成都经济区浅层土壤地球化学特征的土壤分类学意义

土壤的科学分类是土壤资源开发和利用的基础,土壤的系统分类以定量化、标准化和国际化为特点,但其大众化水平有待进一步提高,尚需加强与土壤发生分类的参比研究,并深化其在农业生产应用、土壤环境评价等方面的实践意义。自上世纪末至今,在我国东部开展了大面积、高密度的以土壤为主要介质的多目标(如农业和环境等)地球化学调查,获得了海量的地球化学数据,这无疑也为土壤分类指标化提供了全新资料。利用四川省成都经济区多目标地球化学调查获得的3061个浅层土壤样品(0～20cm)的52个元素全量和pH值分析数据,按照已知的土壤发生分类类数(8种土类)进行了样品聚类分析。结果表明:(1)浅层土壤的地球化学数据能较好地用来区分两类土壤,即紫色土一类的幼年土壤(在很大程度上继承了母岩、母质的地球化学特征)和受强烈人为活动水耕、旱耕熟化的土壤(外来物质的不断加入显著地改变了浅层土壤原有的地球化学性质);(2)各类土壤因母岩母质和利用方式不同,各具明显的标志性元素组合特征,如紫色土(高Ca和pH值)、黄壤(低碱和碱土金属元素和pH值)、水稻土(高有机元素、肥料元素和重金属元素)和潮土(高造岩副矿物元素)等,因此,这些元素组合是土壤分类两个要素(母质和人为作用)的重要参照系;(3)浅层土壤的地球化学特征不可能完整地体现成土条件、成土过程和土壤属性这三个发生分类依据,因此,聚类分析结果与发生类型之间存在一定的差异。     

成都经济区土壤磁化率特征及其环境意义

通过对54个根系土和14条土壤剖面土磁参数与化学组成的分析测试、以及根系土相对应的水稻籽实样品化学分析结果,较系统地总结了成都经济区土壤磁化率特征。结果表明：①土壤磁化率在数值上主要受成土母质控制;②在根系土壤样品中,根系土磁化率比其下层土壤磁化率有不同程度的增加;③不同类型土壤的磁化率均与土壤中Cd含量呈正相关,并对土壤污染程度有较好的指示性;④利用磁化率可以对土壤进行初步分类。     

成都经济区土壤质量地球化学评估

通过对成都经济区土壤重金属元素和有益元素含量高低的测定,参照相关国家或行业标准,根据土壤环境质量、土壤养分质量进行地球化学分等,最终进行土壤质量地球化学评价。结果表明:成都经济区土壤质量以Ⅲ、Ⅳ等为主,占调查面积的56.05%左右,土壤较清洁,养分较高,适宜农业生产;其次是Ⅴ、Ⅵ等,占总面积的39.02%左右,土壤存在不同程度的重金属污染现象,养分低,应加强管理;Ⅰ、Ⅱ等土壤面积仅占4.95%,是发展有机、无公害农业的理想区域,应注意强化保护和合理利用。     

成都经济区农业土壤Cd元素的解吸动力学

对不同酸雨条件下水稻土Cd释放的研究发现,吸附态Cd释放的过程可以分为快反应和慢反应2个阶段。采用常见的动力学方程和本文创建的反三角函数方程,对淋滤实验数据进行了拟合。结果表明,反三角函数方程对多种酸雨条件下水稻土吸附态Cd释放过程的拟合度最佳。此外,多项式方程也能较好地描述这一过程。     

成都经济区农业土壤Cd元素的解吸动力学

对不同酸雨条件下水稻土Cd释放的研究发现,吸附态Cd释放的过程可以分为快反应和慢反应2个阶段。采用常见的动力学方程和本文创建的反三角函数方程,对淋滤实验数据进行了拟合。结果表明,反三角函数方程对多种酸雨条件下水稻土吸附态Cd释放过程的拟合度最佳。此外,多项式方程也能较好地描述这一过程。     

