环境土壤学的特点范文
摘要根据2014年全国土壤污染调查结果显示，我国土壤环境不容乐观，对于污染土壤进行治理修复是现实的迫切要求。土壤修复制度是土壤环境保护立法的重要内容，法律应该将土壤修复作为一项法律义务、管理制度和制裁措施加以规定。土壤修复制度的内容包括修复的义务、规划、目标、标准、公众参与机制、商业模式、法律责任和监督管理等内容。
关键词土壤污染；土壤修复；制度；立法
2014年国家公布的全国土壤污染调查结果显示，我国土壤污染已经相当严重。目前，我国各大城市的更新改造和产业的升级换代仍在进行中，更多的污染地块还会暴露显现，土壤污染问题已经引起社会的普遍关注，对于污染土壤进行治理修复是时代的要求。土壤属于难以再生或者不可再生的战略资源，由于污染而闲置土地或者无法有效利用土地会造成极大的浪费，还会增加对清洁土壤的开发强度。所以，污染土壤的治理修复是各国土壤环境保护立法的重要内容。
土壤修复制度立法的总体考虑
土壤修复的法律定位
土壤修复是指运用物理、化学、生物等技术方法，使受到污染和破坏的土壤恢复正常功能。土壤修复制度是法律对土壤修复活动所做的制度安排。修复污染土壤主要是基于两大基本考虑，一是消除土地上的污染及其不良影响，保障人体健康和环境安全；二是进行污染土壤的再开发利用。自20世纪70年代以来，由于土壤污染的加剧，土壤修复成为一项法律要求。
从法律的角度来讲，土壤修复具有三个法律性质：第一，是一项法律义务。由于土壤污染侵害了公众的健康、财产以及环境的安全，基于污染者负担原则，土壤修复成为法律规定的一项义务，造成土壤污染的责任主体必须负起相应的责任，消除土壤上的污染危害，恢复土壤的功能和价值。第二，是一项法律制度。土壤修复工作技术复杂、耗时长、涉及面广，必须将其制度化，以保障其长远、普遍、规范地实施。作为一项制度，必须有可反复适用的普遍性要求、规范性的内容、强制性的法律后果。第三，是一项法律制裁措施。造成土壤污染后，土壤修复是法律救济措施之一，受害者可请求法院判决责任人承担土壤修复责任。
土壤修复制度与其他土壤环境保护制度的关系
土壤环境保护是一项复杂的系统工程，相关的制度有很多，如土壤调查制度、土壤档案制度、分级分类管理制度、环境风险评估制度、风险管制制度和修复制度等，土壤修复制度是其中一项，该制度与其他制度紧密相连，甚至需要以其他制度为前提。由于中国受到污染的土壤很多，不可能也没有必要都进行修复，一般情况下只有经过对污染土壤的环境风险评估，确认有修复的必要和可能时，才进行修复。土壤修复制度只是管制污染土壤环境风险的措施之一，所以，土壤修复制度的设计必须放在土壤环境管理的总体框架下考虑，与其他制度和措施相协调。
尽管土壤修复属于末端应对方法，但是修复活动尽量前移仍有助于避免或减轻损害后果。因此有必要构建边开发、边修复，边建设、边修复的经济、生态建设一体化模式，将土壤修复行为融入开发建设全过程。这就需要将土壤修复的责任与现行环境管理制度相结合，如在环境影响评价制度中要求建设项目和规划环境影响评估的内容包括生态环境损害评估和土壤修复措施的内容；在颁发环境许可证时可以在许可证中要求持证人承担恢复环境损害的内容；在污染治理制度中增加土壤修复的内容。在企业停业、关闭，资源开发活动结束，建设活动完成等阶段，要求活动主体清除其行为对土壤的不良影响，修复土壤。此外，由于土壤的修复周期长，等待修复完全结束再进行开发可能会影响各相关利益方的利益，所以修复也可以与开发同时进行，在严格的管理之下进行有限地开发和利用。这样建立污染土壤修复过程的监督管理和治理设施的维护运营管理也十分重要。
农业用地修复与工业场地修复的关系
国外土壤环境立法很少有农业用地修复这种提法，因为修复往往指将污染清除，农业用地受到污染后，一般受影响面积大，由于成本太高无法进行快速的污染清除，此外，为了保护及恢复用地生产力，一般不适宜采取物理、化学等修复方法，更多地采用种植结构调整、农艺结合、生物萃取等方法进行污染清除，这些方法被认为是一种环境整治，而不是环境修复。在我国，实践中所进行的土壤修复包括农业用地修复，在一些地区（如湖南省）农业用地修复甚至是土壤修复的重点。但是，农业用地（特别是耕地）和工矿业场地在遭受污染方式、污染特征、对人体危害的暴露方式和危害机理等方面有所不同，土地的所有制形式、治理修复的方式、开发利用的模式、基金来源等也有极大差异，因此，对土壤立法时，有必要针对农业土壤保护和工业场地环境风险管制适当分开立法，根据两者的特征分别规定修复方式和目标、责任主体、资金来源、监督管理等，以增强土壤立法的实用性和针对性。
土壤修复法律制度的设计
土壤修复作为土壤环境保护及管理的一项新的制度，在土壤环境保护立法中占有重要位置，其具体内容应该包括如下方面。
土壤修复的法律义务及义务主体
土壤修复旨在控制土壤污染风险。立法应规定土壤修复是政府及造成环境污染、破坏的责任者的一项法律义务。当有关单位和个人的活动造成土壤污染或损害时，根据污染者负担原则，排污者有义务承担清除污染和危害、恢复环境状况的责任；当特定区域的环境质量恶化，对人体健康和财产造成危害或者威胁时，当地政府有义务组织环境区域土壤修复，改善环境质量。当然，排污者和政府责任有所不同，排污者主要对其个体行为产生的后果负责，政府在无法区别个体责任或责任主体灭失、或者责任主体丧失责任能力的情况下承担责任。国外经验显示，确定一个更广的责任主体范围有利于解决土壤修复责任主体确定困难、资金需求量大等难题。污染责任者的范围包括污染排放设施的所有者和经营者、污染处理设施的所有者和经营者、污染场地的所有者和使用者、污染物的运输单位等。当然，修复并不一定由政府和司法机构强制启动，也可以由企业或者业主基于商业目的自愿进行。无论是强制修复还是自愿修复都需要符合相关的标准及要求。
土壤修复规划
目前，我国受到经济、技术条件限制，不可能对所有受污染的环境区域和场地进行修复，需要通过制定修复规划或计划来确定修复对象、目标和具体要求。土壤修复规划或计划属于宏观法律规制，是在事前对土壤修复进行总体和长期安排，要求首先要对各个区域或地区受污染地块进行调查，在此基础上，根据污染状况和人体健康、环境安全需要，列出治理、修复对象的优先名目清单，并设定修复行为的宏观目标，部署总体行动。根据土壤修复的不同类别，修复规划应制定短期、中长期和突发生态环境事件应急修复规划，并对不同阶段的修复设定不同目标和行动纲领。对此，法律应明确土壤修复规划制定主体、权利义务和法律责任，保证规划的有序进行和有效实施。土壤修复计划是对具体地块的修复工作而制定的方案，包括采用的标准、达到的要求、时间安排、技术手段等。
土壤修复的目标及标准
土壤修复的原则性目标是消除污染土壤对人体健康和环境安全的危害和威胁，恢复土壤的特定用途。具体目标是由土壤环境标准确定。但在实践中如何确定具体适用的修复标准有两种不同的模式。一是适用统一标准；二是基于风险控制的标准。前一模式要求所有的修复工程都达到统一标准，这一标准可满足各种土壤用途的要求，不管场地处于什么位置，将来的用途是什么。后一模式在适用标准时往往根据地块环境评估的结果、人体暴露值、地块将来的用途等做出不同的调整。欧洲国家多采用前一模式。美国和加拿大等国采取的是后一模式，两种模式各有利弊，统一标准模式对污染者一视同仁，不必支付太多的谈判和沟通成本。不利之处是不加区别地适用统一标准不能针对土地开发利用的具体要求，可能造成过度修复，成本过大，不利于鼓励污染土壤的再开发。后一模式灵活性强，有针对性，有助于鼓励污染土壤的再开发利用，但是沟通成本大，决策过程复杂，在确定修复方案过程中投入专业技术力量大。中国历来有适用统一环境标准的传统，但是中国的国情复杂，区域差异大，统一标准缺乏针对性。此外，中国污染土壤修复刚起步，政策的制订也需要考虑到修复成本对于社会的影响，建议我国在完善土壤环境质量标准的前提下，逐步从统一标准模式向基于风险控制的标准模式转变。
土壤修复社会参与机制
公众参与是土壤修复中的重要一环，有效的公众参与可以保障公众的环境权，缓解污染场地周边的紧张关系，帮助寻求合适的修复方案，监督修复过程，补充政府执法力量的不足。应该在制订污染土壤管理政策、风险控制措施直至具体修复治理、资金筹措工作等不同决策层面上，全面开展利益相关方的对话与磋商，促进形成共识的互动过程。我国土壤修复过程中的公众参与严重不足，主要原因是缺少相关法律依据、缺乏公众参与意识及相关渠道。建议在“土壤环境保护法”中明确规定公众参与制度，要求政府及污染土壤相关管理部门在土壤修复方案制定、修复验收等环节组织公众参与，设立专门的公众交流机构，建立良好的沟通机制。加强对公众的风险教育及参与能力建设。当公众参与权受到侵犯时提供法律救济。
污染土壤修复及其他受损害环境的修复行为从某种程度上而言属于公益事业，需要号召全社会各个层面力量的广泛参与，引导鼓励公众参与修复计划的制定、实施，对政府和企业行为进行有效监督，鼓励公众参与土壤修复机制的科学研究和技术开发，并为此贡献智力、物力和财力等。
土壤修复的商业模式
目前从事环境修复的企业有上百家，但是对于修复企业而言，土壤污染修复领域的资金壁垒和技术壁垒都很高，行业及市场发展缓慢。我国土壤污染防治的中期目标是：“到2022年，法规和标准体系初步建立，土壤污染修复基本实现市场化，农业土壤环境得到有效保护，工业污染场地开发依法有序，大部分地区土壤污染恶化趋势得到遏制，部分地区土壤环境质量得到改善，全国土壤环境总体状况稳中向好。”要实现这个目标，当前亟需在明确责任主体和质量标准的前提下，按照“谁污染，谁付费”“谁投资，谁受益”“环境污染第三方治理”等基本导向，尽快建立起新型的商业模式，鼓励与引导社会资本投入到土壤环境保护事业中，改变当前土壤污染防治主要由中央财政投入的单一局面。
土壤修复的基金保障机制
土壤修复需要耗费巨额资金，仅靠责任人单一的资金来源难以解决，各国趋于建立社会化的多元资金途径。生态问题的根源是外部不经济性，需从设置环境资源开发行为的经济成本人手，由开发利用生态资源、造成生态问题、获得经济利益的主体承担主要生态修复资金义务。此外，生态环境改善属于公共利益范畴，政府理应投入部分资金。通过政府财政投入和转移支付、政府通过各种财源建立的修复基金、企业缴纳生态环境补偿费和生态修复保证金、社会捐助、银行贷款等方式建立生态修复资金来源渠道，形成有力的资金支撑机制。合理的资金机制可以保证开发利用主体对土地资源的谨慎开发，同时避免生态事故后“一走了之”局面的发生。建议在“土壤环境保护法”中规定环境基金制度支持土壤修复，还可以通过要求高危行业企业交纳土壤修复保证金的方式保证对受损环境修复的资金需要。
不履行土壤修复责任的追究机制
土壤修复既是一项管理制度，也是一项法律责任。为了顺应土壤修复的要求，我国的法律责任体系应进行如下革新。一是明确规定不履行修复责任的法律制裁措施。二是扩大损害赔偿范围。将法律救济的范围从传统损失扩大到生态损害，将环境恢复期间环境资源和环境服务价值暂时丧失的损失纳入损害赔偿之列，并对其做出具体的规定。三是明确修复成本追偿机制。当政府或者其他单位和个人代替责任人履行了修复环境的责任后，有权向责任者追偿修复成本。四是延长诉讼时效。将责任人承担法律责任的时效延长，在特定情况下可溯及既往。五是在潜在责任主体之间建立连带责任。六是建立土壤修复责任社会化机制，如通过建立环境保险制度、环境基金制度等来分化和分担土壤修复责任。
土壤修复的监管机制
中国目前土壤修复的管理体制主要有两种类型：一种是环保部门主导，其他部门参与；另一种是城市土壤修复由国土部门主导，农村耕地修复由农业部门主导，环保部门对污染治理实施监管。目前，土壤修复处于起步及试点阶段，管理形式尚未固定，无论治理修复由什么部门主导，环保部门对于环境污染治理修复相关活动的监管都不能缺位。
土壤修复工程技术复杂、隐蔽性强、时间跨度长、监管难度大。针对以上特点，政府对修复工程的监管应该体现如下特点：一是进行全过程监管。修复过程很长，包括污染场地环境调查和风险评估，修复计划和方案的制定，修复工程的开展，修复完工验收等，各个环节紧密相联，一个环节现出问题，修复的效果可能大受影响。政府必须进行全过程监管，明确若干控制点进行重点审查。二是设立工程监理。土壤修复工程多为隐蔽工程，覆盖后难以观测，工程监理是质量的重要保障。三是技术审查和守法监督适当分离。政府对于工程和技术、评估检测等问题并不在行，应该让懂行的人做懂行的事。技术性和专业程度高的工作由专业机构和专业人士把关，政府审查程序的完整性及结果的合规性。四是根据新出现的情况及时调整修复方案。修复过程长，随着调查的深入、技术的进步，可能会发现一些前期调查中未发现的污染和破坏，为此．应该要求修复责任单位适时调整修复方案，使新发现的问题一并得到解决。五是进行工程验收。工程验收是对于各责任方履行义务情况所进行的核查及核证。修复不是一项无止境的工作，责任也要有一个终结。国家立法应该建立统一的治理验收和管理程序，加强修复过程监管和结果监管。
环境土壤学的特点范文篇2
关键词:土壤污染、生物修复、研究进展
前言
土壤重金属污染是指由于人类活动将金属加入到土壤中，致使土壤中重金属明显高于原生含量、并造成生态环境质量恶化的现象。加之重金属离子难移动性，长期滞留性和不可分解性的特点，对土壤生态环境造成了极大破坏，同时食物通过食物链最终进入人体，严重危害人体健康，已成为不可忽视的环境问题。随着我国人民生活水平的提高,生态环境保护日趋受到重视,国家对污染土壤治理和修复的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修复问题,已成为土壤环境研究领域的重要课题。而生物修复技术是近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术,同传统处理技术相比具有明显优势，例如其处理成本低,只为焚烧法的1/2-1/3，处理效果好,生化处理后污染物残留量可达到很低水平;对环境影响小,无二次污染,最终产物CO2、H2O和脂肪酸对人体无害，可以就地处理,避免了集输过程的二次污染,节省了处理费用，因而该技术成为最有发展潜力和市场前景的修复技术。
1.污染土壤生物修复的基本原理和特点
