水分条件对稻田土壤汞甲基化影响的模拟研究

通过培养实验,研究了70%田间持水量、干湿交替及淹水等3种水分管理方式对外源Hg在稻田土壤中甲基化的动态过程.外源添加浓度为5 mg·kg~(-1)Hg~(2+),培养时间为42 d.结果表明,70%田间持水量下,土壤甲基汞(Me Hg)含量基本保持稳定,平均为11.55μg·kg~(-1);淹水条件下,土壤Me Hg含量呈上升趋势,平均为30.70μg·kg~(-1),约为70%田间持水量的2.7倍;干湿交替条件下,土壤Me Hg呈现"涨-消"的波动趋势,平均含量为20.41μg·kg~(-1),约为70%田间持水量的1.7倍.培养结束后土壤Me Hg含量和占总Hg比例依次为:淹水(37.42μg·kg~(-1),0.76%)干湿交替(16.08μg·kg~(-1),0.33%)70%田间持水量(11.75μg·kg~(-1),0.25%),表明淹水条件有利于稻田土壤中汞的甲基化.Elovich方程可以拟合淹水条件下稻田土壤Me Hg含量变化的动力学过程,表明土壤中Me Hg含量在试验前期(7 d)快速升高,随后呈现缓慢增长的趋势.培养期间,各水分处理下稻田土壤中硫酸盐还原菌(SRB)数量均表现为上下波动式的周期性变化特征,均值分别为(533±31)cfu·g~(-1)(70%田间持水量)、(615±39)cfu·g~(-1)(淹水)和(509±43)cfu·g~(-1)(干湿交替).相关分析表明,土壤Me Hg含量与硫酸盐还原菌(SRB)数量、氧化还原电位(E_h)、土壤含水量之间的相关性达到了显著性水平(p0.05),与其他因素之间无显著相关性.可以推测,在稻田土壤淹水形成的厌氧环境中,SRB可能是生物汞甲基化的优势菌群.     

淹水落干下三峡水库消落带土壤无机磷形态转化特征

为探讨三峡水库消落带土壤无机磷的转化规律,通过布置原位浮台,将装有土壤的塑料盆悬挂在不同水深(0、2、5、15m)处,分别淹没30、60、180 d,落干180 d,研究淹没水深和时长对消落带土壤的理化性质及无机磷形态的影响.结果表明,淹水-落干循环中,土壤pH、有机质、全磷和有效磷含量均呈现先降低后升高的趋势.落干180 d后,土壤pH、有机质和全磷含量降低,有效磷含量升高.土壤淹水后,各形态无机磷占全磷的比例大小为Fe-PAl-PCa8-PCa2-P.淹水0 m、2 m时Ca2-P、Ca8-P随淹水时间持续下降,淹水5 m、15 m时随淹水时间先降低后升高.落干180 d后无机磷含量显著增加,随淹水深度的增加无机磷含量呈降低趋势;Al-P含量随淹水时间先降低后持续升高,随淹水深度变化趋势不明显;Fe-P含量随淹水时间和淹水深度变化无明显规律.     

淹水土壤土-水界面磷素迁移转化研究

通过室内PVC土槽实验,模拟了淹水条件下土壤上覆淹水和孔隙水中磷的释放及其影响因素Eh值、pH值、Fe2 、Fe3 和溶解有机质(DOC),以及土壤中无机磷组分的转化,并通过偏最小二乘主成分分析法分析影响磷迁移转化的因素,得到主要影响因子.实验结果表明,54d淹水期间,上覆淹水可溶性磷浓度大于孔隙水的磷浓度,前者累积释磷量是后者的16倍;土壤磷的释放主要以Fe-P、O-P和Al-P为主, Ca-P基本不变,其中以Fe-P的贡献最大,淹水期间比初始值减少了30.4%～72%;主成分分析表明, Eh值、Fe2 Fe3 和DOC是影响上覆淹水磷释放的主要因子, DOC络合Fe2 和Fe3 成水溶性三元复合体,释磷机制以络合增溶为主;DOC是影响土壤孔隙水磷释放主要因子,释磷机制以竞争吸附为主,高浓度铁离子的存在阻止了孔隙水中磷释放.     

