玛纳斯河流域中下游平原地区水化学特征及其影响因素

通过Piper三线图示法、系统聚类等方法对玛纳斯河中下游28个地表水样品离子化学成分进行了分析,研究了玛纳斯河流域冲积平原的水化学分布特征及影响因素。结果表明:1)研究区水体样品pH值差异较小,但矿化度和各离子组成的差别明显,从淡水到高盐矿化度水均有分布。阳离子浓度Na+Ca2+Mg2+K+;阴离子浓度SO42-Cl-HCO3-。水样中K+和HCO3-的变异系数相对较小,Cl-和Na+变异系数最大。2)玛纳斯河流域冲积平原地区水化学类型主要有Ca2+-HCO3-,Na+-SO42-,Ca2+-SO42-,Na+-Cl-四种。其中Ca2+-HCO3-型占总水样的78.6%,其中仅有3个样品为Na+-SO42-型,2个样品为Ca2+-SO42-型,1个样品为Na+-Cl-型。聚类分析的结果表明玛纳斯河流域地表水化学特征表现出较为明显的空间分异性。总体来看,玛纳斯流域地表水中部分水样的水化学类型改变,主要是由于水体蒸发强度的差异以及玛纳斯河流域土壤中盐分离子被淋洗,增加了水体中的盐分离子含量从而导致水化学类型呈现出差异性。     

节水改造前后内蒙古河套灌区地下水水化学特征

为了研究大型灌区节水改造后区域农田水环境的变化,该文通过对内蒙古河套灌区上中下游地下水进行系统取样分析,综合运用描述性统计、相关性分析、离子比例系数和图解法(包括H.И.托尔斯基汉方格图解法、Piper三角图示法和多矩形图解法(multi-rectangular diagrams,MRD)),全面系统地研究节水改造前(2007年)后(2008,2009年)内蒙古河套灌区地下水水化学的时空变异特征与3 a演变规律。结果表明:蒸发浓缩和阳离子交换是控制灌区地下水水质演变的主要水文化学过程;与2007年(节水改造前)相比,2008和2009年HCO3-在河套灌区地下水中绝对含量由在阴离子中最小变为最大成为地下水的主要阴离子;Ca2+、Mg2+、HCO3-的变异系数相对较小,它们在地下水中含量相对稳定。Na+、Cl-、SO42-的变异系数较大,它们在地下水中的含量变化较大,是随环境因素而变化的敏感因子,是决定地下水盐化作用的主要变量。整个灌区地下水的主要化学类型为HCO3—Na型、SO4—Na型和Cl—Na型,Cl—Na型水和SO4—Na型水主要分布在灌区的上游和下游,HCO3—Na型水在灌区上中下游都有分布。与2007年(节水改造前)相比,2008年和2009年HCO3-浓度有所增加,Cl-和Na+的浓度有所减少,灌区地下水向着淡化,对作物危害减小的方向转变。全灌区地下水水化学类型时空变异十分复杂,沿着地下水总体水流的方向(灌区上游→灌区中游→灌区下游)Na+占主导地位的趋势越来越明显,在地下水化学类型上,2008年和2009年HCO3-在阴离子占主导地位的化学类型多于2007年(节水改造前)的。与皮伯三线图解法和H.И.托尔斯基汉方格图解法相比,多矩形图解法提供了更明晰、易懂的水化学类型的信息,对于处理复杂地下水化学系统,多矩形图解法的优点更为显著。研究结果为灌区节水改造规划实施对农田水环境的影响进行合理评价提供科学参考。     

