农田土壤中生物质炭的老化及其对有机污染物吸附-解吸影响的研究进展

生物质炭独特的表面性质、形貌结构及丰富而离散的孔隙系统使其对有机污染物具有良好的持留与吸附作用,可望用于土壤污染控制与修复。在田间条件下,进入土壤的生物质炭自身不稳定组分会发生转化、淋溶,并与土壤发生相互作用出现老化现象,导致生物质炭的化学与物理性质发生显著变化。生物质炭在土壤中的老化过程具有复杂性和多样性,主要包括:生物质炭化学性质的变化,如无机元素的流失、表面官能团组成的变化以及部分矿化反应;生物质炭物理性质的改变,主要是土壤有机质和矿物质对生物质炭的包覆作用造成生物质炭的孔隙特征发生改变。生物质炭在土壤中的老化可能会导致有机污染物的吸附-解吸行为发生改变,且受土壤、生物质炭以及污染物性质的影响较大。本文综述了生物质炭在农田土壤中的老化机理及主要影响因素研究方面的进展,总结了生物质炭在土壤中的老化对有机污染物吸附-解吸行为的影响,提出了尚待解决的相关前沿科学问题。     

生物质炭对坡耕地紫色土中抗生素吸附-解吸及迁移的影响

以磺胺嘧啶、磺胺二甲基嘧啶和氟苯尼考为目标抗生素,通过室内批量平衡试验研究施用生物质炭(投加量0、2.145和28.65 kg/m²,经3 a田间老化)对石灰性紫色土中抗生素等温吸附-解吸特征的影响;并利用长20 m、宽5 m的坡耕地(6°)野外小区,开展面施2.145 kg/m²生物质炭和在坡底构建一定宽度(40 cm)和深度(40 cm)含28.65 kg/m²生物质炭可渗透反应土墙试验,研究两种不同生物质炭施用方式对暴雨条件下抗生素迁移行为的影响。结果表明:生物质炭的添加显著增强紫色土对抗生素的吸附与固持作用,其等温吸附和解吸行为均能被Freundlich方程较好地拟合;不论施炭与否,磺胺嘧啶和磺胺二甲基嘧啶都表现为非线性吸附,而对于K_ow值最低的氟苯尼考,生物质炭的施用则为其引入了新的非线性吸附机制。耕作层面施生物质炭能更有效地阻控抗生素向深层土壤的垂向淋失迁移;在坡底修建生物质炭可渗透反应土墙(顶端构筑为地埂-边沟)则能更大幅度地削减抗生素随地表径流的输出负荷,其中以对正辛醇-水分配系数最...     

红壤性水稻田土壤-水-植物系统中毒死蜱的迁移转化和分布特征

为了探究毒死蜱在红壤性水稻田土壤、水、植物系统中的迁移转化和分布特征,通过室内批量平衡吸附实验、野外喷施试验与动态观测,研究了持续淹水和间歇淹水条件下红壤性水稻土-水-水稻系统中毒死蜱的迁移转化和分布特征。结果表明：毒死蜱在呈酸性的红壤性水稻土中易于淋失迁移至深层土壤（可达50 cm）;白昼的高温导致表层土壤孔隙水中毒死蜱及其主要降解产物3,5,6-三氯-2-吡啶醇（TCP）的浓度显著上升,而降雨事件促进两者向深层土壤迁移;水稻收获时土壤中毒死蜱残留量较高,且其剖面分布较为均匀;间歇淹水处理可使收获时水稻籽粒和茎秆中的毒死蜱残留量降低为持续淹水处理水稻相应部位的0.69倍和0.84倍。研究显示,红壤性水稻土壤中毒死蜱的淋溶作用较强,不同的灌溉方式对收获期水稻中毒死蜱的含量有显著影响。     

