薄膜扩散梯度技术评价土壤砷生物有效性研究

【目的】探讨薄膜扩散梯度技术（Diffusive Gradients in Thin Films Technique, DGT）在表征土壤砷生物有效性方面的准确性与优势,为正确评价土壤砷污染风险提供新技术。【方法】采用盆栽试验研究DGT方法测定土壤砷有效浓度（CE）、土壤孔隙水中砷含量、NaHCO3提取态砷含量、NH4Cl提取态砷含量及土壤总砷含量与油菜体内吸收砷量之间的关系,并初步尝试利用DGT测定结果和DIFS（DGT Induced Fluxes in Sediments and Soils）模型对土壤中砷的迁移过程进行模拟。【结果】DGT测定土壤砷有效浓度（CE）与植物吸收砷量之间均存在极显著相关关系,决定系数（R2）为0.990,DIFS模型模拟结果表明砷生物有效性高的土壤,具有较高的解析速率（kb）和较短的特征响应时间（Tc）。【结论】 DGT能较准确地表征土壤砷生物有效性,并可根据DIFS模型计算出土壤中砷迁移动力学参数,有助于进一步阐释土壤中砷的生物有效性。     

3种土壤对水溶性有机物的吸附和解吸研究

【目的】了解不同类型土壤对水溶性有机物的吸附和解吸差异,为有机肥的合理施用以及进一步研究其化学行为提供参考。【方法】选择普通肥熟旱耕人为土（黑土母质发育）、石灰肥熟旱耕人为土（褐土母质发育）和酸性肥熟旱耕人为土（第四纪红壤母质发育）3种理化性质差异较大的土壤,开展添加水溶性有机物（DOM）后不同吸附时间下土壤对DOM的吸附和解吸试验,并利用相关模型计算了土壤对DOM吸附和解吸的参数。【结果】外源DOM进入土壤后,能很快被土壤胶体吸附,并在1 h内达到平衡;3种土壤对DOM的吸附差异明显,其达到平衡时的吸附量分别为10 236、8 372和10 088 mg•kg-1,即以有机质含量高的普通肥熟旱耕人为土和pH低的酸性肥熟旱耕人为土对DOM的吸附量大;3种土壤对所吸附DOM的解吸量比较,在吸附量达到最大时,解吸量占吸附量的比例分别为63.2%、42.1%和93.3%;3种土壤对所吸附DOM的解吸能力比较,亦为酸性肥熟旱耕人为土＞普通肥熟旱耕人为土＞石灰肥熟旱耕人为土。【结论】土壤性质与其对DOM的吸附和解吸密切相关,因此,不同类型土壤在有机肥施用量和施用方法上也需要相应进行改变。     

有机肥对镉锌污染土壤的改良效应

通过对苗期玉米的盆栽试验,探讨了在镉、锌污染土壤上施入不同量的有机肥并配合淋洗措施后土壤中镉、锌的形态转化、迁移规律和对植物生长的影响及改良效果。结果表明：施入有机肥后土壤中有效态镉、锌的含量明显降低,通过络合淋洗后土壤中镉、锌的总量减少显著,因而能够显著减轻Ｃｄ２＋、Ｚｎ２＋对植物的毒害程度。土壤Ｃｄ２＋为０—１００ｍｇ／ｋｇ时,施用猪粪４５０—６７５ｔ／ｈｍ２,玉米受毒害程度明显降低;土壤中Ｚｎ２＋的浓度为５００ｍｇ／ｋｇ时,增施猪粪２２５—４５０ｔ／ｈｍ２,玉米中锌的含量接近正常值。随有机肥施入量的增加玉米生物量增加也较显著,故在镉、锌污染的土壤上增施有机肥是一种十分有效的改良方法和途径。     