德州引黄灌区主要河系水化学空间特征分析

通过对德州引黄灌区主要河流及引黄灌渠水质的离子化学成分分析,探讨了引黄灌区地表水化学成分特点、水化学类型及其空间变化和主要离子来源,为长期观测引黄灌溉对该区地表水、地下水的水化学特征变化的影响及地表水、地下水的循环交换提供依据,同时为该区水环境评价以及水体污染防控提供理论指导。研究结果显示,该区地表水的pH、电导率(EC)及各主要离子含量存在明显的空间差异。水体pH的变化范围为7.65~9.34,属弱碱性水;EC的变化范围为965~1 530μs.cm 1;主要阴阳离子的浓度范围分别为:NO3 1.32~60.15 mg.L 1、SO42 53.41~781.90 mg.L 1、HCO3 143.35~823.50 mg.L 1、Cl 98.00~564.00 mg.L 1、Ca2+22.57~265.00 mg.L 1、Mg2+29.41~195.50 mg.L 1、Na+103.20~472.00 mg.L 1、K+0.83~59.05 mg.L 1。该研究区水化学类型以Na+.Ca2+—HCO3.SO42水为主。各阴离子浓度的平均值HCO3(330.45 mg.L 1)SO42(308.48mg.L 1)Cl(286.83mg.L 1)NO3(29.60 mg.L 1),阳离子浓度的平均值Na+(236.85 mg.L 1)Ca2+(98.15mg.L 1)Mg2+(82.62 mg.L 1)K+(9.05 mg.L 1)。pH、Cl的最高值均出现在马颊河流域,并且该流域Mg2+浓度均值高于其他两个流域。德惠新河流域EC、NO3和HCO3的均值最高。引黄灌渠的SO42、Na+、Ca2+和K+的平均浓度高于其他两个流域。通过Piper图分析得出,不同小流域水体类型不同。对研究区灌溉水质评价结果显示,该区地表水适合灌溉。经相关分析发现,该研究区地表水中,Ca2+、Mg2+、Na+与SO42和Cl均具有极显著的相关性,此外,Ca2+与Mg2+、Na+与K+、SO42与Cl也显示出了极显著的相关性,表明这些离子相互影响,或者具有相同的来源,受人类活动影响较大。     

半干旱盐渍化地区果园土壤盐分离子相关性研究

以甘肃省秦安县兴国镇郑川村果园土壤为研究对象,利用统计分析的方法对500个土样盐分离子含量的相关性进行了研究.结果表明:该研究区土壤阴离子主要是HCO3-、SO42-,阳离子主要是Na+.CO32- 与HCO3-、Mg2+ 之间存在着显著的负相关,与Na+ 之间存在着极显著的正相关;HCO3- 与Cl- 之间存在着极显著的负相关,与Mg2+ 之间存在着极显著的正相关;Cl- 与SO42-、Ca2+、Mg2+、Na+ 之间存在着显著的正相关,其中与Ca2+、Na+ 之间存在着极显著的正相关;SO42- 与Ca2+、Mg2+、Na+ 之间存在着极显著的正相关;Ca2+ 与K+ 之间存在着极显著的正相关,与Na+ 之间存在着显著的负相关;Mg2+ 与K+ 之间存在着显著的负相关;K+ 与Na+ 之间存在着极显著的负相关.通过对盐分离子的聚类分析发现,Cl-、Mg2+、CO32-、Ca2+、K+ 和HCO3- 在该区土壤中有着相似或相近的运移特征.对相关分析和偏相关分析这两种分析方法所得结果进行了对比分析,它们之间存在着明显的差异,偏相关分析能进一步消除由于其他变量的影响,因而能够更加准确地刻化多元变量其中的两个变量之间的相关性.     

中国西北戈壁地区12条河流水文水质调查

2014年9月对我国塔里木盆地南缘与柴达木盆地戈壁地区的12条典型河流进行实地调查,通过野外采集水样、测定流速、室内查阅资料和化验分析,获得了研究区河流的最新水文水质资料。结果表明:(1)戈壁地区修建的水库和防渗渠道,对河流正常发展产生了不利影响;(2)水样中的F-含量均超过1mg/L,不能满足人们直接饮用的要求,F-与Ca2+含量呈现负相关关系;(3)水样中阳离子浓度大小关系为Ca2+Na+Mg2+K+,水化学类型总体上为氯化物·硫酸盐·碳酸氢盐/钠质·钙质水;(4)水样的TDS变化范围在718.3~8 254.1mg/L,含量普遍偏高,水样pH变化范围在7.44~8.07,表现为弱碱性。     

