几种钝化材料对铅冶炼场地土壤重金属的钝化修复效果

通过土壤培养试验,评估了水泥、锰磷改性生物炭和锰磷改性谷壳灰在0%、1%、2%、4%4个施用量下对铅冶炼场地土壤pH以及Cd、Pb和微量元素(Zn、Fe和Mn)有效态含量的影响。研究结果显示:随着水泥施用量的提高,铅冶炼场地土壤pH显著提高,Cd和Pb有效性逐渐降低,水泥处理济源某冶炼场地和株洲某冶炼场地土壤pH分别提高0.89~1.84和0.89~1.76个单位,DTPA-Cd含量分别降低34.3%~53.1%(P<0.05)和59.6%~73.2%(P<0.05),DTPA-Pb含量分别降低21.6%~44.7%(P<0.05)和38.4%~44.3%(P<0.05)。随着锰磷改性生物炭和锰磷改性谷壳灰施用量的提高,铅冶炼场地土壤pH与Cd和Pb有效性均逐渐降低。4%锰磷改性生物炭处理两铅冶炼场地土壤pH分别降低0.51(济源)和0.40(株洲)个单位,DTPA-Cd含量显著降低18.0%(济源)和39.8%(株洲),DTPA-Pb含量显著降低37.8%(济源)和63.1%(株洲)。4%锰磷改性谷壳灰处理两铅冶炼场地土壤pH分别降低0.70(济源)和0.23(株洲)个单位,DTPA-Cd含量显著降低14.9%(济源)和30.2%(株洲),DTPA-Pb含量显著降低37.3%(济源)和54.1%(株洲)。4%水泥处理两铅冶炼场地土壤DTPA-Zn含量分别显著降低36.5%(济源)和59.4%(株洲),DTPA-Fe含量分别显著提高122.7%(济源)和142.9%(株洲),DTPA-Mn含量分别显著降低13.8%(济源)和69.1%(株洲)。4%锰磷改性生物炭处理土壤DTPA-Zn含量显著提高48.7%(济源),DTPA-Mn含量分别显著提高409.7%(济源)和538.6%(株洲),DTPA-Fe含量分别显著降低33.4%(济源)和30.7%(株洲)。4%锰磷改性谷壳灰处理土壤DTPA-Zn含量显著提高63.0%(济源),DTPA-Mn含量分别显著提高290.3%(济源)和73.5%(株洲),DTPA-Fe含量分别显著降低9.5%(济源)和12.0%(株洲)。3种钝化材料降低两铅冶炼场地Cd有效性顺序均为水泥>锰磷改性生物炭>锰磷改性谷壳灰,降低Pb有效性顺序分别为水泥>锰磷改性生物炭>锰磷改性谷壳灰(济源)和锰磷改性生物炭>锰磷改性谷壳灰>水泥(株洲)。研究建议根据铅冶炼场地的具体Cd和Pb污染特征选择合适的钝化材料,以实现对土壤Cd和Pb的有效同步钝化。

改良剂对镉污染酸性水稻土的修复效应与机理研究

为探明田间条件下施用石灰、钙镁磷肥、海泡石和腐殖酸等改良剂对Cd污染酸性水稻土的修复效应和作用机理,通过在Cd污染区建立田间小区试验,研究了改良剂单施和与石灰配施对Cd污染酸性水稻土中Cd作物有效性的影响。结果表明,施用改良剂有效地改变了土壤中Cd的存在形态,除腐殖酸外,其他改良剂均使土壤酸提取态Cd不同程度地转化为可还原态Cd和残渣态Cd;施用改良剂可使0.1mol·L-1NaNO3和0.01mol·L-1CaCl2提取态Cd降低26%～97%,降低效果为石灰+海泡石>海泡石>石灰+钙镁磷肥>钙镁磷肥>石灰>石灰+腐殖酸>腐殖酸;改良剂使水稻地上部分的Cd吸收量降低6%～49%。试验结果还显示,施用改良剂提高土壤pH是引起土壤中Cd作物有效性降低的主要原因之一。根据田间试验的结果,海泡石可推荐作为Cd污染酸性水稻土的改良剂,而腐殖酸则不宜使用。

