城乡交错区农田土壤重金属总量及形态空间分布特征与源分析--以河南省某市东郊城乡交错区为例

开展城乡交错区农田土壤重金属空间变异及其源解析研究,对于维护农田生态系统健康与合理进行土地利用规划具有重要意义.以河南省某市东郊城乡交错区为例,采用200 m×200 m网格布点法采集表层土壤样品共259个.用ICP-MS测定了土壤重金属(Cd、Zn、Pb、Cu、Cr和Ni)含量,基于Arcgis10.1采用IDW插值法分析研究区表层土壤重金属空间变异特征,并结合Tessier的形态提取法分析不同区域重金属的来源特征.结果表明:研究区表层土壤中重金属Cd、Zn、Pb与Cu的含量变异性较为显著,且明显高于对照区.空间分布上,在化工厂与排污河附近存在明显的高浓度区,污灌与化工厂等排污河水的侧渗是造成农田污染的首要原因,化工企业的降尘对农田污染起到了耦合效应;且在这些区域重金属Cd、Zn、Pb和Cu的非残余态含量较高,具有较高的活性和生物可利用性,存在较高的潜在健康风险.而本研究未发现火电厂周围和铁路两侧等农田土壤中有明显的重金属积累现象,且在这些样区重金属多以较稳定的形态存在,活性较低,存在较低的潜在健康风险.除工业源、交通源外,农业源中化肥的不同施用量对土壤中重金属的空间差异也产生了一定的影响.     

Size-resolved aerosol water-soluble ions at a regional background station of Beijing, Tianjin, and Hebei, North China

The characteristics of water-soluble ions in size-resolved particulate matter were investigated usingion chromatography at Shangdianzi,a regional background station of Beijing,Tianjin,and Hebei.Seasonal total concentrations of ions(Na~+,Mg~(2+),K~+,Ca~(2+),NH_4~+,Cl~-,SO_4~(2-) and NO_3~-) were75.5±52.9 μg/m~3 in spring,26.5±12.3μg/m~3 in summer,22.7±20.4μg/m~3 in autumn,and31.1±23.9 μg/m~3 in winter,respectively.The secondary ions(NO_3~-,SO_4~(2-) and NH_4~+),mainly associated with fine particles,accounted for 84.2%in spring,82.1%in summer,81.5%in autumn and 76.3%in winter of all ions.Strong correlations were found between NH_4~+ and SO_4~(2-)(r=0.95,p0.01) as well as NH_4~+ and NO_3~-(r=0.90,p0.01) in fine particles;while in coarse particles,correlations between Mg~(2+) and NO_3~-(r=0.80,p0.01),and Ca~(2+) and NO_3~-(r=0.85,p0.01) were found.The concentrations of Na~+,K~+,Mg~(2+),Ca~(2+),NH_4~+,Cl~-,NO_3~-,and SO_4~(2-) were 2.02,0.81,0.36,1.65,9.58,4.01,18.9,and 18.4 μg/m~3 in particulate matter from southeast-derived air masses,which were typically 1.58-3.37 times higher than in northwest trajectories.Thus,concentrations of water-soluble ions at this background station were heavily influenced by regional transport of serious pollution derived from biomass burning,coal combustion,industrial and vehicle exhaust emissions from Beijing,Tianjin,and Hebei.     

