污染场地土壤生态风险评估研究进展

随着我国快速城市化以及产业结构的调整,遗留下了大量的污染场地,发展和实施污染场地土壤生态风险评估是进行大规模污染场地修复行动的必要条件。本文围绕污染场地土壤生态风险评估的科学原理、框架构建及技术方法等方面的关键问题: 1)评估框架的场地实际针对性;2)概念模型的不确定性;3)土壤复合污染毒性机制;4)评估终点筛选;5)评估方法和框架构建等展开讨论,指出土壤复合污染的制毒机制,即污染物生物有效性和联合效应是污染场地土壤生态风险评估的关键科学问题。耦合美国环保局四步法和欧盟层级法的“证据-权重法”评估框架适用于野外复杂环境条件下的土壤污染生态风险评估。建议今后重点开展以下5个方面的工作: 1)污染场地土壤生态风险评估技术框架与风险管控技术框架之间的联合;2)概念模型研究;3)基于过程的场地土壤污染物反应运移模型研究;4)场地土壤复合污染生态毒理学机制研究;5)生态系统高水平生态风险评估终点研究。旨在为形成我国本土污染场地土壤生态风险评估技术指南提供理论基础和构架。     

石灰碳铵熏蒸联合生物有机肥对香蕉枯萎病和细菌群落的影响

以连续种植的香蕉枯萎病高发病蕉园为试验点,通过实时定量PCR和高通量测序等方法,研究了田间条件下石灰碳铵熏蒸联合生物有机肥施用对香蕉枯萎病的防治效果,以及对土壤细菌群落结构和组成的影响。结果表明: 与不熏蒸施用有机肥(OF)相比,香蕉枯萎病发病率在施用有机肥前使用石灰碳铵进行熏蒸处理(LAOF)和施用生物有机肥前使用石灰碳铵进行熏蒸处理(LABF)中分别降低了13.3%和21.7%,病原菌的拷贝数分别降低了22.4%和33.0%。与OF处理相比,石灰碳铵熏蒸联合不同肥料施用均显著降低了细菌的丰富度和多样性,形成了明显不同的群落结构,且熏蒸对群落组成的差异产生了决定性的影响。LABF的细菌丰富度和多样性均低于其他处理,群落组成也与其他处理存在明显差异。与OF处理相比,熏蒸处理(LAOF和LABF)显著增加了土壤中水恒杆菌、布鲁式菌和漯河杆菌属的相对丰度,且在LABF中的相对丰度均高于LAOF,水恒杆菌和布鲁式菌的相对丰度差异显著。在田间条件下,施用生物有机肥之前使用石灰碳铵进行熏蒸处理能够显著降低病原菌数量,改变土壤细菌群落结构,激发土壤有益微生物,从而减少香蕉枯萎病的发生。     

不同缓释过氧化钙对潜育环境下水稻土微生物特性的影响

为了解不同缓释过氧化钙对潜育化稻田土壤微生物特性的影响,于网室内进行潜育化稻田环境模拟试验,以不施过氧化钙为对照,探究过氧化钙粉末、过氧化钙颗粒与4种不同释氧效果的包膜过氧化钙在早稻分蘖期同等时期对潜育化稻田土壤活性有机碳、有效养分及微生物特性的影响。结果表明: 施用过氧化钙均能提高土壤活性有机碳、有效养分、微生物生物量及可培养微生物数量和酶活性,包膜过氧化钙对土壤微生物和酶活性的改善效果较好,其次依次为过氧化钙颗粒和过氧化钙粉末。包膜过氧化钙处理中,以乙基纤维素包膜效果最好,与不施过氧化钙处理相比,其土壤活性有机碳、微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物生物量磷分别显著提高19.4%、11.4%、121.5%、127.2%,土壤碱解氮和有效磷分别提高4.0%和45.5%;土壤可培养细菌和可培养微生物总量分别显著提高137.3%和113.7%,真菌和放线菌数量分别提高33.6%和44.7%;蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性分别显著提高92.4%、91.8%和112.5%,过氧化氢酶活性提高17.1%。研究结果可为包膜过氧化钙对潜育化稻田改良提供参考。     

