“城郊乡”梯度下土壤Cu、Zn、Pb含量的空间变异特征

为揭示城市化、工业化等人为活动对土壤环境质量的影响,选择能反映上海城郊乡梯度差异的中心城区、城郊结合部和远郊,采用地统计学方法对表层土壤样品Cu、Zn、Pb的空间变异结构和分布特征进行了对比分析。结果表明:城市土壤Pb、Cu、Zn的变异系数范围为0.24~0.62,均属中等变异强度。徐汇区土壤Cu、Pb、Zn符合正态分布,闵行区土壤Cu、Pb和Zn符合对数正态分布,奉贤区土壤Zn呈正态分布,土壤Cu、Pb符合对数正态分布。由中心城区到远郊,城市土壤Cu、Pb、Zn的各项统计特征值和变异系数均有较大差异,存在明显的空间分布差异。半方差函数分析结果表明,徐汇区作为中心城区,土壤Cu、Pb、Zn符合球状模型,土壤Cu、Zn具有强烈的空间相关性,土壤Pb具有明显的空间自相关。奉贤区以农业用地为主,土壤Pb符合线性模型,土壤Cu符合高斯模型,土壤Zn符合指数模型,具有强烈的空间相关性。闵行区地处城郊结合部,土壤Cu、Pb、Zn的半方差拟合模型均为线性模型,表现为纯块金形式,以随机变异为主,空间相关性弱。采用Kriging最优内插法进行无偏估值,绘制了表层土壤重金属含量的空间分布图,中心城区、城郊结合部、郊区土壤重金属的空间分布受城市化、工业化、城市交通等因素的影响,均表现出不同的空间分布规律。     

川中丘陵县域土壤pH空间变异及影响因素分析——以四川仁寿县为例

利用2012年在仁寿县采集的555个表层土样(0~20cm),应用地统计学方法分析了该县域尺度表层土壤pH值的空间变异特征;并采用方差分析和回归分析量化主要影响因素对土壤pH值空间变异的影响程度。结果表明:研究区土壤pH值在4.02~8.14之间,平均为6.80,总体上以中性和碱性土壤为主;变异系数为14.48%,属中等程度的空间变异性。地统计分析表明,研究区土壤pH值变异函数的最佳理论模型为球状模型,具有中等程度的空间自相关性,且空间自相关范围较大。方差分析和回归分析表明,土壤类型、成土母质和土地利用方式是显著影响土壤pH值的主要因素。其中,成土母质和土地利用方式分别能独立解释76.2%和4.8%的土壤pH值空间变异。土壤类型的解释能力与分类级别有关,土类、亚类和土属可分别独立解释41.3%、57.3%和83.7%的土壤pH值空间变异,因而能反映成土过程和母质特性的土属是研究区土壤pH值空间变异的主控因素。研究结果可为川中丘陵县域尺度土壤pH空间变异分析及区域生态环境管理与建设提供有益参考。     

基于Copula函数的汉江中上游流域极端降雨洪水联合分布特征

选取汉江中上游流域作为研究对象,根据流域九个气象站点1969~2008年逐日降雨资料以及丹江口水库同时期日入库流量资料,采用年最大值法(AM)和百分位法两种选样方式选取1 d、3 d降雨和1 d、3 d洪量极值样本,分别运用广义极值分布(GEV)、广义帕累托分布(GPD)、伽玛分布(Gamma)3种极值统计模型对样本进行单变量边缘分布拟合,运用Gumbel、Clayton以及Frank Copula函数模型对样本进行多变量联合分布拟合,遴选出描述流域降雨和洪水联合分布规律的最优概率模型。结果显示:对于AM选样样本,边缘分布为GEV时降雨洪量的二维和三维联合分布Frank Copula函数拟合效果最优;对于百分位选样样本,边缘分布为GPD时降雨洪量的二维联合分布Gumbel Copula函数拟合效果最优,三维联合分布则是Frank Copula函数拟合效果最优;比较二维和三维Copula函数模拟结果,三维联合Copula函数推求的设计值更大,说明三维联合分布考虑了更多的变量和极值信息,能更全面地反映极端降雨洪水事件的真实特征,对工程设计更显安全。     

