重金属污染土壤原位化学固定修复研究进展

重金属污染土壤原位化学固定修复是通过添加不同外源物质固定土壤中重金属元素,达到降低重金属迁移性和生物有效性的一种重要方法.由于操作方便和效果快速,使其在污染土壤治理过程中有着不可代替的作用,尤其对于耕作土壤中的面源污染.许多具有俘获土壤中重金属离子能力的自然物质和工业副产品如磷矿石、泥炭土、石灰和有机肥等都可用在实地的固定修复中.采用实验室评价和实地应用评价,一方面可以评估这些固定物质在土壤中对重金属离子的固定效率;另一方面可以评估重金属的溶出、释放和生物毒性等生态风险.本文对原位修复过程中采用的不同固定物质的来源和分类进行了概述,对化学固定过程的机理进行了探讨,同时阐述了重金属污染土壤化学固定修复应用过程中的实验室评价和实地应用评价方法,分析了化学固定修复的局限性并提出了今后的发展方向.     

土壤微生物生物量碳氮磷与土壤酶化学计量对气候变化的响应机制

微生物和土壤酶是陆地生态系统中生物地球化学循环的重要驱动力,深入理解微生物在生态系统中的调节作用以及气候变化过程中微生物量和土壤酶的响应机制是生态学领域关注的重要科学问题.本研究从气候因素角度出发,基于生态化学计量学理论,综述了微生物和土壤酶在陆地生态系统碳氮磷循环中的作用,以及土壤微生物生物量碳氮磷和土壤酶化学计量对气候变化的响应机制,即: 改变微生物代谢速率和酶活性;调整微生物群落结构;调整微生物生物量碳氮磷与土壤酶化学计量特征;改变碳氮磷养分元素利用效率.最后分析当前研究的不足,并提出了该领域亟待解决的科学问题: 综合阐明土壤微生物和土壤酶对气候变化的响应机制;探究土壤微生物和胞外酶养分耦合机理;深入探究土壤微生物量和土壤酶化学计量特征对气候变化的适应对策.     

海南槟榔园不同母岩发育土壤养分状况及其化学计量特征

母岩的性质很大程度上决定了其发育土壤的养分含量及其特性.本文对分布在海南省11个市县的火山岩、侵入岩、变质岩和沉积岩发育的槟榔园土壤养分含量及碳、氮、磷生态化学计量特征进行分析,研究土壤养分与母岩及土层间的关系.结果 表明:槟榔园土壤养分状况及其化学计量特征受母岩历史继承性因素影响;火山岩发育的土壤有机碳(SOC为17...     

黄河河口盐沼植被分布、多样性与土壤化学因子的相关关系

以黄河河口盐沼实地调查的67个样地19个植物种的重要值,运用双向指示种分析将黄河河口盐沼植被分为柽柳-翅碱蓬+补血草+碱蓬群落、翅碱蓬群落、柽柳-芦苇+翅碱蓬群落、芦苇群落、穗状狐尾藻+芦苇群落和旱柳-芦苇+荻群落.利用典范对应分析(CCA)分析了土壤盐分、pH、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、全氮、全磷、全碳、有机质等11个土壤化学因子与黄河河口盐沼植被分布的相关关系.CCA排序结果表明,土壤盐分和土壤pH是影响黄河河口盐沼植被分布的主要土壤化学因子.CCA排序第一轴与土壤盐分呈显著正相关关系(P<0.001),第二轴主要和土壤pH呈显著负相关关系(P<0.001).柽柳-翅碱蓬+补血草+碱蓬群落排列于排序图的右上部,与生境土壤中高含盐量及中等pH相对应,穗状狐尾藻+芦苇群落和芦苇群落分布于第一排序轴的最左端,主要与土壤低含盐量相关,翅碱蓬群落位于第二排序轴的下侧, 与较高的土壤pH相关,柽柳-芦苇+翅碱蓬群落和旱柳-芦苇+荻群落,土壤pH和盐分均较低.通过物种丰富度R、香农维纳多样性H′、物种均匀度E等指数与土壤化学因子的相关分析,发现黄河河口盐沼植物物种多样性与土壤盐分没有呈现出与土壤盐分很好的负相关关系,物种丰富度R、香农维纳多样性H′、物种均匀度E均与土壤盐分呈现显著正相关关系;R、H′与土壤pH呈现出十分显著的负相关关系; R、H′与土壤Ca2+、Mg2+含量呈现极为显著正相关关系.     

