岩溶流域典型农业区水体氢氧同位素的空间异质性及形成机制

分别于平水期和枯水期采集了花溪河流域典型农业区地表水和地下水样品。利用氢氧同位素示踪技术,结合土地利用类型对研究区不同水体的补给来源、季节变化及主要影响过程进行了分析,并对不同水体氢氧同位素值进行了空间插值分析,同时对其形成机制进行了分析,阐明了不同土地利用类型影响下的主要水文过程。结果表明:(1)研究区不同水体的主要补给来源为当地大气降水,月亮湖水库受蒸发作用影响明显,地表水和地下水的δD和δ~(18)O整体上呈现平水期高于枯水期的特征。(2)地下水的δD和δ~(18)O在枯水期与平水期均呈现明显的空间分异性特征,西部水田/水库集中区富集,东部旱地集中区贫化,土地利用对研究区环境水文过程影响明显。该研究结果有助于了解不同土地利用方式下地表水对地下水的影响,为流域管理提供科学依据。     

喀斯特森林近地表层覆盖对碳酸盐岩红土蒸发过程的影响

蒸发是西南喀斯特地区薄层土壤水分损失的主要途径,浅层土壤水分的存蓄对喀斯特地区农业生产和生态恢复至关重要。以西南喀斯特森林碳酸盐岩红土为研究对象,基于室内蒸渗试验设置4个苔藓生物量(0,0.32,0.64,0.95 kg/m~2)和3个松针生物量(0,0.32,0.64 kg/m~2)共12种处理,分析森林近地表层覆盖对碳酸盐岩红土蒸发过程及表层温度时空分布的影响规律,并对比3种蒸发模型(Black、Rose、空气动力学蒸发模型)在喀斯特森林碳酸盐岩红土的适用性。结果表明:苔藓和松针覆盖显著降低累积蒸发量和蒸发速率(P0.05),接种苔藓0.95 kg/m~2和覆盖松针0.64 kg/m~2处理比裸土累积蒸发量小36.9%;苔藓和松针导致土壤含水量显著增加(P0.05);苔藓和松针增加了表层土壤的平均温度,松针对土壤温度的提升作用强于苔藓;Black、Rose和空气动力学模型均能较好地模拟碳酸盐岩红土蒸发过程,Black蒸发模型的拟合精度高于Rose和空气动力学蒸发模型。研究结果能为西南喀斯特地区的水量平衡分析提供理论支撑并加强对喀斯特森林地表水文过程的认知。     

微生物在不同pH下对水稻土胶体中砷释放的影响

为探讨水稻土胶体与类金属砷（As）的生物地球环境行为,本研究对比分析了微生物在初始pH=3和初始pH=7的不同酸碱条件下对土壤胶体负载As释放的作用差异,并揭示其内在机制。结果表明：在pH=3条件下微生物作用相对较弱,对胶体悬液pH与Eh影响较小,与无菌对照组相比,溶液中Fe²⁺与As含量均有所提高,且释放的As主要为氧化态As（Ⅴ）;在pH=7条件下微生物活性较强,至28 d时可使胶体悬液pH升至8.12,Eh降至-55 mV,形成强还原环境,铁还原溶解量明显增多,Fe²⁺含量是无菌对照组的2.79倍,并且胶体中吸附态As随着Fe的还原溶解而释放,主要为还原态As（Ⅲ）。相关性分析表明,土壤胶体中As的释放与铁氧化物的还原转化有关,溶液中As释放量与Fe²⁺含量呈显著正相关关系,尤其在中性条件下As（Ⅲ）含量与Fe²⁺极显著正相关（r=0.798**,P<0.01）。研究表明,在中性环境条件下较强的微生物活性可提高土壤胶体中铁氧化物的异化还原,同时增强As的释放与转化。     

贵州省土壤pH时空变化趋势分析

土壤酸化是全球生态环境面临的重要问题。通过搜集CNKI等数据库文献,选择1980—2018年贵州省各地州市耕地、林地和草地土壤pH为研究对象,利用文献分析方法,分析土壤pH时空变化规律及其影响因素。结果表明:在时间变化上,2010年代土壤pH均值相较于1980年代显著下降0.31个单位(P0.05),土壤整体呈现酸化趋势,pH6.5的土壤面积呈增加趋势,pH7.5的土壤面积减少;在空间变化上,从1980年代至2010年代,黔西南州、黔东南州和遵义市土壤pH均值显著下降,除贵阳市、六盘水市和铜仁市外,其他地州市也呈现下降趋势,但未达到差异显著水平。气温升高导致淋溶强度大和2010年以前的酸雨是土壤pH整体下降的可能原因,化肥的施用是耕地土壤酸化的重要影响因素。     

