再生(污)水灌溉生态风险与可持续利用

作为一个农业大国,水资源贫乏及地域分布不均匀造成了我国严重的农业用水危机。为缓解我国农业用水危机,污水灌溉及再生水灌溉已成为解决农业灌溉水源不足的一项重要措施。在总结污水灌溉及再生水灌溉生态风险的基础上,针对国内研究现状,分析了我国再生水灌溉利用的可行性。研究发现,再生水灌溉的污染风险远小于污水灌溉,且再生水灌溉还具有回用成本低、减少农作物生产成本等经济效益,以及减少污染物向水环境中排放、改善土壤质量等环境效益。与污水灌溉相比再生水在农业灌溉上具有较大的应用前景,应加大其推广与应用的力度。最后,根据国内外的研究现状,提出了一些再生水灌溉可持续管理措施及其安全利用的相关建议。

城市化对土壤生态环境的影响研究进展

城市土壤是城市生态系统中最重要的组成部分之一,发挥着重要的生态系统服务功能。在全球快速城市化的背景下,城市土壤受到人类活动的强烈干扰,土壤物理、化学性质发生改变,土壤退化与污染日益加重。城市土壤退化导致土壤动物生态特征与行为模式发生变化,城市景观格局与土地利用类型的变化强烈影响了土壤动物的栖息地,为土壤动物的生存与生物多样性带来潜在威胁;另一方面,城市化过程改变了土壤微生物群落组成与功能特征。城市化直接影响了城市土壤维持植物生长、土壤自然消减能力以及碳储存功能等重要的生态系统服务功能。针对城市化过程对土壤生态环境产生的一系列影响,需要采用科学的管理方式,改善土壤理化性质,提高土壤环境质量,保护和恢复土壤生物多样性,从而增强城市土壤的生态系统服务功能。

去除水体中砷的研究进展与展望

近年来,水体砷污染已成为一个全球性的环境问题,采取有效方法去除水体中的砷已受广泛关注。文章总结了水中砷主要去除方法:沉淀法、吸附法、生物法和膜分离法的原理、特点和应用现状,分析表明,沉淀法和吸附法已广泛应用于含砷水体的处理,其中开发高效的氧化剂和混凝剂是沉淀法的主要研究方向,寻求新型实用的吸附剂是吸附法的研究热点;生物法除砷是近年来的研究热点,加快微生物除砷的理论和应用研究是该方法的主要研究方向;膜分离法适用于对水质要求很高以及小规模的饮用水处理,研究较好的预氧化处理方法是该工艺的重点。将多种方法联合使用以达到最佳除砷效果,是目前水体除砷的发展趋势。

亚热带红壤区森林土壤剖面微生物残体碳分布及影响因素

土壤剖面中20cm以下土壤有机碳(SOC)储量占土壤剖面总SOC储量50%左右,由于土壤微生物残体碳(MRC)是稳定土壤碳库的重要来源,因此研究土壤剖面中MRC对SOC的贡献对于评估土壤碳储量具有重要意义。然而,目前关于MRC含量及其对SOC贡献的研究多数集中在土壤表层,在土壤剖面和母质中尚不清楚。选取江西省千烟洲亚热带典型森林红壤剖面,通过氨基糖与磷脂脂肪酸(PLFA)微生物标志物分析方法,分析红壤剖面和母质中MRC的影响机制及其对SOC贡献的分布特征。研究结果表明:(1)MRC含量随着土壤剖面深度增加而显著降低(P<0.05),在整个土壤剖面中,细菌MRC对SOC贡献为6%-12%,真菌MRC对SOC贡献为12%-36%,MRC对SOC贡献为18%-46%。从土壤表层至母质,真菌MRC对SOC贡献高于细菌MRC。(2)结构方程模型结果表明,在土壤剖面中,MRC含量主要受到微生物-PLFA含量、容重和溶解态有机碳含量的影响。研究量化了红壤剖面中MRC对SOC的贡献,表明在20cm以下土壤及母质中,微生物残体碳对红壤地区生态系统碳库具有重要贡献。

国内外污染场地风险管控技术体系与模式研究进展

以风险管理为基本原则的污染场地可持续治理修复及安全利用已成为全球范围内一个紧迫的环境和发展问题。为促进快速、经济、有效的风险管控技术在我国土壤污染防治初期阶段的广阔应用,本文在明确污染场地风险管控广义和狭义内涵属性的基础上,系统阐述了工程控制、制度控制和监测自然衰减等狭义风险管控技术的技术原理、工程应用和适用条件,剖析英美等发达国家风险管控体系并结合我国土壤环境管理实际建立技术体系和政策体系支撑下的风险管控模式,最后针对我国污染场地风险管理基础薄弱、风险管控体系不健全和风险管控技术支撑不足等问题,提出基于绿色可持续理念和全生命周期管理理论的"防、控、治、管"四位一体的污染场地风险管控总体布局,对于推动我国风险管控技术应用和提高场地风险管理水平具有重要的现实意义。

