大气沉降对土壤养分系统的影响

大气沉降是大气圈物质下沉或降落到达地表的过程或现象。大气沉降除以降水向土壤输入化学组分外,还以酸沉降向土壤输入化学组分,危害土壤养分系统。基于此,通过阐述酸沉降和金属颗粒物作用于土壤养分系统的机理,提出大气沉降对土壤养分影响研究中存在的问题。     

大型铜冶炼厂周边农田区大气重金属沉降特征研究

为探索铜冶炼厂周边农田区大气重金属沉降的时空变异特征,以冶炼厂为中心,四周等距离均匀分设8个监测点,于2012年5月至2013年4月,根据酸沉降检测技术规范,采收大气干湿沉降混合样品,利用原子吸收分光光度法分析样品中Cu、Cd、Pb、Zn、Cr含量,计算各监测点所代表区域各类重金属沉降通量。结果显示,研究区重金属Cu、Cd、Pb、Zn、Cr的年沉降通量分别为638、6.56、70.0、225、22.7 mg·m-2·a-1。五种重金属沉降量具有一定的时间变化特征,其中Cd、Zn和Cr的月际间变化显著(P0.05,n=96),Pb、Zn、Cr季节间变化显著(P0.05,n=32),而Cu无显著的月间或季间变化。空间上,Cu、Cd、Pb年沉降通量有极显著性差异(P0.01,n=8),以铜冶炼厂西南方向的九牛岗监测点最高,而Zn和Cr则无显著性差异。     

模拟大气镉沉降量对空心菜种子发芽的影响

大气镉沉降严重威胁蔬菜安全生产,揭示其对种子发芽的影响能够为相关防控政策的制定提供依据。本研究以南京市场6个主流空心菜品种（白骨大叶、白骨柳叶、柳叶、双机竹叶、特选泰国和正宗三叉）为研究对象,设置3个大气镉沉降梯度（3.0、9.0、18.0 mg·m^-2）进行了7 d种子发芽实验。结果表明：大气镉沉降量使白骨大叶和双机竹叶的发芽峰值日提早1 d,分别显著降低白骨大叶的发芽势和白骨大叶、白骨柳叶、特选泰国空心菜种子的根长及后两者的根长活力指数,而显著提高柳叶的发芽势、发芽指数、根长和鲜质量两种活力指数及双机竹叶的活力指数。相关性分析发现,大气镉沉降量与白骨柳叶种子的根长活力指数显著负相关,与柳叶种子的根长活力指数呈显著正相关,与白骨大叶和双机竹叶种子的烂根率呈显著负相关。白骨柳叶和柳叶种子的发芽受大气镉沉降量的影响较大,主要是种子根发育受到大气镉沉降量的影响,且适量的大气镉沉降可以缓解白骨大叶和双机竹叶种子的烂根状况;特选泰国和正宗三叉品种的发芽情况受大气镉沉降量的影响不明显。     

河北省农田土壤镉污染研究

本文选择了四个涉嫌镉污染的小区,研究了农田土壤的镉含量及化学形态分布,测定了相应的小麦含镉量,对污染状况作了对比评价,并针对镉的形态分布特征提出原则性对策。本工作以国家标准物质GBW08303、GBW08503、GBW07401、GBW07405进行了检验,结果可靠。     

大气沉降及土壤扬尘对天津城郊蔬菜重金属含量的影响

为探究土壤重金属污染对蔬菜中重金属含量的影响,并分析蔬菜中重金属的主要来源,以天津城郊存在土壤重金属镉(Cd)超标风险的蔬菜基地为对象,施用特制含锌(Zn)、含锰(Mn)商品有机肥,对土壤和当地常见叶菜类蔬菜(油菜、芹菜、大白菜、生菜、葱)中重金属含量进行了测定.结果显示,该蔬菜基地土壤重金属有效性低,蔬菜中重金属含量均符合国家食品安全标准,施用含Zn、含Mn有机肥对蔬菜重金属含量无显著影响.针对蔬菜基地可能的重金属污染来源,监测了蔬菜基地周边大气沉降物重金属含量,对比监测清洗蔬菜与未清洗蔬菜的重金属含量,并通过计算蔬菜样品中重金属含量与钛(Ti)含量的比值关系,估算大气沉降和土壤扬尘对蔬菜样品重金属含量的贡献.结果表明,大气沉降和土壤扬尘对蔬菜中镉(Cd)、砷(As)、铅(Pb)、铬(Cr)的贡献率分别达到33.7%、83.7％、72.8％和71.0％,该地区蔬菜中的As、Pb、Cr主要来自吸附于表面的大气沉降和土壤扬尘,食用前仔细清洗能有效减少蔬菜中重金属含量.由此可见,从控制蔬菜重金属污染源头的角度分析,当地应优先监控大气沉降带来的蔬菜重金属污染风险.     

