重金属污染土壤根际环境的调节与植物修复研究进展

介绍了重金属污染土壤的根际环境调节,回顾了近年来重金属污染土壤的植物修复技术。

黄土丘陵区天然和人工植被类型对土壤理化性质的影响

不同植被类型对黄土高原土壤质量的改善作用存在较大差异。研究天然和人工植被类型对土壤性状的影响差异对于深入认识黄土高原植被恢复与土壤环境演化的关系,准确评价不同植被恢复模式生态环境效益具有重要意义。该研究以黄土丘陵区燕沟流域为例,选择研究区广泛分布的11种天然和人工植被类型为研究对象,系统分析了该区天然和人工植被类型对土壤性状的影响。结果表明:天然和人工植被类型对土壤性状的影响差异明显。200cm土层土壤含水率大小为农田>天然草地>人工乔木林地>果园>人工灌木林地>天然灌木林地。与农田相比,天然灌木林地和天然草地土壤体积质量降低最为明显,人工乔木林地、人工灌木林地和果园土壤体积质量下降差别不明显。天然灌木林地、天然草地和人工灌木林地土壤有机质、全氮都有明显提高,人工乔木林地和果园土壤有机质和全氮提高不明显。不同植被类型土壤有机质、全氮总体随土层加深呈下降趋势,农田、果园和人工乔木林地土壤有机质和全氮垂直变化较小,而天然灌木林地、天然草地和人工灌木林地变化较大。不同植被类型土壤全磷含量差异较小,且垂直变化不明显。总体看来,天然植被类型对该区土壤性状改善作用优于人工植被类型,而人工灌木林的改善作用优于人工乔木林。

辽东栎不同方位边材液流季节动态及其对蒸腾耗水测算的影响

利用Granier树干液流测定系统,对黄土高原半干旱区天然辽东栎树干不同方位的边材液流动态进行了长期监测,并同步监测环境因子(空气温度、湿度、太阳辐射等),分析了不同方位液流通量密度的相互关系、对液流通量和蒸腾耗水量测算的影响以及与环境因子的关系。结果显示,辽东栎东、西、南、北4个方位测得的液流通量密度存在显著差异,并显著相关。辽东栎生长季内(5-10月)单株日蒸腾耗水量分别与日总太阳辐射和日均白天空气水气压亏缺进行指数饱和曲线拟合,拟合效果较好。采用2个方位和1个方位树干液流通量密度测算的整株蒸腾耗水量与采用4个方位的测算值分别相差约18%和30%,说明不同方位之间的液流差异可能成为蒸腾耗水测算的重要误差来源。

土壤呼吸影响因素概述及展望

土壤呼吸是全球碳循环中重要的流通途径之一,是陆地生态系统最大的二氧化碳释放源,也是碳循环的研究领域中一个普遍关注的热点问题。土壤呼吸是土壤中生物与周围环境之间一个相互作用的过程,可以被看作为一个生态系统,明白影响该土壤生态系统里面生物和环境要素、相互作用过程以及其对该系统所排放出二氧化碳的影响有着非常重要的意义。通过分析影响土壤呼吸的主要因素,土壤温度、土壤湿度、土壤有机质和氮含量、生物因子以及人类活动与土壤呼吸的相互作用方式,概括了影响土壤呼吸因素之间的关系,并对土壤呼吸研究今后的发展趋势进行了展望。

外源沸石对铅污染菜园土修复作用研究

以油菜为供试植物,通过盆栽试验,研究了天然沸石对铅污染菜园土壤的修复作用。结果表明:施用沸石可有效降低铅的活性,抑制铅由土壤向油菜地上部的转运,降低铅在土壤中的生物有效性。随着沸石施用量的增加,土壤pH显著增加,阳离子交换量明显提高。与对照处理相比,油菜地上部和根系铅含量最高减少率可达47.4%和49.3%。研究表明天然沸石是一种有潜力的可用于修复铅污染菜园土的矿物材料,其主要是通过调节土壤pH值和CEC抑制铅的生物活性,土壤pH值为改变土壤中铅生物有效性的主导因子。

