中国污染场地修复现状及产业前景分析

土壤和地下水是人类赖以生存的物质基础,2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》以及近年来诸多污染事件的曝光,都表明我国土壤与地下水污染问题日益突出,并严重威胁人体健康,因此,污染场地土壤与地下水的修复治理刻不容缓。我国污染场地修复起步较晚,相应的管理体系尚未完全建立,导致当前污染场地的调查与修复存在相关法律法规和标准不完善、场地修复资金落实困难、污染场地修复技术工程应用经验不足、场地资料整合困难以及地下水修复被忽视等问题。在我国污染场地修复产业发展潜力巨大的背景下,只有深刻认识到上述问题现状并建立规范的市场秩序才能更好地推动修复产业的健康发展。     

场地土壤-地下水污染物多介质界面过程与调控研究进展与展望

近年来,中国重点行业场地土壤-地下水重金属和有机污染物污染十分突出,已成为土壤环境治理修复亟待解决的重要问题之一。多介质界面是控制场地系统复合污染物环境行为的关键。因此,开展场地土壤与地下水污染物多介质界面过程与调控机制研究,对于认知场地污染成因与治理修复具有重要的科学意义。系统分析了国内外场地土壤-地下水污染物多介质界面过程与调控研究进展与发展趋势,指出了目前该研究领域中存在的科学与技术问题,提出了我国场地土壤-地下水污染物多介质界面过程与调控原理的研究思路与重点方向,以推动我国场地土壤和地下水环境科学理论与技术的发展。     

我国有机氯农药场地污染现状与修复技术研究进展

有机氯农药是一类毒性大、残留期长,较难处理的一类化学品。有机氯农药生产企业搬迁遗留的污染场地是我国城市发展进程中面临的新环境问题。本文分析了我国有机氯农药污染场地中主要污染物种类及其残留特征,介绍了欧美发达国家应用于此类污染场地的修复技术,着重评述了我国有机氯农药污染场地的修复技术研发与应用情况,并就今后该类场地修复发展提出建议。     

新型根系分泌物采样装置的介绍与应用

根系分泌物在土壤-植物养分循环和缓解植物环境胁迫方面具有重要作用。根系分泌物的收集是研究植物根系过程和相应机制的基础。通常所用的溶液收集法简单易操作,但由于人为扰动大,不能反应根系分泌物的真实情况。介绍了一种新型根系分泌物原位连续采样装置,该装置由根系生长箱和根系分泌物收集装置二部分组成。根系生长箱中土壤和根系之间由滤膜隔开,土壤中的营养元素可以透过滤膜供应植物生长,带有真空抽气泵的根系分泌物收集装置可以实现用去离子水原位淋洗根系、收集根系分泌物的目的。该收集装置外源葡萄糖加标回收率为89%±2%。小麦种植在根系生长箱中,在小麦生长42 d期间,用新型采样装置和溶液收集法分别收集了根系分泌物,研究了小麦根系分泌DOC能力随生长时间的变化。结果表明,收集方法不同,小麦根系分泌DOC能力随生长时间变化不同。在新型收集装置法中,小麦根系分泌DOC能力随着生长时间呈现降低的态势,而溶液收集法则呈现出上升的态势。新型采样装置能实现植物土壤生长条件下原位收集根系分泌物,采样中扰动小,为根系分泌物研究提供了较好的收集方法。但也存在设备复杂、采样流量不易控制等缺点,是今后需要改进的方向。     

基于AHP和TOPSIS的污染场地修复技术筛选方法研究

污染场地作为潜在的污染源,多位于城市人口密集区,具有较大环境风险,且随我国城市产业结构的调整有逐年增加的趋势,引起国家的日益重视。目前国内外应用于污染场地修复的技术类型较多,采用科学的方法选择技术适用、经济可行和环境友好的修复技术具有重要意义。在分析了已有的污染场地修复技术筛选方法和解决多参数决策问题的方法及工具的基础上,提出了基于层次分析法（AHP）和逼近理想解的排序法（TOPSIS）的污染场地修复技术筛选决策流程,构建了污染场地修复技术筛选的指标体系,通过领域专家调查和AHP法获得修复技术筛选不同指标的权重,然后采用TOPSIS法对污染场地修复技术进行排序。利用该方法筛选与某案例污染场地的实际筛选结果接近一致。AHP和TOPSIS结合运用于解决复杂的多因素决策问题,既能克服AHP在不易定量化指标上的主观性,又能避免TOPSIS对指标权重的忽视,能够为土地拥有者或环境工作者解决实际修复技术筛选问题提供了有益的工具。     