湘潭锰矿重金属环境安全及植物耐性研究

采集了湘潭锰矿红旗分矿开采区、沙圹村恢复区的代表性当季蔬菜(莴笋叶Fruticicolidae、小白菜Brassica chinensis、香葱Allium schoenoprasum、空心菜Ipomoea aquatica)、废弃区的优势植物(商陆Phytolacca acinosa、野茼蒿Crassocephalum crepidioides、苍耳Xanthium sibiricum)和3个研究区的土壤,通过原子吸收分光光度法分析了Mn、Pb、Zn含量。结果表明:开采区蔬菜Mn含量(8.3~84.5 mg/kg)明显高于恢复区(2.7~55.6 mg/kg),开采区和恢复区蔬菜都明显受到Pb污染(0.6~33mg/kg),蔬菜Zn含量范围为1.9~6.5mg/kg;3个研究区域土壤重金属均明显超标,最严重的是Pb污染(1 993.5~2 213.5mg/kg)。商陆、野茼蒿和苍耳中重金属含量差异较大,对重金属的耐性强,其中商陆表现出最好的耐性与长势。研究结论对锰矿土地合理利用以及矿区土壤重金属治理提供一定的科学依据。     

6种陕北适生豆科植物生长对原油污染土壤的响应

为筛选优良的石油污染土壤修复植物,选取陕北适生的6种豆科乡土植物,对不同浓度原油污染土壤中植物的生长差异进行研究.采用混油法盆栽试验,分设0、5 000、10 000、20 000、40 000 mg·kg-1共5个不同的原油污染浓度,分析其对土壤理化性质的改变,对植物出芽时间、出芽率、株高、植物干重、叶绿素含量和枯萎率的影响.结果表明,原油污染显著改变土壤理化性质.5 000 mg·kg-1低浓度原油污染,对受试植物的发芽率和植物株高有促进作用,后随原油浓度加大植物生长受到明显抑制.原油污染浓度低时草本植物耐受力较强,其中紫花苜蓿(Medicago sativa)在出芽时间、出芽率、株高及枯萎率等方面综合表现较优.从40 000 mg·kg-1浓度时枯萎率及叶绿素含量分析,刺槐(Robinia pseudoacacia)表现较高的耐受力.相关分析表明,原油污染浓度与植物出芽时间、出芽率、株高、干重均呈显著负相关,但与叶绿素含量呈极显著正相关.     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤呼吸的影响及其持续效应

以太岳山油松林为研究对象,对林地分别作3种凋落物处理:对照(C)、去凋(B)、去凋+切根(A),并设计了4个氮水平:对照(CK,0 kg·hm-2·a-1,以N计,下同)、低氮(LN,50 kg·hm-2·a-1)、中氮(MN,100 kg·hm-2·a-1)和高氮(HN,150 kg·hm-2·a-1),研究了土壤呼吸速率在施氮后的连续变化,以及与温度、湿度、微生物生物量C、N、土壤酶活性的关系.结果表明:去凋+切根、去凋、对照样方不同施氮水平下土壤呼吸速率基本都在施N后的第1 d处在最高峰,随即下降,切根+去凋、去凋处理样方的土壤呼吸速率在施氮后第3 d趋于稳定,而对照处理样方的土壤呼吸速率一直处于下降状态.施氮在一定程度上抑制了切根+去凋处理的土壤呼吸速率,而促进了去凋处理、对照处理的土壤呼吸速率,并且土壤微生物生物量C、N的变化与土壤呼吸速率变化一致,土壤呼吸速率与土壤酶活性、土壤湿度的拟合关系不显著(p0.05),而与土壤温度的拟合关系显著(p0.05).以土壤温度、土壤湿度构建的复合模型R s=aebTWc预测土壤呼吸的准确性高于单因子模型,施氮降低了每种凋落物处理指数关系模型(R s=aebT)的决定系数R2,并且施氮降低了切根+去凋、去凋处理的温度敏感性指数Q10,而对对照处理的Q10无明显影响.     

