湿地系统中植物和土壤在治理重金属污染中的作用

重金属污染环境的治理是目前环境工程的核心课题。湿地作为水陆相互作用形成的独特生态系统,在重金属污染治理中的作用倍受关注。对湿地植物、土壤在治理重金属污染中所起的关键作用及其机理做一综述,并对治理重金属污染的湿地构建提出几点建议。     

不同土地利用方式下喀斯特峰丛洼地土壤微生物群落特征

基于对喀斯特峰丛洼地6种土地利用类型(坡耕地、草丛、灌丛、人工林、次生林、原生林)的土壤微生物、养分、矿物质和植被4组变量35个指标的调查分析,研究了不同土地利用方式下土壤微生物种群数量、微生物生物量C、N、P及其分形特征,以及土壤微生物与植被、土壤养分、矿物质的关系.结果表明:不同土地利用方式下喀斯特峰丛洼地的土壤微生物种群数量及组成不同.微生物种群数量均以原生林和坡耕地最高,人工林最低;3种森林土壤的细菌比率较大,坡耕地、草丛、灌丛的放线菌比率较大,真菌的比率均很小;土壤微生物生物量C、N、P的含量均很高,其中原生林最高;土壤微生物生物量碳与土壤微生物种群数量具有良好的分形关系,而土壤微生物生物量氮、磷与种群数量不存在分形关系;土壤微生物与植被、土壤养分、土壤矿物质显著相关,其中土壤微生物生物量碳与乔木层的Shannon指数、土壤速效氮、Fe₂O₃、CaO含量显著相关.     

土地利用方式对土壤有机质的影响

通过对地带性常绿阔叶林、杉木人工林、农田、竹林等不同土地利用方式下土壤有机质总量、活性有机质及其组分的研究,发现土地利用方式对土壤有机质和活性有机质各组分的影响差异显著,其中阔叶林含量最高,杉木人工林低于阔叶林,竹林和农田最低。这些差别主要是由于凋落物的数量、质量以及各种管理措施不同所致。     

不同退耕年限下菜子湖湿地土壤磷素组分特征变化

选取菜子湖区不同退耕年限(2、5、8、10a和20a)湿地为研究对象,以仍耕作油菜地和原始湿地为参照,分析了土壤全磷(TP)、有效磷(AP)、有机磷(OP)和无机磷(IP)各形态含量,探讨退耕还湖后湿地土壤磷素组分特征变化规律。结果表明:研究区土壤无机磷各形态含量大小顺序为:铁磷(Fe-P:73.55—391.76 mg/kg)钙磷(Ca-P:21.64—108.04 mg/kg)闭蓄态磷(O-P:17.15—29.57 mg/kg)铝磷(Al-P:5.84—25.97 mg/kg),其中Fe-P占了土壤无机磷总量的54.20%—74.13%;退耕还湖2—8a期间,湿地土壤Al-P、Fe-P和O-P含量有逐渐降低趋势,而退耕8—20a后逐渐上升,以Fe-P为主的这3形态磷左右着退耕后土壤无机磷的变化;Ca-P随退耕年限增加整体呈上升趋势,对土壤无机磷的贡献逐渐增加;无机磷占土壤全磷的比例为35.90%—67.27%,主导着退耕后湿地土壤全磷变化;有机磷占土壤全磷的17.82%—50.51%,在退耕2a后下降,随后开始逐渐上升,对退耕后湿地土壤磷库恢复的贡献逐渐增加;其中Fe-P、O-P和Al-P控制着退耕后土壤磷素有效性变化。退耕后水文条件、植被生长和土壤黏粒含量变化不仅影响退耕后湿地土壤磷素组分特征,也影响着退耕后湿地土壤磷素有效性。     

苏北沿海不同土地利用方式土壤水溶性有机碳含量特征

土壤水溶性有机碳(WSOC)是土壤碳循环最活跃的组成部分之一。土地利用方式的改变可能显著影响土壤有机碳的组成和结构,进而影响到大气与土壤间的碳交换。本研究以苏北沿海地区农田、杨农复合经营、杨树纯林以及草地等4种不同土地利用方式土壤为研究对象,采用TOC-VCPN总有机碳仪测定了4种不同土地方式下土壤WSOC含量的变化。分析了土壤WSOC与土壤总有机碳(TOC)、易氧化碳(ROC)及理化性质的相关关系。结果表明:WSOC和TOC、土壤全氮(TN)、ROC呈显著正相关,与碳氮比、pH、土壤容重呈显著负相关;WSOC的含量随土层的加深而减少,与总有机碳的变化特征一致,在各个土层,不同土地利用方式WSOC含量差异不显著;农田和草地的WSOC含量在0～10cm土层与10～25cm土层之间差异显著(P<0.05),杨农复合经营的WSOC含量在10～25cm土层与25～40cm土层之间差异显著(P<0.05),其他3种类型差异不显著。     