薄层紫色土坡耕地胶体颗粒随地表径流及裂隙潜流迁移规律

为查明薄层紫色土坡耕地土-岩二元结构中胶体颗粒随地表径流和泥岩裂隙潜流迁移的规律,在2015年3场自然降雨事件中对1 500 m~2大型坡耕地径流场进行监测研究。结果表明:1)地表径流的产流方式主要受土壤前期水饱和度、降雨强度和历时影响;裂隙潜流则主要受降雨量控制,其峰值流量对降雨的响应滞后于地表径流30 min左右;坡中部和坡下部对地表径流、裂隙潜流的贡献明显高于坡上部。2)地表径流中胶体颗粒质量浓度数十倍于裂隙潜流,最高可达4 827 mg/L,单场降雨事件中地表径流胶体迁移总量可超过7 kg。3)地表径流和裂隙潜流中胶体迁移速度快于径流,胶体质量浓度峰值的出现早于径流量峰值;地表径流中的胶体颗粒质量浓度主要受土壤水饱和度和径流过程控制。该研究结果对于估算农田中胶体结合态污染物的迁移通量具有参考价值。     

土壤水分特征曲线测定中低吸力段数据的影响分析

采用沙箱法与压力膜仪法分段测定坡耕地不同土层深度(0～10、10～20、20～30cm)的土壤水分特征曲线,应用RETC软件拟合求得van Genuchten模型参数。由沙箱结合压力膜仪数据拟合得到的全吸力范围曲线(log10h～θ)类似于"S"形,而仅使用压力膜仪测得的高吸力段(log10h>2)数据所获得的曲线并不表现出明显的"S"形特征。综合沙箱法和压力膜仪法二者的数据拟合得到的滞留含水率大于仅使用压力膜仪数据拟合所得值。     

紫色土坡耕地水分运移及胶体颗粒的输出动态研究

土水势是直接反映土壤水能量和流向的指标,土壤水的流动对坡耕地产流有重要影响。胶体是农化物质(氮磷、农药)迁移的载体。【目的】研究紫色土坡耕地水分运移和胶体颗粒的输出特征。【方法】利用土壤含水率和土水势原位监测及径流收集系统,研究了紫色土坡耕地土壤剖面水分变化、产流及胶体颗粒迁移的动态。【结果】单次大暴雨或连续日降雨作用下,紫色土坡耕地易达到饱和,饱和土壤含水率0.45 m3/m3。大雨强降雨事件有助于坡耕地中活塞流的产生,而连续降雨事件下坡耕地上部来水的沿程入渗能有效补给坡耕地中下部的深层土壤水,导致深层土壤含水率和土水势的响应有所滞后。坡耕地裂隙潜流流量的日变化介于0.11~36.56 L/min之间,具有强烈的时间变异性(变异系数为1.72)。潜流中胶体质量浓度的日变化介于0.20~15.41 mg/L之间。胶体质量浓度与潜流流量极显著正相关(相关系数为0.73)。【结论】土水势对紫色土水分运动的响应更灵敏,其与土壤含水率的结合能够更全面地揭示土壤水分运移机制。降雨入渗的水力剪切与裹携是胶体释放与迁移的主要机理,干湿交替会促进胶体颗粒的生成。     

黄土高原区137Cs与土壤颗粒及有机质的关系研究

研究了黄土高原地区土壤颗粒及有机质对137Cs分布的影响以及137Cs与有机质的关系.结果表明,137Cs与土壤颗粒的剖面分布趋势并不一致,而只是与某一粒级在某一深度上表现出一致性.137Cs与有机质的剖面分布则因不同的利用方式而有所差异.对于非耕作土壤,137Cs与有机质主要分布在土壤剖面的表层;而对于耕作土壤,由于人为的耕作作用,137Cs与有机质都均匀分布在耕作层中.土壤中的137Cs含量与有机碳含量的相关分析表明,两者之间呈显著相关,相关系数为0.791.     