模拟氮沉降对农田大型土壤动物的影响

采用喷施氮肥模拟氮沉降的方法,分对照(CK,不施氮)、低氮(T50,50 kg.hm-2.a-1)、中氮(T100,100 kg.hm-2.a-1)、高氮(T150,150 kg.hm-2.a-1)4个梯度对温郁金农田生态系统进行氮沉降处理,5个月后调查其田间大型土壤动物分布情况。结果表明:①调查共获得大型土壤动物19类485只,优势类群2类、常见类群8类、稀有类群9类;类群数和个体数均以0<土壤深度h≤5 cm层最高。②氮沉降改变了土壤动物个体数的表聚特征,在高浓度氮处理下土壤动物表现出向深层趋避;氮沉降降低了大型土壤动物的个体数,0T100>T150。③氮沉降对土壤动物类群数的垂直分布无明显影响,但能够减少土壤动物的类群数,0T100>T150。④各处理下的大型土壤动物的Shannon-W e iner多样性指数H′、P ielou均匀性指数J和S inpson优势度指数C基本一致,表现为T100>T50>CK>T150,表明低氮处理对大型土壤动物多样性有促进作用,而在高氮处理时表现为抑制,存在阈值作用。⑤大型土壤动物多样性与杂草地上部分鲜质量显示出较好的正相关(r=0.74),而杂草地上部分鲜质量与农作物温郁金地上部分鲜质量显示较好的负相关(r=-0.79),土壤动物对氮沉降的响应受到杂草和农作物的影响,可能是一个更为复杂的过程。     

不同温度下镉在典型农田土壤中的吸附动力学特征

吸附反应是重金属进入土壤后发生的重要过程,其直接影响着重金属的生物有效性。以我国12种典型农田土壤为实验材料,采用批次平衡法研究了镉在土壤中的吸附动力学特征,并采用动力学方程进行拟合。结果表明,在高、低两个温度条件下,镉在土壤中的吸附均存在两个不同的反应阶段,即快速吸附反应和慢速吸附反应阶段。25℃时,反应开始5min内的吸附量可达最大吸附量的72.69%以上,至0.5h时可达83.76%以上;40℃时分别可达最大吸附量的77.50%和87.02%。其中,快速吸附反应以化学吸附为主,慢速吸附反应则以物理吸附为主,以化学吸附为主的快速反应又主导着整个反应过程。不同类型农田土壤对镉的吸附动力学模型以Elovich模型较优。碱性土壤吸附速率和吸附量都高于酸性土壤,温度的升高也会促进土壤对镉的吸附速率和吸附量。pH是影响镉吸附速率的主要因子。     

天津农田土壤镉和汞污染及有效态提取剂筛选

采集天津3条排污河污灌区重金属污染农田的22个土壤及油麦菜样品,测定镉(Cd)和汞(Hg)的浓度,筛选两种重金属生物有效性的最佳提取剂,并分析了混合提取剂(M3)及DTPA对两种重金属生物有效性的预测能力.结果表明,22个土壤采样点中有9个样点Cd超标,7个样点Hg超标,60％以上的油麦菜受到Cd的污染,但大部分处于轻污染级别,且M3、DTPA都能够很好地表征油麦菜中Cd的生物有效性,相关系数分别为:RM3=0.92(P＜0.000 1),RDTPA=0.88(P＜0.000 1),其中M3预测能力强,提取用时短,可推广应用;100％的油麦菜都受到Hg污染,且都处于重污染级别,油麦菜中Hg与M3、DTPA提取结果具有显著负相关,相关系数分别为:RM3=-0.82(P＜0.000 1),RDTPA=-0.47(P＜O.05),这可能是因为可提取态Hg的增加对植物吸收产生负面影响.     