土壤生物修复的基本原理是利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株,甚至用构建的特异降解功能菌投加到各污染土壤中,将滞留的污染物快速降解和转化成无害的物质,使土壤恢复其天然功能。由于自然的生物修复过程一般较慢,难于实际应用,因而生物修复技术是工程化在人为促进条件下的生物修复,利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烃类及各种有毒有害的有机污染物，降解过程可以通过改变土壤理化条件(温度、湿度、pH值、通气及营养添加等)来完成,也可接种经特殊驯化与构建的工程微生物提高降解速率。
2.污染土壤生物修复技术的种类
目前,微生物修复技术方法主要有3种:原位修复技术、异位修复技术和原位-异位修复技术。
2.1原位修复技术：
原位修复技术是在不破坏土壤基本结构的情况下的微生物修复技术。有投菌法、生物培养法和生物通气法等,主要用于被有机污染物污染的土壤修复。投菌法是直接向受到污染的土壤中接入外源污染物降解菌,同时投加微生物生长所需的营养物质,通过微生物对污染物的降解和代谢达到去除污染物的目的。生物培养法是定期向土壤中投加过氧化氢和营养物,过氧化氢则在代谢过程中作为电子受体,以满足土壤微生物代谢,将污染物彻底分解为CO2和H2O。生物通气法是一种加压氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上几眼深井,安装鼓风机和抽真空机,将空气强行排入土壤中,然后抽出,土壤中的挥发性有机物也随之去除。在通入空气时,加入一定量的氨气,可为土壤中的降解菌提供所需要的氮源,提高微生物的活性,增加去除效率。
2.2异位修复技术：
异位修复处理污染土壤时,需要对污染的土壤进行大范围的扰动,主要技术包括预制床技术、生物反应器技术、厌氧处理和常规的堆肥法。预制床技术是在平台上铺上砂子和石子,再铺上15-30cm厚的污染土壤,加入营养液和水,必要时加入表面活性剂,定期翻动充氧,以满足土壤微生物对氧的需要,处理过程中流出的渗滤液,即时回灌于土层,以彻底清除污染物。生物反应器技术是把污染的土壤移到生物反应器,加水混合成泥浆,调节适宣的pH值,同时加入一定量的营养物质和表面活性剂,底部鼓入空气充氧,满足微生物所需氧气的同时,使微生物与污染物充分接触,加速污染物的降解,降解完成后,过滤脱水这种方法处理效果好、速度快,但仅仅适宜于小范围的污染治理。厌氧处理技术适于高浓度有机污染的土壤处理,但处理条件难于控制。常规堆肥法是传统堆肥和生物治理技术的结合,向土壤中掺入枯枝落叶或粪肥,加入石灰调节pH值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有机物向稳定的腐殖质转化,是一种有机物高温降解的固相过程。上述方法要想获得高的污染去除效率,关键是菌种的驯化和筛选。由于几乎每一种有机污染物或重金属都能找到多种有益的降解微生物。因此,寻找高效污染物降解菌是生物修复技术研究的热点。
3.影响污染土壤生物修复的主要因子
3.1污染物的性质：
重金属污染物在土壤中常以多种形态贮存,不同的化学形态对植物的有效性不同。某种生物可能对某种单一重金属具有较强的修复作用。此外,重金属污染的方式(单一污染或复合污染)，污染物浓度的高低也是影响修复效果的重要因素。有机污染物的结构不同,其在土壤中的降解差异也较大。
3.2环境因子：
了解和掌握土壤的水分、营养等供给状况,拟订合适的施肥、灌水、通气等管理方案,补充微生物和植物在对污染物修复过程中的养分和水分消耗,可提高生物修复的效率。一般来说土壤盐度、酸碱度和氧化还原条件与重金属化学形态、生物可利用性及生物活性有密切关系,也是影响生物对重金属污染土壤修复效率的重要环境条件。
3.3生物体本身：
微生物的种类和活性直接影响修复的效果。由于微生物的生物体很小,吸收的金属量较少,难以后续处理,限制了利用微生物进行大面积现场修复的应用，
植物体由于生物量大且易于后续处理,利用植物对金属污染位点进行修复成为解决环境中重金属污染问题的一个很有前景的选择。但由于超积累重金属植物一般生长缓慢,且对重金属存在选择作用,不适于多种重金属复合污染土壤的修复。因此,在选择修复技术时,应根据污染物性质、土壤条件、污染程度、预期修复目标、时间限制、成本及修复技术的适用范围等因素加以综合考虑。
4.发展中存在的问题：
生物修复技术作为近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术,虽取得很大进步和成功,但处于实验室或模拟实验阶段的研究结果较多,商业性应用还待开发。此外,由于生物修复效果受到如共存的有毒物质(Co-toxicants)(如重金属)对生物降解作用的抑制；电子受体(营养物)释放的物理;物理因子(如低温)引起的低反应速率;污染物的生物不可利用性;污染物被转化成有毒的代谢产物;污染物分布的不均一性;缺乏具有降解污染物生物化学能力的微生物等因素制约。因此,目前经生物修复处理的污染土壤,其污染物含量还不能完全达到指标的浓度要求。
5.应用前景及建议：
随着生物技术和基因工程技术的发展,土壤生物修复技术研究与应用将不断深入并走向成熟,特别是微生物修复技术、植物生物修复技术和菌根技术的综合运用将为有毒、难降解、有机物污染土壤的修复带来希望。为此,建议今后在生物修复技术的研究和开发方面加强做好以下几项工作:
(1)进一步深入研究植物超积累重金属的机理,超积累效率与土壤中重金属元素的价态、形态及环境因素的关系。(2)加强微生物分解污染物的代谢过程、植物-微生物共存体系的研究以及植物-微生物联合修复对污染物的修复作用与植物种类具有密切关系。
(3)应用现代分子生物学与基因工程技术,使超积累植物的生物学性状(个体大小、生物量、生长速率、生长周期等)进一步改善与提高,培养筛选专一或广谱性的微生物种群(类),并构建高效降解污染物的微生物基因工程菌,提高植物与微生物对污染土壤生物修复的效率。
(4)创造良好的土壤环境,协调土著微生物和外来微生物的关系,使微生物的修复效果达到最佳，并充分发挥生物修复与其他修复技术(如化学修复)的联合修复作用。
(5)尽快建立生物修复过程中污染物的生态化学过程量化数学模型、生态风险及安全评价、监测和管理指标体系。
结论
综上所述，我们不难发现由于土壤重金属来源复杂,土壤中重金属不同形态、不同重金属之间及与其它污染物的相互作用产生各种复合污染物的复杂性增加了对土壤重金属治理和修复难度,且重金属对动植物和人体的危害具有长期性、潜在性和不可逆性,同时进一步恶化了土壤条件，严重制约了我国农业生产的加速发展，所以要更好的防治土壤重金属污染还需要广大科研工作者不懈的努力，研发出更好的效率更高的修复治理技术，同时我们还不应该忘记必须加强企业自身的环保意识，提高企业自我约束能力，始终将防治污染积极治理作为企业工作的头等大事来抓，把企业对环境的污染程度降到最低限度，形成全社会都来重视土壤污染问题的良好环保氛围，逐步改善我们的土壤生态环境。
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环境土壤学的特点范文篇3
关键词：重金属污染；煤矿区废弃地；环境质量评价；广东明山煤矿
中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：0439-8114（2013）18-4351-04
矿山开采给人类带来了巨大的财富，也给区域生态环境带来了极大问题，其中矿坑排水、矿石及废石堆所产生的淋滤水、矿山工业和生活废水、矿石粉尘、燃煤排放的烟尘和SO2等，严重危害矿区生态环境和人们的身心健康，引发一系列经济、生态、社会等方面的问题[1，2]。煤矸石是煤炭开采、洗选加工过程中产生的固体废弃物，大量煤矸石的堆积不仅侵占大量工矿用地、林地、耕地、居民地，还破坏地质、地貌景观；煤矸石自燃时排放大量有害气体污染空气；刮风时，大量粉尘漂浮空中引起环境污染；下雨时，矸石山的淋滤液污染物随雨水径流和地下水的渗透污染周围农田和江河湖泊；矸石山塌崩时，滚石、渣石流危及生命安全。可见煤矸石成为固、液、气三害俱全的污染源，亟待治理[3-6]。
土壤是人类赖以生存的宝贵自然资源。随着人口—资源—环境之间矛盾的日趋尖锐，煤矿区土壤质量问题日益受到世界范围内的广泛而特别的关注。矿区及周边农田土壤重金属（Cu、Zn、Cd、Pb、Hg、Cr、As、Ni、Co等）作为生态系统中一类具有很大危害的化学污染物，不能为土壤微生物所分解，相反微生物可富集重金属，并且在一定条件下可以转化为毒性更强的金属有机化合物，造成农作物可食部分重金属含量超标，通过食物链的逐级富集和传递，影响人类健康与生态安全[7-11]。因此，科学评价煤矿区废弃地土壤及重金属污染状况，不仅能更加了解矿区废弃地土壤的本质，更好地利用土地资源，而且对于农业、林业生产具有重要的指导意义。本研究以广东省明山煤矿区为例，旨在通过对废弃地重金属污染土壤环境质量的综合评价，为该矿区重金属富集植物筛选、土地复垦及生态重建提供理论依据。
1研究区概况
明山煤矿位于广东省梅县白宫镇，地理位置为北纬23°23′-24°56′、东经115°18′-116°56′，平均海拔550m，属亚热带季风湿润气候。该地区年均气温20.6～21.4℃，7月平均气温28.3～28.6℃，1月平均气温11.1～11.3℃，年均降雨量1483.4～1798.4mm，75%以上降雨量集中在4～9月，年平均降雨时间为150d，无霜期为309d。
据廖富林等[12]2005年调查，明山煤矿废弃地自然定居植物共计64种，分属30科59属，其中禾本科10种、菊科7种、豆科5种；全部自然定居植物中，29种为1～2年生草本植物、13种为多年生草本植物、18种为木本植物，另有4种藤本植物。据2010年11-12月实地踏查，尾矿区废弃地业已形成一些相对稳定的单种斑块和小群落，如五节芒（Miscanthusfloridulus）、胜红蓟（Ageratumconyzoides）、小飞蓬（Comnyzacanadensis）、艾蒿（Artemisiaargyi）、猪屎豆（Crotalarismucronata）、毛马唐（Digitariachrysoblephar）、莠狗尾草（Setariageniculata）、香附子（Cyperusrotundus）等，这些在煤矿废弃地成功定居的土著先锋植物，可作为废弃地植被生态恢复与治理的优先选用植物[12，13]。
2研究方法
2.1样品采集
样品采集于明山煤矿总厂附近的能发矿堆积场，该尾矿堆积场南北两坡约45°、东坡约60°，且靠近一条大水沟，西坡较平缓。煤矿废弃地周围为低山，山坡的土壤为红壤。
2010年11-12月，依据该堆积场具体地形、水文条件及煤矸石堆积的不同年限等，以矸石堆为中心，沿地表水自然流向东南向布设采样线并按距离进行采样，分别在样线的10、50、100、200、500m各设一个采样点（定为样点1、样点2、样点3、样点4、样点5），然后以各样点为中心，采集1m2范围内的先锋植物根系周围0～30cm深的尾矿区土壤，尽管样点1、样点4无植物分布，也采集样点中心0～30cm深的尾矿区土壤。
2.2样品测定
土壤于室温下风干，除去石块、植物根系和凋落物等，用玛瑙研钵磨碎，过100目筛（0.15mm），在烘箱中干燥24h后放在干燥器中备用。样品用HCl-HNO3-HF-HClO4混合酸消化后，用原子吸收分光光度计测定镍（Ni）、镉（Cd）、铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、锰（Mn）、铬（Cr）含量，试验重复3次。土壤基本理化性质分析测定参照文献[14]进行。
2.3土壤环境质量评价
采用单因子指数和内梅罗（Nemerow）综合污染指数相结合的方法进行重金属污染程度评价[15，16]。
单因子指数法：Pi=Ci/Si（1）
式（1）中，Pi为土壤污染物i的单项污染指数；Ci为土壤中污染物i的实测含量；Si为污染物i的评价标准，采用GB15618—1995中的土壤环境质量二级标式（2）中，Pn为内梅罗综合污染指数；Pimax为单因子污染指数最高值；Pi为单因子污染指数的算术平均值。
内梅罗综合污染指数既全面反映了各污染物对土壤的不同污染程度，又突出了高含量/浓度污染物对土壤环境质量的影响，因此，采用综合污染指数评定、划分土壤质量等级更加客观。综合污染指数Pn依据土壤综合污染等级划分（表1）。
3结果与分析
3.1土壤理化性质
由表2可知，矿区土壤pH范围在2.87～6.16，呈酸性，特别是样点1土壤pH仅2.87，属强酸性，不能够满足植物最基本的生长要求；样点3靠近民工工棚，虽有五节芒生长，但表层煤矸石较新鲜，故土壤pH也仅3.76。据毕银丽等[17，18]研究，煤矸石中含有铝、硫等致酸性物质，在雨水的淋溶冲洗下，能够酸化土壤条件，但随着煤矸石堆积时限的延长、风化程度的提高，经长期雨水淋洗的煤矸石基质成分已基本稳定，故pH逐渐增大并最终接近于弱酸性。
通常认为，土壤交换量的大小基本上代表土壤保持养分能力的强弱（保肥力高低），交换量大，也就是保存养分的能力大，反之则弱。从表2交换性盐基、阳离子交换量看，均为样点5的土壤交换性能最好，样点1的交换性能最差，其中，交换性盐基为8.75～9.20cmol/kg、阳离子交换量为9.02～9.57cmol/kg，其阳离子交换量小于10cmol/kg，属于保肥力弱的土壤；从土壤有机质看，样点4、样点5的含量相对较高，而样点1、样点3的含量相对较低，总体上，土壤较贫瘠（有机质为9.74～12.89g/kg）。此外，交换性酸含量为0.27～0.48cmol/kg。
3.2土壤重金属含量
由图1可知，尾矿区土壤重金属元素含量变化较大，其中，Cd含量为0.759～3.109mg/kg（平均含量为2.052mg/kg），土壤中Cd含量最高的是样点5（3.109mg/kg），是土壤环境质量标准（GB15618-1995）[19]规定的二级土壤标准（0.3mg/kg）的10倍多、三级标准（1.0mg/kg）的3倍多；样点1的Cd含量（2.541mg/kg）接近二级标准的9倍、是三级标准的2.5倍；样点2（0.759mg/kg）、样点3（0.823mg/kg）的Cd含量较低，但也均超过二级标准，说明明山尾矿区土壤Cd含量超标严重。余涛等[20]的研究表明，土壤pH是控制Cd等重金属元素地球化学行为的重要因素，明山尾矿区土壤的酸性环境可能会加剧Cd等有害元素离子交换态含量的增加，从而产生严重的生态风险。