土壤呼吸测定方法述评与展望

土壤呼吸可运用微气象学法和气室法进行测定,但气室法因其直接测定土壤表层释放的CO2而最为引人注目。气室法按其测定原理又可分为封闭型气室法和开放型气室法。该文重点介绍各种气室法的原理、特点及应用条件,并对近年来土壤呼吸研究方法的发展作了简要述评。过去常用的静态碱液吸收法、静态密闭气室法和动态密闭气室法逐渐被可自动开闭的动态气室法所代替,以LI-COR公司最新推出的设备为代表,预料将在今后一个时期成为该领域广泛使用的测定方法。由于土壤呼吸是全球碳循环的一个重要流通途径,是大气CO2的重要来源之一,典型生态系统中土壤呼吸及其各组分对环境因子的响应特征将是一个重要研究课题,这不仅关系到对生态系统生产量的正确测算,而且关系到科学把握全球变化环境下CO2的排放动态。

基于人体可给性的重金属污染场地健康风险评价

《国家环境与健康行动计划》(2007—2015)文件指出要提高环境与健康风险评估能力。将基于体外模拟实验的人体可给性应用于污染场地健康风险评估,能够一定程度克服以污染物总量为基准进行风险核算的保守性问题。本研究利用相对可利用度修正毒性参数(经口参考剂量、经口致癌斜率),并对其合理性进行了分析,同时推导了筛选值和致癌风险值/危害商的计算公式。建议:(1)建立符合不同土壤类型的人体可给性方法;(2)建立基于关键影响因子的人体可给性预测模型和基于人体可给性的相对可利用度预测模型;(3)优化健康风险评价计算模型。旨在权衡"污染场地再利用"经济效益和人体健康的关系,完善重金属污染场的健康风险评价体系。

中国北方河流沉积物中重金属污染现状、来源及治理对策

本文综述了中国北方主要河流沉积物中重金属(Cu、Cr、Pb、Cd、Zn)的污染现状,对重金属污染来源进行分析,同时结合中国北方河流沉积物重金属污染状况,提出了治理对策,并着重分析受污河流沉积物修复技术,对不同修复技术的优缺点进行分析比较。通过对以往研究成果分析发现,中国北方主要河流沉积物中重金属Pb污染最为严重,Pb污染很大程度上与北方传统的燃煤习惯有关。而北方主要河流(辽河、淮河、黄河、松花江、海河)干流中,海河的重金属富集程度最高,除Cr外,其他元素均不同程度的超过页岩平均背景值。北方河流沉积物重金属污染修复必须依据受污河流的具体情况选取适宜的修复技术,才可能有效治理污染。

基于虚拟水概念的水改旱生态补偿标准确定研究——以重庆松藻矿区为例

生态环境受损价值的科学界定是当前生态补偿机制研究的重点和难点之一。以采煤塌陷导致的土地退化形式——水改旱为研究对象,通过文献总结分析和入户调查等方式,从水循环过程和保护水田生态环境的角度,分析了水田与水改旱生态系统两者之间水要素的差别,在此基础之上,引入"虚拟水贸易"理论来确定水改旱生态补偿标准的可行性。虚拟水生态补偿标准不仅能体现水田生态受损价值,而且能够协调平衡补偿客体之间的利益。该方法为采煤塌陷区农田生态损害生态补偿机制和政策制定提供参考。

采煤塌陷区水田水流失生态补偿标准确定

以西南喀斯特地貌采煤塌陷区水田为研究对象,通过野外水稻种植试验和野外调查,运用"虚拟水"理论和生态经济分析方法,分析了采煤塌陷区水田水流失量及原因,并以采煤塌陷区水田生态系统恢复为目标,引入"虚拟水贸易"理论来确定水田水流失生态补偿标准的可行性。