不同能源作物对土壤剖面盐分离子迁移的影响

为了筛选耐盐能源作物、挖掘利用盐渍土资源、促进农业可持续发展。以甘肃白银市东大沟盐渍化土壤作为研究对象,在大田试验条件采用对比研究的方法探讨种植四翅滨藜(Atriplex canescens)、油菜籽(Brassica napus)、甜高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)、荻(Triarrherca sacchariflora)、柳枝稷(Panicum virgatum)5种不同能源作物对土壤剖面盐分及其离子(HCO3-、Cl-、SO42-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+)迁移的影响。结果表明:在盐渍化土壤,种植柳枝稷、四翅滨藜能明显减少土壤剖面0—100cm土层盐分、Cl-、Na+、Ca2+、Mg2+的含量,脱盐的同时会导致HCO3-在土壤剖面0—100cm土层累积。种植油菜可以抑制0—50cm土层盐分的累积。种植荻可以抑制50—100cm土层盐分、0—100cm土层HCO3-、60—100cm土层SO42-的累积。种植柳枝稷可明显减少土壤剖面0—100cm土层K+的含量。研究发现四翅滨藜、柳枝稷两处理的电导率均与其他处理之间达显著水平(P0.05),荻与其他处理之间水溶性Na+含量均达显著水平(P0.05),柳枝稷与其他处理之间HCO3-含量均达极显著水平(P0.01)。     

黑龙江省东部山地红松人工林生态系统水化学特征

对黑龙江省东部山地红松人工林生态系统的大气降水、穿透水、树干径流、枯透水和地表径流中的pH值、溶解氧、浊度、总溶解固体、K、Na、Ca、Mg、Cu、Zn、Mn和Fe等水质指标进行了检测。结果表明:大气降水经过林冠层后,其水化学特征发生了明显变化,pH和DO降低,TURB和TDS明显增加,化学元素含量均不同程度增加。树干径流除了Cu外其余各化学元素含量均明显增加。穿透水和树干径流中各元素的变异系数较大。枯透水各化学元素的变异系数低于其他水样,只有Mn元素变化较大。穿透水、树干径流和枯透水中的K、Ca淋溶量较大,Cu、Zn淋溶量较少,根据淋溶系数的大小排列穿透水的淋溶序列为Mn>K>Mg>Cu>Fe>Ca>Na>Zn,树干径流的淋溶序列为Mn>Mg>K>Fe>Ca>Cu>Na>Zn,而枯透水的淋溶序列为Mg>Mn>K>Fe>Ca>Cu>Na>Zn。     

西藏江夏湿地水化学变化规律及灌溉效用评价

以西藏林周县江夏湿地为研究区域,对其水体全年主要离子进行季节监测,分析了该湿地水体水化学特征和主要离子时空变化规律,探讨了主要离子的初步来源,并对湿地不同季节水体灌溉效用进行了评价。结果表明:湿地水体pH值在7.8~8.3之间,为弱碱性水,HCO_3~-在阴离子中占绝对优势,阳离子中春季Na~+占优势,夏秋季节Ca~(2+)、Mg~(2+)占优势,冬季Mg~(2+)占优势。TDS均1g/L,为淡水水体。依据舒卡列夫分类法,江夏湿地水体化学类型为春季HCO_3—Na型水;夏季、秋季HCO_3—Ca、Mg型水;冬季HCO_3—Mg型水。阴离子中除了SO_4~(2-)之外,其余HCO_3~-、Cl~-、NO_3~-含量均为出水口大于进水口。从同一离子不同空间位置来看,Cl~-空间变异系数最大,其次是Mg~(2+),Na~+最小;而从同一空间位置来看,3个位置离子浓度总体变化程度不大。根据离子间相关性分析和Gibbs分类法表明,江夏湿地水体离子来源主要是受拉萨河流域岩石风化的影响,枯水期(春、冬季)伴随一定程度的蒸发—结晶作用影响,大气降水影响不明显。灌溉效用评价结果显示,江夏湿地春季水体不适用于灌溉,而其他3个季节水体均可用于农业灌溉。     