田间农药雾滴精准采样技术与发展趋势

采用植保机械喷施化学农药仍是病虫害防治最为有效的手段。喷施过程中,农药雾滴精准的采集并测定沉积、流失飘移量,对于优化植保机械的作业参数、提高农药利用率具有重要意义。该研究综述分析了室内与田间采样过程中不同类型采样器的优缺点,并分析采样效率、采样器的布置及采样条件等因素对雾滴沉积、流失飘移采样结果的影响。针对当前的采样方法,该研究提出了未来在农药雾滴采样方面的5点要求与展望,包括提高采样的准确性、提高采样方法和采样设备的标准化、增加对农药有效成分雾滴运动规律的研究、研发新型的采样传感器以提高采样效率、建立植保无人飞机喷施雾滴沉积、飘移模型。综上,通过更为标准化和精准的采样,获取可比较、准确度高的农药雾滴沉积与流失飘移数据,可为中国农药使用量"零增长"提供科学技术指导。     

我国有机污染场地现状分析及展望

以有机污染场地为研究对象，调查分析了全国277个有机污染场地的行业类别、污染类型以及有机污染物种类分布情况，发现主要贡献行业为化学原料及化学品制造行业，贡献率为37.9%；污染类型中以各类有机污染物复合污染为主；除了不同有机污染物之间的相互复合，有机污染物与重金属复合污染特征明显，占总场地58.5%。有机污染物种类分布中多环芳烃类污染场地最多，占54.9%，与欧美有机污染场地中氯代烃类污染场地占比最多不同；其次为总石油烃和苯系物，占比分别为49.5%和36.8%。全国典型地理区域的有机污染特征和污染物超筛选值结果表明，总体上南方有机污染场地数目多于北方，东部经济发达地区场地数目明显多于经济发展中地区，西南和中南地区有机污染与重金属复合污染特征明显。各区域内污染物种类分布与行业相关性强，如多环芳烃污染多在各地区焦化厂场地中出现，总石油烃与重金属复合污染出现在机械制造和金属冶炼行业场地；氯代烃类污染物出现在氯碱生产相关场地；多氯联苯、多溴联苯醚、二噁英等污染出现在电子废弃物拆解集中区。通过对全国有机污染场地的分析和各地区污染特征的讨论，以期为开展污染场地环境调查与修复提供一定的参考，并为污染场地的监督与管理等工作提供依据。     

持久性有机污染场地土壤淋洗法修复研究进展

持久性有机污染场地土壤淋洗法是污染场地土壤物化修复方法中一种常用的技术。淋洗法是指运用特定淋洗剂对污染土壤进行深度洗涤,通过分离净化淋洗剂,实现回用集成,达到去除土壤中污染物的目的,并最终安全化处置污染物和修复土壤的过程。本文根据污染场地土壤处理位置、淋洗剂种类和淋洗剂施用方式的差异,将持久性有机污染场地土壤淋洗法划分为不同的种类;总结了为达到高效去除土壤中污染物质,可运用多级淋洗方式、超声方式、电动力方式和化学氧化等方式实现强化修复效率;阐述了污染场地土壤质地、污染物性质、淋洗剂性质、淋洗条件优化以及淋洗剂回用效率等因素对淋洗修复整体效用的显著影响;同时指出了目前持久性有机污染场地土壤淋洗法存在的问题和今后国内外研究和应用的方向。综合考虑土壤淋洗修复技术适用范围和成本因素,认为淋洗法是一种较符合我国持久性有机污染场地土壤实情的修复技术,具有较强的针对性和较广泛的运用前景。     

确定137Cs背景值所需的采样点数与采样面积

137Cs背景值的确定是利用核示踪技术研究土壤侵蚀的前提和根本,直接关系到侵蚀速率计算的准确与否。而大部分研究对137Cs背景值的确定均采取随机采样,没有统一的采样点数与确定的采样面积。本研究利用网格加密采样法,对未扰动地和长期耕种且未平整的农耕地各两块样地的137Cs背景值空间变异进行了分析,结果表明：在未扰动地与农耕地采样地块,137Cs采样点数与背景值空间变异系数都存在指数回归关系;在未扰动地块137Cs背景值存在较大空间变异性,且随着网格面积的扩大137Cs空间变异系数表现为增加趋势,在0.25m2范围内选取最少11个样点才能满足试验精度;在农耕地采样地块,因长期的耕种作用使得137Cs在耕层中混合相对均匀,137Cs背景值空间变异性显著变小,最少选取7个样点就能满足试验精度,且不受采样面积的影响。     