大气沉降对我国土壤中污染分布及元素循环的影响

大气沉降是污染物进入土壤的重要途径,也是土壤中污染物的主要来源。同时,大气沉降和土壤元素循环息息相关。本文综述了大气沉降对我国土壤中污染物分布以及元素循环的影响。结果表明,重金属沉降依赖于长期的干湿混合沉降,有机污染物沉降依赖于干沉降,氮硫磷等元素的沉降依赖于湿沉降。同时,季风和人为活动会影响大气污染物的迁移和沉降。本文的结论为污染物大气沉降的防控和土壤污染治理提供了思路。     

不同地区农田土壤多环芳烃污染特征与来源解析

通过对农田土壤多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）的分布特征、污染程度及成因解析,深入了解工业活动引发的土壤污染问题,实现工业园区周边农田土壤的污染预警和科学合理利用。在黄河三角洲石油开采区和西南铅锌冶炼区附近的农田分别采集89个和148个土壤样品,采用气相色谱-质谱仪（GC-MS）分析美国环境保护署（Environmental protection agency,EPA）优控的土壤中PAHs组成与含量,运用主成分分析（Principal component analysis,PCA）和正定矩阵因子法（Positive matrix factorization,PMF）模型比较两个区域农田土壤中PAHs的来源。结果表明,石油开采区农田土壤中16种PAHs总含量（以干质量计）平均值为149.8 μg·kg^-1（含量范围31.5~1 399 μg·kg^-1）,铅锌冶炼区农田土壤PAHs总含量平均值为267.6 μg·kg^-1（含量范围8.99~2 231 μg·kg^-1）,两个地区主要以4~6环PAHs为主。聚类分析、PCA和PMF 3种源解析方法对两个区域的PAHs来源进行比较,石油开采区农田土壤中PAHs主要来源及其贡献率分别为燃煤9.1%、生物质燃烧和石油源60.7%、化石燃烧24.1%以及柴油燃烧6.2%,铅锌冶炼区分别为生物质燃烧和石油源31.6%、汽油及重油的燃烧28.3%、煤燃烧40.1%。铅锌冶炼区周边农田土壤PAHs污染程度相对较高。     

外源镉在几种典型农耕土壤中的稳定化特征

采用室内培养的方法,研究了重金属镉(Cd)在水稻土(渗育型)、黄壤、酸性紫色土、中性紫色土和石灰性紫色土5种典型农耕土壤中的稳定化过程,探讨Cd进入土壤后其有效态含量在180 d内随时间的变化特征,并利用动力学模型进行模拟,通过相关性分析,定量化描述土壤理化性质对Cd稳定化过程的影响。结果表明:有效态Cd在培养15 d内迅速下降,随后缓慢降低,外源Cd添加量≤2 mg·kg-1时,30 d后基本达到平衡,外源Cd添加量≥5 mg·kg-1时,60 d后才趋于稳定;平衡后,水稻土、黄壤及酸性紫色土中有效态Cd含量占加入总量的52.6%~66.7%,中性紫色土和石灰性紫色土中占33.6%~46.5%。5种动力学方程中,以二级动力学方程模拟外源Cd的稳定化效果最好,以该方程拟合所得的稳定化平衡含量和表观速率常数可用来表征Cd进入土壤后的稳定化过程。相关性分析表明,Cd在土壤中的稳定化过程与土壤性质密切相关,表现为p H值、CEC和有机质含量较高的土壤中有效态Cd含量较低,高p H值、高CEC和高有机质含量对平衡时的Cd含量有显著抑制作用,且以p H对Cd稳定化速率和平衡含量的影响最大。     