黄土丘陵区刺槐、辽东栎林地土壤碳、氮、磷生态化学计量特征

黄土高原中部的丘陵沟壑区位于半湿润、半干旱气候带,生态环境脆弱,水土流失严重,植被恢复是该地区水土保持与生态重建的重要措施。辽东栎天然次生林和刺槐人工林是该地区典型的森林植被类型。以黄土丘陵森林分布区边缘的两种主要森林类型为对象,通过采集林地不同深度土壤样品,对比分析两种林地土壤中碳、氮、磷含量的计量关系及垂直分布特征,旨在探明该区域土壤化学计量特征及主要影响因素。结果表明:(1)在两种林地类型中,土壤有机碳与全碳含量呈正相关关系,两种林地可用同一曲线进行拟合,说明特定土壤类型在同一区域其有机碳和无机碳相对含量基本稳定。(2)土壤有机碳与全氮比值在10左右,在不同土层深度无明显变化;而土壤全碳与全氮比值则随土壤深度的增加而增加,超过1 m以后呈现饱和曲线的变化趋势。(3)土壤氮磷比随土壤深度的增加呈幂次型降低。

中国西南喀斯特地区植被自然恢复演替典型群落土壤碳氮储量特征

[目的]探究西南喀斯特地区植被自然恢复演替过程中典型群落的土壤碳氮储量变化特征,为该地区退化生态系统恢复与重建提供参考。[方法]采用空间代时间方法,在重庆市中梁山喀斯特槽谷选取弃耕地(弃耕半年)、草地(5~10年)、灌丛(15~25年)、灌乔林(30~40年)和乔木林(50~60年)作为一个植被自然恢复演替序列,设置固定样地,采集0~10、10~30、30~50、50~70 cm土层土壤样品,测定有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量及碳氮比(C/N)和土壤pH,估算各演替序列下土壤碳氮储量,分析在自然恢复演替不同阶段的土壤碳氮含量与储量特征。[结果]植被自然恢复演替显著提高土壤SOC和TN含量与储量(P<0.001),灌乔阶段的土壤SOC和TN含量与储量最高,含量分别为57.75和6.31 g·kg^(-1),储量分别为87.71和10.06 t·hm^(-2),相比弃耕地阶段的碳氮储量分别增长51.88%和30.31%;各演替阶段0~30 cm土层SOC储量占0~70 cm土层的64.02%~73.68%,TN储量占64.73%~78.55%;0~70 cm土层C/N在自然恢复演替过程中呈先升后降的变化趋势,在灌丛阶段最高,为9.56;0~30 cm土层C/N在乔木阶段最高,为9.98,30~70 cm土层C/N相对较低;土壤NH_(4)^(+)-N储量以灌乔阶段最高(0.103 t·hm^(-2));土壤NO_(3)^(-)-N储量以弃耕地阶段最高(0.076 t·hm^(-2)),其次为灌乔阶段(0.038 t·hm^(-2));土壤SOC和TN储量与土壤NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N和TP含量显著正相关(P<0.05),此外,土壤SOC储量与土壤TN、TK含量显著正相关(P<0.05),土壤TN储量与土壤SOC含量显著正相关(P<0.05);土壤C/N与土壤SOC、TN和NH_(4)^(+)-N含量极显著正相关(P<0.01),与土壤TP含量显著正相关(P<0.05),与土壤TK含量极显著负相关(P<0.01)。[结论]西南喀斯特地区植被自然恢复演替可显著提高土壤碳氮含量与储量(P<0.001),对0~30 cm土层的碳氮含量与储量、C/N的影响比在30~70 cm土层更明显。土壤碳氮储量与土壤养分循环存在一定关联。随植被自然恢复演替到灌乔阶段,土壤碳氮储量得到显著提升并达到峰值(P<0.001);植被自然恢复对土壤质量提升显著(P<0.001)。