天津市春季道路降尘PM2.5和PM10中碳组分特征

为研究天津市春季道路降尘PM_2.5和PM₁₀中碳组分特征,丰富道路降尘的成分谱库,于2015年3月22日-5月23日在天津市主干道、次干道、支路、快速路和环线5种道路类型道路两侧采集道路降尘样品,通过再悬浮装置得到PM_2.5和PM₁₀的滤膜样品,并用热光碳分析仪测定PM_2.5和PM₁₀中OC（有机碳）和EC（元素碳）的百分含量,利用两相关样本非参数检验、OC/EC比值法以及相关分析法,定性分析天津市春季道路降尘PM_2.5和PM₁₀的碳组分的特征及其主要来源;利用因子分析法,进一步分析道路降尘PM_2.5和PM₁₀的主要来源.结果表明:道路降尘PM_2.5中w（OC）为10.27%（主干道）~13.94%（快速路）、w（EC）为1.24%（支路）~1.77%（环线）,PM₁₀中w（OC）为8.48%（主干道）~12.56%（快速路）、w（EC）为1.01%（次干道）~1.59%（快速路）,可见快速路中碳组分含量相对较高,这可能与其车流量较大,导致道路扬尘和机动车尾气排放量较大有关,也可能与其路面保养及保洁状况有关.对于大部分碳组分而言,其在PM_2.5中的百分含量均高于PM₁₀;除EC2,其他碳组分在PM_2.5和PM₁₀间均无显著性差异.不同道路类型PM_2.5和PM₁₀中OC/EC的大小顺序基本相同,与其车质量变化趋势相反.道路降尘中PM_2.5中碳组分主要来源于道路扬尘、机动车尾气、生物质燃烧以及燃煤源的混合源,PM₁₀主要受道路扬尘、燃煤和柴油车尾气等污染源的影响.      

Sorption of 1-naphthol by plant cuticular fractions

The contribution of aliphatic-rich plant biopolymer to sorption of hydrophobic organic compounds is significantly important because of their preservation and accumulation in the soil environment,but sorption mechanism is still not fully understood.In this study, sorption of 1-naphthol by plant cuticular fractions was examined to better understand the contributions of respective fraction.Toward this end,cuticular materials were isolated from the fruits of tomato by chemical method.The tomato cuticle sheet consisted of waxes (6.5 wt%),cuticular monomer (69.5 wt%),and polysaccharide (24.0 wt%).Isotherms of l-naphthol to the cuticular fractions were nonlinear (N value (0.82-0.90)) at the whole tested concentration ranges.The KodKow ratios for bulk cuticle (TC1),dewaxed cuticle (TC2),cutin (TC4),and desugared cuticle (TC5) were larger than unity,suggested that tomato bulk cuticle and cutin are much powerful solption medium.Sorption capability of cutin (TC4) was 2.4 times higher than the nonsaponifiable fraction (TC3).The 1-naphthol interactions with tomato cuticular materials were governed by both hydrophobic-type interactions and polar (H-bonding) interactions. Removal of the wax and polysaccharide materials from the bulk tomato cuticle caused a significant increase in the sorption ability of the cuticular material.There was a linear negative trend between K_(oc) values and the amount of polysaccharides or fraction's polarities ((N O)/C);while a linear positive relationship between K_(oc) values and the content of cutin monomer (linear R~2=0.993) was observed for present in the cuticular fractions.Predominant sorbent of the hydrophobic organic compounds (HOCs) in the plant cuticular fraction was the cutin monomer,contributing to 91.7% of the total sorption of tomato bulk cuticle.     

南四湖及主要入湖河流河口区表层沉积物磷的形态与分布特征研究

利用化学连续提取法对南四湖湖区及主要入湖河流河口区的表层沉积物样品中的磷的化学形态进行了提取.分析结果表明:南阳湖、独山湖和位于湖西的入湖河流沉积物中总磷含量较高,变化范围为571.67～1113.55mg·kg-1;不同形态磷的含量差异较大,排序为:钙磷(Ca-P)>有机磷(OP)>弱吸附态磷(Ads-P)>铁磷(Fe-P)>铝磷(Al-P);TP与Ca-P、Ads-P、OP之间存在正相关关系,相关系数r分别为0.85(p<0.01)、0.85(p<0.01)和0.63(p<0.01);Ads-P与Ca-P、Ads-P与OP之间也存在正相关关系,r分别为0.74(p<0.01)和0.60(p<0.05);Fe-P与Ca-P之间存在负相关关系(r=-0.62,p<0.05);BAP只与OP之间显著正相关(r=0.82,p<0.01),由OP可以粗略地估算出沉积物中潜在的可释放磷,即有效的内源磷负荷;南四湖沉积物中有机磷的含量很大程度上取决于有机质含量的多少.     