西南旱地油菜田土壤水分和作物光合特征对覆盖材料和垄沟比的响应

为了应对西南地区频发的季节性干旱,提高旱作农田水分利用效率和作物光能利用效率,设置大田试验,研究不同覆盖材料(普通白膜、普通黑膜、生物降解膜和不覆膜)和不同垄沟比(40 cm∶40 cm和40 cm∶80 cm)对土壤贮水量和油菜光合特性、荧光参数、叶绿素相对含量(SPAD)的影响。结果表明: 油菜生育期不同覆盖材料下的土壤贮水量为:普通黑膜垄作(BR)≈普通白膜垄作(WR)≈生物降解膜垄作(BDR)＞不覆膜垄作(NR)＞平作(FP);在同一覆盖材料下,垄沟比对土壤贮水量无显著影响。与平作相比,垄沟集雨处理的净光合速率、气孔导度、最大荧光、可变荧光、PSⅡ最大光化学量子产量、PSⅡ潜在活性、光化学猝灭系数和非光化学猝灭系数均有所提高;与平作相比,WR、BR、BDR和NR处理的SPAD值分别提高6.1%、8.6%、8.5%和3.6%,瞬时水分利用效率分别提高18.3%、11.4%、16.3%和10.4%。相比于平作,BR、WR和BDR处理可显著增加油菜产量,NR处理增产不显著,普通黑膜垄作+垄沟比40 cm∶40 cm处理的经济效益最高。可见,垄沟集雨种植可以改善西南旱地油菜田土壤水分,增强油菜叶片光合能力,提高油菜产量,增加农民收入。     

秸秆还田配施化肥对土壤肥力及鲜食甘薯产量和品质的影响

通过2017和2018两年的田间试验研究了小麦秸秆还田和施肥对土壤肥力、酶活性以及鲜食甘薯产量和品质的影响。试验设5个处理:秸秆不还田+常规施肥(CK)、小麦秸秆半量还田+常规施肥(50%S)、小麦秸秆全量还田+不施肥(100%S-F)、小麦秸秆全量还田+常规施肥(100%S)、小麦秸秆全量还田+常规施肥+150 kg·hm^-2氮肥(100%S+N)。结果表明:秸秆还田施肥处理显著提高了土壤中的有效磷、碱解氮、总氮和有机质含量,显著提高了土壤过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性。秸秆还田施肥处理均显著提高了薯块产量、单薯鲜重和商品薯率,其中50%S处理下薯块产量最低。2年的秸秆还田处理下,薯块产量和商品薯率均在100%S处理下最高。2年的秸秆还田施肥处理总体上提高了甘薯的淀粉和蛋白质含量,但100%S和100%S+N处理均降低了甘薯还原糖和可溶性糖含量。可见,小麦秸秆全量还田的效果优于半量还田,与常规施肥配合下薯块产量和商品薯率最高,但影响食用口感,实际生产中可适当减少氮肥用量。     

大兴安岭北部不同海拔天然林土壤胞外酶化学计量特征及其季节动态

研究了大兴安岭北部奥克里堆山不同海拔(750～1420 m)天然林土壤胞外酶活性(EEA)和酶计量比的变化特征及影响机制。结果表明: 海拔、季节及其交互作用对β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(AP)活性均存在显著影响。5月,BG和NAG活性随海拔升高呈逐渐增大趋势,AP活性随海拔升高呈先升高后降低的趋势。7月,NAG活性随海拔升高而增大,AP活性则先升高后降低。9月,不同海拔上NAG活性变化幅度较大,在1420 m处活性最高,为124.22 nmol·h^-1·g^-1。随着海拔的升高,酶化学计量比ln(BG)∶ln(NAG+LAP)呈降低的趋势。除海拔830 m外,7月化学计量比值最高。土壤C、N、P转化酶活性对数转换后的比值为1∶1.25∶0.82。海拔和土壤温度是影响土壤胞外酶的主要因素,土壤温度与BG、NAG和AP呈显著正相关。ln(BG)∶ln(NAG+LAP)和ln(NAG+LAP)∶ln(AP)与pH分别呈显著正相关和负相关,与DOC分别呈显著负相关和正相关,而ln(BG)∶ln(AP)受土壤容重的影响较大。     

南亚热带人工林种植对赤红壤团聚体分布及稳定性的影响

本文选取南亚热带地区桉树、杉木、马尾松、米老排和红锥5种典型人工林为研究对象,采用Elliott湿筛法和Le Bissonnais(LB)法研究了人工林对土壤团聚体稳定性的影响。结果表明: 5种人工林土壤经湿筛法处理后,水稳性团聚体(WR_>0.25)均在62.2%以上,团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别介于1.58～3.71和0.57～2.02 mm,表现为杉木林最大,桉树林最小。各林分土壤团聚体结构破坏率(PAD)介于4.6%～31.5%之间;采用转移矩阵法评价5种人工林土壤团聚体,得出土壤团聚体稳定性指数(ASI)为杉木林>红锥林>米老排林>马尾松林>桉树林。在LB法3种处理下,快速湿润处理(FW)对土壤团聚体的破坏程度最大,说明消散作用是研究区团粒崩解的主要机制;预湿润振荡处理(WS)的破坏程度最小;慢速湿润处理(SW)介于两者之间,MWD和GMD值变化一致,均表现为WS>SW>FW,且随土层的加深,呈现逐渐降低的趋势。5种人工林土壤在LB法FW处理下团聚体GMD值与湿筛法ASI、MWD、GMD均达到显著正相关,表明湿筛法与LB法的FW处理具有很好的相关性,可用于表征南亚热带赤红壤地区土壤团聚体的稳定性。综合MWD、GMD、PAD和ASI等团聚体稳定性指标,杉木人工林比其他4种人工林更有助于土壤团聚水平的提高,其土壤结构相对较为稳定。     