石灰和海泡石对镉污染土壤的修复效应与机理研究

研究了稻作和旱作两种种植制度下,施用石灰、海泡石及两种改良剂配施对镉污染土壤pH值、土壤镉形态变化及作物对镉的吸收等的影响。结果表明,施用改良剂使稻作条件下的土壤pH提高0.3-1.8个单位,旱作条件下土壤pH提高幅度为0.3-2.0个单位;两种种植制度下,作物有效性较高的酸提取态镉含量显著减少,而作物有效性较低的可还原态和残渣态镉含量显著增加,进而引起了水稻和萝卜对镉的吸收量降低。其中以石灰和海泡石配施的效果最好,单施海泡石次之,单施石灰效果最差,且各处理均随改良剂用量的增加效果增强。虽然,施用改良剂可以有效降低土壤中镉的作物有效性,但对水稻产量和生物量及镉在水稻和萝卜两种作物地上部分的分配规律均没有明显的影响。

红壤丘陵区农作物秸秆综合利用现状与展望

根据各类作物产量及其相应的秸秆经济指数,计算出我国红壤丘陵区1993～2003年作物秸秆的年平均产量为33.5×1010 kg,占全国作物秸秆总产量的52.1%.其中,稻草产量占该区作物秸秆总产量的53.5%,比其全国均值高出21.4个百分点;其它作物秸秆所占的比例,也与其全国均值有一定的差异.稻草和其它粮食类作物秸秆产量的年际变化与该区作物秸秆总产量的变化趋势基本一致,即1993～1997年呈逐年增长趋势,1997年后呈逐年下降趋势;而经济作物秸秆因作物种类不同,其产量的年际变化亦不相同.该区作物秸秆用于直接还田和用作工业原料的年均利用率高于全国平均水平,分别为32.0%与6.6%;用于生活取能和牲畜饲料的年均利用率低于全国平均水平,分别为22.0%与14.1%;未被利用的比例年均高达25.3%,且呈逐年上升趋势,由1993的20.6%增至2003年的29.6%,大量未被利用的作物秸秆往往就地丢弃或焚烧,浪费了有限的农业有机资源.为此,研究提出了调整秸秆利用结构、充分利用秸秆资源的基本措施与对策.

环洞庭湖区典型蔬菜基地土壤重金属污染状况研究

对环洞庭湖区典型蔬菜基地的土壤,按成土母岩母质研究了其重金属污染现状。结果表明:第四纪红土发育的土壤综合污染指数处于警戒线附近,仅Cd出现15%的超标,未受到其他重金属的污染;板页岩与河流冲积物发育的土壤综合污染指数平均为1.14和1.02,均达到轻污染水平,污染元素均为Cd、Cu和Ni,板页岩发育的超标率分别为56%、75%和38%,河流冲积物发育的超标率分别为45%、26%和12%。该区土壤Cd污染比较严重可能是较高的Cd背景值和长期大量施用磷肥带入Cd元素共同造成的;Cu污染可能是长期施用大量粪肥引起的;N i虽然也有超标,但可能并非受到外界污染,而是背景值较高引起的。该区第四纪红土发育的土壤质量较好,宜继续发展蔬菜种植;对河流沉积物和板页岩发育的土壤应注意Cd和Cu的污染。

海泡石对典型水稻土镉吸附能力的影响

通过吸附解吸实验研究了添加海泡石后典型水稻土对Cd的吸附解吸特性及其对吸附溶液pH值变化的响应。结果表明,Freundlich方程可以较好地拟合红黄泥、黄泥田和红沙泥3种典型水稻土对Cd的等温吸附过程（R2〉0.962）。在溶液初始Cd浓度相同的情况下,添加海泡石可使3种水稻土对Cd的吸附量增加20%以上,增强土壤对Cd的吸附强度,有效降低吸附Cd的解吸率,其效果随海泡石添加量的增大而增强。3种水稻土吸附Cd的解吸率均高于70%,而且都随吸附量的增加而上升。溶液的pH值是影响土壤吸附Cd的一个重要因素,在低pH值的条件下（pH〈4）,随着溶液pH值的降低,土壤对Cd的吸附量迅速降低,当溶液pH值高于5时,pH值的变化对吸附量的影响较小。在溶液初始pH值2-8范围内,添加海泡石均能有效提高3种水稻土对Cd的吸附能力。