利用能源植物治理土壤重金属污染

随着工农业的发展,土壤重金属污染日益加剧,严重威胁着粮食生产和人类健康。植物修复因其成本低、环境友好以及可大规模原位修复等优点备受关注,成为近年来迅速发展的重金属污染土壤治理技术。在介绍国内外植物修复技术发展与应用现状的基础上,提倡大力发展能源植物修复重金属污染土地,并结合湖南重金属污染田间试验结果,重点对甜高粱(Sorghum bicolor(Linn.)Moench)用于重金属污染土壤修复的优势、可行性及提高修复效率的措施进行了深入分析与探讨。利用甜高粱治理土壤重金属污染,能将土壤修复与生物能源生产有机结合,使重金属从粮食链转入能源链,同时兼顾了生态和经济效益,具有广阔的应用前景。     

玛曲高寒退化草甸土壤重金属污染风险评价

为了分析玛曲高寒草甸土壤重金属含量分布及重金属污染风险,采集玛曲高寒退化草甸土壤样品,分析研究区表层土壤(0—20 cm)中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb等八种重金属含量,描述玛曲高寒草甸土壤重金属的空间分布特征,采用单因子污染指数、内梅罗污染指数、地累积指数评价重金属污染程度并分析重金属污染潜在生态风险,以相关性分析、主成分分析和聚类分析表征同源性重金属。结果表明:(1)研究区内As、Cd的质量分数高于背景值, Ni的质量分数偏低,变异系数大小为Cr> Hg> Cd> Cu> As> Ni> Zn> Pb;(2)Cd单因子污染指数为轻微污染,地累积指数反映As属于未受污染与轻微污染之间,各重金属元素均无潜在生态风险;以国标和土壤背景值为标准,内梅罗综合污染指数表明玛曲未受到重金属污染;(3)主成分和相关性分析表明玛曲土壤中Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb等元素具有相同或相似的来源, Ni和Pb的来源优先顺序最大, Cr和Hg含量呈现弱相关。     

大亚湾及邻近海域重金属污染的研究进展

综述了大亚湾及其邻近海域的海水、沉积物以及生物体中重金属的浓度水平、赋存形态、时空分布以及潜在生态风险等的研究进展。现有的研究表明, 大亚湾海域海水中重金属污染程度较轻, 但部分海域的Cu、Pb、Zn 有超标现象; 沉积物中重金属主要为残渣态, 污染程度较轻, 重金属含量呈增加的趋势, 尤其是Hg、Cd 的潜在危害较高;海产品中重金属浓度水平较低, 但底栖生物中Cd 含量水平存在一定的生态风险。综合现有研究资料, 大亚湾海域有机重金属化合物的污染状况研究, 同位素示踪技术分析重金属来源以及膜扩散梯度技术等在大亚湾重金属污染调查中的应用等方面仍需要进一步开展。     

不同土地利用方式对宁夏盐渍化土壤细菌群落的影响

为了解盐渍化土壤不同利用方式对土壤细菌群落结构的影响,该研究选取盐渍化荒地(CK)、水旱轮作12年玉米地(PD12Y)、连续种植12年水稻地(P12Y)、水旱轮作12年水稻地(DP12Y)以及连续种植12年玉米地(D12Y)的土壤,利用Illumina Hiseq高通量测序技术解析不同种植年限土壤细菌的群落结构特征,并...     

鄱阳湖湿地不同土地利用方式下土壤微生物群落功能多样性

于2011年5月分别采集鄱阳湖围垦92、48a和38a的水稻田,退田还湖25a的退耕地以及自然湿地共5个样地的表层土壤,利用Biolog-ECO板技术对土壤微生物群落的单一碳源利用情况进行了测定,并结合群落指数和主成分分析(PCA)对培养72 h土壤微生物群落功能多样性变化进行了分析。结果表明:退耕地和自然湿地土壤微生物群落利用31种碳源的能力较强,来自不同围垦年限的土壤微生物群落利用碳源能力均较弱;且随围垦时间的增长,土壤微生物对碳源的利用能力呈降低的趋势。自然湿地、退耕地与围垦92、38a样地土壤之间存在显著的微生物功能多样性差异;围垦对土壤微生物代谢糖类、羧酸类、氨基酸类物质的影响最为明显。结果提示,围垦改变了湿地土壤微生物群落结构,退田还湖有助于湿地土壤微生物群落结构的恢复。     