采煤沉陷对水田土壤水系统的影响及改良对策——以重庆松藻矿区为例

采煤沉陷区土地生态复垦是当前土地整治面临的主要焦点问题之一。以重庆松藻矿区沉陷区受损水田为研究对象,通过实地考察和文献总结,分析水田土壤水系统组成特征,系统探讨了采煤沉陷前后土壤水系统的含水土壤剖面层物理特性和土壤水流入渗状态,针对这些变化提出了矿区生态恢复和土地复垦的具体对策。

退耕对县域耕地压力效应的影响分析研究--以武隆县为例

[目的]客观科学地评价退耕还林工程对县域耕地压力效应的影响。[方法]文章以乌江流域典型县——武隆县为例,通过实际调查和运用耕地压力指数模型来分析退耕还林工程对耕地压力效应的影响。[结果]近15年来,退耕还林工程面积与农村剩余劳动力转移相关性R^2=0.934 2;研究区退耕还经济林方式下存在林下种植现象,其产生的"实际"人均耕地面积为0.204hm^2/人,比正常人均耕地面积0.164hm^2/人增加了0.04hm^2/人;研究区粮食总产量受到退耕还林工程的影响甚微,但退耕粮食补贴占粮食总产量比例随退耕面积逐渐增大而增大,且处于2.6%~20.9%之间,平均为17.2%;退耕粮食补贴在减缓区域耕地压力状态比退耕转移农村剩余劳动力和林下种植方式下明显,但人均粮食占有量的提高会极大地增加区域的耕地压力状态。[结论]总体上,退耕对县域耕地压力效应具有正效应,对客观地总结评价以及深化退耕还林工程,有序推进新一轮退耕还林工程规划设计具有重要理论和实践指导意义。

黄土丘陵区刺槐、辽东栎林生态系统碳汇功能特征

保护自然植被和营造人工植被是黄土高原植被恢复的重要措施,为定量阐明该区域典型植被类型的生态服务功能,合理评估不同恢复植被措施的生态效益,选取了两种典型森林生态系统(刺槐人工林和辽东栎天然次生林),基于多年连续调查数据分析了其碳汇功能特征。采用以胸径和树高为基础变量的生物量方程估算了乔木层生物量;采用样方收获法测算了灌木、草本和凋落物现存量;依据两次样地调查的数据(间隔9年)和连续多年凋落物收集的数据,估算了两种森林生态系统的净初级生产力和固碳速率;再结合对两种林地土壤CO2排放的监测与分析结果进一步估算了两种生态系统的碳汇功能。结果表明:刺槐林的生物量碳密度(67.63 t C/hm2)略低于辽东栎林(76.85 t C/hm2),林分内各组分碳密度仅在乔木叶部分差异显著。研究期间刺槐林和辽东栎林的生物量年均增长量分别为15.20,18.21 t/(hm2·a);植被层年均固碳量分别为7.57,8.91 t C/(hm2·a)。因刺槐林地的土壤异养呼吸速率低于辽东栎林地,故其碳汇功能相对较高。

黄土丘陵区植被类型与土壤微生物区系及生物量的关系

以陕西延安黄土丘陵区5种不同植被类型(人工刺槐林、天然侧柏林、天然辽东栎林、灌丛和裸地)为研究对象,分析了土壤微生物生物量碳、氮含量、细菌和真菌的丰度变化规律及其与土壤基本化学性质的关系。结果表明:(1)4种植被类型的土壤质量较之裸地都有不同程度的改善,总体趋势:天然林地>人工林地>裸地;(2)土壤微生物生物量碳、氮的总体趋势:天然林地最高,人工林次之,裸地最低,且与土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和速效磷(AP)极显著正相关(P<0.01);(3)裸地土壤的细菌丰度最低,人工刺槐林真菌含量显著低于天然辽东栎林。细菌丰度与土壤营养状况呈显著正相关(P<0.05),而真菌与土壤营养无明显相关性,只与土壤pH负相关。说明在该研究区域,植被类型与土壤质量对微生物资源都具有不同程度的作用。