洞庭湖区不同利用方式下耕作土壤的磷素状况

通过对湖南省沅江市典型区域高密度采样分析和农户基本情况调研,研究了洞庭湖区4种主要利用方式下的土壤磷素状况。结果表明,4种主要利用方式下的土壤磷素都呈盈余状态,盈余量为旱地>双季稻水田>水旱轮作地>一季稻水田。不同利用方式下土壤的全磷含量没有差异,平均1.00 g.kg-1;土壤提取磷(Olsen-P,下同)含量为旱地>双季稻水田>水旱轮作地>一季稻水田。成土母质(长江冲积物)是洞庭湖区土壤全磷和Olsen-P含量较高的主要原因,不同利用方式下磷肥施用和磷素平衡的不同是Olsen-P差异的决定因素。土壤微生物量磷(MB-P,下同)含量规律为双季稻水田>水旱轮作地>一季稻水田>旱地,其差异主要是由投入的有机物料量(双季稻水田>一季稻水田>旱地>水旱轮作地)引起的,而水旱轮作地的土壤MB-P偏高与采样时间正值油菜花期有关。

洞庭湖区不同利用方式对土壤微生物生物量碳氮磷的影响

以湖南省沅江市典型湖垸为代表,通过密集取样分析,研究了洞庭湖区不同利用方式条件下农田土壤微生物生物量碳、氮、磷的变化及其和土壤碳、氮、磷的关系,发现水田土壤碳、氮和微生物生物量碳、氮明显高于旱地,水田土壤中双季稻高于一季稻;土壤磷的含量旱地稍高于水田,但土壤微生物生物量磷水田稍高于旱地.尽管在水田土壤中微生物生物量碳、氮有明显的不同,但水田土壤微生物生物量磷维持在相对稳定的水平.典型样区土壤微生物生物量碳占有机碳的比例为0.65%～7.24%,平均3.00%;土壤微生物生物量氮占全氮的比例为0.98%～7.41%,平均3.81%;土壤微生物生物量磷占全磷的比例为0.16%～7.54%,平均2.80%.土壤C/N为3.87～17.31,平均9.15;BC/BN为4.06～9.29,平均7.26.土壤微生物生物量碳、氮与土壤碳、氮之间存在极其显著的线性相关关系,但土壤微生物生物量磷占全磷之间相关关系不显著.土壤微生物生物量碳、氮、磷之间的相关关系达到了极显著水平.不同的利用方式和耕作制度导致了土壤碳、氮和微生物生物量碳、氮的差异,土壤微生物生物量碳、氮能够很好地反映洞庭湖区农田土壤碳、氮水平.

农艺调控措施对水稻镉积累的影响及其机理研究

利用盆栽试验研究了低镉积累品种种植(V)、全生育期淹水灌溉(I)和施用生石灰调节土壤p H值(P)3种农艺调控措施及其组合对河沙泥田中镉植物有效性的影响及其机理。结果表明:不同农艺措施使土壤的p H值提高0.05~0.9个单位,土壤NH4OAc提取态镉含量降低5.1%~38.4%,水稻地上部镉含量显著降低。这3种措施组合(VIP)降低水稻吸收与累积镉的效果最佳,IP、PV次之;与对照相比,VIP处理糙米镉含量降低了61.5%,稻壳镉含量降低了70.9%。采取农艺调控措施处理不但可以有效降低水稻地上部分镉含量,而且能提高水稻产量,以VIP处理效果最佳,是对照的2.6倍。因子分析结果显示,低镉积累水稻品种种植和土壤p H值提高可有效降低糙米镉的积累,全生育期淹水与土壤p H值提高之间存在显著交互作用。可见,种植低镉积累品种结合土壤p H值调节和淹水灌溉对镉污染稻田的修复治理具有重要意义。

