湘中矿区不同用地类型面源Cd输出负荷的原位实验研究

受污染土壤重金属随降雨径流输出已成为河流、湖泊等水体重金属超标的主要来源之一,近年来日益受到关注.研究表明湘江中下游农田土壤重金属超标问题日益严峻,以镉超标最为严重.研究以湘中矿区Cd超标农业小流域为实验场,选取流域内水稻、旱田、荒草地这3类土地利用模式设置径流小区进行自然降雨水文过程的原位观测.结果表明,雨水pH值由春季到夏季呈升高趋势,径流水相溶解态Cd浓度呈明显的季节性差异,春季显著高于夏季,雨水pH值可显著影响土壤溶解态Cd向径流水相迁移,与径流水相溶解态Cd浓度呈负相关关系.相同降雨条件下,稻田径流水相溶解态Cd浓度显著低于旱田和荒草地,旱田与荒草地Cd面源输出负荷显著高于水稻田,由于降雨量差异,3类土地利用类型溶解态Cd面源输出负荷的季节性规律不明显.本研究可为流域尺度重金属面源输出负荷定量估算以及湘江流域水环境安全与水质预警提供数据支持和科学依据.     

桂西北喀斯特区原生林与次生林凋落物及养分归还特征比较

森林凋落物是森林生态系统的重要组成成分,其养分归还量在一定程度上决定着土壤养分有效性的高低。在土层浅薄且土被很不连续的我国喀斯特区域进行凋落物生物量及养分归还研究对我们更深刻地了解该区养分循环具有至关重要的意义。本文比较分析了桂西北喀斯特区3种原生林与3种次生林的全年凋落物量、组成、月凋落物量动态及养分归还量与动态。结果表明,圆果化香(Platycarya longipes Wu)、大叶蚊母树(Distylium Sieb.et Zucc.)与青檀(Pteroceltis tatarinowii Maxim.)3种原生林的年凋落物总量分别为2342.16,4057.99和1834.36kg·hm-2,而圆叶乌桕(Sapium rotundifolium Hemsl.)、八角枫(Alangium chinense(Lour.) Harms)和黄荆(Vitex negundo L.)3种次生林的年凋落物总量分别为3192.82,3284.26,2469.90kg·hm-2,除大叶蚊母树外,次生林年凋落物总量大于原生林。凋落物的组成中,叶凋落生物量均占总凋落物量的80%左右,甚至更高,而圆叶乌桕、八角枫和黄荆3种次生林群落的叶凋落物量占总凋落物量的百分比大于圆果化香、大叶蚊母树以及青檀3种原生林。凋落物的养分归还量的月动态与凋落物量的月动态一致,原生林呈"U"形曲线,而次生林则呈"W"形曲线。原生林和次生林凋落物的年养分归还量均为C﹥N﹥K﹥P,且次生林的C、N、P养分的归还量大于原生林。     

酸雨区不同用地类型土壤有效态Cd含量季节变化及关键影响因子

探明污染土壤重金属有效态含量的季节变化特征及其敏感影响因子,对农业生产过程中减低重金属生态风险具有重要的参考价值.研究于湘江中下游典型Cd超标农业小流域中选取稻田、旱作蔬菜地、丘陵林地这3类主要用地类型,分析不同用地类型Cd活性的季节变化特征及其与土壤基本理化参数的关联.为期1 a的原位监测结果显示,研究区为典型酸雨区,雨水p H值呈现冬、春季节低于夏、秋季.稻田土壤总Cd含量显著高于旱作蔬菜地,菜地显著高于林地,3种用地类型土壤总Cd含量季节特征相似,均为夏秋季节略低于冬春两季.3种用地类型Cd有效态季节变化与总Cd含量无明显的相关性,稻田土壤有效态Cd含量在5~9月的作物生长季明显低于其他月份,而菜地和林地则恰好相反.稻田土壤Cd有效性的最关键影响因子为Eh,呈显著正相关,与土壤p H负相关,菜地土壤与土壤TOC明显负相关,而林地土壤Cd有效性与水溶性有机碳、TOC呈现明显的正相关关系.研究可为Cd超标土壤污染阻控与农业安全生产提供一定的数据参考.     

桂西北喀斯特区原生林与次生林凋落物及养分归还特征比较

森林凋落物是森林生态系统的重要组成成分,其养分归还量在一定程度上决定着土壤养分有效性的高低。在土层浅薄且土被很不连续的我国喀斯特区域进行凋落物生物量及养分归还研究对我们更深刻地了解该区养分循环具有至关重要的意义。本文比较分析了桂西北喀斯特区3种原生林与3种次生林的全年凋落物量、组成、月凋落物量动态及养分归还量与动态。结果表明,圆果化香（Platycarya longipes Wu）、大叶蚊母树（Distylium Sieb．e tZucc．）与青檀（Pteroceltis tatarinowii Maxim．）3种原生林的年凋落物总量分别为2342．16,4057．99和1834．36k·hm～,而圆叶乌桕（Sapium romndifolium Hemsl．）、八角枫似langium chinense（Lour．）Harms）和黄荆（Vitex negundoL．）3种次生林的年凋落物总量分别为3192．82,3284．26,2469．90kg.hm-2,除大叶蚊母树外,次生林年凋落物总量大于原生林。凋落物的组成中,叶凋落生物量均占总凋落物量的80％左右,甚至更高,而圆叶乌桕、八角枫和黄荆3种次生林群落的叶凋落物量占总凋落物量的百分比大于圆果化香、大叶蚊母树以及青檀3种原生林。凋落物的养分归还量的月动态与凋落物量的月动态一致,原生林呈“u”形曲线,而次生林则呈“w”形曲线。原生林和次生林凋落物的年养分归还量均为C〉N〉K〉P,且次生林的c、N、P养分的归还量大于原生林。     