淹水条件对不同土壤中稀土元素钕形态分布的影响

以旱作条件为参照,研究淹水条件对钕形态分布的影响.结果表明,淹水条件对内源钕B1态(水溶态、可交换态与碳酸盐结合)、B2态(铁锰氧化物结合态)和B3态(有机质及硫化物结合态)的分布无显著影响.对于外源钕,淹水条件使B1和B3态浓度增加,而B2态浓度则因土壤性质而异,中性土壤中浓度稳定,酸性和碱性土壤中浓度分别增高和降低,其机制有待进一步研究;淹水条件对黄红壤和黄褐土中外源钕无显著影响,而砂姜黑土则相反;两种条件下,3种土壤中B2和B3态浓度顺序相同,B2态浓度顺序为:黄红壤黄褐土砂姜黑土,B3态浓度顺序为:砂姜黑土黄褐土黄红壤,而B1态在黄红壤中浓度最大;外源钕有进入残渣态的趋势,但并不明显,且不同土壤的各形态对残渣态的贡献不同.     

旱地和淹水土壤中DDT的降解及DDMU和DDMS的形成趋势

在水稻和黑麦草2种栽培条件下,研究了新施入土壤中的工业DDT及微量老化残留DDT的降解,以及二级降解物DDMS和DDMU的形成动态.结果表明,DDT在旱地土壤中降解缓慢,其一级降解物DDE和DDD检出量略有增加,二级降解物DDMU和DDMS的形成极为有限,到试验终止时(黑麦草生长128 d)二者检出量仅为20 ng·g^-1.DDT在淹水土壤中可迅速降解,84 d后DDT残留量仅为施入量的2％左右,维持在70～80 ng·g^-1的水平;随DDT的降解,其一级降解物DDD检出量增加,在第84 d达峰值,DDD检出量的峰值与DDT的谷值时间基本吻合;同时DDMS和DDMU检出量也明显增加,在84 d时达到峰值,分别为28和115 ng·g^-1.未发现不同土壤条件对微量老化残留DDT降解动态或降解物形成产生影响.因此,淹水条件极利于新施入DDT在土壤中的降解并形成DDMS,但不能通过改变土壤水分条件来促进老化残留DDT降解.     

西南地区典型森林水库土壤和沉积物汞的迁移转化特征

以西南地区典型拦蓄筑坝形成的森林水库重庆四面山大洪海为研究对象,在湖边位置将从未被水淹没区域的土壤（未淹水区土壤）和沉积物进行原位置换实验,并对水库水体以及土壤总汞（THg）和总甲基汞（TMeHg）的变化进行了为期一年的监测研究.结果表明,四面山大洪海水库未受汞污染的影响,其水体THg[（1.89±0.72）ng·L^-1]和TMeHg[（0.13±0.04）ng·L^-1]的质量浓度均值远低于我国环境质量标准中Ⅰ类水质标准和国内外其他一些水库或湖泊,未淹水区土壤和沉积物中THg和TMeHg的含量也相应低于其他一些水库或湖泊;水体和土壤中THg和TMeHg的含量具有一定的季节性变化（暖季>冷季）,其中TMeHg的季节性变化更明显,主要影响因素为气候和降雨量的变化;沉积物中THg和TMeHg的含量相对未淹水区土壤均有明显的升高,表明沉积物是水库汞储存的重要场所,同时也使沉积物成为水库汞（尤其是甲基汞）污染的潜在源;原位置换后的土柱THg和TMeHg含量在经过较短的时间即能与周围土壤达到平衡状态,特别是表层土壤,说明水库消落带能够加快汞的地球化学循环过程.     