漫湾大坝上下游沉积物重金属与营养元素分布特征及环境风险评价

研究了漫湾水电站大坝上下游11个采样断面的沉积物中的有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)和金属元素Al、As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn的含量及空间分布特征,利用地积累指数法、潜在生态风险指数法对沉积物重金属的环境风险进行了评价.结果表明,As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn的平均年含量分别为31.88、0.80、63.26、32.55、607.81、32.11、36.54、132.29 mg·kg-1,与云南省土壤背景值相比,重金属元素均出现一定程度的富集.其中,Cd和As比其他金属元素污染重,处于中-强度污染状态.在大坝上游干流中靠近大坝的断面环境风险最高,支流断面风险水平普遍低于附近的干流断面,大坝下游断面的风险值明显低于大坝上游断面.干流沉积物重金属蓄积明显受大坝建设影响,支流则受其上游区域人类活动和大坝建设的共同影响.营养元素在村庄聚集区和坝前地区含量较高,干流断面含量高于临近的支流断面,表明大坝建设和库区居民生产生活共同影响沉积物营养元素的分布.相关性分析与聚类分析表明,毒性较高的重金属元素Cd、As、Pb可以聚为一类,而且相互间呈显著正相关关系,并与OM呈正相关关系.虽然沉积物的有机污染在大部分地区呈现清洁或较清洁的水平,但是有机质可以吸附Cd和As,对沉积物的重金属污染具有增强效应.     

中小燃煤锅炉PM2.5排放特征实测研究

中小燃煤锅炉是我国工业和民用部门最主要的供热方式,掌握其一次颗粒物的排放特征对于研究大气PM2.5的来源和控制途径具有重要意义.本研究通过实测中小燃煤锅炉烟气,获得了中小燃煤锅炉PM2.5及以下粒径段的排放因子和分布,并分析了各粒径段的颗粒密度及除尘装置的去除效率.研究发现,PM2.5质量排放因子平均为(0.123±0.061)kg·t-1,PM2.5粒子数的排放因子平均为(3.17±1.65)×105t-1,烟气中70~120 nm粒径段的积聚模态颗粒在质量和数量上都高于其他粒径段.锅炉燃烧负荷是影响锅炉PM2.5排放的重要因素,锅炉的燃烧负荷越低,PM2.5排放将随之降低.实测锅炉的PM2.5排放因子显著低于物料衡算结果,说明采用物料衡算方法可能极大地高估了现有排放清单中工业燃煤锅炉的一次PM2.5排放量.     

生物炭改良剂对小白菜生长及低质土壤氮磷利用的影响

生物炭技术是近年来新兴的具有多重农业和环境效益的土壤改良技术.本研究以宁夏低质淡灰钙土为研究对象,以"中白78"小白菜(Brassica chinensis)为供试作物,分别按0、1.5%、3%和5%(质量分数)的比例添加花生壳生物炭(Biochar,BC)和基于花生壳生物炭研发的生物炭改良剂(BC-based amendment,AD),系统研究了BC和AD对小白菜植株生长、产量及土壤养分利用有效性的影响.结果表明:BC和AD的添加均增加了小白菜的株高和产量,与BC相比,AD对小白菜的增产效果更为显著(BC和AD处理的产量分别为对照的2.34~3.77倍和4.37~4.60倍).各剂量BC处理中,小白菜地上部、根系生物量的顺序为1.5%BC3%BC≈5%BC;而对于AD处理,3种添加量处理的小白菜生物量无显著性差异.增产的主要原因包括两方面:第一是两种材料中主要养分对小白菜生长的直接贡献;第二则是两种材料均促进了小白菜根系的生长,增强了根际效应,从而改变了N、P等土壤养分的利用有效性.BC和AD的加入均增加了小白菜对N的利用有效性,AD促进了小白菜对P的利用有效性.可见,BC和AD均可作为土壤改良剂,改善宁夏低质淡灰钙土的养分状况,提高作物产量.     

不同添加剂对铅冶炼污染石灰性土壤的修复及土壤性质的影响研究

探讨了污水处理厂脱水污泥、枯草和磷矿粉对受铅冶炼污染的石灰性土壤(全Pb、Cd、Zn含量分别为2337、21.4、486 mg·kg-1,DTPA提取态Pb、Cd、Zn含量分别为1035、14.5、68.7 mg·kg-1)中重金属的稳定效果及对土壤性质的影响.其中,污泥和枯草均按200 g·kg-1(干重)的用量施用,磷矿粉按n(P)∶n(Pb)=2∶1比例施用,培养80 d.研究结果表明,单独施用污泥可使土壤DTPA-Pb含量降低18.0%(p0.05),并可显著降低土壤pH,增加土壤氮、磷有效性和电导率、DTPA-Cd、DTPA-Zn含量,其中,DTPA-Cd、DTPA-Zn含量增加比例均达到10%以上.单独施用枯草可使土壤DTPA-Pb含量降低10.7%(p0.05),土壤有机质含量增加26.4%(p0.05),对土壤其它性状影响较小.磷矿粉单独施用时对土壤性质影响较小.与污泥单独施用相比,磷矿粉与污泥配合施用时,可使土壤DTPA-Cd含量降低11.9%.