模型模拟再生水灌溉对土壤水盐运动的影响

随着水资源供需矛盾日益尖锐,污水再生利用成为了缓解北京水资源紧缺的重要举措.为推动北京再生水安全灌溉,本研究运用ENVIRO-GRO模型模拟缺水城市北京再生水灌溉土壤水盐运动规律,并对土壤盐分累积进行预测,探讨了不同灌溉措施对土壤水盐运动规律和盐分累积的影响.结果表明,高水量、常规、低水量灌溉,平衡时土壤含盐量(ECe)年均值分别增加了29.5%、97.2%、197.8%;灌溉频率对土壤水盐运动规律影响不大,但低频灌溉下土壤中盐分的累积有减少的趋势;灌溉水含盐量(ECw)为0.6、1.2、2.4 dS.m-1灌溉条件下,平衡时ECe的年均值分别增加了23.7%、97.2%、208.5%,自来水灌溉下土壤盐分虽有增加,但土壤未出现盐渍化.总的来说,目前北京常规再生水灌溉,平衡时土壤盐分累积不会影响早熟禾的生长,但土壤会出现轻度盐渍化.

模型模拟土壤性质和植被种类对再生水灌溉水盐运移的影响

为推动再生水安全灌溉,本研究运用ENVIRO-GRO模型模拟了不同土壤性质、植被条件下土壤盐分的分布规律及累积趋势,探讨了土壤性质和植被种类对再生水灌溉水盐运移的影响.研究发现,不同土壤初始含盐量下,经多年重复模拟后最终达到统一的平衡状态;而不同土壤质地下,随着灌溉年份的增加,壤土、黏壤土中的土壤ECe年均值逐渐增加直到平衡,砂壤土中的土壤ECe年均值逐渐减少直到平衡,平衡时土层中的ECe值砂壤土<壤土<黏壤土.3种植被下,大叶黄杨、油松的土壤ECe值增加量小于早熟禾;土壤盐分在土层中的空间、时间分布也均有所不同.此外,不同模拟情景下,土壤盐分累积都不会影响植被的生长(黏壤土除外),但均出现轻度盐渍化(砂壤土除外).

再生水回灌对地下水水质影响研究进展

再生水回灌地下水是一种缓解水资源危机的有效方式.由于再生水中含有硝酸盐、重金属、新型污染物等污染物质,因此在再生水地下水回灌利用时存在一定的环境风险.为推动我国再生水人工回灌地下水的发展,促进我国再生水的安全利用,本文分析了国内外相关文献及实践经验,总结了不同回灌方式下再生水回灌对地下水水质的影响.地表回灌方式下,地下水中盐分、硝态氮都有增加趋势,重金属污染风险较小,新型污染物是目前的研究热点,且其风险存在很多的不确定性,病原微生物对地下水的污染风险较小但不能排除一些活性较强的病毒等污染地下水;井灌方式下,对沉积含水层中As的释放应给予重点关注.最后,提出了相关建议以减小我国再生水回灌风险.

地球关键带视角理解生态系统碳生物地球化学过程与机制

陆地生态系统研究通常未考虑影响整个岩石风化层--土壤剖面的生物地球化学过程,而关键带科学则强调从冠层到基岩重新认识整个生态系统的结构和功能,在流域尺度上应该强调大气和植物之间、植物和土壤之间、小流域土壤和溪流之间物质和元素循环的相互联系等。植物碳固定及分配、从地表到基岩的土壤碳库分解和转化以及小流域碳迁移与平衡是碳生物地球化学循环的起始、周转和迁移过程的关键环节,应该加强流域尺度上从冠层到基岩的生态系统碳循环过程、机制及其生态功能研究。同位素技术具有指示、示踪和整合功能,通过δ13C自然示踪和人工标记技术,可以辅助解析碳生物地球化学过程与机制。

区域陆-水-气碳收支与碳平衡关键过程对地球系统碳中和的意义

衔接陆地-海洋的区域陆-水-气碳收支与碳平衡是地球系统碳中和的关键过程,因此定量解析陆-水-气的碳运移与碳交换协同过程对于深入理解陆地生态系统“丢失”的碳汇具有重要意义.本文集成分析了全球陆-海-气碳运移与碳收支变化及其影响机制,重点探讨内陆水体碳收支与碳循环过程在陆-水-气碳收支的重要作用,揭示全球变化下陆-水-气碳收支与碳平衡的调控机制,并进一步评估中国区域陆-水-气碳收支现状及其湖泊固碳潜力,提出定量人类活动对陆-水-气碳运移与碳交换过程的确切影响与幅度对于全球碳平衡与碳中和具有重要意义.

