不同土地利用条件下土壤质量综合评价方法

针对传统的土壤质量评价方法难以满足现代农业发展的现状,提出了一种土壤质量指数法(SQI)综合评价土壤质量,旨在为农业生产、农产品产地选址、农业环境保护等提供理论支撑和参考依据。将方法在北京市郊区7种土地利用方式（粮田、林地、湿地、荒地、果园、菜地、草地）上进行了应用,并与常规方法进行了对比,结果表明：采用隶属度模型评价土壤肥力,肥力高低顺序为：湿地＞菜地＞粮田＞林地＞果园＞荒地＞草地;采用内梅罗污染指数评价了重金属污染状况,污染程度高低顺序为：湿地＞菜地＞荒地＞果园＞林地＞粮田＞草地;采用SQI指数评价土壤综合质量,其综合质量的高低顺序为：湿地＞粮田＞菜地＞果园＞林地＞荒地＞草地。此外还对评价模型的适用范围、评价结果的划分等一系列关键问题进行了探讨,得出：SQI指数评价方法的应用及结果的划分涵盖了不同的土地利用方式的农用地,体现了各种土壤属性的差异和变异特性,评价结果可实现土壤综合质量定性和定量化,能够反映土壤的关键信息,符合农业生产需要。     

宁夏清水河流域重金属分布特征及风险评价

【目的】探明宁夏清水河重金属分布特征和污染情况。【方法】于2018年4月、7月和11月对清水河流域32个采样点的水体和表层沉积物中砷(As)、铬(Cr)、汞(Hg)和铅(Pb)的含量进行监测,采用主成分法和聚类分析法解析重金属污染来源,采用内梅罗综合指数法评价水体重金属污染情况,采用潜在生态风险指数评价表层沉积物重金属污染情况。【结果】清水河水体As、Pb、Hg、Cr的年平均量分别为3.68、0.37、0.23、69.27μg/L,只有Cr超过地表水Ⅳ类标准,且4种重金属质量浓度整体变化为11月4月7月。表层沉积物中As、Cr、Pb、Hg的年平均量分别为标准值的68.2%、46.3%、39.9%、130%,只有Hg超过土壤背景值,4种重金属质量浓度整体变化为11月4月7月。内梅罗综合指数法评价清水河流域水体4种重金属污染程度依次为CrHgAsPb,Cr为最主要污染重金属。潜在生态风险指数法评价清水河流域表层沉积物4种重金属风险程度依次为HgAsPbCr,Hg是最主要的生态风险因子。主成分和聚类分析法都将水体和沉积物重金属分为3类,水体中Cr主要受人为控制因素,As、Hg、Pb主要受自然地质因素。沉积物中As、Cr、Pb主要受自然地质因素,Hg主要受人为控制因素。【结论】总体而言,水体中Cr和沉积物中Hg污染应当引起重视。     

太原市农田土壤重金属污染评价与空间分布特征

【目的】揭示太原市农田土壤重金属污染现状、污染来源及其空间分布格局情况,为区域土壤污染防控和农业生产提供依据。【方法】采集太原市农田土样214个,测定土壤中Cr、Cd、Pb、Hg和As 5种重金属量,采用单因子指数法和内梅罗综合指数法对土壤重金属进行污染评价,运用ArcGIS 10.3绘制太原市农田土壤重金属空间分布图,利用SPSS 16.0对数据进行相关分析,进一步了解土壤重金属的污染来源。【结果】①太原市农田土壤中重金属量分布差别较大,Cr、Cd、As、Hg和Pb均值分别为68.38、0.121、8.59、0.08、24.23 mg/kg,均未超过《绿色食品产地环境质量》(NY/T 391—2013)中的规定,但其平均值均显著高于太原市土壤背景值。②单项污染指数值由大到小顺序为Hg(2.36)>Pb(1.76)>Cd(1.57)>Cr(1.19)>As(1.12)。其中,Hg、Pb和Cd主要受工业生产、污水灌溉、燃煤、农药化肥施用和交通运输等人为因素的影响,As和Cr主要受成土母质和农业活动的影响。③太原市农田土壤内梅罗综合指数为2.14,呈中度污染。7个县区农田土壤内梅罗综合指数由大到小依次是晋源区(4.17)>小店区(2.98)>尖草坪区(2.13)>清徐县(2.07)>阳曲县(1.71)>娄烦县(1.67)>古交市(1.57)。重金属空间分布图可以直观看出土壤重金属空间分布和污染情况,在工业发达和人口密集的城郊晋源区、小店区、尖草坪区和清徐县,农田土壤为重度污染和中度污染,远离太原市市区的阳曲县、古交市和娄烦县农田土壤为轻度污染。【结论】太原市农田土壤总体呈中度污染,Hg和Pb单项污染指数最高,重金属污染较严重的区域集中在太原市城郊晋源区、小店区、尖草坪区和清徐县,今后工作中应加强对太原市城郊污染较重区域农田土壤重金属重点监测,尤其是Hg和Pb,以确保土壤健康和可持续利用。     