不同水分下水铁矿在土壤中稳定性变化对砷移动性的影响

为合理利用水铁矿,将其作为土壤砷污染修复的一种高效稳定的钝化剂,采集湖南石门县三个不同乡镇的土壤进行室内培养试验,采用连续提取法和薄膜梯度扩散技术(D iffusive gradient in the thin films technique,DGT),研究不同水分模式下外源添加的水铁矿在土壤中稳定性变化过程中对砷在土壤中移动性的影响。结果表明,水铁矿在三种不同水分管理模式[100%SWHC(Soilwaterholdingcapacity,SWHC)、干湿交替(D ry/wetcycle,DWC)和30%SWHC]下培养33d后均发生转化,其中在100%SWHC条件下转化速率最快,在三种土壤中的转化率达到16.50%~22.78%,在30%SWHC和DWC条件下最大转化率仅为8.77%和10.96%。添加外源水铁矿后在三种水分管理模式下两种砷污染土壤中活性态砷浓度均显著降低,并且在100%SWHC条件下降幅最大,在中高浓度的砷污染土壤中降低程度分别达到42.08%和60.75%。但随后在100%SWHC和DWC条件下培养22d后,活性态砷的浓度均出现微弱的上升趋势。在100%SWHC和DWC两种水分条件下,两种砷污染土壤中弱结晶态铁氧化物结合态砷(F1-As)的含量均显著增加,并且随着水铁矿的转化而逐渐向更稳定的形态(F2-As)迁移,在30%SWHC条件下F2-As含量没有增加。研究表明,水铁矿在土壤高水分条件下稳定性最差,其次为土壤的干湿交替条件。在两种砷污染土壤中施加水铁矿修复过程中都具有潜在的砷释放风险,在农业生产中应合理调控土壤水分以保证水铁矿对砷的吸附效率。     

不同来源可溶性有机质对稻田土壤中砷甲基化的影响

以湖南省石门县雄黄矿区砷污染水稻土为试验用土,采用离心管培养试验探究了由猪粪、牛粪、鸡粪和水稻秸秆制备的4种可溶性有机质(DOM)对土壤中砷甲基化的影响。结果表明:添加不同有机碳(TOC)浓度的DOM可显著改变水稻土壤中砷的形态,且不同处理中各形态砷含量均随TOC浓度增加呈现不同程度的增加。当土壤溶液TOC浓度为320 mg·L~(-1)时,4种DOM处理的土壤溶液中甲基态砷含量分别占总砷的75.8%(猪粪DOM)、75.7%(牛粪DOM)、68.3%(鸡粪DOM)和61.8%(水稻秸秆DOM);土壤溶液中甲基态砷含量与TOC浓度呈现显著正相关关系(P0.01),表明TOC浓度增加可显著促进土壤中砷的甲基化。各处理对土壤砷甲基化的激发作用大小排序为猪粪DOM(0.016 1μg·L~(-1))鸡粪DOM(0.014 7μg·L~(-1))牛粪DOM(0.009 9μg·L~(-1))水稻秸秆DOM(0.008 2μg·L~(-1));添加320 mg·L~(-1)TOC浓度的DOM处理中土壤砷甲基化功能基因arsM拷贝数均高于对照(添加等体积超纯水),其中猪粪处理最高,为3.36×10~9copies·g~(-1),约是对照的2倍;不同DOM作用下土壤pH变化规律为水稻秸秆牛粪鸡粪猪粪,土壤EC值变化规律为水稻秸秆鸡粪牛粪猪粪。综上,不同来源的DOM可差异性地影响水稻土壤中砷甲基化效率,通过合理施用有机肥有望减少土壤中砷的甲基化,从而在一定程度上减轻水稻直穗病发生。     

水铁矿结构稳定性及对砷固定研究与展望

水铁矿是砷污染土壤和水体修复中最常用、最有效的钝化剂。水铁矿等铁氧化物对砷的赋存形态和生物有效性具有显著影响,并对环境中的砷具有很强的固定作用;但水铁矿在环境中容易转化,极大地影响了其对砷固定的效果。基于此,本文从水铁矿的结构及影响其稳定性因素的分析入手,综述了水铁矿与砷的交互作用,探讨其在修复砷污染土壤方面的可行性,旨在为利用水铁矿修复砷污染土壤提供理论依据。同时,从降低农田中砷有效性等角度,对砷污染农田修复和安全利用技术与方法等进行了讨论。     