黄土高原县域退耕还林(草)工程综合效益评价指标体系设计

指出了建设生态环境和减轻贫困存在着巨大的协调配合的余地,退耕还林工程的实施是协调两者的必由之路。建立一套区域多目标耦合的退耕还林工程综合效益评价指标体系,是工程可持续发展的根本保证。根据不同对象(国家、地方和农户)对工程发展的目标,结合国外研究成果,设计出了黄土高原退耕还林工程综合效益评价指标体系,为区域生态、经济社会协调、可持续发展提供依据。

乌江流域经济与人口空间格局演变及耦合特征

为探究乌江流域经济人口空间格局演变及耦合关系,以乌江流域为研究区,选取该流域69个区县2000—2019年的GDP和常住人口数据,运用地理集中度、ESDA-GIS和耦合指数,对流域内经济人口空间格局及其相互关系进行了定量分析。结果表明:(1)近20 a,流域常住人口从3626.46万人减少至3564.12万人,人均GDP年平均增长率约为15.13%;(2)县域人口和经济发展差异增大,经济发达、人口密集的县域空间分布重叠,均集中分布在流域中部—南部;(3)经济重心、人口重心远离流域几何重心向流域西南方向移动;(4)经济人口耦合指数表明,流域人口和经济发展协调性有所提高。综上,乌江流域区域发展不协调依然严峻,推动流域东北部区县发展,缩小流域东北部和中部—南部的发展差距,进一步提高人口和经济发展的协调性仍是今后需要解决的问题之一。

2001—2016年西南喀斯特地区植被动态变化分析

西南岩溶地区是我国生态文明建设和脆弱生态保护的重要区域,石漠化则是该区域最为重要的生态环境问题。基于2001—2016年MOD13Q1 NDVI数据集和喀斯特空间分布数据,进行季节合成植被指数(SINDVI)的趋势模拟、时空统计,探讨西南岩溶区植被时空变化趋势、不同石漠化治理模式下生态环境效益。研究结果表明:西南岩溶区近16年植被覆盖恢复良好,植被覆盖度从高到低依次为广西、云南省和贵州省,2009—2016年较2001—2008年植被覆盖度普遍增大,增幅最大的是贵州省,其次是广西,最后是云南省。近16年西南岩溶区植被变化主要以改善为主,2009—2016年较2001—2008年植被改善趋势和改善面积都在增大,改善面积增加了12.39%,其中广西改善趋势和改善面积都最大。通过比较各种石漠化治理模式下植被变化情况,发现小流域治理模式和人工造林模式优于其他模式,经济林木模式下植被改善效果最小。

甘肃省森林碳储量现状与固碳速率

针对森林碳平衡再评估的重要性和区域尺度森林生态系统碳库量化分配的不确定性,该研究依据全国森林资源连续清查结果中甘肃省各森林类型分布的面积与蓄积比重以及林龄和起源等要素,在甘肃省布设212个样地,经野外调查与采样、室内分析,并对典型样地信息按照面积权重进行尺度扩展,估算了甘肃省森林生态系统碳储量及其分布特征。结果表明:甘肃省森林生态系统总碳储量为612.43 TgC,其中植被生物量碳为179.04 TgC,土壤碳为433.39 TgC。天然林是甘肃省碳储量的主要贡献者,其值为501.42 TgC,是人工林的4.52倍。天然林和人工林的植被碳密度均表现为随林龄的增加而增加的趋势,同一龄组天然林植被碳密度高于人工林。天然林土壤碳密度从幼龄林到过熟林逐渐增加,但人工林土壤碳密度最大值主要为近熟林。全省森林植被碳密度均值为72.43 Mg C·hm–2,天然林和人工林分别为90.52和33.79 Mg C·hm–2。基于森林清查资料和标准样地实测数据,估算出全省天然林和人工林在1996年的植被碳储量为132.47和12.81 TgC,2011年分别为152.41和26.63 TgC,平均固碳速率分别为1.33和0.92 TgC·a–1。甘肃省幼、中龄林面积比重较大,占全省的62.28%,根据碳密度随林龄的动态变化特征,预测这些低龄林将发挥巨大的碳汇潜力。