桂林会仙喀斯特湿地不同植物群落土壤养分分布差异与微生物活性特征

以桂林会仙喀斯特湿地8 种植物群落为研究对象, 分析了群落土壤含水率、pH、土壤养分(有机碳SOC、全氮TN、全钾TK、速效氮AN、速效钾AK)和微生物活性指标(微生物生物量碳MBC、微生物生物量氮MBN、土壤基础呼吸BR、土壤呼吸势PR、微生物熵qMB 和代谢熵qCO₂)的变化及其相互关系, 探讨水位梯度下不同植物群落类型对土壤养分和微生物活性特征的影响。结果表明: (1)会仙湿地大部分植物群落土壤pH 呈弱碱性, 含水量随着土层的加深而降低,且土壤pH 值和含水量随着群落积水深度的增加而升高; (2)各植物群落土壤有机碳、全氮、速效氮和速效钾含量在垂直剖面上均表现出随土壤深度的增加而减少的趋势; 土壤微生物生物量碳氮含量(除铺地黍群落外)、土壤基础呼吸和呼吸势均随着土壤深度的增加而降低, 且各土层之间差异显著(P<0.05), 而土壤微生物熵和代谢熵在垂直剖面的分布并无明显规律; (3)8 个植物群落中, 华克拉莎群落的土壤有机碳、全氮、速效氮、速效钾和微生物生物量碳氮含量、土壤基础呼吸速率和呼吸势均最高; 田间鸭嘴草群落的土壤微生物熵显著高于其它群落(P<0.05); (4)会仙湿地土壤微生物生物量碳氮、基础呼吸、呼吸势与土壤有机碳、全氮之间均呈极显著的正相关关系(P<0.01), 微生物熵和全钾、速效氮均显著正相关(P<0.05), 表明在水位梯度变化的驱动下, 会仙喀斯特湿地不同植物群落土壤养分和微生物活性特征存在差异, 土壤微生物活性特征反映了不同植物群落的环境适应和土壤质量的状况。     

不同土地利用方式对城市土壤质量的影响

通过对兰州市西固区种土地利用类型(工业园区、道路两侧、农业、居民区和公园)320个土壤样品的测试,研究了不同土地利用方式对城市土壤理化性状和Pb、Zn、Cd、Cu、Hg元素积累的影响.在种类型土壤中,工业园区土壤的pH值最低而电导率最高,道路两侧土壤有机碳含量显著高于居民区、公园和农业土壤;Pb、Zn、Cu、Cd和Hg的含量在种类型土壤中存在显著差异,并明显高于兰州市土壤背景值;计算得到的工业园区、道路两侧、农业、居民区和公园土壤的内梅罗综合污染指数分别为4.9、3.7、4.0、2.4和2.2.结果表明,不同土地利用方式对城市土壤质量的影响不同,工业活动的影响最大,交通污染次之,再依次为农业活动及居民生活.     

重庆溶溪锰矿区土壤重金属污染评价及植物吸收特征

对重庆溶溪锰矿尾渣堆积区土壤、优势植物以及周边农田土壤的重金属含量(Mn、Cd、Cu、Zn和Pb)进行测定分析,并以重庆市土壤背景值为评价标准,应用Hakanson潜在生态危害指数法对土壤中重金属的潜在生态危害进行了评价。结果表明:该锰矿尾渣堆积区土壤中Mn、Cd、Cu、Zn和Pb的平均含量分别为48382.5、3.91、79.97、131.23和80.68 mg/kg,受到Mn、Cd的严重污染,Mn为强或很强生态危害,Cd为极强生态危害,而Cu、Zn、Pb为轻微生态危害,各尾矿渣堆积区的综合潜在生态危害指数(RI)均远大于720,为极强生态危害。对优势植物重金属含量的分析显示,绝大部分植物地上部Mn、Cd含量都超出正常范围的上限值,而Cu、Zn和Pb含量基本都在正常范围内;根据植物对重金属的吸收特征,将植物分为三类:将重金属主要累积于地上部分的富集型,如垂序商陆(Phytolacca americana L.)和酸模叶蓼(Polygonum lapathifolium Linn.),适用于重金属复合污染土壤的植物修复;将重金属主要累积于根部的根部囤积型,如芒(Miscanthus sinensis Anderss.)和乌蕨(Stenoloma chusanum Ching);重金属含量较低的规避型,如黄花蒿(Artemisia annua L.)、长波叶山蚂蝗(Desmodium sequax Wall.)及钻形紫苑(Aster subulatus Michx.);后两种类型的植物可种植在重金属污染严重且使用价值相对较低的矿山废弃地上,同时规避型植物对于研究植物的重金属排斥机理具有重要价值。溶溪锰矿区周边农田土壤主要受到Cd的严重污染,Cd为很强或极强生态危害。     