Cu含量为39.522～270.308mg/kg，平均含量为91.281mg/kg，其中样点2的Cu含量最高，为270.308mg/kg，是二级标准果园标准值（150mg/kg）的1.8倍、农田标准值（50mg/kg）的5.4倍；其他样点Cu含量在100mg/kg以下。说明存在一定程度的Cu污染，但污染不严重。Ni的含量为34.351～46.065mg/kg，平均为38.991mg/kg，样点2、样点5的Ni含量分别为46.065、45.048mg/kg，略高于二级标准（40mg/kg），说明土壤存在一定程度的Ni污染，但污染不严重。Pb、Zn、Cr含量分别为45.120～78.901（平均为61.967）、77.704～104.502（平均为88.831）、64.710～154.701（平均为91.442）mg/kg，参照土壤环境质量标准，明山尾矿区土壤基本不受Pb、Zn、Cr污染影响。Mn含量为387.057～488.660mg/kg，平均含量为421.215mg/kg，但目前尚无国家标准。另据臧小平[21]研究，Mn可能是酸性土壤第二重要限制因素（我国南方砖红壤和红壤中，红壤活性Mn含量一般为120mg/kg，砖红壤、赤红壤为136mg/kg），以此为参照，说明明山尾矿区Mn污染严重。
3.3土壤重金属污染评价
从单因子污染指数看（表3），样点1污染最大的是Cd（8.470）、最小的是Pb（0.316），从大到小依次是Cd、Mn、Ni、Cr、Cu、Zn、Pb；样点2污染最大的是Mn（2.977）、最小的是Pb（0.243），从大到小依次是Mn、Cd、Cu、Ni、Cr、Zn、Pb；样点3污染最大的是Mn（3.759）、最小的是Pb（0.181），从大到小依次是Mn、Cd、Ni、Cr、Zn、Cu、Pb；样点4污染最大的是Cd（10.093）、最小的是Pb（0.251），从大到小依次是Cd、Mn、Ni、Zn、Cr、Cu、Pb；样点5污染最大的是Cd（10.363）、最小的是Pb（0.249），从大到小依次是Cd、Mn、Ni、Cr、Zn、Cu、Pb。
从各采样点综合污染指数看，受土壤重金属污染最大的是样点5，高达7.508，最小的是样点2，为2.343，从大到小依次是样点5、样点4、样点1、样点3、样点2，其中，样点5、样点4、样点1为极重污染，样点3、样点2为中度污染。由于煤矸石堆积而引起尾矿区土壤污染一般均呈表面富集，且由近及远重金属污染程度呈逐渐降低趋势，但煤矸石堆场周边的地形地貌、地质条件等也是影响土壤重金属污染的主要因素[4，6，22]。本研究中尾矿区各样点土壤重金属污染特征呈现出非线性递减的波动性也印证了这一观点，分析其原因，主要是样点4位于矸石山堆场的下坡，样点5为一个洼坑，煤矸石在降雨等自然淋滤作用下，造成重金属元素从煤矸石中析出，大量的淋滤液和矿坑排水经运移、沉淀作用后都在此不断沉积、富集，最终造成样点5、样点4的重金属污染很重，而样点3、样点2的重金属污染相对较轻。此外，煤矸石强烈风化产生的大量粉尘颗粒物在大气中迁移，经过干、湿沉降进入地表，在雨水的淋滤作用下渗入土壤也是影响土壤中重金属含量空间变化的重要因素。
4小结与讨论
土壤是植物生长的载体，土壤理化特性决定土壤质量的高低，同时大多数植物适宜于在中性、肥沃的基质中生长。本研究中，土壤pH呈酸性（2.87～6.16），土壤阳离子交换量、有机质含量、交换性酸含量等偏低，明显不适宜植物生长。因此，煤矸石山的生态恢复首要的是包括酸碱度在内的基质改良。尽管煤矸石山在长期堆放的过程中，在雨水的淋溶冲洗下，pH呈现逐渐增大趋势（由极端酸性逐渐到弱酸性），但其自然过程缓慢、所需年限较长，而有关研究表明[17，18]，煤炭燃烧后的粉煤灰呈极端的碱性，若两者混合使用可以以废治废达到变废为宝的目的。一方面可以利用粉煤灰极端的碱性中和煤矸石极端的酸性，调节基质的pH；另一方面，粉煤灰细小的颗粒填充于煤矸石粗大的石砾间，可降低矸石山中氧气的浓度，起到防止矸石山自燃的功能，同时粉煤灰均匀的粒径对煤矸石山的物理性质具有一定的改良作用，具有广阔的应用前景。
煤矸石随地质条件和产地的不同，其组成会有很大差别。一些研究已表明，煤矸石的淋溶水中Cd、Zn、Cr、Hg、Pb和As等剧毒元素的含量均超过水质标准[4，6]。这些淋溶水将严重污染地下水和地面水，对生物和人类健康造成严重影响。本研究中所测定的7种重金属元素（Ni、Cd、Cu、Pb、Zn、Mn、Cr）中，主要是Cd、Mn污染，且各样点土壤重金属污染特征呈现波动性而非线性递减，其中样点1、样点4、样点5为极重污染，样点2、样点3为中度污染。据《重金属污染综合防治“十二五”规划》显示（中国将对Hg、Cr、Cd、Pb等重金属进行重点防控），Cd污染是国家重点治理对象。相关研究表明[20，23]，Cd在pH较高、尤其是在含有较多CaCO3的碱性土壤中活性低，不易移动，而在酸性条件下则易迁移，毒性增强。因此，提高土壤pH成为降低土壤Cd活性的有效措施之一。据臧小平[21]研究，土壤中Mn的可给性与pH存在相反的关系，明山煤矿废弃地土壤呈酸性，土壤的交换态Mn多，易还原态Mn少，Mn污染严重。
植物修复是近年来发展的一种环境友好、低成本的矿区土壤复垦技术，煤矸石的植物修复就是在煤矸石山表面建立植被，利用植被固定表层矸石。但受矿区贫瘠、干旱、重金属污染严重等极端地下环境条件的制约，植被恢复和生态重建的效益并不明显。但在长期的野外调查时发现，在矿区局部营养条件较好的区域，如堆放垃圾和污泥区域，一些植物的植株生长旺盛、健壮，植被盖度也较大，这为如何治理明山煤矸石废弃地提供了有益的启示。
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环境土壤学的特点范文篇4
关键词林业；育苗；信息化
1选择合理的苗圃
林业育苗的关键是选择合理的苗圃，合理的苗圃能提高育苗的存活率，降低育苗成本。选择苗圃要注意3个方面，一是交通方面。交通便利对于育苗来说是基本的要求，交通便利既方便肥料的运输，又方便后期移植苗木的运输。二是水源方面。育苗离不开水源，也不能积水。所以，苗圃要选择灌溉与排水设施完善的地方。三是土壤方面。选择苗圃的土壤要适合苗木生长，最好是沙土壤、轻壤土和壤土。例如，塞罕坝林场土壤类型以山地棕壤、灰色森林土和风沙土为主，林木类型以针叶林为主，混合阔叶林、灌丛及草甸等类型。育苗时，要选择灰色森林土壤，地址要选择向阳处斜坡地带，利于育苗排水，防止积水。
2育苗土壤管理
育苗土壤决定了苗木种子的生长情况及林业经济效益，贫瘠的土壤或者不适合苗木生长的土壤只会造成极大的财力、物力的浪费。土壤管理措施对土壤质量的改良作用重大。第一，选定苗圃地后要对土壤进行深耕，达到松土的目的。松土能保证苗木的存活率。同时，每年对苗圃的土壤进行翻耕，清除移植苗木的残留根系和杂草，为苗种提供良好的土壤生长环境。第二，苗圃育苗过程中不能一块土壤常年进行一种苗木的培育，要根据苗木的特点和土壤环境培育不同的苗木，以保证苗木正常生长。第三，育苗过程中要使用有机肥对土壤进行改良，同时使用一些科学的方法改善土壤质地，提高苗木存活率。例如，塞罕坝林场育苗过程中，针对偏沙化的土壤，可以采用泥炭土进行混合，达到改善土壤质地和提升土壤肥力的目的。第四，对土壤进行病菌处理极为重要。很多苗圃土壤带有病原菌，这会造成育苗失败，带来极大的经济损失。因此，要科学地对苗圃土壤进行消毒，消除土壤中含有的病原菌。例如，塞罕坝林场育苗过程中会多次采用硫酸亚铁等药剂对苗圃土壤进行消毒，以保证苗木健康生长。在长期的育苗过程中，还会根据苗木的生长情况采用其他科学的消毒方法[1]。
3育种管理
苗种的选择是育苗技术中与苗圃、土壤紧密相关的核心环节，如果选择劣质的苗种，再好的苗圃和土壤，也无法育出优良的苗木。因此，育苗过程中要严格把握苗种的质量，确保选择的苗种是优良的。第一，进行严格的苗种检验。选择苗种前要对所选的苗种进行检验，病种、劣种等种子坚决不选，要确保种子的优良性。第二，进行严格的苗种消毒。苗种播种前要进行科学的消毒，通过药剂拌种或者浸泡等方式实现苗种消毒，防止苗种发芽生长期间产生病虫害等问题。第三，播种育苗要掌握详细的苗种信息、播种时间、适宜环境等知识，要在合适的时间进行下种，避免时间不适宜导致种子无法发芽生长。第四，播种育苗要讲究科学的方法。育苗有撒播、点播等多种方式，需要根据种子的生长特性选择合适的方法。例如，塞罕坝林场樟子松育种，可以选择撒播的方式。第五，下种后要进行覆土。覆土厚度根据播种方式和土壤特点来确定，如点播种子需要轻覆一层薄土[2]。
4病虫灾害防范
育苗过程中要防止太阳暴晒和霜冻等灾害。苗木生长初期对环境要求极为严格，不进行科学的管理容易造成苗木死亡的严重后果。因此，要根据育苗地的自然条件采取科学的防范措施。例如，南方地区进行育苗时，特别是夏季要防止积水和太阳暴晒，因此要做好苗圃排水工作和苗种遮阳工作。可以对苗圃进行深挖沟达到排水作用，可以对苗圃搭建遮阳布进行遮阳保护。塞罕坝林场防冻措施选择增加磷钾肥使用量，建设防冻大棚，减少灌溉，以达到防冻目的，提高苗木生长质量。
5信息化管理
随着互联网技术的快速发展，信息化建设成为各行各业的核心工作，也为各行各业带来了极大的便利，提高了工作效率。林业育苗技术管理也可以积极地实施信息管理。一方面，苗场搭建信息化平台，通过信息化平台达到林木技术交流沟通的目的，通过信息化技术实现苗木的实时监控，提高育种技术水平；另一方面，通过搭建信息化平台，及时引进新技术、新设备等，提高育苗能力。
6结语
林业育苗是林业可持续发展的核心工作，是保持林业生态健康的重要工作。塞罕坝林场作为我国北方林业生态系统的重要组成部分，要积极地引进新技术、新方法，结合当地的生态环境、土壤环境改进育种技术，提高种苗的存活率，促进林业可持续发展。
参考文献
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环境土壤学的特点范文篇5
关键词：苎麻；根际；非根际；土壤因子
中图分类号：S154．4文献标识码：A文章编号：0439－8114（2011）15－3066-03
ComparisonofDiversitybetweenRhizosphereSoilandNon－rhizosphereSoilofRamie
ZHOUJian－xia，TANGShou－wei，TANGQing－ming，ZHUSi-yuan，LIUTou－ming
（InstituteofBastFiberCrops，ChineseAcademyofAgricuturalSciences，Changsha410205，China）
Abstract：Thedynamicpropertyofsoilnutrients，soilmicrobes，soilenzymeandpHinramierhizospheresoilandnon－rhizospheresoilcollectedfromproducingareasof6ramievarietieswasstudied．Andtherelationshipbetweenthemwasdiscussed．TheresultsshowedthatthecontentofavailableN，availableK，organicmatter，totalKandwater，thenumbersofsoilbacteria，actinomycesandfungi，theactivitiesofureaseandacidphosphataseinrhizospheresoilswereallsignificantlyhigherthanthoseofnon－rhizosphere．Meanwhile，therewassignificantdifferenceinpHbetweenrhizospheresoilandnon－rhizospheresoil．Thecorrelationsamongsoilnutrients，soilmicrobes，soilenzymeandpHinrhizospheresoilweremoresignificantthanthatinnon－rhizospheresoil．Itwashypothesizedthattheramierootbroughtaboutthedifferencesbetweentherhizospheresoilandnon－rhizospheresoil．
Keywords：ramie；rhizosphere；non－rhizosphere；soilfactors
在植物生长过程中，由于根系和土壤的相互作用，根际环境在物理、化学和生物特性上不同于周围的土体，即产生了根际效应。研究作物的根际环境对作物的水肥管理和病虫害防治有重要意义［1］。根际土壤中聚居着的微生物包括细菌、放线菌、真菌、藻、原生动物和病毒。它们在营养的转化中起着极其重要的作用。在土壤中，由于根际是一个特殊的生态环境，因此在根际的土壤微生物比根外的土壤微生物在数量和种类上都要多，它们在根上的繁殖和分布受根系生长发育的影响而表现出较为明显的根际效应。因此，根际微生物研究也倍受关注。土壤养分是土壤肥力的重要组成，是作物高产稳产的基础条件。在水、热、气等条件适宜时，土壤养分的含量及比例直接影响作物的生长发育和产量高低。氮、磷、钾是植物生长发育所必需的三大基本元素；土壤pH值是土壤重要的化学性质，它通过影响土壤微生物活动、土壤有机质的分解、矿质营养的有效状态等影响土壤的肥力状态；土壤有机质的数量与质量变化是土壤肥力及环境质量状况的最重要表征，是制约土壤理化性质如水分、通气性、抗蚀力、供保肥能力和养分有效性等的关键因素［2］。土壤酶参与土壤中许多重要的生物化学过程和物质循环，可以客观地反映土壤肥力状况，是土壤生物学肥力的重要因素。由于受植物根系和微生物的影响，植物根际土壤中酶的活性与原土体存在差异。玉米根际土壤中磷酸酶［3，4］和脲酶［5］的活性均比非根际土壤高。