化工污染场地氯苯分布特征

以某化工污染场地为研究对象,研究了该场地主要污染物氯苯在土壤中垂直和水平分布特征,分析了生产历史、场地水文地质等因素对氯苯空间分布的影响。结果表明:在重力和淋洗作用下,氯苯能够在黏土层和粉质黏土层中垂直迁移。氯苯在土壤中的垂直分布具有明显的富集特征,主要富集在12.0～15.6 m深的粉质黏土层中,其中14.4～15.6 m深的粉质黏土层污染最为严重,氯苯浓度高达1.0×10~4 mg/kg。在不同采样点位土壤中,氯苯浓度峰值出现的深度不同,在同一采样点位土壤中,氯苯出现多个浓度峰值,这与生产过程中氯苯的分批次、间歇性泄露有关。场地氯苯主要出现在氯苯存储、使用和处置及其附近区域粉质黏土层中,说明氯苯水平分布特征主要受企业生产功能分区影响,同时受场地水文地质的影响产生局部小范围扩散。     

Study on a soil erosion sampling survey in the Pan-Third Pole region based on higher-resolution images

Soil erosion is one of the most severe global environmental problems, and soil erosion surveys are the scientific basis for planning soil conservation and ecological development. To improve soil erosion sampling survey methods and accurately and rapidly estimate the actual rates of soil erosion, a Pan-Third Pole region was taken as an example to study a methodology of soil erosion sampling survey based on high-spatial-resolution remote sensing images. The sampling units were designed using a stratified variable probability systematic sampling method. The spatiotemporal characteristics of soil erosion and conservation were taken into account, and finer-resolution freely available and accessible images in Google Earth were used. Through the visual interpretation of the free high-resolution remote sensing images, detailed information on land use and soil conservation measures was obtained. Then, combined with the regional soil erosion factor data products, such as rainfall-runoff erosivity factor (R), soil erodibility factor (K), and slope length and steepness factor (LS), the soil loss rates of some sampling units were calculated. The results show that, based on these high-resolution remote sensing images, the land use and soil conservation measures of the sampling units can be quickly and accurately extracted. The interpretation accuracy in 4 typical cross sections was more than 80%, and sampling accuracy, described by histogram similarity in 11 large sampling sites, show that the landuse of sampling uints can represent the structural characteristics of regional land use. Based on the interpretation of data from the sample survey and the regional soil erosion factor data products, the calculation of the soil erosion rate can be completed quickly. The calculation results can reflect the actual conditions of soil erosion better than the potential soil erosion rates calculated by using the coarse-resolution remote sensing method.     

土壤制图中多等级代表性采样与分层随机采样的对比研究

采样设计是土壤地理研究中备受关注的重要问题。本文以区域尺度土壤属性制图为例,将多等级代表性采样与经典采样中的分层随机采样进行对比研究。以安徽宣城研究区的表层砂粒含量为目标要素,采集数量均为59个的两套样点,设计不同数量(46、58和59)的样点分组,采用两种制图方法进行制图并利用独立验证点进行评价。结果表明:1)无论是采用多元线性回归方法还是基于环境相似度的制图方法,在同等样点数量下,利用代表性样点所得土壤图精度均高于利用随机样点所得精度,并且利用少量代表性样点(46个)所得土壤图精度也高于利用多量随机样点(59个)所得精度;2)随着代表性较低样点的增加,土壤制图精度基本有一个提高的趋势,而采用随机样点所得土壤图的精度波动较大。因此,可认为多等级代表性采样方法是一种可用于区域尺度土壤调查的有效采样方法,且比分层随机采样高效、稳定。     

Afforestation effects on soil carbon stocks of low productivity grassland in New Zealand

Soil carbon stock change between two major land uses in New Zealand was measured by sampling paired plots across the boundaries of low productivity grassland and forest planted pre‐1990. The national soil carbon monitoring system uses low productivity grassland as a benchmark to evaluate soil carbon stock change for other land uses. The goal was to validate earlier estimates of the effect of pre‐1990 afforestation and to reduce their level of uncertainty. We selected a set of sites to represent the national stocks of forests planted pre‐1990. Previous studies derived estimates of the land‐use effect on soil carbon for afforestation ranging from +1.6 to ?8.5 t/ha to 30 cm depth. For all estimates, the 95% confidence interval spanned zero. Our study used nine of the previous paired‐plot sites and sampled and analysed 21 new sites. The land‐use effect of change from grassland to forest planted pre‐1990 was estimated at ?17.4 t/ha. The 95% confidence interval ranged from ?10.1 to ?24.6 t/ha and did not include zero change. The result supported the soil carbon monitoring system assumption that forests planted pre‐1990 have significantly lower soil carbon stocks than the low‐productivity‐grassland standard. Evidence of stock change occurred in depth increments to 0.2 m but with no significant change for the 0.2–0.3 m increment. This suggests that the sampling depth of 0.3 m was adequate for the estimation of soil carbon stock change.     