成都经济区黄壤土壤剖面Pb形态分布特征及其影响因素

土壤剖面中不同形态铅迁移转化及其影响因素的研究对于了解Pb的土壤地球化学行为具有非常重要的意义。以四川省成都经济区农田生态系统黄壤剖面中不同形态Pb分布特征为例,探讨黄壤剖面中不同形态Pb的迁移转化影响因素及其生态危害性。结果表明:在黄壤剖面中,Pb总量表现为表层富集、深层稳定的特点;弱有机结合态含量表现为表层富集、深层稳定的特点,其他形态Pb含量剖面分布特征不明显;土壤中的Pb主要是以铁锰氧化态和残渣态为主,其他形态Pb含量所占比例较小;成土过程中,随着Pb总量的增加,稳定态Pb含量增加,而活动态相对减少;土壤pH值对各形态Pb含量分布影响较大,尤其是对碳酸盐结合态的影响显著;土壤总有机碳也是影响土壤中各形态Pb含量分布的重要因素之一,尤其是对有机结合态Pb含量影响显著;而随着土壤熟化程度的增加,黄壤剖面中的活动态含量增加,稳定态减少;剖面中的Pb迁移系数和生物可利用系数均较小,说明Pb不易向下迁移,容易在表层富集,对植物及人类有一定的危害。     

农田生态系统区域生态地球化学评价的示范研究:以成都经济区土壤Cd为例

选择成都经济区作为典型研究区,以Cd为代表,在生态地球化学填图的基础上开展农田生态系统生态地球化学评价的示范性研究。布置采集了58个大气干湿沉降、86个化肥、121个灌溉水、276个农作物样品,分析和计算了Cd等重要元素的含量和通量。结果显示,研究区局部地段地表土壤Cd环境质量较深部有恶化之势,部分水稻籽实Cd含量已超过无公害食品标准;大气干湿沉降物输入到农田生态系统中的Cd平均通量为17.76g/(hm2·a),占总输入通量的85.20%,是研究区外源Cd的主要输入途径;下渗水(2.34g/(hm2·a))和作物收割(1.87g/(hm2·a))是Cd的主要输出途径;全区外源输入Cd可使土壤中的Cd含量以0.006mg/kg的年速率递增;在Cd输入-输出通量不变的情况,预测未来20a研究区三级土壤面积将增加2~3倍,适耕土地面积将全面缩小;研究区因酸雨沉降和施肥等因素使土壤pH值下降的平均速率为0.106a-1,其中化肥施用的贡献率为89.62%。预警研究显示,目前研究区95%的水稻生产是安全的,但预测20a后研究区土壤质量退化明显,近70%安全土壤等级降为一般土壤,须报警土壤面积也将由目前的不足4%快速上升至27%。     

成都龙泉山地区果木经济区土壤的地球化学特征

肥沃的湖沼沉积物，造就了龙泉山的水果之乡。对双流太平果木区的剖析表明，有机质高，特别是速效钾高有利果木的发育，不同的果木适应不同的土壤条件。金堂脐橙区K2O、P、Mn、Se高，发育在姜石黄壤土和黄红紫泥土的界面上，形成元素的互补是造就“中国脐橙第一乡”的主要原因。蒲江趴梨产区高N、K2O、Se，茶业产区高Cu、B、Mo，TFe2O3、Se较高，土壤偏酸性。     

成都经济区农业生态系统土壤镉通量研究

以四川成都经济区农业生态系统中的重金属Cd为对象,对其在土壤中的输入输出通量进行初步探索。综合各方面的因素,确定以大气干湿沉降、灌溉水、化肥为输入途径和农作物为输出途径进行研究。经过计算,经济区大气干湿沉降通量平均值为17.76g/hm2·a,灌溉水和化肥通量明显较低,三者对土壤Cd污染的贡献率分别为86%、10%和4%。对于6个不同的地区,三者比例略有差别,大气干湿沉降所占比例最高达94%,最低也达到了77%。Cd通过农作物收割输出的量相对较小。土壤Cd年净增量主要受大气干湿沉降的制约,因此大气环境质量应是重点监控的对象。以耕作土体为研究介质,经估算,当前的Cd年平均通量可引起土壤Cd的质量分数升高0.006mg/kg。     