苎麻是我国极具特色的经济作物，其产量和面积均占全世界的90％以上。但近几年由于诸多原因导致麻类的种植面积和总产大幅度降低。苎麻的高产栽培方面已有很多研究报道［6－9］，但是苎麻根际环境的研究还较少。本试验主要通过比较根际和非根际环境的土壤养分、土壤酶、土壤微生物含量的差异及其相关关系的不同来研究苎麻的根际环境，旨在为苎麻的施肥管理提供理论基础。
1材料与方法
1．1材料
试验设在中国农业科学院麻类研究所望城科技园苎麻试验地进行，选取6个不同苎麻品种的土壤为试验样品，采用随机区组设计，3次重复。土样于2009年苎麻冬培前采集。
1．2方法
土壤取样采用“五点取样法”。在植株周围多点挖取5～15cm土层内的根系。先抖落大块不含根系的土壤，装入塑料袋内，混匀，作为根外土壤；然后取根系表面的细粒土壤，装入塑料袋内混匀，作为根际土壤。
土壤养分测定具体如下：土壤有机质采用重铬酸钾氧化还原滴定外热法测定，土壤全氮采用半微量凯氏法测定，土壤水解性氮测定采用碱解扩散法；土壤全磷测定采用钼锑抗吸光光度法；土壤有效磷采用NaHCO3浸提－钼锑抗吸光光度法测定；土壤全钾采用火焰光度计法测定；土壤速效钾采用醋酸铵浸提－火焰光度法测定；pH值用酸度计测定（水提法1．0∶2．5）。土壤水分测量采用烘干法［10］。
细菌、放线菌及真菌分别用牛肉膏蛋白胨培养基、高氏1号培养基及马丁－孟加拉红培养基培养［11］。细菌在37℃条件下培养2～3d；放线菌、真菌在28℃条件下培养3～5d。
酸性磷酸酶活性采用苯磷酸二钠比色法测定，土壤酸性磷酸酶活性以24h内每克干土产生的苯酚微克数表示（μg／g）。脲酶采用苯酚钠次氯酸钠比色法测定，土壤脲酶的活性以24h内每克干土产生的NH3－N的微克数表示（μg／g）［12］。
1．3数据处理
采用SAS8．0软件进行相关的统计分析。
2结果与分析
2．1根际与非根际土壤环境因子比较
由表1可知，根际和非根际土壤的环境因子差异较大，根际环境中的有效氮、有效磷、有效钾、有机质、全氮、全磷、全钾、细菌、放线菌、真菌数量均高于非根际环境；根际环境土壤中的脲酶和酸性磷酸酶活性也高于非根际环境的活性。其中，有效氮、全钾、脲酶活性、酸性磷酸酶活性、细菌数量在根际和非根际土壤环境中的差异较大。
2．2根际和非根际的土壤环境因子间的相关性
2．2．1土壤养分之间的相关性由表2、表3可知，在根际土壤中，有效氮和全氮间呈现极显著正相关；有效氮与有效磷、有效氮和有机质、有效磷和全氮、有效磷和全磷、全氮和全磷间均达到显著正相关。在非根际土壤中，有效氮与有效磷、有效氮与有机质、有效氮与全氮、全氮与全磷间均呈现极显著正相关；有效氮与全磷、有机质与有效磷、有机质和全氮间均达到显著正相关；有效磷和全钾、全氮和全钾间均达到显著负相关；全磷和全钾间达到极显著负相关。
2．2．2土壤酶、土壤微生物间的相关性由表2、表3可知，在根际土壤中，酸性磷酸酶活性与真菌数量呈极显著正相关；在非根际土壤中，脲酶活性与放线菌数量呈极显著正相关，细菌数量和真菌数量呈显著负相关。
2．2．3土壤酶、土壤微生物与土壤养分间的相关性由表2、表3可知，在根际土壤中，酸性磷酸酶活性与有效磷间呈显著正相关，和有效氮间呈极显著正相关。真菌无论在根际土壤还是非根际土壤中与土壤养分都存在一定的相关性；在根际土壤中，真菌数量和有效氮、全氮间呈极显著正相关，和有效磷间呈显著正相关；在非根际土壤中，真菌数量和速效钾、有机质间均呈显著正相关，与有效氮、有效磷、全氮、全磷间均呈极显著正相关，而与全钾间呈极显著负相关。
2．2．4土壤养分、土壤酶、土壤微生物与pH值间的相关性由表2、表3可知，在根际土壤中，土壤养分、土壤酶、土壤微生物和pH值之间不存在显著的相关性。在非根际土壤中，速效钾、全氮、全磷和pH值间均呈极显著负相关，有效磷和pH值间呈显著负相关，全钾则和pH值间达到极显著正相关。土壤酶中脲酶活性和pH值间呈极显著正相关；土壤微生物中，细菌数量和pH值间呈显著正相关，真菌数量和pH值间达极显著负相关，放线菌数量和pH值间达极显著正相关。
3讨论
由以上分析可知，在根际土壤中，大部分土壤养分、微生物数量、酶活性高于非根际土壤。相关关系中，非根际土壤能达到显著相关的要多于根际土壤。
1）根系活动向土壤中大量分泌有机物，大大促进了微生物的活动，使其数量远高于非根际环境。土壤有机质还具有良好的酸碱缓冲性质，从而可以减轻作物被这些不良因素危害。土壤有机质能提高土壤水分保持能力［13］。
2）受根系的生理活动及环境胁迫的影响，植物根往往会向外分泌大量的酶，如酸性磷酸酶；此外，根系微生物的大量增加也引起酶的数量和种类的增加。
3）根际土壤溶液中养分浓度的分布与非根际
土壤有明显的差异。它主要受控于根吸收速率与养分迁移速率的综合影响。反之，根际养分的供应强度又直接影响植物的营养状况［14］。因此，根际微区的特殊环境，微生物的活动、根际生物化学特性、根际pH值、根分泌物因素对微区养分的影响是深刻的［15］，如根分泌物可以直接或间接影响养分的有效性。根区的有机物、酶和微生物增多，使根际的氧化还原状态不同于非根际土壤环境，进而影响根际的营养状况。
4）由于根系的吸收和分泌作用，根际微生物的呼吸作用，对根际pH值产生显著影响。pH值的变化是根际微生态系统中最为活跃的因素之一，在多方面影响着土壤养分的有效性。
总之，由于根际环境的特殊性，研究苎麻的根际环境对苎麻的高产优质栽培及解决老麻园退化问题有重要意义，进一步深入地对其展开研究是我们下一步的工作。
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环境土壤学的特点范文篇6
丰富教学内容
教学内容紧密结合土壤学背景，运用土壤学相关理论深化对环境化学知识点的理解。污染物在大气圈、水圈和土壤圈间迁移、转化和循环，在讲述前两圈层内污染物的化学行为时，将土壤圈作为环境的关键带联系在一起。在分析影响酸雨的形成因素时，阐明大气颗粒物酸度及其缓冲能力，比较不同城市大气颗粒物对酸雨的影响，考虑到不同区域扬尘的化学组成与相应土壤组成的基本特点，补充说明我国南北土壤组成及性质差异，强化土壤学与环境化学知识的融合。在水环境中，氧化还原反应平衡影响和决定变价元素或污染物的形态、迁移和转化过程，以土壤锰氧化物、铁氧化物及层状硅酸盐矿物对有毒金属离子Pb、Cr和As等形态及其转化过程的影响作具体案例进行说明。这些相关内容，课程组教师已在实验室开展了大量的研究工作，可娓娓道来，丰富了授课内容，也能激发学生的科研热情。文献调研也是扩充教学内容的重要方法。在完成教学大纲规定内容之外，在课堂或课后适当补充土壤学相关知识，扩展学生视野。补充内容涉及环境化学热点和前沿，也超出一般土壤学教材的深度和广度，有的需要查阅新近文献才能完成。环境化学中提及温室气体和温室效应，一般认为矿物燃料燃烧是大气中CO2的主要来源，而往往忽视了土壤中碳的贡献，不同农业利用土壤中碳素的微小变化也会对大气中CO2浓度产生重要影响，可能加剧温室效应。为让学生了解实际情况，布置课后文献调研，了解有关土壤碳形态、分布、迁移转化规律及其影响因素（如植被、气候、施肥和土地利用类型等）。这些课程改革使环境化学与土壤学得到有机结合，进一步明确了农业对环境的影响，强化学生的农业环境保护意识。最新科研进展也是我们关注的教学内容，多以专题形式进行讲述。为了说明环境化学研究新进展，结合教师专业背景，我们就污染土壤的电化学修复和绿色化学的基本原理与应用作为专题进行授课。虽然教材对相关内容有所介绍[1]，为详细说明相关进展，任课教师查阅了国内外大量文献资料，进行全面阐述。如污染土壤电化学修复专题中提及土壤颗粒类型对修复效果的影响，更是加深了对土壤基本特性的认识。专题报告主题不多，所占学时少，却能让学生了解环境科学与工程领域最新科研动态，激发他们的学习兴趣与动力。另外，专题文献报告也是重要手段之一，如为了用实例说明并区分微生物对有机污染物的降解是生长代谢还是共代谢，安排学生课后查阅有关土壤微生物降解有机污染物的最新文献，并适时安排学生报告所阅读文献。文献调研还可有效提高学生的思辨和创新能力，树立对待科研论文的正确态度。
完善实验实习
为了深化对污染物在环境中迁移转化过程的认识，也结合土壤学相关知识，除常规环境化学实验外，还新设计并安排了三个实验，分别为土壤对重金属离子铅的等温吸附实验、氧化锰对C（rIII）氧化量的测定和铁（III）—草酸盐配合物对橙黄II的光降解动力学。在实验目的上，我们更偏重于探明污染物在环境中的迁移转化过程。前两个实验让学生深化对土壤吸附氧化重金属离子机理的认识，明确作为土壤的重要组成部分的锰氧化物影响变价金属离子的存在形态与迁移转化过程，了解土壤对有毒金属离子热力学吸附氧化研究的原理和一般方法，掌握分光光度法和原子吸收法测定重金属离子浓度、制作吸附等温线等方法。后一个实验可认识光解动力学基本方法及其在环境化学中的应用，熟悉有机污染物的消除方法。上述实验内容既属于环境化学教学范畴，又深化了土壤学知识，更体现出农业院校的教学特色。为增强学生科研意识、提高学生创新能力，我们鼓励学有余力的学生走进实验室独立开展科研活动。课程组教师研究课题主要集中在土壤环境化学领域，为学生进入实验室开展土壤环境化学相关的课题研究提供了便利。学生自愿组团，在老师指导下，课余时间独立开展科研活动。多名本科生以第一作者发表核心期刊论文，并参与部分研究生实验工作，作为共同作者发表多篇SCI论文。科研活动激发学生学习环境化学的热情，体会到土壤学的奥妙，也锻炼了学生的科研思维和创新潜能，还可为高素质研究生储备有生力量。为让学生早日走向社会，认识自然环境演化过程和人类活动对环境造成的影响及工厂企业如何从源头上控制污染物的排放，我们与多家不同规模的企业进行了交流与合作，安排实践基地。很多污染控制问题的解决都离不开环境化学研究的理论方法与技术，环境化学对于环境科学与工程领域特别是解决环境问题有着十分重要的地位与作用。通过实地参观学习活动，学生现场认识了生活废水、工业废水、固体废弃物、废气的来源及处理过程。如在株洲化工厂学生参观生产车间，了解单个生产车间及整个化工企业清洁生产过程和污染物排放控制细节，明确环境化学理论与技术在这些方面的应用。在校内还建有人工湿地实习基地，让学生真实认识到水体自净化过程及水资源的重要性。这些活动丰富了环境化学教学内容，开阔了学生视野，也增强了学习动力。环境化学教学和实验内容非常丰富，要在有限学时内对环境化学有一个较为全面的认识，又要尽量少与环境监测、仪器分析、环境生态学和污染控制化学等内容重复，且能够让学生综合运用所学到的知识与实验技能，提高分析问题和解决问题的能力。在专业教师队伍、授课内容和实验实习上合理安排，结合农业院校现有资源配置和相关知识背景及课程体系，建设有农业院校特色的环境化学课程，系统培养学生知识体系、科研创新能力和动手实践能力；实践也证明取得了良好的教学效果，以期为促进环境化学教学发展和创新型人才培养作出贡献，同时还望对其他课程教学改革提供一定借鉴作用。
作者：邱国红冯雄汉刘凡刘震冯永平单位：华中农业大学
环境土壤学的特点范文篇7
关键词：灰度关联法；土壤；环境评价
中图分类号：X824文献标识码：A文章编号：1674-0432（2013）-06-0160-1
城市是人类生产生活的重要场所，伴随着城市化进程的加快，人类赖以生存的城市生态环境受到破坏，土壤发生了很大变化，自然土壤变成了独特的城市土壤，污染严重，养分缺乏，性能下降。为此，研究和探讨城市土壤理化性质快速检测方法，根据城市土壤特点，采取特定的措施和手段，促使植物正常生长，以满足城市建设及人民生活的需求，对城市建设至关重要。
“灰色系统”理论是我国华中工学院邓聚龙教授上世纪80年代首创的一种新的系统理论。“灰色系统”理论已受到了国内外的重视，并得到了广泛应用。灰色关联度分析法是一种因素比较分析法，是研究事物之间、因素之间关联性的一种方法。它是通过对系统统计数列几何关系的比较来分析系统中多因素的关联程度，即根据事物或因素的时间序列曲线的相似程度来判断其关联程度，两条曲线的形状彼此越接近，说明事物或因素发展态势就越接近，其关联度就越大，反之，关联度就越小。在系统因素分析、方案决策及综合评估等方面，灰色关联度分析法具有广泛的应用。[1-2]本文对大庆市采油厂土壤做灰色关联分析，有助于了解土壤质量的基本情况，为下一步环境治理和污染判定提供参考依据。
1研究地区概况
大庆市大同区采油七厂地形低平，外排水不畅，属半闭流区，加之干燥多风，蒸发量大，盐分表聚作用明显，常形成盐霜或盐结皮，土壤盐碱化严重，土质粘重，结构差，微生物活动极少，土壤肥力低，土壤有机质含量低，盐分组成为苏打型，pH值8.0～10.0，土壤板结，通气不良，透水性差，养分有效性低，严重影响了植物的生长，给城市绿化带来了很大的困难，加之土壤受到石油工业的污染导致该地区部分土壤环境质量低下。
2材料和方法
2.1监测方法
2.2数据处理
用上述质量评价项目作为评价指标。可以根据各项指标对环境质量发生作用的特点，选择上述不同的灰类，这是因为在环境质量评价过程中，污染因子对环境的影响效应是倒“s”型曲线，即含量少时不会影响，随着含量的增加对环境的影响越来越大，但无论如何都可以归结为上面的几种情况之中去。具体过程如下：
3结果与分析
4结论
以上结果可以看出土壤中葡二联的关联度为0.29，其污染最为严重，其次为勤奋村（0.34），说明该地区需要重点关注。而向阳村（0.49）、群英村（0.47）、翟生屯、赵家屯（0.45）、八井子（0.40）、金杏村（0.39）、前卫村（0.39）的土壤的环境污染状况基本接近，为该区域分布最广，环境状况最多的区域；在全部的分析区域内罗家屯的灰色关联度为0.97，为土壤环境最优的监测点。
因此，针对于土壤环境较差的地区应该采取防范进一步污染为主，对该区域应该采取减排措施，而对于葡二联、勤奋村环境最差的地区，建议进行环境修复治理，以改善其土壤环境，为区域的可持续发展做出一定贡献。
参考文献
环境土壤学的特点范文篇8
环境材料(environmentalmaterials)也称生态材料(eco-materials)或环境功能材料(environmentfunc?tionalmaterials),20世纪90年代日本东京大学山本