几种修复措施对Cd淋失及土壤剖面运移影响

采集典型Cd超标稻田土壤开展室外盆栽实验,选取石灰、生物炭、苎麻、苎麻+有机酸EDTA添加强化富集植物等当前具有大田推广潜力的重金属超标土壤修复措施为研究对象,分析降雨、土壤双重酸性环境不同修复措施下土壤剖面有效态Cd含量变化及其径流流失特征.结果表明,生物炭(2%质量分数添加量)相比其他处理可显著提高土壤p H,苎麻添加EDTA则明显降低了土壤p H.同次降雨事件中,苎麻处理所产生的径流水样中水溶态Cd质量浓度显著高于水稻降雨排水,水稻生物炭添加处理径流水Cd质量浓度明显低于石灰添加及其他各处理,苎麻添加EDTA后径流水Cd质量浓度比苎麻显著升高,石灰处理(0.3%质量分数添加量)对土壤p H、径流水Cd质量浓度影响不明显.实验周期内,径流水Cd的质量浓度呈现春季高于夏季的特征.生物炭添加可显著降低0~20 cm土层有效态Cd含量且具一定持续效应,EDTA添加则显著提高了0~20cm土层有效态Cd的含量,而添加一段时间后含量则明显降低,但20~40 cm土层有效态Cd含量则略高于其他处理,具有一定的次表层土壤Cd活化效应.综上,生物炭等碱性固化材料添加修复措施可降低Cd污染土壤对地表受纳水体、土壤剖面下移的污染风险,而有机酸强化植物修复技术对地表水、深层土壤Cd污染风险较大,因此有机酸强化植物修复措施在大田推广时应充分考虑重金属的二次污染风险.     

农业小流域粮食产量稳定与水环境质量提高途径研究

实地调研了我国典型黑土区农业小流域粮食产量与施肥量的空间异质性,通过建立产量施肥量模型对施肥量进行空间上的优化调整,并选用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)水文水环境模型进行流域水环境模拟.结果表明,施肥量在流域尺度上存在空间调整的可能和需要.在小流域粮食产量稳定目标下,通过施肥空间优化调整可减少小流域总施氮量的1.88%,同时SWAT模型模拟结果显示,施肥空间优化调整可降低NH 4+-N、NO 3--N营养盐输出分别为9.7%及5.6%.     

桂西北喀斯特地区3种灌木群落土壤有机层特征

研究了桂西北喀斯特地区植被自然恢复过程中分别处于不同演替阶段的3种灌木群落土壤有机层(OL)与表层土壤(表土,TS)的基本物理与化学特征.结果表明:(1)有机层干物质现存量为乔灌丛(5 478.96 kg hm2)>藤刺灌丛(4538.99 kg hm2)>灌丛(3 665.37 kg hm2);有机层与表土含水量分别为乔灌丛>藤刺灌丛>灌丛、乔灌丛>灌丛>藤刺灌丛.(2)总有机碳(TOC)、全氮(TN)在有机层中的含量基本为未分解层>分解层,全磷(TP)、全钾(TK)则相反;有机层的TN、TP释放回归速率主要受到凋落物质量的限制,而环境因素的影响相对次要;P素的回归周期最长,是养分归还的限制因素.(3)有机层中的TN贮量依演替阶段从低到高而降低,TP与TK贮量群落间相差不大,但表土与有机层中的养分库格局规律并不一致,在表土中层各养分无素贮量基本上均以乔灌丛最高,即随着群落的正向演替,养分在土壤中的累积基本呈增加的趋势.图1表3参25     

桂西北喀斯特次生林凋落物养分归还特征

以桂西北喀斯特次生林为研究对象,选择了自然恢复方式下处于同一演替序列的灌丛、藤剌灌丛、乔灌丛3个森林群落,应用网筐收集法于2007年9月至2008年8月定位观测和研究了各群落的凋落物量、组成特征、季节动态变化及其N、P、K含量.结果表明,3个次生林群落年均凋落物量范围为6 053.93 kg·hm-2(灌丛)～6 794.40 kg·hm-2(藤刺灌丛),凋落物以叶占明显优势,其年变化以单峰形式出现,峰值处在9月份;凋落物中主要养分元素的含量为N＞K＞P,而森林养分利用效率表现为P＞K＞N,灌丛、藤刺灌丛、乔灌丛的养分元素年归还总量分别为:95.41、106.09、80.62 kg·hm-2(N),6.58、6.64、5.06 kg·hm-2(P),18.63、19.66、14.90 kg-hm-2(K);群落地表凋落物层的凋落物现存量范围为2 835.23 kg·hm-2(藤刺灌丛)～3349.16 kg·hm-2(乔灌丛),凋落物的分解速率为1.82(灌丛)～2.37(藤刺灌丛),随着凋落物的分解养分元素的回归速度表现出K＞N＞P.同其他森林生态系统相比较,喀斯特次生林群落的凋落物量、养分归还量较大,养分回归较迅速,具有良好的自养能力和恢复潜力.