境管控,亟需建立区域性土壤铜环境基准.本文基于土壤酸碱度、有机碳和阳离子交换量与物种敏感度分布曲线确定的铜生态阈值之间的关系,估算中国省级区域不同土地利用类型土壤铜的环境基准值,继而结合中国土壤环境浓度,对现行标准进行初步生态风险评估.研究表明：(1)不同省级区域土壤中铜的环境基准值存在较明显差异,空间分布符合南低北高的规律;(2)农用地土壤现行标准对土壤铜风险存在误估情况,且该标准对土壤铜风险误估程度在地域分布上存在明显分界线;(3)现行标准的区域适用性不足,区域性环境标准的制定迫在眉睫.本文所得中国土壤铜的区域分级环境基准为新标准的建立提供了科学依据.     

基于典范对应分析的喀斯特峰丛洼地土壤-环境关系研究

喀斯特地区是典型的生态脆弱区,环境容量小,抗干扰能力低,不同的土地利用方式、海拔、地貌地形特征等环境因子对土壤性质的空间变异有重要影响,峰丛洼地地貌景观异常破碎,石漠化严重,土壤性质对其环境的变化更加敏感.在野外调查取样、实验室分析的基础上,采用典范对应分析(CCA)研究土壤-环境关系.结果表明,不同的环境条件下土壤性质的空间变异有很大差异,全氮、碱解氮、有机碳、速效磷、速效钾、碳氮比的空间变异要比全磷、全钾和pH值的空间变异大,其中全氮、碱解氮和有机碳的空间变异趋势相似;不同的土壤性质与不同的环境因子之间的关联性不同,土壤有机碳、全氮和碱解氮与裸岩率和坡度有很好的关联性,速效钾主要受植被类型的影响,碳氮比与土壤厚度有很好的相关性,而全钾、全磷和pH值受环境的影响相对较小;不同的环境因子对土壤性质的影响程度大小依次为:土地利用方式>植被类型>裸岩率>坡向>土壤厚度>坡度>海拔高度.除全钾和pH值以外,不同的土地利用方式对土壤性质有显著影响.     

区域农田土壤镉风险的机理式定量预测模型研究——以江苏省为例

大面积区域土壤风险的精准定量评价和预测一直是研究的热点和难点,以往经验式为主的模型在普适性上存在较大局限.基于土壤理化性质和热力学化学平衡的机理式多表面形态模型(Multi-surface Speciation Model,MSM)已在实验室和小区域尺度成功预测土壤Cd的溶出,但能否应用于更大区域的环境风险评价还未可知.基于此,本研究收集了3354个江苏省表层土壤Cd样品和155个含有理化性质的表层土壤剖面,利用图斑赋值方法得到3354个具有完整理化性质和全量Cd含量的土壤样品数据,在此基础上利用MSM预测各样品的有效态Cd含量,并根据江苏省典型区域MSM-Cd阈值开发了基于MSM的江苏省土壤Cd污染生态风险评价预警模型和敏感性模型,并绘制了江苏省土壤Cd污染风险现状图和土壤Cd敏感地图.结果表明,MSM-Cd比总Cd可更准确预测高污染地区和非污染区域,同时发现增加土壤pH是降低Cd生态风险的最有效途径,而pH是影响土壤Cd敏感度的最重要原因.研究表明,基于MSM的土壤Cd风险预测模型可实现区域土壤风险的精准定量化评估与预测,为土地质量管理和风险管理提供决策依据的实用技术支持.     

叶菜类蔬菜产地镉环境质量类别划分技术研究

以农业农村部环境监测总站对我国主要叶菜类蔬菜产地的例行监测数据为基础,综合考虑种类和土壤理化性质的影响,深入探讨了应用物种敏感性分布法（SSD）基于不同累积概率建立我国叶菜类蔬菜产地“优先保护类、安全利用类和严格管控类”的土壤镉环境质量类别划分阈值,并对其合理性验证.结果表明：pH值、阳离子交换量（CEC）和土壤有机质（SOM）对叶菜类蔬菜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为lgBCF=-0.122pH+0.025lgSOM-0.048lgCEC+1.252（R²=0.746,P<0.01,n=134）,可解释叶菜类蔬菜富集系数74.6%的变异;利用上述模型将不同土壤理化性质条件下叶菜类蔬菜镉的生物富集系数（BCF）归一化处理可最大程度降低土壤理化性质对其富集镉的影响,凸出叶菜类蔬菜的内在敏感性;利用归一化后的BCF通过log-logistic拟合函数构建SSD曲线得到,不同叶菜类蔬菜种类对镉的敏感性差异明显;依据SSD曲线基于保护80%、50%和5%的叶菜类蔬菜种类分别推导出pH≤6.5、6.5相似文献   

土壤Mehlich-3可浸提态镍对大麦根伸长的毒性

本研究选择我国具有代表性的11种外源添加镍（水溶性镍盐）污染土壤样品,在模拟田间人工降水（淋洗和非淋洗）处理后,研究了Mehlich-3单次或连续3次浸提态镍对大麦根伸长的毒性.结果发现：结合重要影响因素土壤pH值,Mehlich-3可浸提态镍和外源添加镍具有显著相关关系;基于Mehlich-3可浸提态镍的植物毒性阈值也显著受土壤性质影响（半抑制浓度可相差38倍以上）.通过回归分析发现土壤性质对Mehlich-3浸提镍的生物毒性的影响与Mehlich-3浸提次数有关,主要影响因子分别是铁铝锰氧化物和粘粒含量（单次浸提）或土壤pH值和有机质（3次浸提）.研究建立了基于可浸提态镍对大麦根伸长的毒性阈值预测模型.研究结果证明了重金属的化学浸提态代替全量作为风险评价标准的可行性,为提高土壤中镍的生态风险评估的准确性和科学性提供支撑.     