鄱阳湖湿地淹水与非淹水状态下微塑料表面细菌群落分布特征

粒径小于5 mm的塑料微粒被称为微塑料,微塑料在环境中广泛存在且会造成许多负面影响.选取鄱阳湖碟形湖湿地为研究区,以碟形湖湿地淹水和非淹水状态下沉积物中的微塑料为研究对象,采集沉积物、水体以及淹水和非淹水状态下沉积物中微塑料样品.利用16S高通量测序技术分析沉积物、水体和微塑料表面细菌群落结构分布特征.α多样性分析结果表明,环境中细菌丰富度和多样性与微塑料表面存在显著差异,淹水和非淹水状态下微塑料表面细菌丰富度和多样性均低于周围环境.主坐标分析结果表明非淹水状态下微塑料表面细菌群落受沉积物影响较大,淹水状态下微塑料表面细菌群落受水体影响较大.微塑料表面细菌群落结构和周围环境亦表现出明显差异,与水体和沉积物样品相比,非淹水状态下微塑料表面变形菌门（Proteobacteria）相对丰度显著增加,而淹水状态下微塑料表面细菌拟杆菌门（Bacteroidota）相对丰度增加.沉积物中细菌主要由大量丰度<1%的其他细菌属组成,而微塑料表面细菌群落有明显优势种.非淹水状态下微塑料表面细菌属水平主要由黄杆菌属（Flavobacterium）、马赛菌属（Massilia）和假单胞菌属（Pseudomonas）组成,淹水状态下微塑料表面细菌属水平中黄杆菌属相对丰度最高.假单胞菌属是未来塑料生物降解的重点研究对象.研究可进一步提高对湖泊湿地生态系统微塑料污染的认识,并为湖泊环境管理提供理论依据.     

水分条件对生物炭钝化水稻土铅镉复合污染的影响

采用培养试验,探究30% WHC、淹水和干湿交替等3种水分条件下,向Pb和Cd污染水稻土以1%添加量施入水稻秸秆生物炭后重金属的形态变化,为生物炭修复重金属复合污染稻田的水分管理提供科学依据.结果表明,添加生物炭后,淹水和干湿交替可显著提高土壤pH值、可溶性有机碳（DOC）和无定形氧化铁含量（Fe_o）.培养结束后,在添加生物炭的处理中,相较于30% WHC,淹水和干湿交替条件下TCLP提取态Pb含量分别下降31.87%和20.33%,TCLP提取态Cd含量分别下降25.29%和16.07%.淹水条件下弱酸提取态Pb和Cd下降幅度分别为24.78%和20.14%,且弱酸提取态Cd含量随时间逐渐降低.在3种水分条件下,Pb和Cd有效性降低顺序为：淹水 > 干湿交替 > 30% WHC.相关分析结果显示,土壤pH和无定形氧化铁含量均与有效态Pb和Cd呈显著负相关,表明淹水条件下添加生物炭可通过提高土壤pH和无定型氧化铁含量来有效钝化Pb和Cd,具有促进复合重金属污染酸性水稻土中重金属向稳定态转化的协同机制.     

淹水和干湿交替对修复后土壤铬的稳定性影响研究

采用固化/稳定化技术修复后的场地和土壤因其污染物未彻底清除而备受关注，外界环境胁迫下重金属存在再活化的风险，但再活化的速率和形式尚不明确. 我国华南地区高温多雨，水热交换频繁剧烈，固化/稳定化后修复场地的安全利用面临更大的潜在风险. 以珠三角地区2个典型固化/稳定化修复后场地土壤为研究对象，开展淹水和干湿交替对土壤重金属铬(Cr)的释放、形态转化及其影响机制研究. 结果表明:①淹水和干湿交替可提高已固化/稳定化土壤中Cr的浸出浓度. 场地A和B土壤Cr的浸出浓度较淹水前分别上升了1.32和8.72倍，干湿交替后场地A土壤Cr的浸出浓度略有下降，场地B土壤Cr的浸出浓度则增加了4.32倍. ②淹水和干湿交替促使已固化/稳定化的Cr从酸可提取态向相对稳定的可氧化态等转化. 场地A和B土壤中酸可提取态Cr含量较淹水前的变化率分别为?60.17%和?14.34%，可氧化态Cr含量的变化率分别为2.71%和13.30%；干湿交替后土壤可提取态Cr含量的变化率分别为?28.78%和?2.13%，可氧化态Cr含量的变化率分别为5.48%和10.22%. ③淹水通过降低土壤氧化还原点位(E_h)、pH和无定形氧化铁等影响Cr的稳定性，促使Mn4+、Fe3+的还原和Cr的重新释放；干湿交替较淹水处理对固化/稳定化体系的影响相对较小. 研究显示，水分胁迫可提高固化/稳定化修复后土壤Cr的浸出浓度、改变赋存形态，但其浸出浓度远低于GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》和HJ/T 301—2007《铬渣污染治理环境保护技术规范(暂行)》规定的浸出液浓度限值；鉴于外界环境胁迫的长期性和复杂性，以及当前“一评定终身”的效果评估管理模式对未彻底清除污染物场地后期监管的无力性，持续关注和系统管控是实现固化/稳定化修复后场地可持续安全利用的必要途径.