西南岩溶农业区典型土地利用对土壤氮素特征的影响

为探究岩溶地区不同土地利用类型对土壤氮素特征的影响,阐明土壤氮素在不同土地利用类型、不同深度下的迁移特征及影响因素,以花溪河流域中凯掌水库周边不同利用类型的土壤（草地、河滨带、水田、旱地）为研究对象,测定了土壤的基本理化性质、全氮、硝态氮及铵态氮含量,分析了岩溶地区不同土地利用状态下土壤不同形态氮素空间分布特征、氮素的组成比例以及氮素与各环境因子的相关关系。结果表明：研究区农用地（水田、旱地）土壤全氮含量均值高于非农用地（草地、河滨带）垂直方向上呈“表聚”现象,整体呈随深度增加而减少的特征;硝态氮受农业活动影响,农用地含量要高于非农用地,在垂直方向上在农用地中变化幅度较大,整体呈随着深度而减少的趋势;铵态氮含量在不同土地利用类型下差异不大,在垂直剖面上整体较为稳定;对比硝态氮及铵态氮在无机氮中的占比,表明研究区土壤无机氮主要以铵态氮为主;研究区各环境因子中土壤有机质含量与各氮素呈极显著正相关关系(P<0.01),土壤pH与氮素呈显著负相关(P<0.05)。农用地土壤氮素含量普遍高于非农用地,不同土地利用类型对氮素分布具有显著影响。     

地质高背景区镉污染稻田中低累积水稻品种筛选

【目的】探究地质高背景区镉（Cd）污染稻田水稻对Cd的富集转运特征,筛选适用于稻田安全生产的Cd低累积水稻品种,为该地区的水稻安全生产提供参考。【方法】以贵州开阳县10个主栽水稻品种为材料,采用田间小区试验的方法,测定土壤、水稻不同组织部位Cd含量,对比不同水稻品种对Cd的富集和转运特征,并结合水稻产量和聚类分析,筛选Cd低累积水稻品种。【结果】参试水稻品种的稻田土壤pH为5.88~6.37、全Cd含量为0.89~1.30 mg/kg、有效态Cd含量为0.40~0.58 mg/kg,不同品种间土壤pH及Cd含量无显著差异（P>0.05,下同）。水稻不同组织部位间的Cd含量以茎部和根部积累较高。相对于根际土,Cd在水稻茎、根中呈明显的富集特征,富集系数均超过1.00,但多数品种谷壳、糙米对Cd的富集系数小于1.00。Cd转运系数以糙米/谷壳、茎/根转运系数较高,其中,水稻体内Cd从根向茎、谷壳向糙米的转运能力相对较强,接近或超过1.00。在水稻品种间产量无显著差异的前提下,结合聚类分析可将10个水稻品种划分为三类:第Ⅰ类（较低值类）包括成优1479和天优1177;第Ⅱ类（中间值类）包括C两U华占、黑糯80、川华优320、红优2号、C两优华占和泸香优110;第Ⅲ类（较高值类）包括金优2017和宜香优2115。【结论】10个参试水稻品种中,本地主栽水稻品种各部位相对易于富集Cd,其中,金优2017和宜香优2115糙米Cd含量严重超标,不建议在Cd污染稻田中种植;成优1479和天优1177的糙米Cd含量较低,可作为Cd低累积水稻品种推广种植。     

典型喀斯特地区土壤重金属累积特征及环境风险评价

基于225个样点分析了贵州省不同地区（自然背景区、农业种植区和矿区）表层土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn的含量、分布及累积特征,采用地积累指数（I_geo）对土壤重金属污染水平进行评价,并根据潜在生态风险指数（RI）及人体健康风险评估模型评估了不同分区土壤重金属暴露的生态风险和人体健康风险水平。结果表明：贵州省不同分区表层土壤中重金属含量差异较大,与贵州省土壤背景值相比,农业种植区土壤Hg、Zn、Cd和As累积特征明显;矿区土壤Hg、Zn、Cd、Pb和As累积特征较显著,平均含量分别是贵州省土壤背景值的52.55、23.22、16.32、14.48倍和4.85倍。I_geo值显示自然背景区土壤重金属处于无污染水平,而农业种植区各重金属主要处于无污染或无-中污染水平,矿区污染程度较突出,重金属Hg、Zn、Cd、Pb达到中污染水平,特别是在黔西北和铜仁等矿产资源分布区。综合生态风险评价结果表明,矿区土壤中重金属生态风险水平远高于农业种植区和自然背景区,矿产资源集中分布区土壤重金属生态风险较高,部分样点达到高生态风险水平。单一重金属潜在生态风险评价结果显示,农业种植区和矿区土壤中Hg、Cd、Pb和As为主要风险因子,Cr和Cu处于低风险状态。人体健康风险评估结果显示,矿区的人体健康风险高于农业种植区,农业种植区和矿区土壤对成人的非致癌风险在可接受范围内,但致癌风险不可忽视,对儿童的非致癌风险与致癌风险均高于成人。     