成都经济区天降水与下渗水元素地球化学特征及土壤元素输入输出通量

论文研究了成都经济区天降水和下渗水中元素含量、在农田耕层中的输入输出通量及其影响因素.研究表明,研究区雨水中含有大量SO2-4、NO-3等酸性物质,雨水中SO2-4 >NO-3>Cl-.雨水中Ca2 和NH 4含量最高,且NH 4>Ca2 >K >Na >Mg2 .雨水的pH与阴、阳离子摩尔浓度差值具有显著相关性.下渗水中以Ca2 为主要阳离子,且Ca2 >Na >Mg2 >K >NH 4;HCO-3为主要阴离子,且HCO-3>NO-3>SO2-4>Cl->F-,下渗水pH与阳、阴离子摩尔浓度差值具有显著相关性.不同地区雨水中Pb>As>Cd>Se>Hg,下渗水中Pb>As>Se>Cd>Hg,因此,Cd、Pb、Se和Hg等元素累积在耕层中,而As则被下渗水携带迁移出耕层进入地下水.由降雨输入土壤中的Cd通量均大于下渗水输出Cd的通量,局部地区As下渗通量高于雨水输入通量的5.45～13.16倍.土壤中元素的下渗比与土壤质地、pH有关.     

成都经济区As等元素大气干湿沉降通量及来源研究

2004年8月—2005年8月在四川省成都、德阳等6万km2的农田区进行了为期一年的大气样品采集,共采集干、湿沉降样品28件,分别测试干、湿沉降中B、Mo、Mn、Zn、As、Cd、Hg、Pb、K、Ca、Na和Mg元素含量,计算获得各元素的年沉降通量;其中4种有害元素年沉降通量平均值分别为As2.77mg.m-2.a-1、Cd1.77mg.m-2.a-1、Hg0.10mg.m-2.a-1、Pb45.95mg.m-2.a-1。应用主成分分析对大气干湿沉降中各元素进行区分,取得了相当好的结果。其中第一主成分为Hg、Pb、Zn、Cd、Mo和As;第二主成分为K、Mg、Na、Mn和B;第三主成分为Ca。主成分对原始变量解释度达到94.88%,第一主成分说明Hg、Pb、Zn、Cd、Mo和As是影响大气质量的主要因素。将各干湿沉降接收点元素沉降通量与相应点位土壤元素含量进行相关分析表明,Pb、Hg在两种介质中相关性显著,说明土壤中Pb、Hg积累与大气干湿沉降具有密切关系,其他元素来源则更为复杂。通过不同地区重金属元素沉降通量的比较发现,各地区元素沉降通量差异明显,其中成都和德阳两地As、Cd、Hg、Pb沉降量显著较高,说明沉降中污染元素来源与不同地区工矿企业类型和数量有关。     

Spatial distribution and source diagnosis of polycyclic aromatic hydrocarbons in soils from Chengdu Economic Region,Sichuan Province,western China

Surface soils from the Chengdu Economic Region (CER) were analyzed for sixteen United States Environment Protection Agency priority polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) to study the spatial distribution and to identify the sources of PAHs. Relatively high concentrations (more than 1500 ngg^− 1) of high molecular weight PAHs were found in Chengdu Plain, in the middle of CER, while high concentrations (more than 500 ng g^− 1) of low molecular weight PAHs were detected in the surrounding mountains. The concentrations of ∑₁₆-PAHs in topsoil samples from CER (12.52–75,431.47 ngg^− 1, average value was 3233.92 ngg^− 1) were higher than that from the southern China (21.91–3077 ngg^− 1, average value was less than 500 ngg^− 1), and they were comparable to concentrations in soils from the northern China (366–254,080 ngg^− 1, mean value was more than 3000 ngg^− 1). The concentrations from CER were also much higher than the concentrations of some world clean regions such as Antarctic (34.9–171 ngg^− 1), European high mountains (9–11,000 ngg^− 1, mean value was 158 ngg^− 1) and some Europe residential (736 ngg^− 1) and arable soils (60–145 ngg^− 1, mean value was 66 ngg^− 1). The ratio of tracer compounds (BaA/(BaA + Chr), Flo/(Flo + Pyr), and IcdP/(IcdP + BghiP)) indicated that the high concentrations of PAHs in soils were mainly derived from fossil fuels combustion in mountain region and from the incomplete combustion of petroleum in developed plain area (such as Chengdu and Deyang). From the above distribution characteristics and ratios of tracer compounds, we inferred the reasons for the distribution pattern of PAHs in CER were the domestic heating, emissions, and the physicochemical properties of PAHs.     