典型绿洲区长期膜下滴灌棉田残膜分布现状研究

【目的】优化管理农田地膜。【方法】于2016年9月在新疆典型绿洲区石河子121团对6块覆膜滴灌棉田(应用膜下滴灌年限分别为5、9、11、13、15和19 a)土壤进行取样,研究了样品中的残膜面积和残膜质量。【结果】6块棉田地膜残留密度分别为127.11、215.85、250.63、294.17、327.83和348.83 kg/hm~2,残膜密度以每年16.37 kg/hm~2的趋势递增;残膜主要集中分布在土壤0～15 cm土层内,且面积大于30 cm~2,随着覆膜年限的增加,逐渐下移到15 cm以下土层内,且这部分残膜逐渐碎裂并均匀分布在土壤20～30 cm土层。随着覆膜年限的增加,棉田土壤中残膜的数量和密度均呈逐年上升趋势,表层土壤中面积较大的残膜在耕作过程中逐年碎裂并向深层土壤下移且均匀分布;同时随着覆膜年限的增加,在35～40 cm深层土壤中面积和质量较小的残膜呈明显增多的趋势。【结论】新疆绿洲区棉田地膜残留远超国家标准限值,应采用厚度大于0.008 mm地膜,同时采取措施提高农田地膜回收率。     

新疆天山北坡经济带土壤重金属环境质量评价

采用单指标评价指数法和内梅罗综合指数法,对新疆天山北坡经济带土壤中重金属的污染状况进行了研究,旨在为治理天山北坡经济带土壤重金属污染提供理论依据。由评价结果可知,天山北坡经济带呼图壁—沙湾地区,无论是单元素指标还是综合指标,一级土壤质量均达85%以上;因石河子北部的二级土壤相对全区较集中,使得该区域土壤质量略低于研究区其他地区。全区所有8个参评元素三级土壤样品仅有4个,分布范围小,对农产品种植区划的影响较小,全区无超三级土壤分布。由此可以认为,目前呼图壁—沙湾平原区土壤重金属环境质量尚处于优良水平,绝大部分区域内土壤重金属对植物和环境不会造成危害和污染,适用于大宗农作物、经济作物、蔬菜和果园等用地,并具有较大发展绿色农产品的潜力。      

基于主成分分析的四川高县土壤肥力评价

【目的】为了响应国家高标准农田建设,笔者采集高县种植区农田土壤样品,对土壤主要养分指标进行测定,并客观评价土壤肥力状况,为高县农业种植区土壤改良及精准施肥提供参考。【方法】笔者对四川高县19个农业生产乡镇进行土壤调研取样,共采集0～20 cm土层样品95份,测定了土地pH、天然有机质（organic matter）、全氮（total nitrogen）、碱解氮（alkali-hydrolyzable nitrogen）、有效磷（available phosphorous）、速效钾（available potassium）、缓效钾（slowly available potassium）浓度,并采用土壤养分等级综合指数法和主成分肥力评价法评价了土壤的肥力等级。【结果】高县酸性、碱性土壤占比较大,中性土壤较少;高县19个乡镇土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等养分总体上处于中等水平,不同地区间差异较大;四烈乡的土壤最肥沃,其次为胜天镇,双河乡的土壤最贫瘠。【结论】建议种植户重视土壤酸碱化的治理,合理施用氮磷钾肥料,加大有机肥的使用量,防止工业污染,提高土壤肥力。     