盐碱胁迫和氮素供给对盐地碱蓬种子发芽与幼苗生长的影响

以蒸馏水、珍珠岩、盐碱土为基质,探究了水培、岩培、土培条件下盐碱胁迫和盐氮互作对盐地碱蓬种子发芽与幼苗生长的影响。结果表明,发芽阶段:发芽率随胁迫作用增强呈线性下降规律。含盐量从0.00%增至3.60%,发芽率自89%线性下降至0%,这一规律与所选基质无关。此外,以1.20%含盐量为界,此盐分含量以下,较水培、岩培,土培下各含盐量对应种子平均发芽率降低8.00%;高于此盐分含量,各含盐量对应种子发芽率趋同。说明当含盐量低于1.20%时,基质对种子发芽的影响大于盐分;盐分含量在1.20%基础上继续升高,基质对种子发芽影响甚微,盐分成为主导因素。成苗阶段:成苗率随胁迫作用增强呈先增后减的规律。盐分含量低于1.00%,成苗率随含盐量增加陡增,最高可达70%;盐分含量在1.00%基础上继续升高,成苗率缓慢下降,直至0%。说明一定盐分含量是幼芽保持较高成苗率的必要条件,含盐量升高或降低,盐地碱蓬都可能会被其他物种取代,群落将演替为以地带性植物为主的群落。生长阶段:盐分含量适宜时,氮素输入可有效促进盐地碱蓬生长,盐分过高,促进作用甚微。因此,以盐地碱蓬作为先锋物种改善和修复黄河三角洲盐碱土时,需考虑盐分和养分的交互作用。     

紫色土坡耕地土壤中丰富和稀有细菌分布特征

土壤微生物组可分为丰富和稀有类群,其组成与土壤生态系统的健康及功能息息相关。对长期施用粪肥紫色土坡耕地土壤中丰富和稀有细菌群落的组成进行分析,结果表明:稀有细菌的数量、α多样性指数和β多样性指数均高于丰富细菌。门水平上稀有细菌比丰富细菌包含更多的分类群,说明两者的分类组成存在明显差异。施肥处理分别对稀有类群的数量和丰富类群的丰度产生了影响。网络分析显示少数丰富细菌占据了网络的中心节点,表明其在土壤细菌生态网络中的核心地位。这些结果有助于理解长期施肥耕地土壤中细菌群落组成及其生态网络。     

果园生态养鸡鸡粪DOM的淋溶特征及其对抗生素迁移的影响

为研究粪源溶解性有机物与抗生素的共迁移行为及机制,以川中丘陵区典型石灰性紫色土为对象,通过吸附平衡试验与填装土柱试验,结合光谱学表征手段,研究鸡粪溶解性有机物（Dissolved Organic Matter,DOM）的淋溶特征及其对磺胺嘧啶（Sulfadizine,SD）、氟苯尼考（Florfenicol,FFC）及泰乐菌素（Tylosin,TYL）吸附和淋溶的影响。结果表明：鸡粪DOM以色氨酸为主要成分,吸附性强于腐殖酸成分,可增加土壤表面对抗生素的吸附位点。3种抗生素的等温吸附过程均符合线性和Freundlich方程,并以物理吸附为主。SD和FFC在紫色土中吸附性较弱,当与鸡粪DOM（200 mg/L）同时进入土壤时,其吸附未发生显著变化;而当鸡粪DOM先与土壤作用后,SD和FFC与土壤表面已吸附的鸡粪DOM成分通过非共价作用结合,吸附显著增加,相应吸附容量参数（Kf值）分别增加77.28%和114.36%。TYL在紫色土中的吸附很强,对鸡粪DOM的影响不敏感。在模拟降雨条件（20 mm/h）下,SD和FFC极易淋溶,与平衡吸附试验结果一致,SD和FFC在鸡粪DOM预先与土壤作用的土柱中穿透分别延迟了0.49和0.25个孔隙体积,淋溶总量减少了12.04%和15.35%,而鸡粪DOM与抗生素同时进入土壤的处理也表现出减少抗生素迁移的趋势。TYL未发生穿透而主要分布在表层土壤中,鸡粪DOM对它的淋溶无显著影响。综上,鸡粪DOM与抗生素发生共迁移的过程中,大量鸡粪DOM中色氨酸物质在土壤中的吸附,对弱吸附性抗生素的淋溶迁移具有显著的阻滞作用。