洞庭湖区不同利用方式下农田土壤有机碳含量特征

土地利用方式是影响土壤有机碳含量和动态的重要因子之一。其利用方式的改变必将引起土壤有机碳含量发生相应的变化。在洞庭湖腹地选取典型样区,通过调查走访和密集取样,分析了不同土地利用方式(旱地、水旱轮作地、一季稻水田和双季稻水田)下623个农田耕层土样有机碳含量。结果表明,研究区内土壤有机碳含量高低顺序为双季稻水田(28.12 g/kg)>一季稻水田(27.03 g/kg)>水旱轮作地(24.79 g/kg)>旱地(17.96 g/kg),其差异均达到极显著水平(P<0.01)。土地生产力、秸秆还田量和土壤水文状态是导致不同利用方式下耕层土壤有机碳含量差异的主要原因。进一步分析表明:加强作物秸秆还田(土)、提高土地复种指数、增加地表覆盖是维持和提高洞庭湖区耕作土壤有机碳含量的可行措施,尤其是旱作土壤。

镉污染稻草还田对土壤镉形态转化的影响

采用模拟培养实验，研究了镉污染稻草还田后清洁土壤（pH=4．72）和镉污染土壤（pH=7．90）中有效态镉含量及镉形态分布的变化特征。结果表明：添加稻草和淹水培养使土壤pH值向6．0—7．5的区间转变，并显著提高了土壤可溶性有机碳（DOC）含量。清洁土壤添加镉污染稻草后，土壤DTPA（Diethylene triamine pentacetate acid）提取态cd含量增加23．5％-225．0％，土壤酸提取态和可还原态镉的相对比例显著提高，而残渣态和可氧化态镉的比例则相对降低，其效果随稻草添加量的增加显著增强；镉污染土壤添加镉污染稻草后，DTPA提取态镉仅在培养初期（2d）略有提高，随培养时间的延长，DTPA提取态镉含量显著降低（28．6％～41．1％），且添加稻草促使酸提取态镉向可还原态镉和残渣态镉转化。研究表明，镉污染稻草进入清洁土壤会带来镉污染的扩散风险，而进入供试污染土壤后则能在一定程度上降低污染土壤中镉的有效性。

洞庭湖区耕地利用方式对土壤活性有机碳的影响

在洞庭湖区选取典型样区,于2004年3月通过调查和密集取样,测定了各种耕地利用方式(旱地、水旱轮作地、一季稻水田和双季稻水田)的溶解性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、土壤总有机碳(TOC)的含量,分析了DOC、MBC、TOC的关系。结果表明,(1)DOC含量为水旱轮作地(66.3mg·kg-1)>双季稻水田(64.7mg·kg-1)>一季稻水田(60.1mg·kg-1)>旱地(55.7mg·kg-1),MBC含量为双季稻水田(885.9mg·kg-1)>一季稻水田(730.6mg·kg-1)>水旱轮作地(720.9mg·kg-1)>旱地(488.6mg·kg-1),有机物质的输入量、种植制度和水肥管理是差异存在的重要原因;(2)旱地、水旱轮作地、双季稻水田和一季稻水田的DOC/TOC均值分别为0.32%、0.27%、0.24%、0.24%,其相应的MBC/TOC均值分别为3.02%、2.88%、3.22%、2.91%;(3)DOC、MBC、TOC相互之间极显著相关(P<0.01)。秸秆还田(土)和增加土地复种指数是调控土壤活性有机碳含量的可行措施。

稻草易地还土对丘陵红壤有机质和主要物理性质的影响

选取新垦坡地和熟化旱地2种典型土地利用类型,研究了稻草易地还土对丘陵红壤有机质含量和主要物理性质的影响,并探讨了土壤有机质、田间持水量、容重、孔隙度间的相关性.结果表明:稻草易地还土可提高丘陵红壤有机质含量,改良土壤物理性质,增强土壤蓄水性能.与不施肥或化肥处理相比,稻草易地还土提高了耕层(0～20cm)土壤有机质含量5.8%～28.9%和>0.25mm水稳性大团聚体含量;降低了亚表层(10～15cm)土壤容重,降低幅度为4.5%～7.5%,提高了亚表层土壤的田间持水量和孔隙度,提高幅度分别为6.8%～16.2%和4.8%～7.7%(P<0.05).相关分析表明,土壤有机质含量(0～20cm)与亚表层土壤容重(r=-0.799)、孔隙度(r=0.803)、田间持水量(r=0.844)呈极显著相关(P<0.01);表层、亚表层土壤田间持水量与土壤容重(r=-0.638)、孔隙度(r=0.664)呈显著相关(P<0.05).