污灌区玉米地土壤重金属铜化学形态时空变化及风险评价

【目的】研究调查土壤中Cu的不同化学形态时空变化,为重金属污染农田的环境及土壤的修复提供科学依据。【方法】以山西省晋中市某污灌区作为研究对象,利用Tessier连续提取法,2016—2019年春季,对不同耕作层(0～20、20～40、40～60 cm),不同小区土壤中重金属Cu各化学形态以及研究区种植玉米籽粒中的Cu含量进行了分析及其风险评价。【结果】该区域污染土壤中全量Cu含量超过国家土壤环境质量标准(GB 15618-2018)。在0～20 cm土层中,随时间推移Cu元素除铁锰氧化物结合态无明显变化外,其余各形态呈下降趋势;在20～40 cm土层中,碳酸盐结合态随时间呈下降趋势,残渣态无明显变化,可交换态、铁锰氧化物结合态、有机结合态呈上升趋势;在40～60 cm土层中,除有机结合态和残渣态无明显变化,其余形态呈上升趋势。根据次生相与原生相分布比值法(RSP)风险评价,污灌区土壤中重金属Cu对土壤环境构成重度环境污染。【结论】玉米种植对该污灌区污染土壤Cu的污染风险有明显降低作用,污染土壤得到一定程度的修复。     

三峡库区干流沉积物重金属质量分数及污染评价

【目的】全面了解三峡库区干流沉积物重金属质量分数及污染情况,更好地为库区重金属污染的预防与治理提供依据。【方法】于2015年6月在三峡库区干流采集表层沉积物,总数为37个,使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了重金属元素的质量分数,采用地积累指数法和潜在生态风险评价方法评价了重金属的污染情况。【结果】三峡库区干流沉积物中重金属元素Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg的平均质量分数分别为106.14、42.44、60.54、151.21、12.15、0.92、54.39、0.12 mg/kg,相对于长江沉积物背景值,各元素质量分数的平均值均偏高。Ni、Cu、Pb、As元素质量分数整体呈沿程增加趋势;Zn、Cd、Hg元素质量分数源头较高,沿程呈先减小后增加趋势;Cr元素质量分数整体呈不明显增加趋势,在某些特殊位置有极值出现。Cd元素在库区干流上、下游段已达到中等污染水平;Pb元素整体处于轻度污染水平;Cu和Zn元素容易通过积累在下游产生轻度污染;Cr、As、Ni元素只有极个别断面产生污染。【结论】总体而言,Cd元素污染应该引起重视。     

乌梁素海冰封期冰-水中污染物空间分布特征及污染评价

【目的】了解乌梁素海冰封期污染物的分布特征及污染水平。【方法】于2017年2月初冰封期采集冰样和冰下水样,测试样品的TN、TP以及可溶态重金属Cd、Cr、Cu、Mn、Ni和Zn的质量浓度及分布特征,用单因子指数法和综合污染指数法对乌梁素海冰封期不同相态水体进行了环境质量评价。【结果】乌梁素海在冰封期结冰过程中,污染物由冰体向水体迁移;TP和TN是最主要的污染物因素;重金属分布高值区域出现在湖区南部、湖区出口处,低值区位于湖区中部与东北部;Cu元素和Zn元素个别点位达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅱ类标准限值,应引起重视。【结论】结冰会使乌梁素海冰下水体污染加剧,利用该特殊效应,实现湖泊污染治理。     