不同森林恢复类型对南方红壤侵蚀区土壤质量的影响

为了探讨主要森林类型对土壤质量的影响 ,对南方红壤侵蚀区 4种主要森林恢复类型下土壤物理、化学、生物学性状进行了比较研究 ,结果表明 :不同的森林恢复类型导致了土壤物理、化学和生物学性质的显著差异。 4种森林类型的土壤质量均比长期干扰下对照的土壤质量高。人工林土壤质量又相对比天然次生林土壤质量低。其土壤质量综合指数分别为 :天然次生林(0 .95 )、油茶林 (0 .6 8)、杉木林 (0 .5 5 )、湿地松林 (0 .36 )、对照 (0 .0 4 )。自然恢复在恢复初期是提高土壤质量的有效途径。导致人工林和对照土壤质量相对较低的主要因素是 :周期性的森林抚育打破土壤物理结构、凋落物质量较低、凋落物量较低、微生物生物量较低、微生物功能较差和土壤养分流失严重。在土壤质量指标选择方面 ,土壤微生物生物量结合微生物功能多样性是反映土壤生物学活性和土壤质量的较好指标。     

黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响

研究黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征影响有助于深入理解黄土丘陵区不同植被带下土壤和土壤微生物相互作用及养分循环规律.选择黄土丘陵区延河流域3个植被区(森林区、森林草原区、草原区)和5种地形部位(阴/阳沟坡、阴/阳梁峁坡、峁顶)的土壤作为研究对象,利用生态化学计量学理论研究植被和地形对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响.结果表明: 土壤及土壤微生物生物量碳、氮、磷含量在不同地形之间的差别主要表现在沟坡位置和阴坡高于其他坡位和阳坡.植被类型的变化对两个土层(0～10、10～20 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响均达到显著水平,坡向对表层(0～10 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响强于坡位,而在10～20 cm土层,坡位对土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷影响更显著.植被类型显著影响土壤C∶N、C∶P、N∶P和土壤微生物生物量C∶N、C∶P,坡向和坡位仅影响土壤C∶P和N∶P,植被类型的变化是影响土壤C∶N的主要因素.同时,植被类型对土壤养分和微生物生物量碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征的影响大于地形因子.标准化主轴分析结果表明,黄土丘陵区不同植被带土壤微生物具有内稳性,特别在草原带,土壤微生物生物量生态化学计量学特征具有更加严格的约束比例.在黄土丘陵区,土壤微生物生物量N∶P或许可以作为判断养分限制的另一个有力工具,若将土壤微生物生物量N∶P与植物叶片N∶P配合使用可能有助于我们更加精确地判断黄土丘陵区的土壤养分限制情况.     

沼液与化肥配施对冬小麦根际土壤微生物数量和酶活性的影响

研究了等氮量条件下沼液与化肥配施对冬小麦根际土壤微生物(细菌、真菌和放线菌)数量及土壤酶(脲酶、蛋白酶和过氧化氢酶)活性的影响.结果表明:随着生育期的推进,不同施肥处理小麦根际土壤微生物数量和土壤脲酶、过氧化氢酶活性均呈先降后升的变化趋势,而蛋白酶活性则呈"S"形曲线变化.沼液与化肥合理配施能显著增加根际土壤微生物数量,提高土壤脲酶和蛋白酶活性,以基施50%沼液氮基础上追施50%化学氮处理和基施25%沼液氮基础上追施75%化学氮处理较好,传统尿素处理和单一沼液处理效果均较差.土壤过氧化氢酶活性以基施25%沼液氮基础上追施75%化学氮处理及单施沼液处理在所有测定时期均表现最高,其他处理在各生育时期间差异很大.沼液与尿素配合施用可以提高小麦根际土壤微生物数量和酶活性.     

白浆土-植物系统营养物质转化机制及其有效性研究Ⅳ.环境条件对土壤磷素有效性的影响

根际试验研究表明,水分、有机质、土壤酸度是影响白浆土磷素生物有效性的重要因子.调节土壤水分含量,能增强土壤中铁、铝磷酸盐的溶解,加速磷酸根离子从根际土壤向非根际土壤扩散.增加土壤有机质含量,降低了土壤对P素的吸附自由能(K值),提高土壤中的速效磷含量.适量施用石灰,调节白浆土酸度,由于化学溶解作用的影响,促进了土壤中铁、铝磷酸盐的溶解,增强了土壤中磷素的生物有效性.     