广东省不同土地利用方式对土壤微生物量碳氮的影响

通过野外调查与室内分析,研究了广东省韶关红壤、广州赤红壤、雷州砖红壤3个地区4种不同土地利用方式(林地、果园、草地和农田)表层土壤(0～20cm)微生物量C、N特征.研究结果表明:不同土壤类型和不同土地利用方式对土壤微生物量C、N均有一定影响,其中土地利用方式影响更为明显.不同土地利用方式下土壤微生物量C、N差异显著,均表现为果园和林地高于农田和草地.土壤有机C、全N同样以果园较高.而对微生物商分析结果表明,不同的土地利用方式对土壤有机C总量和微生物生物量C的影响程度并不一致.相关分析表明,土壤微生物量C、N与全N、有机C、速效N显著正相关;土壤微生物量C、N之间显著相关,证实土壤微生物量C、N是可以表征土壤肥力的敏感因子.     

晋西北黄土高原丘陵区不同土地利用方式下土壤碳氮储量

对晋西北黄土高原丘陵区杨树-小叶锦鸡儿人工林、小叶锦鸡儿人工灌丛、杨树人工林、撂荒地和农田5种土地利用方式下土壤碳氮储量进行研究.结果表明: 不同土地利用方式下土壤碳氮含量、碳氮密度和碳氮储量存在显著差异.5种土地利用方式0～20 cm表层土壤碳氮含量和碳氮密度均显著大于20～40 cm和40～60 cm土层.5种土地利用方式同一土层碳氮含量和碳氮密度大小为: 杨树-小叶锦鸡儿人工林>小叶锦鸡儿人工灌丛>杨树人工林>撂荒地>农田;0～60 cm土层土壤有机碳储量大小为:杨树-小-叶锦鸡儿人工林(30.09 t·hm^-2)>小叶锦鸡儿人工灌丛(24.78 t·hm^-2)>杨树人工林(24.14 t·hm^-2)>撂荒地(22.06 t·hm^-2)>农田(17.59 t·hm^-2);土壤氮储量与有机碳储量变化规律相似,杨树-小叶锦鸡儿人工林0～60 cm土层土壤氮储量(4.94 t·hm^-2)最高,其次是小叶锦鸡儿人工灌丛(3.53 t·hm^-2)、杨树人工林(3.51 t·hm^-2)和撂荒地(3.40 t·hm^-2),农田土壤氮储量(2.71 t·hm^-2)最低.杨树-小叶锦鸡儿人工林和小叶锦鸡儿人工灌丛是晋西北黄土高原丘陵区植被建设和生态恢复过程中较好的两种土地利用方式.     

围垦对辽东湾北部滨海湿地土壤重金属含量的影响及生态风险评价

围垦历史与围垦方式被认为是人类对滨海湿地生态系统干扰的主要因素。选取辽东湾北部区作为研究区,采集129个表层土壤样品（0-20 cm）,测定土壤理化性质（盐分、pH、土壤颗粒组成、土壤有机碳、硝态氮、速效磷）和重金属元素（Fe、Mn、Cu、Cr、Cd、Ni、Zn、Pb）含量;运用多元统计和反距离权重插值方法揭示研究区土壤重金属元素的来源与空间分布特征,最后利用Hakanson潜在生态风险指数法对重金属的潜在生态风险进行评价。结果表明：①6种重金属表现为彼此的显著正相关（P<0.01）。除Pb外,Cd、Cr、Cu、Ni和Zn的浓度与土壤有机碳、黏粒、粉粒含量呈极显著正相关（P<0.01）,而与砂含量呈极显著负相关（P<0.01）。②化工、造纸、石油开采及加工等工业活动可能引起Cr、Cu、Ni和Zn的富集,持续的农业施肥和农药使用可能会增加土壤中Cd、Pb的含量。③围垦初期（1990s）,土壤侵蚀和淋洗脱盐对土壤重金属分布具有显著影响。随着开垦年限的延长（1960s）,持续的农业施肥、工业活动（如造纸、石油开采）和城市扩建,都大大增加了土壤重金属含量的累积。④不同的围垦方式影响下,除Fe标准化的Cd和Pb在水产养殖区有较高的浓度外,Fe标准化的Cr、Ni、Cu和Zn的浓度均在自然区域（滩地和芦苇）高于人类活动区域（水产养殖、耕地、建设用地）。⑤综合潜在生态风险指数平均值为325.69,表现为极强的生态风险程度,其中Cd表现为极高生态风险的采样点比例为46.51%,是造成区域重金属污染的主要贡献元素,特别是在水产养殖和农业地区。     