Comparing sampling needs for variograms of soil properties computed by the method of moments and residual maximum likelihood

It has been generally accepted that the method of moments (MoM) variogram, which has been widely applied in soil science, requires about 100 sites at an appropriate interval apart to describe the variation adequately. This sample size is often larger than can be afforded for soil surveys of agricultural fields or contaminated sites. Furthermore, it might be a much larger sample size than is needed where the scale of variation is large. A possible alternative in such situations is the residual maximum likelihood (REML) variogram because fewer data appear to be required. The REML method is parametric and is considered reliable where there is trend in the data because it is based on generalized increments that filter trend out and only the covariance parameters are estimated. Previous research has suggested that fewer data are needed to compute a reliable variogram using a maximum likelihood approach such as REML, however, the results can vary according to the nature of the spatial variation. There remain issues to examine: how many fewer data can be used, how should the sampling sites be distributed over the site of interest, and how do different degrees of spatial variation affect the data requirements? The soil of four field sites of different size, physiography, parent material and soil type was sampled intensively, and MoM and REML variograms were calculated for clay content. The data were then sub-sampled to give different sample sizes and distributions of sites and the variograms were computed again. The model parameters for the sets of variograms for each site were used for cross-validation. Predictions based on REML variograms were generally more accurate than those from MoM variograms with fewer than 100 sampling sites. A sample size of around 50 sites at an appropriate distance apart, possibly determined from variograms of ancillary data, appears adequate to compute REML variograms for kriging soil properties for precision agriculture and contaminated sites.     

不同样点数量对土壤有机质空间变异表达的影响

以南京市六合区为研究区,通过完全随机和限制最小采样间距抽样分别设置5个样点系列,基于每个样点系列100次重复抽样的变异结构推断及空间预测误差结果,探讨了不同样点数量对土壤有机质(SOM)空间变异表达的影响。结果表明,两种抽样方式降低样点数量后推断的SOM含量的块金效应(C0/C0+C)均随样点数量减少而降低且限制最小采样间距抽样推断的C0/C0+C要低于完全随机抽样方法,说明适当的减少样点数量以便降低与SOM变异尺度不匹配的样点对变异结构推断的影响有助于提高SOM空间变异结构表达的可靠性。普通Kriging预测的SOM误差对比则表明,尽管两种抽样方式下空间预测的均方根误差(RMSE)随样点数量变化而波动,但均低于全部样点的预测误差;通过限制最小采样间距减少样点至250个时,SOM空间预测的RMSE最低,较全部样点预测误差降低了6%,因此,为了实现样点密度与SOM变异尺度相匹配,合理设置土壤采样点的间距及样点数量较单纯的增加采样点数量更为重要。     

区域土壤侵蚀遥感抽样调查方法

土壤侵蚀是全球性环境问题,土壤侵蚀调查是水土保持规划和生态文明建设的科学基础。为了完善土壤侵蚀抽样调查方法,快速、精准地估算土壤侵蚀实际速率,对基于高分辨率遥感影像进行目视解译,提取高精度土地利用和水土保持措施信息的方法进行了研究。基于现代地理信息科学,充分利用虚拟地球及其提供的公开高分辨率遥感数据资源,考虑土壤侵蚀及其治理的时空特征,采用分层不等概系统空间抽样方法布设抽样单元,通过对公开高分辨率遥感影像的目视解译,完成泛第三极地区土地利用和水保措施的遥感抽样调查。研究实现了2万个抽样调查单元的解译,提取了土地利用和水土保持措施信息;基于CSLE模型完成了典型抽样调查单元的土壤流失速率计算,并对解译结果进行了精度和实用性分析。结果表明:基于公开高分辨率遥感影像、利用分层不等概系统空间抽样方法,可快速提取土地利用和水土保持措施信息,完成区域土壤侵蚀抽样调查。     