良一教授首次提出，之后世界各国科学家讨论完善。目前基本认为环境材料是指在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负荷、最大使用功能的人类所需材料，包括改造的现有传统材料和新开发的环境材料。环境材料具有3个主要特点：一是先进性，也就是主要的功能性；二是环境协调性(优先争取目标)，包括减小材料生产中资源和能源的消耗、温室气体排放，增加废弃物再生循环，是21世纪新材料的一个基本性能要求；三是舒适性，亦称经济性，材料在使用中既要舒适美观，又要良好的经济实用性。环境材料可分为天然材料、循环再生材料、高分子材料、低环境负荷材料等，环境材料巳经广泛应用于工业、环保和农业生产等领域。
环境材料在农业中的应用主要是在农业生产和农业环境治理等方面。农业生产中主要为改善土壤微生态和促进作物生长的环境材料，以及环境友好型的化肥、农药和地膜等新型农资材料；农业环境治理中主要是在农业生态破坏和农业环境污染治理的材料。目前，农业生态破坏问题几乎与农业生产活动相伴，如土地盐渍化、土壤沙化、土壤荒漠化、水土流失、土壤肥力下降等；农业环境污染问题主要是近年随经济快速发展出现的工业污染源、生活污染源以及农业生产本身所造成的污染。
我国是一个农业生产大国，环境问题类型较多,区域分布和严重程度也不一。环境材料在农业生产和环境治理中应用的类型多样，主要是农业抗旱缺水、土壤污染治理和盐碱地土壤改良等。本文藉此对环境材料在农业生产和农业环境治理等方面的研究进展进行分析，期望能促进环境材料在农业生产及其环境治理中的应用。
2环境材料在农业抗旱节水中的应用
水是农业的命脉。我国农业年用水约4.0X1011m3,占总用水71%左右。农业用水量中约90%为农田灌溉，即约3.6X1011m3为我国农田灌溉用水量上限。农业灌溉用水存在三大突出问题：一是水资源严重不足，制约着农业灌溉进一步扩大，干旱问题严重。近年我国年受旱面积2000万~2700万hm2,全国中等干旱年农业灌溉缺水3.0x10^m3。二是巳开发利用的水资源浪费严重，宁夏回族自治区和内蒙古自治区大田漫灌的次灌水量达1200m3_hm-2以上,灌溉水利用率40%左右(发达国家80%~90%)。三是水资源遭受严重污染。
环境材料在农业抗旱节水中的应用主要是土壤保水剂和作物叶面抗蒸腾剂。可生物降解地膜也是一类近年研发较多的环境材料，属于物理性材料,这里不做深入探讨。
2.1土壤保水剂
土壤保水剂(superabsorbentpolymer,SAP)是通过改善植物根土界面环境、又供给植物水分的化学节水技术。土壤保水剂本身是一种超高吸水保水能力的高分子聚合物，它能迅速吸收比自身重数百倍甚至上千倍的纯水，且有反复吸水功能，所吸的水可缓慢释放供作物利用。由于其具有操作简便、投入少、见效快和易于推广等特点，因而应用与发展前景广阔。随着经济的发展人们对环境保护意识有所提高，土壤保水剂的高效、低毒和价廉等优点成为其应用农业生产及其环境治理的重要选择。
2.1.1土壤保水剂研发与应用进展
20世纪中期，美国首先研制出淀粉型保水剂并在玉米、大豆涂层和造林应用取得效果后，世界各国竞相研制。日本发展最快，成为世界上最大的超强吸水性树脂生产国，20余家主要厂家年产10万t。英国研制出防止土壤侵蚀和保证作物需水的防蚀聚合物和保水聚合物。法国研制出能吸收自身水500~700倍的“水合土”，用于改良沙特阿拉伯干旱地区的土壤结构。俄罗斯合成的保水剂用于节水农业,在伏尔加格勒每公顷使用100kg,节水50%,农作物增产20%~70%。全球年产土壤保水剂巳超过200万t。
我国土壤保水剂研制和应用始于20世纪80年代中期，发展较快。土壤保水剂按照化学组成和功能特点可分为高分子聚丙烯酸盐类保水剂、有机-无机复合类保水剂、多功能类保水剂3类。中国科学院兰州化学物理研究所研制的有机-无机复合保水剂，巳在胜利油田长安实业(集团)公司建成3000t-a-1生产线；中国矿业大学(北京)利用风化煤研制出腐殖酸复合保水剂。目前土壤保水剂产品的生产技术基本成熟，可查的土壤保水剂相关专利120多项。应用范围从林业生产推广至大田作物60多种作物，年推广面积超过20万hm2。国家对保水剂研发和应用非常重视，从“十五”到“十二五”的国家高技术研究发展计划(863计划)项目都列入多功能节水制剂课题。
2.1.2土壤保水剂作用原理
总结提出土壤保水剂作用原理包括4个方面：
①土壤保水剂自身吸水、保水和释水原理。保水剂吸水速度快，溶胀比大。保水剂分子含有大量羧基、羟基、酰胺基以及磺酸基等强亲水性官能团,对水分有强烈的缔合能力，纯水中的吸水溶胀比为400~1000倍或更高；保水剂保水能力强。保水方式主要包括吸水和溶胀，以后者为主；保水剂释水性能好，供水时期长。王砚田等[7]研究表明，保水剂所吸持水分最大吸水力13~14kg-m-2,根系吸水力大多为17~18kg-m-2,故一般情况下不会出现根系水分倒流，其中90%以上为植物最易吸收利用的水分。此外，保水剂有吸水-释水-干燥-再吸水反复吸水功能，但反复的保水剂吸水倍率下降10%~70%或失去吸水功能。
②土壤保水剂促进土壤改良和保持原理。保水剂在土壤中吸水膨胀，把分散的土壤颗粒粘结成团块状，增加土壤团聚体。黄占斌等[8]研究表明，保水剂特别对0.5~5mm粒径土壤团粒结构形成作用最明显，且土壤中保水剂在0.005%~0.01%范围时，团聚体增加量明显；同时，保水剂应用会使土壤容重下降，孔隙度增加，调节土壤中的水、气、热状况而有利作物生长，改善土壤结构。加之保水剂分子内部大量可电解羧酸盐基团吸水后网状结构撑开，可提高土壤吸水能力，增加土壤含水量。此外，保水剂能增加土壤持水能力,降低土壤水分蒸发量和水分渗透。
③土壤保水剂提高肥料和农药等农化产品利用效率原理。保水剂表面分子有吸附和离子交换作用，肥料和农药中的铵离子等官能团能被保水剂上的离子交换或络合，以“包裹”方式把土壤中的离子包起来，减少肥料和农药淋失。但同时会使土壤保水剂失去部分保水能力，故土壤保水剂尽量不与锌、锰和镁等二价金属元素肥料混用。黄震等试验表明，尿素等非电解质肥料与土壤保水剂结合应用，保水剂的保水和保肥作用都能得到充分发挥。田间试验证明_,土壤保水剂与氮肥配合使用，吸氮量和氮肥利用率分别提高18.7%和27.1%。俞满源等在陕西延安的试验表明，开沟10~15cm,单施保水剂和单施氮肥的马铃薯产量分别增加42.7%和33.3%,土壤保水剂加氮肥使马铃薯产量增加75%以上。
近年来，我国每年农田氮肥利用率仅30%~35%,磷肥利用率10%~20%,钾肥利用率35%~50%;我国每年农药施用量达30多万t,其中高毒农药占农药总量的70%。农药平均施用量13.4kg-hm-2,农药过量或不合理使用导致约70%~80%的农药作用于非靶标生物或直接进入环境。土壤保水剂对化肥和农药利用效率提高的研究，是治理农田化肥和农药面源污染等重要的技术应用依据。
④土壤保水剂调节植物生理节水效应原理。土壤保水剂植物效应与保水剂的应用方法有关。土壤保水剂处理种子是为种子提供相对湿润的小环境，促进植物种子发芽；土壤穴施或沟施应用保水剂，主要是改变根土水环境，造成部分根系干旱产生ABA信号而调控植物生理节水。李志军等[12]试验证明，作物在其生长发育过程中具有适应土壤干湿交替环境的能力，即作物在受到一定程度水分胁迫时,能够通过补偿效应来弥补产量减少或减少损伤。当土壤保水剂应用于土壤时,随着土壤水分蒸散,作物根系出现部分低水势，产生根源ABA,经木质部导管传输到作物的地上部分，在作物叶片调节气孔开度，减少蒸腾。同时，根系经过一定程度水分胁迫锻炼复水后，水分传导高于未经胁迫锻炼的对照。这两方面作用使作物根系表现出补偿效应。
2.1.3土壤保水剂应用方法
主要有拌种或种子涂层、种子丸衣造粒、根部涂层(亦称蘸根)、土壤直接施用和用作育苗培养基质等方法，常用土壤直接施用法。种子包衣方法处理种子可显著提高低土壤湿度条件下的出苗率。黄占斌等[13]试验表明，施0.05%~1%土壤保水剂的土壤移栽烤烟，缓苗期缩短2d,缺水存活天数较对照多5~20d。大量试验表明，小麦、大麦、小黑麦、玉米、棉花、大豆、花生和马铃薯上应用复合包衣剂后，其增产幅度均在13.8%以上。此外，土壤保水剂也被用作土壤结构改良剂,改善土壤结构和调节肥力,提高作物抗旱力。
2.1.4土壤保水剂的发展趋势
土壤保水剂的发展趋势主要有3个方面：一是加强低成本、长效、多功能、复合和专用保水剂研制。针对土壤保水剂原料涨价和成本增高问题，开发以生物和原生矿物质材料为基质，抗水解且可生物降解的低成本、长效保水剂；加强土壤保水剂应用技术范围，形成拌种、土壤施用和灌水施用等不同剂型的多功能保水剂产品系列。二是加强土壤保水剂的应用基础研究，包括土壤保水剂对土壤和植物作用的时效问题，保水剂对农业的环境影响问题,土壤保水剂在植物根土界面水分变化与植物效应的关系问题等；三是建立土壤保水剂应用技术规范，包括适合不同气候、地区和土壤的保水剂最佳施用量、施用方式和施肥方式等；研究保水剂与其他旱作农业措施相结合的综合应用技术。
2.2作物叶面抗蒸腾剂
作物叶面抗蒸腾剂(anti-transpirant)是能够降低植物蒸腾减少水分损失的一类化学物质。由于作物光合作用和生长保存在干物质中的水分仅占其耗水量的1%左右，90%以上水分为蒸腾消耗，因而降低作物蒸腾耗水是节水和抗旱的重要环节。
2.2.1作物抗蒸腾剂类型与作用原理
抗蒸腾剂按其性质和作用方式分为代谢型气孔抑制齐丨j(metabolicanti-transpirant)、薄膜型抗蒸腾剂(filmforminganti-transpirant)和反射型抗蒸腾剂(reflectinganti-transpirant)3类[14]。
①代谢型气孔抑制剂，能控制气孔开张度而减少水分蒸腾损失。比较有效的有2，4-二硝基酚(2,4-dinitrophenol,DNP)、整形素和甲草胺等。喷施1次DNP降低蒸腾的药效可维持12d;低浓度甲草胺可维持20~22d;CaCl2和粉锈宁等也具有较好的效果，在降低蒸腾作用的同时，对光合作用的影响不太显著，药效可维持2周左右。另一类是K+螯合剂，叶面喷施能影响保卫细胞的膨压而调节气孔运动，降低叶片蒸腾的效果明显，如地衣酸、藻酸和环己基18-冠-6等在极低浓度(10-15mol_L-:)下使大麦叶片蒸腾下降50%，环己基18-冠-6在低浓度下的效果比脱落酸(abscisicacid，ABA)还高1~2个数量级。
②薄膜型抗蒸腾剂，是应用单分子膜覆盖叶面,阻止水分子向大气中扩散。Davenport等试验证明，用薄膜型抗蒸腾剂CS6432(-种蜡质乳液)以1.5%浓度在夹竹桃上喷1次可使蒸腾下降25%~30%，土壤水分的消耗减少40%，叶片水势升高，其效果相当于一次灌水。薄膜型抗蒸腾剂还可用于树苗移栽。用丁二烯酸对欧洲白桦、小叶椴、挪威槭和钻天杨等树苗进行处理，叶片上形成的薄腊使蒸腾在8~12d内下降30%~70%。该技术可使春季造林的季节延长2周。
③反射型抗蒸腾剂，是利用反光物质反射部分光能，达到降低叶面温度减少蒸腾损失的目的。目前研究使用较多的是成本低廉的高岭土(kaolin)。Abou-Khaled等研究表明，旱地小麦播种后45d叶面施用6%的高岭土溶液，叶温较对照低1~2.5蒸腾降低，产量较对照有明显提高，在不同降水年份中，产量提高幅度为16.5%~27.7%。
2.2.2作物叶面抗蒸腾剂的研发与应用
经过多年筛选与应用，作物抗蒸腾剂的研发巳有上百种，其中对苯隶乙酸(phenylmercuricacetate，PMA)、ABA、高岭土(kaolin)、聚氨基葡萄糖(chitosan)和黄腐酸等研究较多。国外抗蒸腾剂研究以薄膜型为主，代谢型抗蒸腾剂的研究主要是对ABA的研究较多，而对反射型抗蒸腾剂研究很少。我国20世纪60年代研究抗蒸腾剂，70年代末期以黄腐酸抗旱剂(fulvicacid，FA)研究为中心。河南省科学院化学研究所对各种FA提取分离，并命名和建立“抗旱剂1号”50t中试车间，后扩展为年产150~200t的生产厂。该研究1992年获国家发明奖，实现我国第一个代谢型抗蒸腾剂的产业化。
作物抗蒸腾剂研究虽然取得一定进展，但由于价格、毒性及效果等问题，至今仍处于试验示范阶段。目前生产中主要推广的是黄腐酸。黄腐酸被认为是一种兼具抗蒸腾作用和促进生长的物质。在实际生产中，中国农业科学院研发的“FA旱地龙”抗旱剂是我国目前农业抗旱节水应用最广泛的节水制剂,为国家水利部推广应用的农作物抗旱新技术[17]。“FA旱地龙”主要成分为天然资源黄腐酸，其黄腐酸含量&8%，有效磷&2%，并含有16种氨基酸和20多种植物所必需的微量元素，是集抗旱、抗寒、抗病和营养为一体的多功能制剂。主要应用方法有喷施、拌种或浸种、随水浇灌和与酸性农药复配。“FA旱地龙”全国年使用面积约1300多万hm2。冯建灿等[18]试验证明，冬小麦宜用“FA旱地龙”500倍稀释液于拔节后抽穗前，视天气喷施1~2次，玉米在拔节前后视天气情况喷施1~2次。“FA旱地龙”可使粮食作物增产10%~15%，经济作物增产15%~40%，节水20%~30%，提早成熟3~7d，投入产出比在1:15以上。
3环境材料在土壤重金属污染治理中的应用
3.1土壤重金属污染及其危害
土壤重金属污染是土壤污染研究和解决的重点。随着工业、城市污染的加剧和农业施肥、污水灌溉、污泥应用的增加，土壤重金属污染日益严重,作物生长和质量越来越受到人们关注。我国受重金属污染的农业土地面积大、分布范围广。全国约2500万hm2土地受到不同程度的重金属污染，占农田总面积的1/5,污染严重的土地超过70万hm2。其中1.3万hm2土地因镉含量超标而被迫弃耕，涉及11个省市的25个地区,我国24个省(市)工矿、城郊污水灌溉区等320个重点污染区中，重金属含量超标的农产品产量占所有污染超标的农产品产量的80%以上，尤其是镉、汞、铅、铜及其复合污染尤为明显。土壤重金属污染物通过直接或间接的方式危害动、植物生长和人的健康。土壤中过量重金属大部分滞留土壤耕作层，影响植物生长。据报道[2%我国每年因重金属污染而导致的粮食减产量超过1000万t,被重金属污染的粮食多达1200万t,经济损失达200亿元。因为土壤重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点，经水和植物等介质最终影响人类健康,治理和恢复难度大。