黄土塬区不同土地利用方式土壤水分消耗与补给变化特征

对黄土塬区不同土地利用方式下2012年3—10月7龄果园(挂果初期)、17龄果园(盛果期)、小麦地、玉米地土壤水文状况进行分析,结果显示,0—600 cm试验土层7龄果园土壤贮水量最高,其次为玉米地、小麦地,17龄果园最低,且不同土地利用方式下贮水量随着降水量的变化而上下波动,但其变化滞后于降水。不同土地利用方式均表现为随土壤深度增加土壤含水量变异程度减弱的特征,且其土壤剖面的水分含量变化存在季节变异。农田和7龄果园中不存在土壤干燥化现象,而17龄果园土壤剖面存在较厚的干燥化土层,其分布深度为320—600 cm。不同的土地利用方式的土壤水分的消耗和补充深度有较大差异,17龄果园消耗深度为500 cm,补充深度为200 cm;7龄果园、玉米地和小麦地消耗深度分别为200、300 cm和300 cm,且补充深度均超过了测定的土壤深度,大于600 cm。     

不同草地类型对三江源区草地土壤养分的影响

对三江源区原生高寒草甸草原、退化高寒草甸草原、退化高寒草原和人工草地4种不同草地类型中,草地土壤养分的含量进行了测定,结果表明;高寒草甸草原随着退化程度的加重,全氮、有效氮、全磷、有效磷、有效钾均在土壤表层含量降低,中下层土壤含量升高。原生高寒草甸草原全氮、全磷、有效磷含量在中层土壤含量升高,而有效氮、有效钾含量随着土层加深逐渐降低。退化高寒草原全氮、全磷含量随土层加深变化较不明显,有效氮在中层土壤含量较多随后急剧下降,有效磷和有效钾随土层加深逐渐减少。人工草地各种土壤养分均呈现随土层逐步下降的态势,总体来看,人工草地在表层土壤的各种养分含量远远大于原生和退化草地,土壤速效养分受退化程度影响较大,其变化幅度明显高于全量养分,表层土壤养分受退化影响的程度较深层土壤大。     

西安城市路边土壤重金属来源与潜在风险

应用X-Ray荧光光谱仪对西安城市路边土壤重金属含量进行测定,运用相关分析、主成分分析和聚类分析探讨了路边土壤的重金属来源,并利用潜在生态风险指数法评价了其生态风险.结果表明:西安城市路边土壤中Co、Cr、Cu、Mn、N、iPb和Zn的平均含量均高于陕西土壤背景值.路边土壤中As、Mn和N i主要来自于自然源和交通源,Cu、Pb和Zn主要来自交通源,Co和Cr主要来源于工业源.潜在生态风险评价结果显示,西安城市路边土壤中重金属元素属于中等污染程度,具有中等潜在生态风险.     

基于最小数据集的青藏高原南北部不同土地利用方式土壤质量评价

为了评估青藏高原南北部林地、草地和农地的土壤质量状况,明确3种土地利用方式下生产力水平的关键影响因子,在青藏高原南部和北部采集了101个(0～30 cm)土壤样品测定土壤理化性质,通过主成分分析选择3个指标作为最小数据集(MDS),综合评估青藏高原南北部土壤质量。结果表明：3种土地利用方式下土壤理化特性在青藏高原南、北部差异显著。北部土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量均高于南部,且南北部的林地SOM、TN含量均显著高于农地和草地。土壤铵态氮(NH₄⁺-N)含量表现为农地>林地>草地,且在南部差异显著,而南北部硝态氮(NO₃^--N)含量均表现为林地最高。农地的土壤容重(BD)和电导率(EC)显著高于草地和林地,且北部农地和草地的BD和EC高于南部。南部草地pH显著高于林地和农地,北部林地pH最高。北部土壤质量选取指标为SOM、AP和pH,林地、草地和农地的土壤质量指数依次为0.56、0.53和0.47;南部选取指标为SOM、全磷(TP)和NH_4...