土壤对砷的缓冲性及平衡时间与污染次数的关系

本文研究了邯郸马头镇土壤对砷的缓冲性及其随平衡时间、污染次数的动态变化规律、土壤对砷的缓冲速率及吸附量与时间的关系。为正确评价，预报预测土壤砷的污染状况提供科学依据。     

施肥对设施菜地土壤硝态氮累积及pH的影响

在甘肃武威市设施栽培条件下,通过田间小区试验研究了不同施肥量及肥料种类(化肥、有机肥、有机+无机)对设施土壤硝态氮累积、硝态氮在土壤剖面运移及土壤pH值变化的影响。结果表明:施氮量和肥料种类对土壤硝态氮的累积和淋溶均有较大的影响,随施氮量的增加,土壤剖面硝态氮累积量增加,其中对0～20cm土层硝态氮累积量的影响最为显著;在同等施氮量时,单施无机肥处理(NPK)、有机无机肥减半配施处理(1/2MNPK)、单施有机肥处理(M),在40～150cm土层硝态氮的累积量分别为267.33、211.94、125.72kg.hm-2,表明只施用化肥较有机肥、有机肥与化肥配施更易造成土壤硝态氮淋溶并在深层累积。将农户习惯施肥量(MNPK)减半后施用(1/2MNPK)对蔬菜产量没有影响,并且显著减少了硝态氮在土壤中的累积,表明当地农户设施栽培肥料施用量过高,不仅造成肥料利用率低,栽培成本高,还可能给地下水位较浅的地区带来环境污染的风险。此外,土壤硝态氮含量与pH值呈极显著负相关关系,表明硝态氮在土壤中大量累积会造成土壤pH值的下降。     

薄膜扩散梯度技术测定水体中砷及其影响因素研究

薄膜扩散梯度技术（Diffusive Gradientsin Thin Films Technique,DGT）是近年来应用于水体、沉积物和土壤中的铜镉等重金属生物有效性研究的一种新技术。采用标准溶液培养方法研究了以氧化铁作为吸附剂的DGT测定水环境中无机砷含量的可行性,并探讨了待测介质的pH和As价态对DGT测定结果的影响。结果表明,研究所用DGT装置中的吸附凝胶对砷吸附的最大容量≤42μg,其有效容量≤13μg,为确保DGT测定值的准确性,需要对DGT装置的放置时间加以控制;当水体中砷浓度为0.1～11.0mg·L-1时,DGT测定的溶液中无机砷浓度与直接用HG-AFS测定待测水体中无机砷浓度之间有较好的响应关系,DGT测定水体中无机砷的浓度能较好反应水体中无机砷的真实浓度;当溶液的pH值为2.95～8.18时,不同pH下吸附凝胶对砷的吸附量间差异不显著,溶液pH值在一定范围不影响DGT的测定结果;As（V）、As（Ⅲ）在进行DGT试验时不存在竞争吸附关系,砷离子的价态对DGT测定水体中的无机砷的浓度没有显著影响。总之,在各种环境相关的条件下,DGT是一种可以用于测定水体中总无机砷的有效方法。     

基于GPS与GIS 技术的长江上游山地冲沟的分布特征研究

长江上游山地生态环境十分脆弱，冲沟系统广泛分布，但对该区冲沟的发生演变一直缺乏定量研究数据。以西昌长山岭地区为对象，应用RTK-GPS对该区冲沟系统进行测量，建立数字高程模型（DEM）；同时基于GIS技术，探讨了从DEM上提取冲沟系统的方法，并以实测冲沟系统为依据，对所提取的冲沟系统的精度进行了对比分析。结果表明，利用DEM提取冲沟系统是一种快速、有效的方法。与此同时，分析了长江上游地区山地冲沟系统的分布特征，结果表明，小流域的沟壑密度为46．7m／hm^2，冲沟侵蚀速率高达191．9t／（hm^2．a），小流域内的土壤侵蚀为极强度土壤侵蚀，以控制冲沟侵蚀为主的水土保持措施，是该地区生态环境建设中值得重视的关键问题。