3.2环境材料与土壤重金属污染治理
重金属污染土壤修复技术发展迅速，主要包括工程措施、物理化学措施、化学改良措施和生物措施,包括植物和微生物菌剂等，其中研究与应用较多的主要是生物修复技术和化学固化修复技术。
化学固化修复是化学修复技术之一，原理是向土壤中加入重金属固化剂或钝化剂，改变重金属和土壤的理化性质，通过吸附、沉淀等作用降低土壤中重金属的迁移能力和生物有效性。随着可持续发展理论研究和应用的深入，重金属固化材料研究越来越受重视。目前，重金属稳定固化修复的材料主要有黏土矿物、磷酸盐、沸石、无机矿物、有机堆肥及微生物等。
矿物材料和有机材料对重金属有较好的稳定效应。余贵芬等研究表明，有机质能使重金属生成硫化物沉淀，也能使还原成低毒的Cr3'余观梅发现，施用粉煤灰钝化污泥能明显降低鸡冠花和高羊茅植株中锌、铜、锰和铅的含量。另外，胡振琪等研究和评价了黏土矿物与菌根稳定化修复重金属污染土壤的效果。
沸石、磷灰石、含铁矿物和磷酸盐等材料具有廉价高效和来源广泛等特点,被用作控制和修复重金属污染土壤的矿物材料。张云琦等[27]研究表明,沸石独特的孔道结构及其所含大量可交换态阳离子对重金属铅和镉的吸附效果尤为明显;Kuznetsov等在灰森林土壤中施用沸石8~16t-hm-2,发现可移动的重金属铅、镍和铜含量明显减少；曾敏等研究发现，碳酸钙施用会显著提高土壤pH,降低土壤交换态镉含量，减少大豆对镉吸收。同时，Kumpiene等总结了应用固化材料治理土壤重金属砷、铬、铜、铅和锌污染方面的研究进展；张云龙等研究了硅素物质对土壤-水稻系统中镉行为的影响；刘昭兵等[32]研究了赤泥对Cd污染稻田水稻生长及吸收累积镉的影响。
高分子保水材料是一种新发现的对重金属有固化效果的环境材料。黄占斌等研究表明，高分子化合物在直接供给作物根系水分、改良土壤结构和养分转化的同时，具有降低重金属对植物污染效应而减小作物对重金属的吸收效果。黄震[34]研究了环境材料(煤基营养材料A、高分子保水材料SAP、煤基复合材料FM和吸附性矿物材料FS)及复合材料对作物生长及其对土壤重金属铅、镉吸收影响。结果表明，单个及复合材料处理较对照能明显减少作物对土壤重金属铅、镉的吸收，并促进作物生长。高分子保水材料(SAP)及其复合材料使玉米对土壤重金属铅的吸收降低50%以上，使镉吸收量降低80%以上。高分子保水材料(SAP)及其复合材料使大豆对土壤重金属铅吸收降低69%以上，使镉吸收量降低33%以上。研究还表明，高分子保水材料(SAP)及其复合材料对重金属铅、镉固化的效应与改良土壤pH、EC、土壤有机质、速效氮磷养分及土壤脲酶、磷酸酶活性等关系密切。
目前对重金属污染土壤进行改良的环境材料越来越多，但相关研究多集中在单一重金属元素上，针对多种土壤重金属复合污染同时修复的研究较少。同时，对环境材料修复重金属污染土壤时存在的潜在风险及钝化修复的长期田间效应研究也不足。
4环境材料在盐碱地改良中的应用
4.1盐碱地及其危害
土壤盐碱化是我国农业重要环境问题之一，我国盐碱地土壤呈现面积大、分布广的特点，现有盐碱化土约1亿hm2,耕地盐碱化760万hm2,占耕地面积近1/5,分布在滨海地区和西部内陆干旱半干旱地区,还包括北方冬季应用融雪剂(主要为氯化钠、氯化钙和氯化镁)除雪造成的绿化地土壤盐碱化。
土壤表层含易溶性盐分超过0.6%~2.0%时为盐土，土壤盐碱化会引起植物生长伤害，造成高浓度盐分降低土壤水势而使植物吸水困难的“生理干旱”,或植物过多地吸收土壤中某种过高浓度的离子而减少其他离子的吸收，形成某种离子在植物体内积累过度使植物受害的“单盐毒害”。此外，植物受盐分胁迫会造成一系列生理代谢失调，如：光合作用受到干扰；低盐浓度促进呼吸，高盐浓度抑制呼吸；盐分胁迫下降低蛋白质合成，促进蛋白质分解和植物死亡。
4.2环境材料与盐碱地改良
盐碱地改良方法包括水利措施、物理措施、化学措施以及生物措施。施用环境材料改良土壤是现代化学措施的一种，随着循环经济和现代化工发展，其应用不断加快。
目前用于改良盐碱地的环境材料主要有两类:一是加钙(代换作用)环境材料，主要有石膏、磷石膏、脱硫石膏、氧化钙、石灰石、磷石膏和煤矸石等。另一类是加酸(化学作用)环境材料，主要有腐植酸、糠醛渣、硫磺、黑矾(硫酸亚铁)、粗硫酸、硫酸铝及酸性肥料等。
施用石膏改良盐碱土。石膏主要成分是硫酸钙,其钙离子代换土壤胶体吸附的交换性钠离子，使钠质土变为钙质土。同时，土壤中游离的碳酸氢钠和碳酸钠经过代换形成硫酸钠随灌水洗盐冲洗掉，土壤中盐碱对作物毒害就会减轻@]。近年电厂烟气脱硫废弃物脱硫石膏改良盐碱地试验示范加快，如沈阳市康平县应用脱硫废弃物改良苏打碱化土壤的玉米，效果明显。宁夏银北灌区利用电厂脱硫石膏种植油葵等作物，取得良好效果。内蒙土默川地区的碱化土壤进行小麦、玉米盆栽试验，提出碱土改良时不必彻底消除交换性钠离子为目标，只要碱化度<10%就适宜作物生长。
腐植酸是另一类研究和应用广泛的盐碱地改良环境材料。腐植酸是一种形成土壤有机-无机复合体的有机胶体物质，也是一种有机大分子两性物质,其阳离子交换量大，缓冲能力强，是调节土壤pH、缓冲土壤酸碱性的有效缓冲剂。此外，腐植酸还可改善土壤结构，增强土壤透水保水性；对金属离子有络合、螯合作用及很强的物理吸附和物理-化学吸附作用。张继舟等使用含腐植酸40%的腐植酸钾加上复混肥，与单施复混肥及对照比较，结果表明,施腐植酸钾处理的0~20cm表土土壤电导率及土壤中水溶性盐基离子K+、Ca2+、Mg2+、NH4+、NO3一、S〇421卩HCO3-均低于对照处理，而单施复混肥的含量均高于对照。腐植酸降低土壤中水溶性盐分作用明显，改良盐碱土及防止土壤盐渍化的效果显著。
为了比较脱硫石膏、腐植酸和聚丙烯酰胺(PAM)结合对盐碱地改良效果，我们在山东省滨州市黄河三角洲中等盐碱化土壤(含盐量0.4%，pH7.8)进行正交试验，结果表明，30g-kg-1脱硫石膏+2g-kg-1腐植酸+0.01g-kg-1PAM组合能有效促进盐碱地的棉花生长，棉花株高、叶面积、鲜重及干重比未加环境材料的对照组分别提高33.4%、41.7%、82.2%和237.8%。土壤分析表明，脱硫石膏可增加土壤Ca2+含量，增强与Na+交换吸附，土壤的钠吸附比SAR显著降低。此外，腐植酸类物质降低土壤pH，有利土壤铵态氮和硝态氮的保持，促进速效磷释放，提高土壤中氮、磷肥的利用效率。
5展望
环境土壤学的特点范文篇9
关键词：土壤；重金属；污染特征；污染评价；果蔗地
中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：0439-8114（2017）07-1262-05
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.07.015
ContentCharacteristicsandRiskAssessmentofHeavyMetalsinChewingCaneSoils
WANGTian-shun，YANGYu-xia，LIAOJie，FANYe-geng，YAYu，ZHUJun-jie，MOLei-xing
（ResearchInstituteofAgro-productsQualitySafetyandTestingTechnology，GuangxiAcademyofAgricultureSciences/QualitySupervisionandTestingCenterforSugarcane，ChinaMinistryofAgriculture，Nanning530007，China）
Abstract：Thecontentsofsoilheavymetals，suchasCd，Pb，Cr，Cu，Zn，AsandHg，insurfacesoil（0～20cm）fromthemainchewingcaneproductionfarmlandinGuangxiZhuangAutonomousRegion，wereinvestigated.Pollutioncharacteristicsofheavymetalsinsoilswereobservedonthebasisofenvironmentalqualitysecondarystandardvaluesofsinglefactorpollutionindexmethodandcomprehensivepollutionindexmethod.Potentialecologicalriskassessmentwasevaluatedbyusingthegeoaccumulationindex（Igeo）andpotentialecologicalriskindex（RI）.TheresultsindicatedthattheaverageconcentrationsofCd，Pb，Cr，Cu，Zn，AsandHgwere0.81，30.4，54.5，29.8，107.4，16.69and0.28mg/kg，respectively.Accordingtothecomprehensivepollutionindex，thepollutiondegreewasmiddledegreewithPNwas2.03.Accordingtothegeoaccumulationindex，thepollutiondegreeofCdwasmiddledegreewithIgeowas1.02，andHgrangedfromlighttomiddledegreewithIgeowas0.30.Thepotentialecologicalriskindexindicatedthattheheavymetalsinthesoilsfromresearchareawereatthemoderateecologicalhazardlevel.TherateofcontributionforCdwasthehighesttopotentialecologicalriskindex.Thus，effectivefarmlandsoilmanagementisnecessarytoensuresecurityproduction，controlsoilpollutionsources，andimplementstandardagriculturalproduction.
Keywords：soils；heavymetals；contaminantcharacteristics；riskassessment；chewingcanesoil
土壤是人类赖以生存的自然资源，也是人类生态环境的重要组成部分。重金属在自然环境中广泛存在，因其持久性、积累性等特性及其对生态环境存在的潜在风险，受到国内外学者的高度关注[1，2]，土壤重金属污染已经成为当前人类面临的重要环境问题，也是目前环境科学领域的研究热点之一[3-6]。土壤重金属污染来源包括矿山采选冶炼、大气沉降、污水灌溉、固体废弃物堆存与处置、交通运输等[7，8]。当土壤中重金属达到一定的累积程度时，会通过食物链传递到动物和人体内，给生态环境及人体健康造成很大危害[9，10]。
近年来，果蔗生产中大量使用农药、磷肥、污水，使得果蔗地土壤-植物系统中重金属污染更为复杂与多样化。土壤是植物生长的载体，其清洁程度直接影响着食物中有毒有害物质的浓度，目前对果蔬、粮食产地[11，12]中重金属的污染评价己有不少报道，但针对果蔗地土壤重金属污染的系统研究鲜有报道。为了解广西壮族自治区横县果蔗种植区土壤质量状况，本研究以果蔗地土壤为对象，利用单因子污染指数法、综合污染指数法、地积累指数法和潜在生态风险指数法对土壤重金属的污染特征及生态风险进行评价，同时探讨了各重金属元素之间的相关性和聚类状况，以期为广西壮族自治区果蔗地土壤重金属的污染防治和治理提供科学依据。
1材料与方法
1.1样品采集与分析
土壤样品全部采自广西壮族自治区果蔗地0～20cm表层土壤。于2014年11月选取36个采样点，每个样点600～1300m2内采用W形布点采集5个子样，现场剔除植物根系、碎石等杂物后充分混合组成一个混合样品，用四分法缩分至约4.0kg，装入聚乙烯塑料袋，贴好标签，带回实验室备用。把采集的土壤置于宽敞、干净、透气的室内，均匀摊开，自然风干，去除石块、植物根系及其他的杂物后用玛瑙研钵研磨后过2mm尼龙筛，再用玛瑙研钵继续研磨后过100目筛。
称取0.2000g经风干处理的土样于聚四氟乙烯罐中。加5mLHNO3、3mLHCl、1mLH2O2和1mLHF，密封消解罐后放入微波消解炉。消解程序分3步，步骤1为160℃、90%功率消解10min；步骤2为200℃、90%功率消解25min；步骤3为100℃、40%功率消解5min。消解完室温放置后，转移消解罐中的溶液于聚四氟乙烯烧杯中，加热蒸发去除氮氧化物。剩余液体做如下处理：①转移至100mL容量瓶，用1%硝酸稀释至刻度线，混合均匀后用石墨炉原子吸收仪（MKⅡMQZ，美国Thermo）测定溶液中Cd、Pb的含量、用火焰原子吸收仪（AA240，美国Varian）测定Cr、Cu、Zn的含量；②转移至50mL容量瓶，加入5mL50g/L硫脲和50g/L抗坏血酸溶液作掩蔽剂，用5%盐酸稀释至刻度线，混合均匀，室温下静置30min后用原子荧光光谱仪（AFS-230E，北京海光仪器公司）测定As和Hg的含量。
试验所用试剂均为优级纯试剂，用水均为超纯水。
1.2土壤重金属污染评价
土壤评价标准采用GB5618-1995《土壤环境质量标准》[13]中的二级标准和广西土壤背景值[14]，采用单因子污染指数、内梅罗综合污染指数法、地积累指数法以及潜在生态危害指数法分别对土壤重金属污染状况进行评价。采用Excel2007和DPS软件对数据进行统计分析。
1.2.1单因子污染指数法单因子污染指数法是用来评价单个污染因子对土壤的污染程度，污染指数愈小，说明该因子对环境介质污染程度愈轻[15，16]。其计算公式如下：
Pi=Ci/Si
式中，Pi为土壤中重金属的污染指数，具体反映某污染物超标倍数和程度；Ci为土壤中重金属含量的实测值（mg/kg）；Si为土壤中重金属的标准限定值（mg/kg）。当Pi≤1时，表示样品未受污染；当Pi>1时，表示样品已被污染。Pi的值越大，说明样品受污染越严重。Pi评价标准见表1。