模糊综合评价法判断重庆花椒种植区土壤肥力水平

为揭示重庆花椒地土壤质量状况及空间特征,采集重庆主要花椒区45个土壤样品,测定pH值、容重、有机质、有效磷、碱解氮、速效钾、有效铜、有效锌、有效铁、有效锰、有效硼、有效钼、有效硫共13个指标,采用模糊综合评价法对土壤质量进行综合评价,并利用半变异函数分析各指标空间变异特征。结果表明:各养分指标变异系数范围为14.8%～171.4%,该区域养分含量分布很不均衡;有效磷、有效铁、有效硼、有效硫的空间相关性较弱,主要受随机性因素影响;有效锌和有效铁的隶属度最高,其值分别为0.89、0.91,有效硼和有机质的隶属度较低,其值为0.15、0.34,说明花椒地有效锌和有效铁含量较丰富,但有效铁和有机质含量较缺乏;整体上该区中等肥力水平占51.1%,中等偏上肥力水平占42.2%,中等偏下肥力水平占6.7%,土壤肥力综合指数的在空间上呈现球状半变异函数,拟合程度极高。     

长期畜禽养殖污水灌溉对土壤养分和重金属积累的影响

在浙北地区选择了16个样区(包括7个水田样区和9个蔬菜地样区),每个样区同时采集了畜禽养殖污水长期灌溉农田与无污水灌溉历史的对照农田土壤样品,比较分析了土壤中养分和重金属积累状况。结果表明,长期畜禽养殖污水灌溉可明显增加表层土壤(0~20 cm)有机C、全N、全P、Cu、Zn、As、Cd、盐分、NH4+-N、NO3--N、有效P和有效K的含量,但对土壤pH、全K、Pb、Ni、Cr、Hg的影响不明显。畜禽养殖污水灌溉对蔬菜地的影响明显大于水田。典型样区土壤垂直剖面分析结果表明,长期畜禽污水灌溉也可对剖面中20~60 cm土层的NH4+-N、NO3--N和有效P含量也产生一定的影响。     

山西晋中吕梁地区土壤重金属背景值研究

土壤重金属背景值浓度是土壤环境质量评估的重要标准。通过进行系统、大规模的采样,计算提出了山西中部地区土壤重金属含量背景值。研究结果表明,山西中部地区土壤Cd含量的背景值为0.087 mg/kg、Cr为46.90 mg/kg、Cu为17.62 mg/kg、Ni为26.50 mg/kg、Pb为26.02 mg/kg、Zn为57.95 mg/kg,这六种土壤重金属元素背景值均低于国家土壤环境质量一级标准（GB15618-1995）。与全国土壤背景值比较,山西省中部地区的Cd、Ni、Pb含量与全国水平基本一致,而Cr、Cu、Zn均小于全国对应值。     

矿区复垦土壤种植小麦的重金属安全性

为分析矿区充填复垦土壤种植农作物的生态安全性,以中国徐州市柳新矿区复垦场地为例,对照当地农田土壤,对充填场地种植小麦不同部位As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn 7种重金属元素含量进行检测,分析了Cd、Cr在成熟小麦不同器官中的分布、富集情况,并利用单项污染指数法和综合指数法对小麦籽粒进行了风险评价。结果表明,三场地中Cd 和Hg在未成熟苗中的含量小于成熟茎中的含量,Cr、Cu和Zn则与之相反,Pb和As的含量规律性不太明显;复垦场地小麦未成熟根的重金属含量都小于成熟根中的含量;比照地中除Cr 和Zn之外,其余元素在未成熟根中的含量均大于成熟根的含量;参照粮食污染限量标准,小麦籽粒中Cd和Cr含量均超标。风险评价显示三场地小麦籽粒中Cd、Cr单项污染指数达到轻度至重度水平,综合污染指数处于轻度污染至中度污染水平之间。该研究对矿区粮食安全的监控具有重要的实际应用价值。     