盐碱地农田排水对承泄区的水质影响评价

为了评价盐碱地农田排水对承泄区的水质影响,本文选取吉林省前郭灌区的农田排水和查干湖承泄区为研究对象,通过2009 - 2010年水稻生长季每月定期的野外取样、实验分析水样的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-、CO32-、HCO3-、总氮、总磷和COD,研究了查干湖灌溉灌排系统至承泄区相关排水水质的时空变化,并对查干湖水质进行了评价。目前查干湖水体的pH已>7.8,需引起注意,避免发生盐渍化危害。除COD超标外,其他水质参数未达到浓度限值,但在丰水期查干湖水体已属IV类水质。     

新疆于田绿洲地下水化学性质的数理统计分析

根据于田绿洲地下水水质分析结果,应用统计分析方法分析地下水化学特征,提取出对水质影响较大的离子为HCO-3、Na++K+和Cl-;地下水水质为碱性、弱硬水-极硬水,淡水、弱矿化水和中等矿化水在研究区内均有分布;研究区的地下水可划分为淡-弱矿化的HCO3-Na型水和弱-中等矿化的HCO3-Na型水两种类型;建立了地下水的主成分分析模型和总溶解固体与离子含量的回归模型.     

生物型煤粉煤灰对碱土水溶性离子含量和透水性的影响

以盆栽试验的方法研究应用生物型煤粉煤灰改良辽河平原北部碱土，结果表明，施用生物型煤粉煤灰后在提高小麦出苗率、增加产量的同时，土壤水溶性盐分含量、组成和透水性发生了明显的变化，ＣＯ_２－~３和ＨＣＯ_３~－降，Ｃａ２＋和ＳＯ_２－~４上升，在同一吸力下，施用改良剂的土壤释水量明显增加，土壤水渗透速度也大幅度提高．生物型煤粉煤灰用量以１％～２％为宜．     

Long-term cultivation impact on the heavy metal behavior in a reclaimed wetland,Northeast China

Purpose

Heavy metal fractionation varies according to land uses. To understand the behavior of heavy metals in wetland soils under long-term agricultural cultivation, we examined the distribution, source, and associated environmental risk of heavy metals in different types of wetland soils.

Materials and methods

Soils were collected in cultivated lands, artificial ditches, and riparian zones from a reclaimed wetland in the Sanjiang Plain, Northeast China. They were analyzed for total concentrations and chemical fractions of Pb, Cd, Cu, Zn, Cr, and Ni, as well as pH, soil organic matter, total phosphorus, and particle size distribution.

Results and discussion

Heavy metal concentrations were significantly lower in cultivated wetland than in ditch and riparian wetlands. Riparian wetland was found to exhibit the highest metal concentrations. When compared with other two wetland types, the cultivated wetland showed much higher partitioning levels of heavy metals in the acid-soluble fraction and lower partitioning levels in the oxidizable fraction. Although Cr, Cu, and Ni in ditch and riparian wetlands were identified as the metal pollutants of primary concern, they had a low or no risk of further dispersion to other environmental components. Weathering of parent materials was the main source of Cr and Cu, Pb, Cd, and Zn originated mainly from agricultural practices, and Ni emanated from a mixture of sources.

Conclusions

Long-term agricultural cultivation can lead to significant heavy metal loss in cultivated wetland but enrich heavy metal concentrations in ditch and riparian wetlands. Periodic ditch dredging is considered an effective measure for decreasing heavy metal input into the fluvial system and thereby reducing the dispersion to the regional water environment.     