锑对甘蓝的毒性阈值研究

为丰富完善我国土壤中Sb（锑）对植物的毒理学数据并为土壤Sb生态基准的制定提供依据,参照国际标准化组织颁布的植物毒性试验的标准方法（ISO 11269-2:2013）,以外源添加的方式研究了我国17种典型土壤中Sb对甘蓝早期生长生物量的影响.结果表明:①基于全量Sb推导的甘蓝的毒性阈值EC₁₀（10%抑制效应浓度）变化范围为100.55~656.65 mg/kg,表明不同土壤中Sb的毒性差异显著,但基于有效态Sb（Na₂HPO₄溶液提取）推导的不同土壤中EC₁₀的变化范围为8.28~24.05 mg/kg,其EC₁₀差异有所减小;②相关性分析表明,基于土壤全量Sb推导的EC₁₀与w（OM）（OM为有机质）、w（TN）（TN为全氮）和CEC（阳离子交换量）均呈显著正相关（相关系数为0.746~0.779）,而基于有效态Sb推导的EC₁₀与w（Fe）和w（Mn）呈显著正相关（相关系数为0.479~0.615）;③多元回归分析进一步表明,土壤pH、w（OM）和CEC可以解释基于全量Sb推导的EC₁₀值74.6%的变异,w（OM）和w（Mn）可以解释基于有效态Sb推导的EC₁₀值62.6%的变异.研究显示,Sb的Na₂HPO₄提取态能在一定程度上解释不同土壤中Sb对甘蓝的毒性差异,pH、w（OM）、CEC和w（Mn）是影响Sb对植物毒性的土壤主控因子,可以较好地预测Sb的毒性阈值.      

秸秆直接还田和炭化还田对红壤酸度、养分和交换性能的动态影响

为比较秸秆直接还田和炭化还田对亚热带典型红壤酸度、养分及交换性能的动态影响,试验以水稻和油菜秸秆为材料,设置7个盆栽处理:空白(CK)、水稻秸秆直接还田(R1B0)、水稻秸秆350℃炭化还田(R1B1)、水稻秸秆550℃炭化还田(R1B2)、油菜秸秆直接还田(R2B0)、油菜秸秆350℃炭化还田(R2B1)和油菜秸秆550℃炭化还田(R2B2),秸秆按1%和相应的生物质炭施入土壤,进行水稻培育试验.在水稻秧苗期、分蘖期、灌浆期和成熟期这4个时期采集土壤,分析土壤酸度、养分和交换性能的动态变化.结果表明,红壤pH、 NH~+_4-N和NO~-_3-N含量随生长期呈现减小的趋势,而有机质、CEC和各交换性盐基离子呈现增加的趋势.秸秆直接还田和炭化还田均提高土壤pH,降低交换性酸总量,同时提高有机质含量及交换性能,且作用效果随生长期增大.成熟期时秸秆炭化还田对各项指标的作用效果均好于秸秆直接还田,秸秆原料和炭化温度对各项土壤性质的影响不同,油菜秸秆生物质炭在提高土壤pH、有机质和CEC含量方面略好于水稻秸秆生物质炭.土壤酸度、养分含量和交换性能等因子的相关分析表明,土壤交换性酸与有机质呈极显著负相关关系(R=-0.912,P0.01),与CEC呈显著负相关关系(R=-0.866,P0.05),CEC和有机质呈显著正相关关系(R=0.833,P0.05),说明三者之间密切相关.研究表明,秸秆直接还田和炭化还田均可以达到改良土壤酸性和提高养分含量的效果,在等量秸秆情况下,秸秆炭化还田对阻控土壤酸化、提高有机质含量和CEC的效果比秸秆直接还田较为明显.     

贵州铅锌矿区土壤和作物重金属生态风险与迁移特征

土壤中积累高含量的重金属对生态环境和人体健康存在潜在风险.以贵州省某铅锌矿区农田土壤和作物为研究对象,运用GIS空间制图分析了重金属的分布与来源,采用潜在生态风险指数(RI)评价了重金属的潜在生态风险,利用美国环保署(USEPA)推荐的人体健康风险评估方法量化了居民暴露于铅锌矿周围土壤重金属的健康风险.结果表明,土壤中ω(As)、ω(Cd)、ω(Cr)、ω(Cu)、ω(Hg)、ω(Ni)、ω(Pb)和ω(Zn)平均值分别为：58、7.9、175、64、0.461、65、1 539和2 513 mg·kg^-1,均显著高于贵州省表层土壤元素背景值.土壤As、Cd、Cu、Hg、Pb和Zn含量在空间分布上极不均匀,其受到了强烈的铅锌矿冶炼等人为扰动.RI评价显示,土壤重金属存在极强、较强等级为主的综合潜在生态风险,Cd为主要的生态风险因子. 22%和10%的玉米籽实样品中Pb和As分别超过了食品安全国家标准中的重金属污染阈值.人体健康风险评价显示,暴露于土壤重金属对成人和儿童存在非致癌健康风险,对儿童存在一定的致癌健康风险.土壤pH值是影响Cd生物有效性和土壤-作物系统C...