天津市区夏冬季环境空气PM2.5中碳组分污染特征及来源研究

为了明确天津市区环境受体PM_(2.5)中碳组分的污染特征及来源,本研究分别于2016年2月(冬季)和8月(夏季)在天津市区设置6个采样点位同步采集PM_(2.5)样品,采用热光反射法测定样品中各个碳组分(OC1~OC4、EC1~EC3和OP(裂解碳))的含量,并计算得到OC、EC、CharEC和Soot-EC,以定性识别大气颗粒物中碳组分的来源.结果表明,夏季PM_(2.5)中OC平均浓度为(7.5±3.0)μg·m-3,占PM_(2.5)的11.7%±4.1%;而冬季相比于夏季OC的浓度和占比均有增加,分别为(13.1±7.0)μg·m-3和13.9%±2.8%.夏季和冬季EC浓度分别为(4.0±1.8)μg·m-3、(4.3±2.4)μg·m-3,占PM_(2.5)的6.1%±2.0%和4.6%±1.2%.OC与EC的相关性在夏季(r=0.83,p0.01)和冬季(r=0.96,p0.01)均显著,而冬季CharEC与OC(r=0.94,p0.01)、EC(r=0.98,p0.01)相关性明显高于夏季(OC:r=0.44,p0.01;EC:r=0.45,p0.01).PM_(2.5)中OC/EC平均值在夏季和冬季分别为1.9和3.0,估算得到夏季SOC为(2.6±1.4)μg·m-3,占OC的33.5%±13.6%;冬季为(3.5±2.5)μg·m-3,占OC的26.6%±12.0%.夏季Char-EC/Soot-EC为6.5,高于冬季(4.9),并且空间差异性显著(t检验,p0.05).正定矩阵因子模型(PMF)解析结果表明,天津市区大气PM_(2.5)中碳组分主要有4类来源:燃煤及生物质排放混合源、柴油车、汽油车、道路尘,对夏季PM_(2.5)中碳组分分担率分别为35.4%、16.4%、20.5%、14.4%;对冬季碳组分分担率分别为41.3%、15.5%、18.1%、16.3%.可见,燃煤和机动车是天津市区PM_(2.5)中碳组分的主要来源.     

合肥城郊典型农田溪流水系统沉积物磷形态及释放风险分析

2014年10月(秋季)和2015年4月(春季),针对巢湖二十埠河流域某一典型农业源头溪流水系统,就水塘、支流、干流和深潭等4种溪流构成模式,分别采集17、16、14和13份表层沉积物样.在分析测试的基础上,解析沉积物的磷形态及其季节性变化特征;并以多元统计分析技术,对4种构成模式开展聚类分析和差异性分析;通过对沉积物磷吸附指数PSI的计算和相关性分析,定量评估磷素释放风险,识别主要影响因素.结果表明:1溪流水系统沉积物TP含量变化范围为137.517~1 709.229 mg·kg-1,均值为532.245 mg·kg-1,各形态磷的平均含量高低排序为:IP(350.347 mg·kg-1)OP(167.333mg·kg-1)Fe/Al-P(78.869 mg·kg-1)Ca-P(56.343 mg·kg-1)Ex-P(6.609 mg·kg-1);2 4种构成模式中,各形态磷含量均表现出相同的变化趋势,即深潭干流支流水塘;3秋季时干流和深潭聚为一类、支流和水塘为另一类,春季时则干流、支流和深潭归为同一类;4方差分析表明,秋季时溪流不同构成模式之间的差异性指标更多;5沉积物PSI变化范围为24.49~69.94(mg·L-1)·(100 g·μmol)-1,且春季低于秋季,说明春季的磷素释放风险更高一些;6 PSI与Ex-P、IP和p H呈显著或极显著负相关性.     