天然矿物改良剂在微咸水灌溉土壤中应用效果的研究

利用10种不同天然矿物作为土壤改良剂，对矿化度4～5g／L的微咸水灌溉农田土壤进行改良效果试验。结果表明：改良剂1能够降低土壤容重12.23％，提高土壤孔隙度12.28％。参试的改良剂均能够降低0～5cm土壤全盐量，最大降幅为72.5％，并能降低0～40cm土壤中CO3^2-和HCO3^-离子，最大降幅达100％，改良剂4能够增加土壤中的Ca^2＋、Mg^2＋离子、降低土壤中的K^＋＋Na^＋离子。天然矿物土壤改良剂能够有效地改善土壤物理和化学环境。     

湿地沉积物重金属环境化学行为研究进展

湿地沉积物重金属污染是当前环境科学领域的研究热点.本文在简要回顾国内外湿地沉积物中重金属污染研究成果的基础上,从湿地沉积物重金属来源、形态组成及提取方法、重金属在沉积物-水界面的迁移转化、质量基准以及风险评价等方面综述了当前国内外研究的最新进展,并提出了该领域未来可能的研究方向.认为针对湿地沉积物重金属向水体释放引起的二次污染问题,应重点对湿地沉积物重金属的环境化学行为展开深入研究,在研究方法和研究手段上应注重新技术的开发与应用.     

贡嘎山森林生态系统降水分配的水化学特征研究

以贡嘎山海拔2 900～3 100 m的暗针叶林生态系统为研究对象,分析了大气降水在穿透雨、树干径流、苔藓、土壤和地下水各个过程中干湿季和年际间离子含量变化特点.结果表明:(1)树干径流和穿透雨pH值小于降水,苔藓层可以有效的吸附酸性物质,土壤层酸性较强,森林区河流可以有效的缓解酸性物质;(2)森林区阴离子含量最高的是HCO_3~-,阳离子含量最高的是Ca~(2+),离子含量在干湿季的大小顺序不同.降水经过林冠后,除Na~+外,离子含量值均呈现出明显的增大趋势,苔藓层对于K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)有较强的吸附能力,土壤对于HCO_3~-的吸附能力较强;(3)苔藓、土壤和林区河流的N/P值均大于16,地表植被的限制因子是P;N、P在大气降水、穿透雨、树干径流、苔藓、土壤、地表水中的变化曲线相似,苔藓层N、P含量较高.     

不同形态氮肥对设施土壤盐分含量和离子组成的影响

通过室内模拟培养实验,研究了尿素、碳酸氢铵和硝酸钙对设施土壤盐分含量和离子组成的影响.结果表明:(1)随着培养时间延长,不同形态氮肥处理土壤含盐量总体呈先升高后降低再升高的趋势.施肥处理的土壤含盐量较对照(CK)明显增加,但不同氮肥处理与未施氮肥处理(N0)间的土壤含盐量在整个培养期间内总体差异不显著.且氮肥用量对含盐量的影响也不显著.(2)设施土壤中尿素和碳酸氢铵处理的电导率与含盐量呈极显著正相关,硝酸钙处理电导率与含盐量呈显著正相关.且随培养时间的延长呈波浪状变化.其电导率显著高于相同氮用量时的其他两种氮肥处理;电导率与氮肥用量呈极显著正相关.(3)不同形态氮肥处理的土壤盐分离子组成相近,均以阴离子为主.设施土壤阴离子占盐分总量的76.29%～93.81%,露地土壤为75.16%～96.63%,以SO_4~(2-)含量最高,分别占67.37%和67.28%,NO_3~-含量次之;土壤中阳离子含量较少,以Ca~(2+)为主,K~+,Na~+,Ca~(2+),Mg~(2+)的含量随氮肥用量的增加而增加.(4)土壤电导率受阳离子的影响较大.阴离子的影响较小.设施土壤的电导率与Ca~(2+),Mg~(2+),K~+.NO_3~-含量呈极显著正相关,与Cl~-1呈显著正相关.露地土壤电导率与Ca~(2+),Mg~(2+)含量呈极显著正相关,与HCO_3~-呈显著负相关.     