苎麻镉耐受性及其修复镉污染土壤潜力研究

为阐明苎麻修复Cd污染土壤的可行性,应用田间微区试验,研究了苎麻对Cd的耐受能力、累积特性及其对土壤Cd污染修复的潜力。结果表明,低浓度Cd处理（添加〈10 mg/kg土）能促进苎麻生长,高浓度Cd处理（添加〉10 mg/kg土）则引起毒害,但添加Cd浓度达到100 mg/kg土时,苎麻仍可完成正常生理周期,原麻产量仅比对照降低27.6%。苎麻出麻率受土壤Cd污染影响较小。添加Cd量在65 mg/kg内时,随添加量的增大,苎麻对Cd的富集量增加,而富集系数在1.01-4.55范围内逐渐减小。在中低程度Cd污染土壤种植苎麻可以切断食物链,产生较好的经济和环境效益,应用前景良好,但其修复Cd污染土壤需要较长时间,应进一步选育Cd超积累苎麻品种。

模拟降雨条件下污染土壤中重金属元素径流迁移特征

探明污染土壤中重金属元素随地表径流迁移特征,对于防控重金属污染物的迁移扩散具有重要意义。通过室内模拟降雨试验,研究不同降雨强度下(55,100,120mm/h)污染土壤中Cd、Pb和Cr随地表径流迁移的特征。结果表明:径流中3种重金属元素总量在产流的前20min内逐渐降低,随后趋于稳定;产流初期(产流10min内)颗粒态重金属占径流重金属总量的比例均在80%以上;随产流时间延长,颗粒态Cd和Cr对径流重金属的贡献率快速降低,其颗粒态/溶解态的比值范围分别为47.0～0.4和12.9～0.4,而Pb则主要以颗粒态的形式存在,溶解态Pb对其随径流迁移的贡献率可忽略不计;随降雨强度增大,径流中总Cd和Pb含量显著降低,而径流中总Cr含量以及溶解态重金属含量无明显变化规律。

模拟酸雨条件下海泡石对污染红壤镉、铅淋溶的影响

采用填充土柱淋溶试验研究不同pH值模拟酸雨和海泡石添加量对重金属污染红壤Cd、Pb淋溶的影响。结果表明,Cd在酸雨pH值较低时累积淋溶量较大,Pb的累积淋溶量随酸雨pH值的降低逐渐增加,pH值为3.5处理的Pb总累积淋溶量显著高于其他pH值处理(高出54.9%)。与对照相比,模拟酸雨pH值为3.5时,添加5g/kg和10g/kg海泡石处理Cd的总累积淋溶量明显增加(分别增加24.6%和26.3%),而Pb的总累积淋溶量分别显著降低34.7%和25.7%;酸雨pH值为4.5时,添加5g/kg和10g/kg海泡石处理降低了Cd的累积淋溶量(分别降低13.0%和1.4%),而Pb的淋溶量随海泡石添加量的增加而降低,10g/kg海泡石处理的Pb总累积淋溶量显著下降17.6%;pH值为5.5和6.5时,海泡石处理Cd累积淋溶量均有所下降,而对Pb的淋溶无显著降低效果。酸雨酸性强度的增大增加了Cd、Pb的淋溶风险,且Pb比Cd敏感。添加海泡石可有效减少酸雨对土壤中Pb的淋溶,但其对Cd淋溶的影响受酸雨酸性强度的影响。

稻草易地还土对丘陵红壤团聚体碳氮分布的影响

利用新垦坡地、熟化旱地两个定位试验的典型处理（不施肥、化肥、稻草＋NP），研究稻草易地还土对丘陵红壤水稳定性大团聚体（〉0．25mm）内碳、氮分布的影响。结果表明，稻草易地还土提高了土壤大团聚体含量；团聚体粒径越大，有机碳和全氮的含量越高；与对照相比，稻草易地还土提高大团聚体内的有机碳含量10．1％～78．5％、全氮含量9．4％～63．6％（P〈0．05），同时也显著提高二者在较大粒径（1～2mm，2～5mm）团聚体内的分配比例；与化肥处理相比，稻草易地还土提高〉0．5mm各粒级大团聚体内的有机碳含量6．5％～46．1％，也提高了0．5～1mm，1～2mm，2～5mm团聚体内的全氮含量8．7％～16．1％（P〈0．05）。水稳定性大团聚体对土壤碳、氮具有强富集和物理保护作用；稻草易地还土提高水稳定性大团聚体内碳、氮的含量和分配比例，是改良丘陵红壤结构、提高并协调土壤肥力的有效保育措施。