土壤重金属污染的植物修复

土壤重金属污染的危害范围广泛,使用传统的物理和化学修复方法成本高,对环境扰动大,而利用植物修复的效果较为明显,易于操作.本文论述了土壤重金属污染的单一植物、植物与微生物联合、植物与化学方法相结合.的修复方法,着重介绍了重金属超富'集植物的研究和植物体内螯合肽(PCs)的合成.生物螯合剂的应用及土壤重金属污染的动物、植物和微生物的联合修复将是未来研究的热点.     

不同立地铁杆蒿化学计量特征及其与土壤养分的关系

以陕西吴起杨青川流域铁杆蒿群落为研究对象,结合坡向、坡位及土壤养分变化探究不同立地铁杆蒿群落化学计量特征及其与土壤养分的关系.结果表明:从峁顶、阳坡、半阴坡到阴坡,铁杆蒿地上部分和根有机碳、全氮、全磷含量、碳氮比均逐渐增大;地上部分碳磷比和根氮磷比呈减小趋势;地上部分氮磷比、根碳磷比先减小后增大.从峁顶、上坡位、中坡位到下坡位,地上部分有机碳、全氮、全磷含量以及根有机碳含量先增加后减小;地上部分碳氮比、氮磷比先减小后增大.铁杆蒿群落植物化学计量特征一般与土壤化学计量特征呈正相关,但碳氮比、碳磷比、氮磷比及根全磷与土壤相应指标呈负相关,且植物地上部分与土壤的相关性大于根.综上,不同立地铁杆蒿群落植物在阴坡中坡位生长状态最佳,其化学计量特征与土壤养分状况具有明显的相关关系.坡向和坡位在铁杆蒿群落植物和土壤的化学计量特征中具有重要影响,适宜的铁杆蒿群落将有利于土壤养分的恢复.     

新疆野苹果群落表层土壤化学计量特征

新疆野苹果是第三纪孑遗物种,是宝贵的野生果树资源。近年来,新疆野苹果群落出现了严重的退化现象,而植物群落退化是否会导致土壤化学计量特征的改变尚不得而知。为探究新疆野苹果群落表层土壤养分的空间分布特征,阐明土壤生态化学计量学特征对海拔梯度等环境因子的响应规律,以伊犁河谷及塔城山地为研究区域,在县级尺度上(6个县)采集了新疆野苹果群落土壤样品,研究了表层土壤(0～10 cm)有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)、全钾(K)、速效氮(AN)、速效磷(AP)和速效钾(AK)的化学计量特征及其影响因素。结果表明:伊犁地区野苹果群落表层土壤C、N、P、K含量分别为68.66、6.64、1.14、20.92 g·kg-1; AN、AP、AK含量分别为562.10、10.02、474.50 mg·kg-1,C∶N、C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K、AN∶AP、AN∶AK和AP∶AK分别为10. 22、59. 83、3. 32、5. 80、0. 32、0.05、62.00、1.31和0.02;除K、AP、AK含量和N∶P外,伊犁地区土壤化学计量值均高于塔城地区,但后者具有较低的变异系数。各县之间新疆野苹果群落土壤养分含量及化学计量比均有显著差异。C-N、C-P、N-P、AP-AK之间具有显著的线性和非线性相关关系,其余的元素含量之间相关性不显著,多数土壤养分含量与其化学计量比之间具有显著的线性相关关系。CCA分析表明,纬度、坡向、海拔及年降水量是新疆野苹果群落土壤化学计量特征的主要影响因子。     

土壤氟形态与氟污染土壤修复

我国土壤氟污染问题严峻,给部分地区人体健康和生态安全造成严重威胁,但土壤氟污染与防治问题仍没有受到人们的广泛关注.本文概述了土壤中氟的存在形态以及发生的主要化学反应,综述了近年来国内外有关氟污染土壤修复的研究进展,提出了今后氟污染土壤修复的研究方向,以期为氟污染土壤的修复提供借鉴和参考.土壤中氟主要分为5种形态,其中90%以上以残渣态存在,土壤溶液中的氟主要发生沉淀-溶解、络合-解离和吸附-解吸等反应来维持水-土系统中的氟平衡.目前,氟污染土壤修复技术研究主要集中在化学固定修复技术、化学淋洗技术、电动修复技术以及植物修复技术.今后需要重点研究氟在土壤中的赋存形态及其影响因子,筛选功能微生物和植物,开发联合修复技术以修复氟污染土壤.     