河口湿地沉积物中腐殖酸含量对外源重金属分布的影响研究

通过向不同腐殖酸含量的河口湿地沉积物添加人工配制的重金属污染海水,测定污染后沉积物的重金属总量与形态分布,以研究不同腐殖酸含量条件下外源重金属在水-沉积物系统中的转化。结果表明,腐殖酸含量对重金属在沉积物中的吸收量和形态组成有较大的影响,尤其对酸可提取态与可还原态。但是不同重金属之间有一定差别,腐殖酸含量对Cu,Pb的作用较明显,而对Zn,Cd的影响较小。此外,由于河口湿地沉积物处于较高盐度的环境,海水中的离子浓度影响有机质与金属的络合反应,因此与土壤相比,河口湿地沉积物中腐殖酸含量对重金属的生物有效性的影响有所不同。     

博斯腾湖湿地边缘带农田土壤重金属的污染风险评价

对新疆博斯腾湖湿地边缘带农田土壤中8种重金属元素(As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn)地球化学特征进行分析。采用污染负荷指数(PLI)、潜在生态风险指数(RI)和生态风险预警指数(IER)对农田土壤重金属污染与环境风险进行评价。结果表明:(1)湿地边缘带农田土壤Pb和Zn呈现重度污染,As、Cd、Cr和Ni轻度污染,Cu轻微污染,Mn无污染。土壤As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn平均含量处于轻微风险水平。Cd是污染程度与生态风险等级最高的重金属元素;(2)湿地边缘带农田土壤PLI平均值为1.43,呈现轻度污染,RI平均值为20.62,呈现轻微生态风险状态,IER的平均值为–4.53,呈现无警态势。湿地边缘带PLI、RI与IER空间分布格局基本一致;(3)湿地边缘带农田土壤Pb与Zn来源主要受到人类活动的影响,Cr、Cu、Mn与Ni来源主要受到土壤地球化学作用的控制,As与Cd受自然因素和人为因素共同影响。     

Evaluation of four chemical extractants for metal determinations in wetland soils

Abstract

Wetland soils (hydric soils) are unique in their chemical characteristics compared to upland soils. It is known that they are capable of removing a variety of wastes from polluted water entering the wetland including metals and potentially toxic heavy metals. When these metals are determined in wetland soils, it is necessary to use the proper chemical extractant(s). Four commonly used chemical extractants (Mehlich 1, Mehlich 3, 0.1M HCl, and DTPA) for soil fertility evaluation were selected to measure metal concentrations of three different wetland soils/spoils. Soil samples were collected from the constructed wetland cells which were lined with Abernathy silt loam topsoil and two different mine spoil materials [collected from active coal strip‐mined sites in Alabama (pH 5.9) and Tennessee (pH 3.2)]. Mehlich 3 extracted the most zinc (Zn), iron (Fe), manganese (Mn), calcium (Ca), magnesium (Mg), potassium (K), sodiumm (Na), and aluminum (Al), while 0.1M HC1 extracted more cadmium (Cd), copper (Cu), and lead (Pb). Extractants followed the same trend in removing quantities of the metals from the three soil/spoil materials, with DTPA generally extracting the least amount of the metal (the trend was Mehlich 3 > 0.1N HCl > Mehlich 1 > DTPA). However, DTPA removed larger quantities of metals from Tennessee spoil compared to Alabama spoil and topsoil, suggesting the higher effectiveness of DTPA under acidic conditions. Metal concentrations in plant tissue did not show a definite trend in correlation with metals extracted by the four chemical extractants.     

湿地植物通气组织和渗氧对其重金属吸收和耐性研究进展

湿地植物具有强大的通气组织和根部渗氧能力特征,使得其根际微环境处于氧化状态从而适应湿地土壤浸水的环境。近年来,湿地植物通气组织和渗氧在重金属吸收和耐性研究方面已引起了人们的关注,并对此进行了相关的研究。本文分别对湿地植物通气组织和渗氧特征,通气组织和渗氧对重金属吸收和耐性影响、对根际微环境影响等方面的研究进展和存在问题进行了综述,并提出了该领域未来可能的研究方向。认为针对从通气组织和渗氧角度出发研究湿地植物重金属耐性机理,应重点对湿地植物根际重金属的环境化学行为展开深入研究,在研究方法和手段上应注重新技术的开发与应用。