基于PMF模型的山区农用地土壤重金属来源分析

为了解山区农用地土壤重金属的污染情况以及查明八种重金属的污染来源,在研究区内采集土壤表层(0-20cm)样品1311个,分析化验了pH、As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等指标。采用了内梅罗综合指数法、地统计学法、相关分析、单因素方差分析以及正定矩阵(PMF)模型等方法,研究山区农用地土壤重金属污染特征及可能的污染来源。结果表明：研究区土壤中八种重金属含量均明显高于重庆市土壤背景值；除局部区域呈现重度污染之外,研究区土壤整体上呈清洁或轻度污染,主要污染元素为Cd；PMF模型结果显示,研究区土壤重金属污染来源主要有三种,分别为Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn(自然母质源)、As、Cr、Hg、Pb、Zn(采矿活动源)、As、Cd、Cr、Hg(农业活动源)。     

基于电磁感应数据的电导率反演模型研究

【目的】土壤盐渍化是限制新疆南部棉花高产的主要因子,准确获取区域尺度土壤剖面盐分信息。【方法】以南疆阿拉尔垦区为研究区,以田间尺度采集的30个不同盐渍化程度棉田的540个样点的0~0.375、0~0.750、0~1.000 m的土壤剖面电导率数据和对应的电磁感应数据为数据源,采用线性模型和非线性模型分别构建了田间尺度和区域尺度的土壤剖面电导率的电磁感应反演模型,并采用缩减建模样本量方法进一步检验了区域尺度模型的可靠性和稳定性。【结果】多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)和主成分回归(PCR)建模方法的田间尺度模型R²在0.88~0.95,而对应的区域尺度模型R²在0.34~0.53。基于随机森林(RF)、神经网络(NN)和支持向量机(SVM)非线性建模方法构建的土壤剖面电导率的区域尺度电磁感应反演模型R²在0.60~0.85,其中RF模型的精度最高。0~0.375、0~0.750、0~1.000 m土壤剖面电导率的RF反演模型R²分别为0.80、0.85和0.84,相较于线性建模方法的区域尺度模型精度有明显的提高。RF区域尺度模型的样本数量由540个缩减到240个,模型精度没有明显变化,表明采用区域尺度模型,可大幅度降低土壤剖面样本采集数量,从而可显著提高采样效率和降低采样成本。【结论】区域尺度下构建土壤剖面电导率反演模型时,随机森林建模方法效果较优,模型预测能力具有较高的可靠性。     

重庆市南川区东部水稻根系土重金属含量特征与来源

对重庆市南川区东部地区水稻土壤中As等7种元素进行采样监测，采用加权综合指数等方法对土壤环境质量进行评价，并对土壤重金属来源进行解析。结果表明，土壤中重金属Hg、Cr、Cu、Pb和Zn等元素均未超过国家农用地土壤标准筛选值，As和Cd分别有1和5个样品超标，总体呈重污染状态及中等危害生态风险，Cd为最主要的生态风险因子。土壤中Cr、Cu、Pb、Zn和As重金属主要来源于成土母质，Hg主要来源于铝冶炼，Cd受成土母质和农业活动共同控制。      

添加生物质炭对猪场废水灌溉土壤养分状况及铅有效性的影响

【目的】为养猪废水安全灌溉提供科学依据。【方法】试验选取新乡郊区农田0~20cm表层土壤,采用PVC根箱法种植小麦,试验设置4种水平的生物质炭添加量0%、0.5%、2%、5%(W0、W0.5、W2、W5)和对照CK(无作物和生物质炭)。测定了各处理根际和非根际土壤养分状况与含铅量,探讨了处理间土壤养分状况和铅迁移规律的差异特征。【结果】与CK相比,施加生物质炭改善了土壤理化性状,W2和W5处理显著增加了土壤有机质量、碱解氮量、速效磷量与速效钾量,尤其是非根际土壤的增幅更大。同时,施加生物质炭处理能够降低土壤有效铅量,W2和W5处理土壤有效铅量降幅较大,达20.7%~33.3%,且非根际土壤有效铅量显著低于根际土壤。【结论】对于北方碱性土壤,灌溉养猪废水时添加适量的生物质炭(W2),能够改善土壤理化性质,降低铅的生物有效性,减少向植物体内的迁移。