荒漠草原两种类型土壤的水分动态对比

基于2017—2018年的定位监测数据,分析了宁夏东部的盐池荒漠草原2种不同类型土壤(灰钙土和风沙土)的水分时空动态特征。结果表明: 2017和2018年生长季(5—10月),研究区降雨量分别为208.2和274.8 mm,降雨在各月份的分配差异较大。2018年除5月存在极端降雨事件(129.6 mm)外,其余各月降雨量均低于2017年。土壤水分变化的季节动态规律大致可以分为两个阶段:土壤水分补偿期(5月初至6月初)和土壤水分波动期(6月中旬至9月底)。0～20 cm土层土壤含水量在降雨后呈骤增骤减的脉冲式特点,深层土壤含水量较稳定。灰钙土土壤含水量随土层加深表现为“升-降-升”的变化,风沙土土壤含水量在0～60 cm土层出现井喷式增加,而后增加缓慢,但随着土层深度的增加土壤含水量逐渐增大。2017年,灰钙土全剖面(0～100 cm)土壤水分表现为积累型,风沙土表现为消耗型;2018年,两种类型的土壤水分在全剖面均表现为消耗型。两种土壤类型土壤水分的时间稳定性随土壤深度的增加而增强,灰钙土和风沙土全剖面的平均土壤含水量代表性土层分别为80～100和40～60 cm。2种类型土壤的土壤水分时空分布不同,风沙土受降水的影响高于灰钙土。降水会降低土壤水分的变异性,改变土壤水分的时间稳定性。     

解磷菌对设施土壤金属元素有效含量及黄瓜秧苗金属元素吸收量的影响

通过向设施土壤中添加解磷菌和秸秆,达到活化土壤中作物所需金属元素的含量,促进作物对中微量元素吸收的目的。试验设置对照、秸秆、解磷菌、解磷菌+秸秆4个处理,在不同时间测试土壤及秧苗中钙、镁、铜、铁、锌等的含量,确定解磷菌及秸秆对设施土壤金属元素含量及黄瓜秧苗吸收量的影响。试验结果表明,秸秆、解磷菌、秸秆+解磷菌处理能明显增加黄瓜秧苗吸收钙、镁、铁、铜的能力,对锌的吸收没有影响,其中秸秆+解磷菌处理对黄瓜秧苗吸收钙、镁、铜影响最大,促进作用分别达到6.26%、8.25%和11.57%,3种处理对设施土壤中有效钙、镁、铁的含量没有影响,但是能明显提高土壤中有效铜、锌的含量,盛果后期有效铜含量分别比对照提高12.19%、15.41%、16.49%,盛果后期有效锌含量分别比对照区提高38.8%、33.26%、56.81%。     

刺楸年轮中重金属含量动态变化及富集特性

为探索刺楸对受污染土壤重金属的富集和修复效应, 以南京栖霞山的乡土树种刺楸及其根际周边土壤为研究对象, 截取其根基部年轮盘及根际土壤样本, 采用ICP-AES法测定年轮及土壤样本中重金属(Cu、Cd、Cr、Mn、Ni、Pb、Zn)元素含量。结果表明: 栖霞山样地中的土壤受Mn、Pb和Zn污染最为严重, 存在Cu、Cd、Mn、Pb、Zn元素的高度复合污染, Cd、Cr、Cu、Ni、Zn在土壤和年轮中存在相关性, Mn和Pb则没有表现出明显的相关性; 刺楸修复受Cd、Mn、Pb、Zn污染的土壤效果并不显著, 更适用于Cr、Cu、Ni污染的土壤修复; 鉴于Cu元素含量变化特征, 刺楸也可以作为反映当地污染历史的记录载体; 刺楸年轮中的重金属元素之间存在交互作用, 其中Cd与Zn元素含量高度相关(r=0.984, p<0.01), 在刺楸年轮吸收重金属元素的过程中, Cu与Cd、Cr、Mn、Zn元素具有协同作用, Mn元素对其他元素有一定的拮抗作用。