喀斯特山地森林土壤入渗特征对人为踩踏的响应规律

为了揭示喀斯特林下经济活动中人为踩踏对土壤入渗特性的影响规律,以喀斯特山地森林内部(未受干扰区域)、森林小径中央、森林小径边缘和裸地为试验样地,基于盘式入渗试验测定不同负压水头下(-0.5,-3,-6,-9 cm)的非饱和导水率(K_9、K_6、K_3、K_(0.5))、饱和导水率K_S、Gardner α常数和水流贡献率。通过原位染色示踪试验分别估算各样地的剖面染色面积比(DC)、均匀渗透深度(UniFr)和优先流百分比(PF-fr),分析了人为踩踏对喀斯特森林土壤优先流特征的影响。结果表明,森林小径中央的K_S(45.800×10~(-3) cm/min)比森林内部(101.000×10~(-3) cm/min)降低55%,Gardner α常数和土体孔隙数量的剧烈减少阐明森林路径中土壤入渗能力减弱的原因;森林小径中央的优先流百分比(71.955%)显著高于森林内部(36.734%),表示人为踩踏活动增强了土壤优先流强度;4种人为踩踏干扰程度下土壤的大孔隙平均水流贡献率均超过95%,喀斯特山地森林土壤水分入渗以大孔隙为主要入渗通道。森林植被覆盖能够有效提升土壤入渗能力和抑制土壤优先流,研究结果为喀斯特林下经济开发过程中的负面清单建立提供了试验依据。     

基于GIS和PMF的铜仁植烟土壤重金属污染特征与来源解析

植烟土壤重金属污染不仅影响烟叶品质,同时会对吸烟者的健康构成潜在危害,研究植烟土壤重金属污染现状及来源贡献对于保障烟叶安全生产具有重要意义。为定性、定量分析贵州铜仁地区植烟土壤重金属污染特征及来源贡献,采集主要植烟区土壤样品267份,测定8种重金属元素（Cu、Ni、Pb、Zn、As、Hg、Cr、Cd）含量,采用单因子污染指数（P_i）、污染负荷指数（PLI）结合地统计分析对重金属污染特征进行评价,并运用正定矩阵因子模型（PMF）解析其重金属的来源及贡献率。结果表明：植烟土壤Hg和Pb累积明显,均值分别是贵州省土壤背景值的2.27倍和1.74倍;P_i表明Cd、As、Pb的污染程度较高,高值区分布与区域矿冶活动分布密切相关。PMF计算结果显示,植烟土壤重金属来源主要有自然源、铅锌矿业源、交通和铅锌冶炼混合源、汞矿和煤矿源以及农业源5种类型,贡献率分别为25.38%、20.41%、16.60%、14.56%、23.05%。研究区植烟土壤重金属综合污染水平较低,重金属来源复杂,应重点加强Hg、Cd、Pb的源头控制,以降低其污染风险。     

西南喀斯特山区典型流域农业非点源污染负荷及分布特征

为更精确地估算西南喀斯特山区的北盘江流域(晴隆段)农业非点源污染情况,引入降雨、地形因子(α,β)对经典的输出系数模型(ECM)进行了研究。结果显示:2017年北盘江流域(晴隆段)农业非点源氮、磷污染负荷分别是2 582.00 t和246.74 t。两者分布特征基本一致,呈现分布不均的特质:污染负荷局部集中,坡度较高和人口密度大的区域负荷量较高。TN,TP负荷中不同农业非点源的贡献率基本一致,为畜禽养殖>土地利用类型>农村生活。与实际观测值比较,改进的输出系数模型(IECM)对TN,TP负荷的估算值的平均相对偏差分别为9.80%和2.09%。综上,IECM提高了模型模拟的精度,可以为喀斯特山区非点源污染负荷的估算提供参考。