苎麻对农田土壤中汞、镉的吸收累积特征研究

为了评价非食用性经济植物苎麻对农田土壤中汞、镉的累积修复效果,本研究采集了46个种植于某汞矿区周边的汞、镉复合污染农田土壤的苎麻样品,分析了苎麻及对应土壤样品中汞、镉含量,计算了苎麻对汞、镉的累积系数和转运系数。结果表明:汞在苎麻根、秆、皮和叶中的含量分布为58.02~136.97、60.6~560.45、113.26~3 860.51、446.1~1 686.3μg·kg^-1;镉在苎麻根、秆、皮和叶中的含量分布为10.1~1 527.8、7.17~1 203.63、11.57~1 838.14、77.12~842.41μg·kg^-1。麻皮和麻叶中的汞含量明显高于根部;而镉较均匀分布在苎麻的根部、麻秆、麻皮及麻叶。汞和镉在对应土壤中含量分布为0.381~9.040 mg·kg^-1和0.131~7.814 mg·kg^-1。苎麻地上部对汞的累积系数范围为0.017~4.826,转运系数范围为0.583~22.595,苎麻地上部对镉的累积系数范围为0.011~3.725,转运系数范围为0.055~16.175。麻皮的汞累积系数明显高于根部和麻秆;而苎麻各部位的镉累积、转运系数无明显差别。土壤中的DOC含量上升会导致苎麻麻秆、麻皮中汞含量的下降,土壤pH的下降会促进苎麻的麻秆、麻皮两个部位对镉的吸收累积。     

基于梯度扩散薄膜技术评估稻田土壤中镉的生物有效性

为了给重金属污染农田土壤的安全性评估提供方法学指导,以稻田土壤-水稻体系为对象,通过比较化学提取法(土壤溶液法和0.01 mol·L~(-1)Ca Cl2提取法)和梯度扩散薄膜技术(DGT)所提取的有效态镉(Cd)含量与水稻谷粒中Cd含量(0.06~2.16 mg·kg~(-1))的相关关系,阐述DGT是否能更准确评估Cd的生物有效性及其作用机理。结果表明,土壤Cd全量与谷粒中Cd含量、几种有效态Cd提取量均未显示出显著相关性,不能真实反映Cd的生物有效性。DGT提取的Cd含量与谷粒Cd含量的相关性系数(R_(线性)~2=0.89和R_(曲线)~2=0.94)高于土壤溶液法(R_(线性)~2=0.87和R_(曲线)~2=0.92)和0.01 mol·L~(-1)Ca Cl2提取法(R_(线性)~2=0.80和R_(曲线)~2=0.83),R值分析表明DGT技术模拟了根部吸收土壤Cd过程中土壤固-液释放补给动态过程。因此,与传统化学提取法相比,DGT技术能更好地预测Cd污染土壤(0.31~10.64 mg·kg~(-1))中Cd的生物有效性。     

沈阳农用土地重金属污染评价与来源分析

以沈阳市典型农用土地为研究区域,进行土壤重金属(As、Pb、Cu 、Cr、Zn、Hg、Ni 、Cd)的污染情况评价及来源分析.结果表明,农用土地土壤受到不同程度的重金属污染,其污染程度依次为Pb＞Hg＞Zn＞Ni=Cu＞As＞Cd＞Cr,潜在危害问题最为突出的重金属为Hg与Cd.污染的来源与工业生产和人类活动有关,其中最主要的影响因素为交通运输.     

北方常见农业土地利用方式对土壤螨群落结构的影响

土壤螨群落与土壤健康状况密切相关,农业土地利用方式会影响土壤螨的生存环境,进而影响螨的群落分布。在北方传统农业区研究了小麦玉米常规轮作农田,1年温室蔬菜大棚、4年温室蔬菜大棚和4年露天菜地下土壤主要理化指标和螨群落结构。研究结果表明露天菜地和温室大棚的利用方式均会提高土壤碱解氮和有机质含量,同时温室大棚的长期利用会增加土壤有效磷含量。螨群落分析显示常规农田中甲螨亚目为优势类群;常规农田转变为温室大棚后,由于施肥造成土壤营养物质含量增加,以及人类对土壤扰动程度的提高,无气门亚目取代甲螨亚目成为温室内螨优势类群。但随着温室年限的延长,螨多样性和粉螨科丰度都要有所下降,这可能是磷累积和强扰动效应的共同后果。常规农田转变为露天菜地后,加强的人类扰动也会降低甲螨亚目丰度,但与温室螨群落相比,4个亚目分布要相对均匀。温室在3种土地利用类型中对土壤螨的负面影响最为明显,从土壤功能的自我维持和修复方面来讲是十分不利的,温室内土壤生物多样性的保护尤其值得人们关注和重视。     