降水与土壤水混合过程的生态水文分离现象及其研究进展

以往通常假设降水与土壤水完全混合后形成径流,而基于δD-δ18O关系研究表明,降水与土壤水混合存在生态水文分离现象,即土壤水可分为由土壤无效水和可供植物吸收的有效水构成的束缚水及自由移动形成径流的自由水,且两个水库间存在着部分混合即连接性.本研究系统阐述了'生态水文分离'的概念及其内涵,描述了降水与土壤水的混合过程以及两个水库δD和δ18O的特征与关系,总结了土壤水、束缚水及自由水δD和δ18O直接观测及替代观测方法的优缺点,并阐明了径流小区及流域尺度上基于直接及替代观测方法的土壤束缚水与自由水完全分离及连接性的定性研究进展,同时阐明了基于模型和控制试验的土壤束缚水与自由水完全分离及连接性的定量研究进展,并指出应加强生态水文分离过程的定性及定量方法以及对传统生态水文模型的影响和改进研究.

土壤环境质量预警体系构建与应用

土壤环境质量预警是实施土壤污染风险分类分级管控措施的重要依据.为快速了解区域土壤环境质量水平,在土壤环境质量恶化前及时采取有效措施遏制土壤污染持续加重的态势,基于环境容量和污染物输入-输出通量理论分别构建了简易、有效和可量化的农用地和建设用地土壤环境质量预警体系,进一步结合土壤环境质量标准、食品安全标准和致癌风险系数提出相应的预警方法和预警机制,并以攸县农用地和北京市五环内建设用地为研究区域,评价土壤环境质量现状,预测不同情景下的土壤环境质量超标风险.结果表明,攸县网岭和桃水镇两地农用地土壤环境质量均隶属五级预警水平,相对其他修复措施,污染秸秆不还田可在较短时间内将土壤中镉含量降低至风险筛选值水平以下.北京市五环内建成区土壤质量状况良好,较长时间内不存在健康风险隐患,无突变情景和乐观情景下Cd、Cu、Pb和Zn的风险超标年限均远高于50 a,隶属一级预警水平.

土壤环境承载力评价体系构建与应用

为了解土壤环境对污染物的容纳能力和对人类活动的承载能力,达到有效遏制土壤污染的加重趋势和实现土壤环境风险全面管控的目的,基于土壤环境质量评价,通过区域土壤污染物输入-输出通量分析和污染风险特征分析,以土壤净化缓冲功能为核心构建全面反映土壤性质、污染演变趋势和风险特征的土壤环境承载力综合评价指标体系,并提出基于评价指标的安全系数核算方法.以北京市建设用地为研究对象开展区域尺度的土壤重金属环境承载力定量评价,验证评价指标体系与方法的科学可行性.结果表明,北京市Cu、Zn、Pb和Cd的土壤环境承载力差异明显,Cd元素土壤环境承载力较其他元素低.明确土壤环境承载力概念与内涵、完善土壤环境承载力评价框架、构建土壤环境承载力信息数据库和开展土壤环境承载力核算试点等4个方面对土壤污染的有效防治具有重要意义.

近20年青藏高原水体处于碳汇还是碳源状态?

中国一半湖泊都位于青藏高原,主要分布在海拔4000 m以上.随着人类活动和气候变化日益加剧,围绕青藏高原湖泊碳源汇之争悬而未决.本研究通过现场监测和数据整合,探讨了近20年青藏高原水体碳交换过程和特征.结果表明,青藏高原西部和南部区域的湖泊CO_(2)交换通量较高,东部和北部地区则较低.湖泊CO_(2)交换通量也表现出显著的时间差异,即21世纪00年代和10年代的交换通量显著高于20年代.青藏高原湖泊CO_(2)年排放量从21世纪00年代的1.60 Tg Ca^(-1)增加到10年代的6.87 Tg Ca^(-1),然后在20年代下降到1.16 TgCa然而当结冰期包含在年度碳收支中时,青藏高原湖泊通常充当碳汇.因此,青藏高原的湖泊正由碳源逐渐向碳汇转变,尤其一些小型淡水湖泊及部分中低海拔的咸水湖的固碳功能被忽略;同时由于碳交换通量具有高度变异性及不确定性,造成青藏高原湖泊的碳汇潜力常常被低估.本研究为准确评估青藏高原生态系统的碳汇潜力提供重要数据支持,并为其如何应对全球气候变化提供科学依据.