基于影像分析的黄土丘陵沟壑区土壤水分采样研究

[目的]以山西省寿阳县三眼井小流域土壤水分采样为例,对采样点进行了均匀性和代表性分析,以此验证土壤采样设计的合理性。[方法]利用统计分析SPSS 13.0软件和ArcGIS软件,以规则网格采样点作为初步布设图,然后结合遥感影像,把自动生成的规则网格采样点在兼顾土地利用类型和可操作性的前提下进行微调,即采用大均匀小随机布点法进行土壤采样点布设。[结果]最近邻点指数和变异系数均显示采样点分布较均匀;从采样点的坡度代表性来看,由于大均匀小随机采样考虑到实际可操作性,采样点布设多集中在0°~15°,坡度的代表性较差;从采样点的坡向代表性来看,采样点代表性较好;从土地利用类型代表性来看,大均匀小随机法得到的采样点对草地与耕地的代表性较好,对林地的代表性较差,主要因为林地多分布在陡坡上难以采样。[结论]总体来看,大均匀小随机采样法得到的样点均匀性和代表性都比较好,且由于黄土丘陵沟壑区沟壑纵横,地形复杂,利用此方法可以兼顾均匀性、代表性和可操作性。     

利用侵蚀模型普查黄土高原土壤侵蚀状况

土壤侵蚀普查对于土地资源保护和自然灾害防治具有重要意义。为了测试抽样方法和土壤侵蚀模型在土壤侵蚀普查中的适用性,该文以陕西吴起县为试点,采用1%均匀抽样方法,调查39个抽样单元的土壤侵蚀影响因子,使用中国侵蚀预报模型CSLE(Chinese soilloss equation)估算土壤侵蚀模数,并与基于遥感数据的水蚀分级分类方法进行比较。两种方法估算的全县平均土壤侵蚀模数分别为4571和5504t/(km2a),但不同分级侵蚀强度的面积和空间分布存在较大差异。抽样方法在土地利用与覆盖、水土保持措施及土壤特性方面获得的信息量大于遥感方法,同时对于区域具有很好的代表性;使用模型估算土壤侵蚀考虑的影响因子与分级方法相比,还包括了土壤可蚀性、坡长因子以及水土保持措施因子等,由此计算的土壤侵蚀模数和强度具有更高的可信度。因此,虽然基于抽样方法和土壤侵蚀模型的土壤侵蚀普查方法也存在一定的问题,但与土壤侵蚀分类分级方法相比具有明显的优越性。     

Comparison of Soil Sampling Devices for Soil Bulk Density Determination for Carbon Sequestration Monitoring

Soil bulk density is often used to adjust soil carbon (C) values for changes in soil density because of management differences in C-sequestration studies. Often hand-sampling devices used for soil fertility monitoring may be used for sampling soil to a depth of up to 30 cm. Four sampling devices of differing characteristics that can be used with hand-sampling equipment across full tillage, reduced tillage, and no-tillage to determine soil bulk density were evaluated. There were no significant differences in soil bulk density values between three cylindrical devices, which measured from 19 to 31 mm in diameter. However, a 21 mm × 76 mm rectangular device gave significantly lower bulk density values than the cylindrical devices. Calculation of soil organic carbon (SOC) mass per unit area showed similar results for the cylindrical devices with the rectangular device giving a significantly lower value than the cylindrical devices. Using a cylindrical device on a hand probe in a consistent manner will give satisfactory results when sampling surface soils.     

广州市不同土地利用方式下冬季土壤动物群落结构的研究

对广州市越秀区和天河区3种土地利用方式(绿地、林地、农田)下、6种不同样地(人民公园东部绿地、天河体育中心广场绿地、华南植物园、华南农业大学树木园、郊区岑村农田和郊区凤凰街农田)中小型土壤动物群落的数量和结构组成、分布及其变化规律进行了研究。调查期间共获得中小型土壤动物1 365个,共25个类群,分别隶属于7门16个类群,优势类群为线虫纲(Nematoda)、蜱螨目(Acarina)和弹尾目(Collembola),共占总捕获量的83.44%。不同样地生境中土壤动物的类群组成以及个体数不同。各样地土壤动物群落复杂性指数(C)以华南植物园为最高,达2.822,人民公园绿地为最低。观测样地中小型土壤动物表现出明显的表聚现象,垂直分布有明显差异,类群数和个体数随深度增加而减少。群落排序的结果显示,土壤动物群落对人类活动干扰的响应有所不同,其中倍足纲(Diplopoda)和石目(Archaeognatha)这两类土壤动物为稀有类群,仅在观测的林地类样地中有分布,对干扰最为敏感,可用于指示城市化进程S中土地利用类型的变化。