我国农业面源污染过程模拟的困境与展望

我国农业面源污染依然严重,模型是面源污染防控决策支持的有效工具。本文在农业面源污染模型分类的基础上,系统梳理了各类模型在田块流失过程、流域迁移消纳过程中的构建方法。在田块产流过程模拟中,模型大多采用单一超渗或者蓄满产流机制;在流域迁移过程的消纳过程模拟中,迁移路径基于D8算法,采用固定的消纳系数模拟迁移过程中的消纳量。基于我国面源污染产生的特点,本文进一步总结了上述模型在我国农业面源模拟过程中的困境：在田块流失过程中,在我国旱地与水田并存情况下需同时考虑两种产流机制,在南方水域面积大的区域还需考虑农田氨挥发近距离沉降;在地表迁移过程中需考虑多地形（丘陵和平原）、多水体分布特点,地下迁移过程需考虑生物地球化学滞留和水文滞留过程。针对上述困境,文章展望了我国面源污染模型可能的解决方案,以期为我国农业面源污染模型的轻简化和高精度发展提供借鉴。     

我国农业面源污染的时空分异与动态演进

为了准确把握我国农业面源污染的空间分布规律,有效治理农业面源污染。选取1997—2013年中国30个省市面板数据,分析了我国农业面源污染的时间、空间分布特征,利用非参数核密度估计模型讨论了农业面源污染的动态演进情况,进一步利用探索性空间数据分析方法(ESDA)讨论了其空间相关性。结果表明:1)农业化肥投入、农业固体废弃物(秸秆)、水产养殖和畜禽养殖这四类污染源的产生量以及他们产生的氮、磷和化学需氧量三类污染物逐年增长,其中畜禽养殖的贡献最大。2)农业面源污染严重的区域集中在农业大省和经济发达地区,在空间上以中部地区、华北地区为核心区域,向外围辐射并呈现递减趋势。3)农业面源污染区域明显集聚,区域差异较大,极化现象比较严重。4)农业面源污染表现出明显的空间相关性,形成高高型集聚区域,主要位于农业大省。据此,应该加强政策激励和引导农业农户的环保意识,推进农业生产由农业粗放式增长向数量、质量型增长转变。考虑相邻区域政策等要素空间溢出的负效应,在高高型集聚区域内,应该采用区域联防政策,杜绝农业面源污染治理的此消彼长,通过齐抓共管,实现多赢。     

中国农业面源污染排放的空间差异及其动态演变

以2003—2014年为研究时段,在测算农业面源污染排放强度的基础上,综合运用基尼系数和非参数估计方法,研究我国农业面源污染的空间差异及其动态演变,结果表明:1)我国农业面源污染排放总体下降,且表现出明显的空间差异,东部和中部地区的排放强度较高,西部和东北地区则相对较低。2)2003—2014年,中国农业面源污染排放强度的区域差异略微扩大,地区间差异是其总体差异的主要来源。3)核密度估计结果表明,中国农业面源污染排放总体差异表现为"下降-上升-下降"的波动变化趋势。4)马尔科夫链分析表明,中国农业面源污染在不同类型间的相互流动较为微弱,但从长期来看,存在向两极分化发展的趋势特征。     

张掖市优势农产品实施农业标准化模式与思考

通过调查总结了张掖市实施农业标准化的模式:以龙头企业为核心组织实施农业标准化、科技示范园带动农业标准化实施、行业协会自律实现农业标准化及政府主导并最终通过行业协会实施农业标准化。对欠发达地区实施农业标准化提出几点思考:正确选择项目和龙头企业是欠发达地区实施农业标准化最有效的方法;行业协会模式必须有经济利益驱动;农业标准化需要政府强有力的支持,但必须借助市场利益来驱动;农业标准化实施需要健全各级农技推广部门。     

Atmospheric deposition and canopy interactions of major ions in a forest

Airborne particles and vapors contributed significantly to the nutrient requirements and the pollutant load of a mixed hardwood forest in the eastern United States. Dry deposition was an important mechanism of atmospheric input to the foliar canopy, occurring primarily by vapor uptake for sulfur, nitrogen, and free acidity and by particle deposition for calcium and potassium. The canopy retained 50 to 70 percent of the deposited free acidity and nitrogen, but released calcium and potassium. Atmospheric deposition supplied 40 and 100 percent of the nitrogen and sulfur requirements, respectively, for the annual woody increment. This contribution was underestimated significantly by standard bulk deposition collectors.