成都平原土壤中Cd的空间分布与第四纪单元响应分析

通过样品采集和室内分析,研究了成都平原区土壤中Cd高含量区的区域分布特征和第四纪分布的空间响应关联。在绵远河、石亭江流域冲积物中存在Cd含量高值区。在同一流域Ⅰ、Ⅱ级阶地→Ⅲ级阶地→Ⅳ级或Ⅴ级阶地冲积物中Cd含量逐渐降低。发育于龙门山的河流(绵远河、石亭江)沉积物Cd含量显著高于其他水系沉积物。Cd高含量分布区与不同级次的阶地相吻合的特征表明其控制因素显著,属于地质作用的产物。这一结论与多数研究者认为的人为因素引起的具有根本区别。     

成都平原土壤中Cd的空间分布与成因探讨

通过样品采集和室内分析,研究了成都平原区土壤中Cd高含量区的区域分布特征和形成原因。在绵远河、石亭江流域冲积物中存在Cd含量高值区。Cd高含量区域分布Ⅰ、Ⅱ级阶地-Ⅲ级-Ⅳ级或Ⅴ级阶地冲击物中Cd含量逐渐降低。发育与龙门山的河流(绵远河、石亭江)沉积物Cd含量显著高于其他水系沉积物。Cd高含量分布区与不同级次的阶地相吻合的特征表明其控制因素显著,属于地质作用的产物。这一结论与多数研究者认为的人为因素引起的具有根本区别。     

基于重金属的区域健康风险评价——以成都经济区为例

开展重金属的区域健康风险评价,对于探讨重金属的风险及为区域的生态地球化学预测预警服务有重要的意义。以成都经济区植物和大气为研究对象,应用国外的风险评价理论对As、Cd、Hg和Pb 4种重金属进行了健康风险评价,探讨了区域风险评价的填图思路。对于非致癌效应,计算通过食物摄入和空气吸入2种暴露途径产生的危害指数。对于致癌效应,计算由吸入Cd引起的致癌风险。结果表明,对于非致癌效应,成都经济区生态风险较高的重金属为Cd和Pb,从总的风险来看,地域差别较明显,以德阳和成都存在的风险最高。谷类对总风险的贡献比例最高,其中又以Cd的贡献最大,其次为Pb。对于致癌效应,研究区的平均致癌风险为7.6×10-6,基本上处于可接受的风险水平,高风险区主要为德阳西部的什邡、广汉和乐山市周围地区,这些地区的大气环境问题应该引起更多的关注。     

成都经济区地下水资源勘查与开发

论述成都经济区水文地质特征和水资源现状：总体上属于贫水区，分布极不均匀，局部存在相对的富水区。介绍了用1：5万水文地质调查成果采用激发极化法等物探科技找水新方法勘查开发农村地下水资源所取得的经济效益。该方法对解决干旱缺水地区人畜饮水，促进成都经济区仍至整个四川经济发展将发挥重要作用。     

松辽平原黑土区Aster数据光谱特征及自动分类研究

为研究松辽平原黑土退化状况，以Aster数据光谱特征作为选择最佳波段组合的理论依据，人机交互处理达到计算机自动分类的目的。通过多波段假彩色合成对比发现，Aster数据可见光／近红外波段3N、2、1的组合效果最佳，选择这种组合进行分类有助于提高分类精度。研究区分类结果表明：最大似然分类法总体精度比最小距离法约高6％，两种分类方法配合使用可综合提高分类精度。