土壤呼吸及其测定法

.36.在土壤新陈代谢功能过程中,由于产生大量的二氧化碳,并向大气释放二氧化碳的过程称之土壤呼吸。它包括微生物呼吸、根呼吸和动物呼吸三个生物过程,以及一个非生物过程:即在高温条件下的化学氧化过程。土壤呼吸是表征土壤质量和肥力的重要生物学指标,它反映了土壤生物活性和土壤物质代谢的强度。在生态演替过程中,植被的变化通过吸收养分和归还有机物等,以影响土壤的物理、化学和生物学性状,土壤呼吸亦随之变化,指示着生态系统演替的过程与方向。此外,从小气候学角度看,土壤释放的CO2改变了近地面的微气象条件,为植物下部冠层提供了更丰…     

基于同步辐射技术研究土壤铁氧化物固定重金属分子机制的进展

铁氧化物在土壤中广泛赋存,因其比表面积大,对重金属具有很强的吸附固定能力,深刻影响着土壤重金属的形态转化过程.因此,研究土壤铁氧化物对重金属的固定机制,对于深入理解重金属在土壤系统中的环境化学行为以及评估污染土壤重金属生物有效性具有重要意义.然而,采用传统的吸附模型和化学提取法研究土壤铁氧化物固定重金属的机制具有明显的局限性,无法从分子水平上阐明其固定机制.同步辐射技术在环境土壤学的应用显著推进了在分子水平上认识土壤铁氧化物吸附重金属及其受典型环境因子影响的分子机制.本文主要从同步辐射技术的发展历程、模拟系统和实际土壤系统中铁氧化物在多种因素影响下对重金属固定的分子机制等方面进行了综述,同时对同步辐射技术的未来发展趋势及其在该研究领域的应用进行了展望.     

小麦-玉米轮作长期肥料定位试验中土壤磷库的变化Ⅱ.土壤Olsen-P及各形态无机磷的动态变化

研究了冬小麦-夏玉米→春玉米轮作的长期肥料定位试验中,不同磷肥、有机肥用量下土壤Olsen-P及各形态无机磷的动态变化.结果表明,土壤Olsen-P及各形态无机磷含量增减决定于土壤磷素的积累与消耗量.长期不施磷肥,土壤Olsen-P含量逐渐下降并趋向于临界水平,磷肥用量与作物吸磷量基本持平时,可以维持土壤Olsen-P动态平衡.磷肥用量高于作物的吸磷量时,土壤Olsen-P及各形态无机磷均有不同程度的积累.土壤无机磷的积累以Ca₂-P,Ca₈-P为主,平均占无机磷积累总量的52.3%,其中Ca₈-P占二者积累磷总量的78.3%.其次为Al-P,Fe-P的积累,平均占无机磷积累磷总量的26.1%,O-P、Ca₁₀-P平均占20.4%.长期有机肥、化学磷肥配合施用明显地增加了磷肥的有效性.     

云南元谋不同海拔土壤微生物对车桑子碳、氮、磷化学计量特征及土壤特性的影响

了解不同气候下土壤微生物对植物生态化学计量特征的影响有利于理解未来温度变化下植物与土壤的相互关系。该文以车桑子(Dodonaea viscosa)为研究对象,从云南省元谋县两个海拔区采集车桑子根际土壤样品,并设定相应的两个温度处理,通过微生物灭菌和接种处理,测定了车桑子叶片养分及其所在的土壤特性,研究了温度、微生物及温度与微生物的交互作用对车桑子的碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征的影响,分析其N、P养分特征与土壤特性间的关系。研究结果表明:相比于灭菌处理,两个海拔区的土壤微生物对车桑子养分吸收都有促进作用,对P的促进作用极为显著。温度对车桑子C、N、P化学计量特征无显著影响,但温度与微生物的交互作用对车桑子的C、N、P化学计量特征有显著影响。这种交互作用主要体现在:在接种高海拔区土壤微生物的处理中,温度没有显著影响车桑子的C、N、P化学计量特征,而在接种低海拔区土壤微生物的处理中,相比于高温条件,低温显著抑制了车桑子对N、P的养分吸收。土壤微生物对养分吸收的促进作用可能源于其中有益微生物(如丛枝菌根真菌)的直接促进作用,而并非是通过土壤微生物的养分循环过程。由于接种微生物处理使车桑子从土壤中吸收了更多的N、P,从而使该处理的土壤有效N、P显著低于灭菌处理。在元谋干热河谷未来气温变凉的情况下,由于土壤微生物对植物的反馈作用,该区车桑子的生长可能会受到一定的抑制。     