硒与黄腐酸组配对水稻镉吸收的影响

以Cd污染水稻土为研究对象,采用盆栽试验研究不同用量Se(0.5,1.0 mg/kg)与黄腐酸(0.6,1.2 g/kg)组配对水稻吸收积累镉的影响,并探讨其作用机理,以期为Cd污染稻田的安全利用提供科学依据。结果表明:单施Se可使土壤pH提高0.08～0.23个单位,土壤CaCl_2提取态Cd含量降低8.6%～20.9%,水稻地上部各器官Cd含量显著降低29.4%～39.5%,单施Se能有效降低水稻吸收Cd,并阻控Cd向地上部以及籽实中的转运。单施黄腐酸能显著降低土壤pH,但对土壤CaCl_2—Cd含量、水稻各器官Cd和Se含量(除低量黄腐酸处理叶片和糙米Cd含量外)及水稻各器官Cd的分配无显著影响。Se与黄腐酸组配对土壤pH的影响取决于二者的用量,黄腐酸与高量Se组配处理显著降低CaCl_2提取态Cd 16.5%～21.9%。Se与黄腐酸组配处理能显著减少水稻Cd的吸收及向地上部和籽粒的转运,更为有效地降低稻米Cd含量,高量Se与黄腐酸组配的2个处理与对照相比,稻米Cd含量分别降低38.1%和50.2%。总体来看,施Se能有效降低稻米Cd含量,而Se与黄腐酸配合施用降Cd效果更佳。

洞庭湖区不同土地利用方式耕作土壤氮素含量与循环

通过对洞庭湖典型地区的密集采样分析和农户调查,研究了4种利用方式耕作土壤全N、微生物生物量氮(MB-N)含量、两者关系和N素循环特征。结果表明:耕作土壤全N、MB-N含量平均值为3.00±0.48g/kg和101.4±49.2mg/kg。双季稻、一季稻、水田旱作和旱地全N平均含量依次为3.12±0.40g/kg、3.03±0.39g/kg、2.79±0.43g/kg2、.10±0.46g/kg。4种利用方式的MB-N含量分别为124.0±56.6mg/kg、96.4±39.2mg/kg、108.0±48.6mg/kg、75.2±30.5mg/kg。除水田旱作外,MB-N与全N之间存在极显著的正相关关系(P<0.01)。土壤N素盈余量依次为双季稻(105.0kg/hm2.a)>一季稻(75.1kg/hm2.a)>水田旱作油菜(64.5kg/hm2.a)>旱地苎麻(51.9kg/hm2.a)。

麻纤维地膜还田对土壤-蔬菜系统养分和重金属含量的影响

通过田间微区试验,模拟研究长期麻纤维地膜还田(0~10次)对土壤养分、有效态重金属、小白菜生长及其养分和重金属含量的影响。设麻纤维地膜埋入量0(T0)、35(T1)、70(T2)、175(T3)和350 g·m^-2(T 4)5个处理,分别模拟使用麻纤维地膜并残膜还田0、1、2、5和10次。结果表明,麻纤维地膜还田可显著提升土壤速效氮磷钾含量,最大增幅分别为4.47%、20.70%和24.62%,还可有效提高小白菜生物量(鲜重)和氮磷钾含量,最高分别增加110.79%和18.31%、14.76%和39.99%,其效应随地膜还田量增大呈增强趋势;麻纤维地膜还田对土壤有效态铅、镍、锌含量以及植株锌和锰含量无明显影响,但可显著降低植株铅和镍的含量,最大降幅可达24.95%和21.77%,麻纤维地膜还田在一定程度上提高了小白菜植株镉含量。总体来看,麻纤维地膜还田能改善土壤氮磷钾的供应水平,促进小白菜生长和氮磷钾的吸收,而对微量营养元素和重金属有效性的影响相对较小。