1.2.2综合污染指数法综合污染指数法[17，18]，即内梅罗污染指数，是将目标单个污染指数按一定方法综合起来考虑对环境介质的影响程度，采用兼顾单元素污染指数平均值和最大值的一种评价方法。其计算公式如下：
PN=■
式中，Piave为土壤中各重金属污染指数的平均值；Pimax为土壤中单项重金属的最大污染指数；PN为采样点的综合污染指数，其评价标准见表1。该方法突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响，能反映出各种污染物对土壤环境的作用，将研究区域土壤环境质量作为一个整体与外区域或历史资料进行比较。
1.2.3地积累指数法地积累指数（Igeo）是德国海德堡大学沉积物研究所的科学家Müller[19]提出的一种研究沉积物中重金属污染的定量指标，在欧洲被广泛采用。该方法在考虑自然地质过程造成背景值影响的同时，充分考虑了人为活动对重金属污染的影响，因此该指数不仅可以反映沉积物中重金属分布的自然变化特征，而且可以判别人为活动对环境的贡献[20，21]。其计算公式为：
Igeo=log2[Cn/（1.5×Bn）]
式中，Cn为样品中元素n在沉积物中的实测值；Bn为沉积物中该元素的地球化W背景值，本研究采用广西壮族自治区土壤环境背景值作为参照标准；1.5为修正指数，用于校正区域背景值差异。地积累指数划分为7级，Igeo≤0，为1级，无污染；0
1.2.4潜在生态危害指数法重金属元素是具有潜在危害的重要污染物，与其他污染物的不同之处在于它们对环境危害的持久性、生物地球化学的可循环性及潜在的生态危害。潜在生态危害系数法是瑞典科学家Hakanson[22]提出的一种沉积物中重金属的评价方法，为了使区域质量评价更具有代表性和可比性，该方法从重金属的生物毒性角度出发，反映了多种污染物的综合影响[23，24]。土壤中多种重金属元素潜在生态危害指数是各单一重金属元素的潜在生态危害指数之和。其计算公式如下：
RI=■Eri
Eri=Tri×Csi/Cni
式中，Csi为表层土壤重金属元素i的分析测量值；Cni为土壤重金属元素i的参比值，本研究采用广西壮族自治区土壤环境背景值作为参照标准；Tri为重金属元素毒性系数[25]，各重金属的毒性系数分别为Cd=30，Pb=Cu=5，Cr=2，Zn=1，As=10，Hg=40[26]。Eri为单个重金属的潜在生态危害指数；RI为多种重金属综合潜在生态危害指数。重金属污染的生态危害指数分级标准见表2。
2结果与分析
2.1研究区土壤重金属含量特征
研究区36个土壤样品的重金属元素的含量范围、均值、标准差等特征参数见表3。需要说明的是，有32个土壤样品土壤呈酸性，4个土壤样品土壤呈弱碱性。研究区土壤中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、As和Hg的平均含量分别为0.81、30.4、54.5、29.8、107.4、16.69、0.28mg/kg，除了Cr和As外，其他5种重金属平均含量均超过广西土壤背景值，分别为土壤背景值的3.03、1.27、1.07、1.42、1.84倍。
7种重金属的标准差除Cd和Hg外，其他均较大；Cr、Zn的标准差在15以上，Pb的标准差为9.37，As的标准差为5.97，Cu的标准差为5.20。说明重金属的分布不均匀，甚至有的重金属分布极不均匀。土壤中7种重金属的变异系数从大到小的顺序依次为Hg、Cd、Cr、As、Zn、Pb、Cu，其中，Hg、Cd变异系数分别为48.3%、46.1%，说明Hg和Cd受人为活动干预强烈，其次为Cr、As、Zn，Cu的变异系数最小，表明在整个研究区域Cu含量相对比较均一。
2.2土壤重金属污染评价
2.2.1单因子污染指数与综合污染指数评价研究区土壤重金属单因子污染指数见表4。结果表明，研究区土壤中重金属Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、As和Hg单因子污染指数的平均值分别为2.73、0.61、0.36、0.55、0.53、0.44和0.88。按照土壤环境质量二级评价分级标准，土壤样品中重金属元素Cr、Cu、Zn、As单因子污染指数均小于1，属于安全等级。重金属元素Cd、Pb和Hg单因子污染指数达到轻污染水平的样本占样本总数的19.4%、2.8%和30.6%；Cd和Hg单因子污染指数达到中污染水平的样本分别占样本总数的11.1%和2.7%；Cd单因子污染指数达到重污染水平的样本占样本总数的58.3%。
采用综合污染指数法对采样点土壤中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、As和Hg7种重金属元素污染状况进行综合评价，由各单因子污染指数计算可知，采样点的综合污染指数值为2.03，污染等级属于中污染。
2.2.2地积累指数法评价地积累指数法是从地球化学的角度出发来评价土壤中重金属的污染。它除了考虑到人为污染因素、环境地球化学背景值外，还考虑到由于自然成岩作用可能会引起背景值变动的因素，它所采用的背景值一般为未受人类活动影响的沉积岩中的地球化学背景值，因此该方法更多的强调了土壤中重金属污染的历史累积作用。由表5可知，果蔗地土壤中Cd的污染程度相对比较严重，污染等级为3级，污染程度达中等污染；其次是Hg，污染等级为2级，其污染程度达轻-中等污染；Pb、Cr、Cu、Zn和As均属于无污染。7种重金属的污染程度顺序依次为Cd>Hg>Zn>Pb>Cu>As>Cr。
2.2.3潜在生态危害评价潜在生态危害指数法是从沉积学角度出发，它不仅考虑了土壤重金属含量，而且将重金属的生态效应、环境效应与毒理学联系在一起，因此其评价结果主要反映了人类活动对土壤的潜在生态危害。由表6可知，从单个重金属的潜在生态危害系数来评价，果蔗地土壤的主要潜在生态危害重金属为Cd和Hg，Cd污染达到强生态危害程度，Hg污染达到中等生态危害程度，其他5种重金属均为轻微生态危害程度，其潜在生态危害顺序为Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn>Cr。综合潜在生态危害指数达到187.27，处于中等生态危害程度。
2.3研究区土壤重金属含量相关分析
研究区土壤中重金属之间的相关性可以推测重金属的来源是否相同，若它们之间存在相关性，则它们的来源可能相同，否则来源可能不同[16]。利用DPS软件对各重金属进行相关性分析，在0.05和0.01显著性水平下，所有变量间相关系数如表7所示。As与Cd、Cr、Cu、Zn之间存在极显著正相关，表明As和Cd、Cr、Cu、Zn之间紧密相关；Zn与Cr、Cu之间存在极显著正相关；Cu与Cr之间存在极显著正相关，Cu与Pb之间存在极显著负相关；Cd与Cr之间存在极显著正相关。相关性结果可以说明研究区域土壤重金属As与Cd、Cr、Cu、Zn同源性很高，与果蔗栽培管理过程中污水的灌溉、污泥的施用及重金属农药的施用有关，Hg与其他重金属元素之间没有明显的相关性，说明研究区域Hg含量受人为活动的影响强烈，有外源污染M入。
2.4研究区土壤重金属聚类分析结果
利用DPS软件对研究区各重金属进行聚类分析，结果如图1所示。由图1可知，7种重金属共分为5组，第一组为Pb和Cu；第二组为As；第三组为Cr；第四组为Cd和Hg，它们的潜在生态危害指数分列前2位；第五组为Zn。Pb和Cu、Cd和Hg是距离较近且潜在生态危害指数值接近，分别被聚为一类。
3结论
研究区域土壤重金属Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、As和Hg的平均含量水平分别为0.81、30.4、54.5、29.8、107.4、16.69、0.28mg/kg。利用《土壤环境质量标准》二级标准进行评价，结果显示Cd污染最严重，单因子污染指数最高为4.93；Hg污染次之。
重金属地积累指数评价结果表明，果蔗地土壤中Cd的污染程度相对比较严重，污染等级为3级，污染程度达中等污染；其次是Hg，污染等级为2级；潜在生态危害综合指数评价结果显示，果蔗地土壤中重金属污染处于中等生态危害程度，其土壤的主要潜在生态危害重金属为Cd和Hg，Cd污染达到强生态危害程度，Hg污染达到中等生态危害程度。
土壤中7种重金属的相关性分析表明，研究区域土壤重金属As与Cd、Cr、Cu、Zn具有同源性，与果蔗栽培管理过程中污水的灌溉、污泥的施用及重金属农药的施用有关；聚类分析表明，Pb和Cu、Cd和Hg距离较近且污染指数值接近，分别被聚为一类。
广西壮族自治区果蔗地土壤重金属污染来自多种污染源，笔者认为土壤重金属累积的原因主要是各种含重金属农用物资的投入、污水灌溉及污泥施用等。对被污染土壤应采取一些农业、生物及施用一些改良剂等措施进行综合修复、治理，以确保生态环境及果蔗产品的安全。
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环境土壤学的特点范文
关键词:土壤重金属污染
1、研究背景
据我国农业部进行的全国污灌区调查，在140万公顷的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%，其中轻度污染的占46.7%，中度污染的占9.7%，严重污染的占8.4%。由此可见我国土壤受重金属污染的情况较为严峻[1]。
在环境污染研究中，重金属多指Hg,Cd,Pb,Cr以及类金属As等生物毒性显著的元素，其次是指有一定毒性的一般元素，如Zn,Cu,Ni,Co,Sn等。人们所说的土壤重金属污染主要是由于Zn,Cu,Cr,Cd,Pb,Ni,Hg,As8种重金属元素等引起的土壤污染。土壤是人类赖以生存的自然条件，如果土壤被重金属污染将直接导致粮食、蔬菜、瓜果等的重金属含量增加。同时因为重金属不能为土壤微生物所分解，而易于积累转化为毒性更大的甲基化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，从而严重危害人体健康[2]。由于重金属在土壤中难以被分解、转化或吸收，所以充分认识土壤污染及危害，保护土壤，防治污染是十分重要的任务。
2、土壤重金属污染的特点
大多数重金属是过渡性元素，而过渡性元素的原子具有其特有的电子层结构，这使重金属在土壤环境中的化学行为具有下列一系列特点;
(1)重金属具有可变价态，它能在一定的幅度内发生氧化还原反应。不同价态的重金属具有不同的活性和毒性。
(2)重金属易在土壤环境中发生水解反应，生成氢氧化物;它也易与土壤中的一些无机酸发生反应生成硫化物、碳酸盐、磷酸盐等。这些化合物在土壤中的溶解度较小，所以重金属不易迁移而易累积于土壤中，从而降低了污染危害范围扩大的可能性，但却使变长了污染区的危害周期和加大了重金属危害程度。
(3)重金属作为中心离子，能够接受多种阴离子和简单分子的独对电子，生成配位络合物:还可与一些大分子有机物，如腐殖质、蛋白质等生成鳌合物。上述反应增大了重金属在水中的溶解度，进而使重金属在土壤环境中更易迁移‘从而增大了重金属污染区域范围。
重金属的所有这些化学特性，决定了重金属在土壤环境中具有多变的迁移特性。重金属污染的主要特点，除了污染范围广、持续时间长外，还有污染隐蔽性，而且它无法被生物降解，并可能通过食物链不断地在生物体内富集，进而可转化为毒害性更大的甲基化合物，对食物链中某些生物产生毒害，最终在人体内蓄积而危害人体健康。重金属的上述特性决定了其在污染和环境危害中的特殊作用。
3、土壤重金属污染的危害
土壤重金属污染对环境产生的危害主要有下列途径:
(1)受污染的土壤直接暴露在环境中，动物或人直接或间接地吸收了受污染的土壤颗粒等;
(2)土壤中的重金属通过淋溶作用向下缓慢渗透，从而污染了地下水;
(3)外界环境条件的变化，例如酸雨、施加土壤添加剂等因素，提高了土壤中重金属的活性和生物有效性，使得重金属较易被植物吸收利用，从而进入食物链后对动物和人体产生毒害作用。
4、重金属污染土壤治理方法
土壤重金属污染的治理，世界各国都开展了广泛的研究工作。目前，所采用的土壤重金属污染的治理方法主要有下列四种。
4.1生物措施
生物措施是利用生物的某些特性来适应、抑制和改良重金属污染土壤的措施。生物措施包括动物治理、微生物治理和植物治理三种方法。
动物治理是利用土壤中的某些低等动物(如虹蜕和鼠类)能吸收土壤中的重金属，因而能一定程度地降低污染土壤中重金属的含量。在重金属污染的土壤中放养蛆蜕，待其富集重金属后，采用电激、灌水等方法驱出蛆叫集中处理，对重金属污染土壤也有一定的治理效果[3]。
植物治理是利用有些植物能忍耐和超量累积某种或某些重金属的特性来清除污染土壤中的重金属。通常，它有三个部分组成:植物萃取技术、根际过滤技术、植物挥发技术。植物治理的关键是寻找合适的超积累或耐重金属植物。
生物措施的优点是实施较简便、投资较少和对环境拢动少。缺点是治理效率低(如超积累植物通常都矮小、生物量低、生长缓慢且周期长)，不能治理重污染土壤(因高耐重金属植物不易寻找)和被植物摄取的重金属因大多集中在根部而易重返土壤等。
4.2工程措施
工程措施包括客土、换土、翻土、去表土等方法，适用于大多数污染物和多种条件。
客土是在污染土壤上加入未污染的新土;换土是将已污染的土壤移去，换上未污染的新土;翻土是将污染的表土翻至下层:去表土层是将污染的表土移去。这些方法能使耕作层土壤中重金属的浓度降至临界浓度以下，或减少重金属污染物与植物根系的接触而达到控制危害的目的。
用工程措施来治理重金属污染土壤，具有效果彻底、稳定等优点，是一种治本的措施。但由于存在实施繁复、治理费用高和易引起土壤肥力减弱等缺点。因而一般适用于小面积、重污染的土壤。
4.3农业措施
农业措施是因地制宜的改变一些耕作管理制度来减轻重金属的危害，以及在污染土壤上种植不进入食物链的植物。
用农业措施来治理重金属污染土壤，具有可与常规农事操作结合起来进行、费用较低、实施较方便等优点，但存在有些方法周期长和效果不显著等缺点，农业措施适合于中、轻度污染土壤的治理。
4.4化学措施
化学措施是向污染土壤投加改良剂，增加土壤有机质，阳离子代换量和粘粒的含量，以及改变pH,Eh和电导等理化性质，使土壤中的重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低重金属的生物有效性。