伊犁野果林浅层土壤养分生态化学计量特征及其影响因素

对伊犁河谷野果林20个群落60个样方土壤及环境因子调查取样,研究了野果林0～10和10～20 cm土层土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)及全钾(K)的化学计量特征及其影响因素.结果表明: 伊犁野果林0～10 cm土层土壤C、N、P、K含量分别为73.15、7.00、1.14和14.74 g·kg^-1,C:N、C:P、C:K、N:P、N:K、P:K分别为10.37、62.73、5.05、6.05、0.48和0.08;除K和C:N外,0～10 cm土层均显著高于10～20 cm土层.P、K、C:N及P:K具有较高的稳定性(CV=8%～24%),其他指标具中等变异性(CV=28%～46%).土壤养分含量及化学计量比在不同取样地点、不同群落类型及不同坡向间均有显著差异.除C、N之间为幂函数关系外,土壤养分含量及其与化学计量比之间均为二次函数关系,体现了土壤养分化学计量特征之间的非线性耦合特征.坡向、降水量及温度是野果林土壤化学计量特征的主要影响因子.     

植物残体去除对帽儿山温带落叶林土壤碳、氮、磷化学计量特征及其相关因子的影响

2007年在帽儿山温带落叶阔叶林中设置了地上凋落物去除(NL)、根系去除(NR)2个处理,9年后(2016年)测定土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)浓度,以及土壤含水率和容重.结果表明: NL和NR处理表层(0～10 cm)土壤C浓度分别降低15.6%和10.7%,0～30 cm土层加权平均C浓度分别降低7.9%和4.6%;NL处理表层土壤N浓度降低10.2%,而NR处理表层土壤P浓度增加6.6%,两种处理均降低了表层土壤的C:P和N:P.标准主轴回归分析表明,不同处理间0～30 cm各土层C、N、P浓度的回归斜率均差异显著,土壤C浓度与土壤含水率、容重的回归截距也差异显著,这表明处理使土壤C、N、P化学计量与土壤物理性质发生了协同变化.建议今后植物残体去除处理试验考虑生态化学计量的调控作用.     

广西猫儿山不同海拔土壤碳氮磷生态化学计量特征

为探究我国华南地区山地土壤有机碳(C)、氮(N)、磷(P)含量垂直分布特征,阐明土壤C、N、P生态化学计量特征对海拔和土层深度的响应,以广西猫儿山为研究对象,选取不同海拔的10个地点,采集了不同发生层的土壤,测定有机C、N、P、pH、容重和机械组成等土壤性质,探讨了不同海拔及深度土壤C、N、P生态化学计量特征及其影响因素.结果表明: 随着海拔升高,土壤C、N、C/P、N/P均呈增加趋势,土壤P呈先增后降趋势,C/N则呈先增后保持平稳趋势;随着土壤深度增加,土壤C、N、P、C/P、N/P均呈显著降低趋势,C/N无显著变化,C、N在不同发生层土壤间具有较高的耦合性(C/N变异系数为4.0%);土壤P在空间上的变异较小(不同海拔、发生层间变异系数分别为31.0%和22.0%).冗余分析结果显示,前2个排序轴反映了土壤C、N、P化学计量特征变异信息量的74.8%,土壤pH、容重和海拔对土壤C、N、P化学计量特征有显著影响,而黏粒、粉粒和砂粒影响效果不显著.     

氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制

氮沉降持续增加背景下土壤C∶N∶P化学计量比和pH环境等的改变及其可能的土壤微生物学机制已经成为陆地生态系统与全球变化研究的新生长点和科学研究前沿.以生态化学计量学和土壤微生物生态学为理论基础,综述了氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制的基本理论、最新进展、研究热点与难点,旨在促进全球变化背景下陆地生态系统地下生态学的研究.氮沉降持续增加会导致森林生态系统磷循环加速,导致磷限制.氮沉降不但改变森林土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比和降低土壤pH值,而且改变土壤微生物生物量碳氮磷、细菌、真菌和放线菌的组成以及影响碳氮磷分解的关键酶活性.氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响表现为促进、抑制和无影响,其影响的差异可能来源于微生物效应的不同.叶片在凋落前有显著的氮磷养分回收,但是根无明显的养分回收,造成土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比存在明显差异.基于DNA/RNA等分子生物学方法为土壤微生物生态学研究提供了强有力的手段,将促进氮沉降对森林土壤有机质和凋落物化学计量比改变的微生物学机制研究.