棉秆炭对碱性水稻土壤-水稻中镉迁移转化的阻控作用

为研究棉花秸秆生物质炭添加对碱性水稻土壤-水稻体系中镉迁移转化的影响,通过室外盆栽试验,以水稻品种特丰优2号为试验材料,在添加外源镉含量为0、 1、 4和8 mg·kg^-1的碱性水稻土中分别施入炭土质量比分别为0%、 1%、 2.5%和5%的棉花秸秆生物质炭,待水稻收获后,分析不同含量镉胁迫处理下,施用不同量棉秆炭对碱性水稻土壤pH、养分和水稻体内镉富集、转移情况及镉在土壤中的赋存形态的影响.结果表明:①添加棉秆炭可以显著提高土壤养分(P<0.05),其中5%量的棉秆炭添加后,相比于对照组土壤有机质增加了25.74～47.53%,速效钾提高了3.16～4.25倍.②施用生物质炭可以显著降低土壤及水稻体内镉含量(P<0.05),尤其5%量的棉秆炭施用后,Cd4和Cd8含量下糙米镉含量分别由0.31 mg·kg^-1和0.43 mg·kg^-1降低到0.15 mg·kg^-1和0.10 mg·kg^-1,达到国家标准范围.生物质炭可以显著降低镉在土壤-水稻体系的富集、转移系数,...     

生物炭施用5 a后对桂北桉树人工林土壤有机碳组分的影响

研究生物炭不同施用量施用5 a后桉树人工林土壤有机碳组分的变化特征，明确生物炭施用下土壤的固碳潜力，为桉树林业废弃物生物炭的土壤改良效应提供科学依据.基于2017年建立的桉树人工林生物炭中长期定位试验，以桉树人工林废弃枝条为原料，在500℃条件下厌氧制备生物炭，选取CK （0%）、T1（0.5%）、T2（1.0%）、T3（2%）、T4（4%）和T5（6%）这6个处理，一次性施用生物炭5 a后测定不同处理下有机碳组分含量特征.结果表明：①与对照相比，土壤有机碳及其组分随生物炭施用量的增加而增大，且在T4或T5达到最大值，土壤有机碳、可溶性有机碳、易氧化态有机碳、颗粒有机碳、微生物生物量碳和碳储量分别增加了101.62%、67.46%、143.03%、164.78%、110.88%和41.73%.②随着生物炭施用量的增加，各生物炭处理土壤轻组有机碳和重组有机碳含量在0~10、10~20、20~30 cm土层的增幅分别为41.41%~140.63%、9.26%~87.04%、-19.54%~106.90%和15.32%~78.99%、15.72%~75.25%、89.49%~148.64%.0~30 cm土层土壤轻组有机碳和重组有机碳含量的平均值亦呈现增大的趋势，土壤碳库中以较稳定的重组有机碳为主.③土壤有机碳、碳储量和有机碳组分含量均随着土层的加深而减小.总体上，生物炭施用5 a显著增加了土壤有机碳和碳组分含量，有利于提高土壤固碳能力和土壤稳定性碳库，生物炭施用是提升桉树林土壤质量的有效措施.研究结果可为林业废弃物资源化利用和桉树人工林土壤肥力提升提供参考依据.     

巢湖沉积物磷铁硫形态记录及其环境变化指示

分析了巢湖表层和柱状沉积物中磷（P）、铁（Fe）和硫（S）元素的形态组成、分布、相互关系及其指示的湖泊环境变化.西半湖S3采样点位柱状沉积物总磷（TP）记录表明,巢湖西半湖区自20世纪60年代开始受人类活动影响逐步明显,其中钙磷（Ca-P）指示的流域径流输入增加早于铁铝磷（Fe/Al-P）指示的居民生活污水输入;西半湖区沉积物15~0cm有机质埋藏持续增加伴随着pH值的逐步升高,指示了水体富营养化导致藻类生产力（光合作用）提高并显著影响pH值;而东半湖S7采样点位柱状沉积物磷形态则记录了东半湖区不同的环境变化特征.巢湖沉积物活性铁组分以Fe （Ⅱ）为主,S3和S7沉积剖面Fe （Ⅲ）/Fe （Ⅱ）值整体均呈上升趋势且与Fe （Ⅲ）同步变化,表明其比值由Fe （Ⅲ）变化驱动;Fe （Ⅲ）/Fe （Ⅱ）指示沉积物上层为弱氧化性,其余层位为还原性环境.沉积物还原性无机硫（RIS）以酸可挥发性硫（AVS）为主,沉积物高有机质含量、低元素硫和还原条件降低了AVS向黄铁矿硫（CRS）的转化.巢湖沉积物中与P,S结合的Fe占比很小,高Fe/P和Fe/S比值会抑制沉积物磷的释放,导致柱状剖面P,Fe和S之间的相互作用关系整体上并不显著.