用改良措施来治理重金属污染土壤，其治理效果和费用都适中，对污染不太重的土壤特别适用。但需加强管理，防止重金属的再度活化。
5、结论
随着土壤重金属污染日益加剧，土壤重金属污染的治理已成为当前研究的热点。土壤重金属污染具有高累积性和不可逆转性，污染一旦发生，仅依靠切断污染源的方法难以进行彻底恢复。目前，己有一些污染土壤治理的方法，但从其发展和需求来看，还须发展更加有效的治理技术。
参考文献：
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环境土壤学的特点范文1篇11
【关键词】土壤水分；测定
一、土壤水分测定的主要方法
（1）烘干法。烘干法又名重量法。烘干法测定的是土壤重量含水量，有恒温箱烘干法、酒精燃烧法、红外线烘干法等，恒温箱烘干法一直被认为是最经典和最精确的标准方法。即取土样放入烘箱，烘至恒重，此时土壤水分中的自由态水以水蒸气形式全部散失掉。再称重量，从而获得土壤水分含量。烘干法的优点是就样品本身而言结果可靠，是土壤水分测定的基本方法，也是检验其他测定方法优劣性的常用方法。但它的缺点也是明显的，取样时会破坏土壤深层，且取样困难，定点测量时不可避免由取样换位而带来误差，在很多情况下难以进行长期原位监测，且受土壤空间变异性影响也比较大。另外传统的测定含水量的恒温箱烘干法费时费力（需8小时以上），还需要干燥箱及电源，不适合野外作业。采用酒精燃烧法，由于需要翻炒多次，极为不便，不适合用于细粒土壤和含有有机物的土壤，且容易掉落土粒或燃烧不均匀而带来较大误差。红外线法测定精度虽高，但需要专门的仪器。（2）射线法-中子仪法。中子仪法是将中子源埋入待测土壤中，中子源不断发射快中子，快中子进入土壤介质与各种原子离子相碰撞，快中子损失能量，从而使其慢化。中子法十分适用于监测田间土壤水分动态，套管永久安放后不破坏土壤，能长期定位连续测定，不受滞后作用影响，测深不限。中子仪还可与自动记录系统和计算机连接，因而成为田间原位测定土壤含水量较好的方法，并得到广泛应用。需要田间校准是中子法的主要缺点之一。另外，仪器设备昂贵，一次性投入大。中子法对土壤采样范围为一球体，这使得在某些情况下测量结果会出现偏差。此外，中子仪还存在潜在的辐射危害。（3）介电特性法——时域反射仪法（TDR）。时域反射仪法（TDR）是一种确定介电特性的测定方法。与土壤中的固体颗粒和空气相比，水的介电常数在土壤中处于支配地位，因此土壤水分含量越高，介电常数值就越大，沿波导棒的电磁波传播时间就越长，通过测定土壤中高频电磁脉冲沿波导棒的传播时间后再计算出传播速度，进而就可以确定出土壤容积含水量。时域反射仪法（TDR）克服了中子仪的若干缺点，它测定的精度较高，无放射性且适于长期定点观测。但目前，其价格仍较高。（4）遥感法。遥感法是一种非接触式、大面积、多时相的土壤水分监测方法。土壤水分的遥感取决于土壤表面发射或反射的电磁能的测定，而土壤水分的电磁辐射强度的变化则取决于其电介特性或温度，或者这两者的组合。微波遥感虽具有全天时、全天候、多极化和一定的穿透特性等优点，但由于影响土壤水分变化的因素较多，因而遥感监测土壤含水率仍是农业遥感中的一个难题。最有效的途径应该是多种遥感方法并用，发挥各自的优点，比如利用可见光和近红外信息估算植被覆盖，用主动微波估算粗糙度，据此由被动微波资料研究土壤水分的综合遥感方法。
二、土壤水分研究现状分析及研究展望
（1）土壤水分研究中存在的问题。农学家、水力学家、生态学家、环境学家、气象学家等在土壤水的研究中都进行了有益的研究，但应用性的各学科的联合研究并不广泛；目前对土壤水分运动的机理性研究虽然取得了一定进展，但由于土壤水问题比较复杂，对于机理性研究仍需不断深入。就国内而言，我国的土壤水研究工作起步较晚，但取得的成就却是显著的，在土壤水分测定的研究工作中，国内科技工作者通过不懈的努力取得了许多进步，但还是与国外先进技术存在着一定的差距。（2）研究展望。随着人口、资源与环境成为可持续发展的3大热点，与之密切相关的土壤水研究亦必在可持续发展的战略高度下向纵深发展。土壤水分研究涉及土壤学、农业气象学、植物生理学、水力学、环境学、生态学、地学等多学科的交叉联合研究是未来土壤水分测定研究的发展趋势；随着全球环境问题的不断日益严峻，土壤中的溶质运移、污染物的扩散稀释、优先流等理论研究将受到关注。基于不同陆面过程的土壤水分动态变化研究将是一个主要研究方向；出于对宏观与全局研究的需要，遥感技术将更广泛地应用于探讨点、面和区域的土壤水特点、相应的尺度效应和尺度转换等方面；土壤水分的测试仪器将更为精密，土壤水分的动态基理性研究将更加深入，以农业节水和高效用水为中心的土壤水与作物关系研究将广泛开展；土壤水分测定仪器将会向高精度、分布式、智能化方向发展。
参考文献
[1]土壤水分测定方法编写组.土壤水分测定方法[M].水利电力出版社，1986
环境土壤学的特点范文1篇12
关键词：放牧家畜；天然草场；土壤重金属；相关性
中图分类号：S852.16+5文献标识码：A文章编号：0439-8114（2012）20-4579-04
畜牧业是青海国民经济发展的重要资源依托，其质量的优劣对该地区的畜牧业发展具有极其重要的影响，草场中重金属含量是衡量畜产品品质的重要指标[1，2]。青海有机畜牧业的发展与草场土壤、牧草和家畜中的重金属含量有直接关系。土壤中的重金属累积到一定程度就会对土壤-植物-禽畜系统产生毒害[3]，重金属污染物对人类具有潜在危害，可以通过食物链最终危害到人类健康，与大多数的污染物不同，重金属的特殊威胁在于它不能被微生物所分解。相反地，生物体可以富集重金属，并把它转化为毒性更大的金属有机化合物。研究表明，汞能沿着食物链由植食性动物向肉食性动物进行传递[4]。由于食物链是重金属富集的主要途径，而食物链中的重金属主要来自饲养环境中的土壤、水，重金属从土壤向食物链迁移的状况直接影响人类摄取重金属的水平，最终对人类的健康造成威胁。因此，研究污染性元素的迁移及累积规律，是环境科学的重要任务之一[5]。一般情况下，土壤中自然存在的汞、砷、镉、铅不至危害到人类健康，造成土壤中汞、砷、镉、铅富集的原因是人类因素引入的。随着人类活动，如采矿、草地杂毒草和鼠虫害的化学防除、人工草地的建设以及其他非有机的干扰活动（如施肥、农药的使用等），对青海草地畜牧业经营干扰程度的加强，草地畜牧业生产往往会受到重金属的污染。本试验研究汞、砷、镉、铅4种重金属在“土壤—牧草—家畜”生态环境中迁移与累积规律，为制定放牧家畜无公害牛羊肉生产地环境质量标准和生产技术规范提供科学参考依据。
1材料与方法
1.1试验地概况
试验地选择青海省海南州共和县江西沟、黄南州河南县优干宁镇、海北州祁连县阿柔乡3个试验区。试验区属高原大陆性气候。其气候特点为雨热同季，干湿季差别明显；热量不足，无霜期短，降水变率大，时空分布不均；光照时间长，太阳辐射强；冷季漫长干冷，暖季短促润凉。海南州共和县江西沟地处青藏高原北隅，1月均温-14℃，7月均温18.3℃，年降水量300～400mm，平均海拔3200m，一般海拔2160～5360m。黄南州河南县优干宁镇平均气温-0.9～8.5℃，年降水量549.4mm，平均海拔在3500m以上。海北州祁连县位于青海省海北藏族自治州北部，东、北部与甘肃省接壤，地处祁连山南麓中端。年平均气温-1.8℃，年降水量270～550mm，一般海拔2180～5287m。
1.2材料
海南州共和县江西沟、黄南州河南县优干宁镇、海北州祁连县阿柔乡3个试验区，分别采集土壤样品、牧草样品及牦牛肉样品、羊肉样品。
1.2.1土壤样品采集每试验区选3个样地在牛羊放牧或采食地按对角线法选择5个采样点采集土样，采样时去除地表的草根再取土，除去草根、石头等杂物，在80℃烘箱中烘干至恒重，用玛瑙研钵将其研磨并过100目筛，装袋备用。
1.2.2牧草样品采集在土壤样品的采集点采集1m2样方的可食牧草，在65℃烘箱中烘干至恒重，粉碎过40目筛，装袋备用。
1.2.3肉样采集在试验区的屠宰期随机选择各10只（头）体格相近，年龄3～4岁的牦牛，年龄1～2岁的羊，选取肌肉部分采用不锈钢搅拌机将其打磨成糊状，待测。
1.3试验方法
土壤、牦牛肌肉、羊肌肉、牧草样品中镉、铅含量的测定采用石墨炉原子吸收分光光度法[6-8]；土壤、牦牛肌肉、羊肌肉、牧草样品中汞含量的测定采用冷原子吸收分光光度法[6-8]，土壤样品采用硫酸-硝酸-高锰酸钾消解。土壤样品中砷含量测定采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法[6]，肉、牧草样品砷含量测定银盐法[7，8]。
1.4统计分析
试验数据统计用SPSS11.5进行LSD检验及回归分析。
2结果与分析
2.1不同放牧区土壤、牧草、牛羊肌肉组织中重金属含量分析
由表1可知，3个不同放牧地区土壤中汞、砷、镉、铅的含量差异显著（P海南州共和县>海北州祁连县；海北州祁连县镉的含量超过土壤环境质量标准限量值，其含量依次为海北州祁连县>海南州共和县>黄南州河南县；砷和铅的含量均符合土壤环境质量标准要求[9]。在研究区中4种重金属的污染程度以汞最大，其次是镉。
黄南州河南县、海南州共和县土壤中汞的含量以及海北州祁连县镉的含量超过土壤环境质量标准限量值，但牧草、牦牛肌肉组织、羊肌肉组织中汞、砷、镉、铅含量均不超标，符合国家食品卫生和饲料卫生标准[7，8]，这可能与草地牧草积累重金属的能力以及土壤重金属含量有关，牧草中重金属含量随土壤污染程度加重而增加。试验结果表明，青海省3个主要放牧区生产的牛羊肉产品中汞、砷、镉、铅重金属指标符合国家食品卫生标准[7]。
海南州共和县、黄南州河南县的牧草中汞、砷、镉含量差异不显著（P>0.05），但两州牧草中的汞、砷含量极显著高于海北州祁连县牧草中的含量（P0.05）。海北州祁连县羊肌肉中砷含量差异极显著低于其他地区（P
2.2牦牛肌肉、羊肌肉组织中重金属含量与土壤、牧草中重金属含量的相关性
由表2可知，牦牛肌肉中汞、镉的含量与饲养环境土壤、牧草中汞、镉的含量具有显著的相关关系，牦牛肌肉中砷含量与饲养环境土壤中砷含量有显著的相关关系（R=0.946，P0.05），牦牛肌肉中铅含量与饲养环境土壤、牧草中铅含量的线性回归模型方差检验（土壤：R=0.049，P>0.05；牧草：R=0.520，P>0.05），说明牦牛肌肉中铅的含量与饲养环境土壤、牧草中铅的含量无显著的相关关系，这一研究结果相同于蔡秋等[10]牛肌肉组织中的铅含量与土壤环境、饲料无显著的相关关系。
羊肌肉中砷含量与饲养环境土壤、牧草中砷含量的线性回归模型方差检验（土壤：R=0.806，P0.05），说明羊肌肉中铅的含量与饲养环境土壤、牧草中铅的含量无显著的相关关系。
研究区牧草中重金属元素向牦牛肌肉、羊肌肉组织迁移的迁移系数[10]（见表3）。由表3可知，从总的迁移系数看，汞的迁移系数最大，其次为砷。汞、砷向羊肌肉的迁移系数大于牦牛肌肉，镉向牦牛肌肉、羊肌肉迁移的系数最小，这可能与不同重金属在肌肉组织中蓄积的能力不同，不同畜种对重金属蓄积能力也不同有关。镉向肌肉组织的迁移较少[11，12]，这是由于进入机体的镉首先进入肝脏，然后与肝脏的金属硫蛋白结合成镉的金属硫蛋白复合物向肾脏转移，通过这种方式将镉束缚成相对稳定的形式，镉在体内的分布主要集中在肾脏[13]。
3讨论
不同放牧地区土壤中汞含量超过土壤环境质量标准限量值，海北州祁连县镉的含量超过限量值，其他指标符合土壤环境质量标准要求。这可能与3个试验区近年大面积使用化学药剂灭杂草灭鼠害以及人工草地、半人工草地施肥造成土壤中重金属汞、镉超标有关，另外海北州祁连县矿藏资源丰富有大量矿场，土壤汞、镉超标可能与采矿有关。已报道有机肥料中的重金属和过磷酸钙中的镉、铅对土壤有污染[14]，通过肥料、土壤改良剂和大气沉积进入土壤的镉使土壤的镉缓慢增加[3]。随着人类活动，加大了青海草地畜牧业经营干扰程度，草地畜牧业生产受到重金属等污染困扰，生产无公害无污染高品质具有市场竞争力的畜产品，必须加强草地畜牧业经营管理，降低污染物从家畜饲养环节系统向家畜体内迁移和蓄积的途径，控制使用化学农药、肥料，控制开采矿藏。
牦牛肌肉中汞、镉含量与饲养环境土壤，牧草中汞、镉含量具有显著相关关系；羊肌肉中砷含量与饲养环境土壤、牧草中砷的含量具有显著相关关系。牦牛肌肉、羊肌肉组织重金属元素蓄积与天然饲养环境中的土壤、牧草和饮用水的重金属含量及污染程度密切相关，随饲养环境的重金属含量和污染水平的提高，肌肉组织中的重金属含量显著增加，但牦牛肌肉、羊肌肉组织的重金属含量与土壤、牧草中的含量并非呈单纯的正比关系。牦牛肌肉、羊肌肉中铅的含量与饲养环境土壤、牧草中铅的含量无显著的相关关系，这可能与土壤中铅含量较低，平均值1.27mg/kg，远低于土壤环境质量标准≤35.00mg/kg有关。
由于牦牛肌肉组织中汞含量与饲养环境土壤、牧草汞含量具有显著正相关关系，汞迁移系数又大，因此当环境受到汞污染，牦牛肉最易被污染，质量受到危害，镉的迁移系数最小并不意味家畜不易吸收蓄积镉，只是镉向肌肉组织中迁移较少，而主要集中在肾脏。
4小结
试验表明，草地环境中的重金属汞、砷、镉、铅可能通过食物链向牛、羊肌肉组织中迁移，已报道青海省海北州祁连县有害金属元素镉在牦牛奶中含量超过食品添加剂联合专家委员会制定的PTWI7μg/kg标准，与草地环境被污染有关[15]。尽管试验区牛、羊肉中4种重金属含量不超标，但人类活动如采矿、农药、化肥、工矿业废气、废液等都会造成土壤重金属污染，土壤中的重金属累积到一定程度就会对土壤-植物-畜禽系统产生毒害，更为严重的是有毒重金属在土壤系统中的污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，一旦发现土壤遭到重金属污染，不仅为时已晚，而且治理非常困难，因此草地畜牧业生产管理中应控制大量使用化肥和农药，建议采用生物方法如控制放牧强度，抑制鼠虫数量爆发和毒杂草的蔓延，控制开矿、采矿，同时制定放牧家畜无公害牛、羊肉生产地环境质量标准和生产技术规范。
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