不同地膜条件下重金属在农田土壤的垂向分布特性研究

发布时间：2020-10-11 04:31

　　 针对我国部分灌区长期引用中水灌溉农田,置疑重金属污染问题以及地膜覆盖被大面积推广的事实,本文以山西省水利厅《农艺节水措施对作物产量及ET的影响效果研究》项目为载体,以山西省汾河灌溉管理局二坝汾西灌区和其它地区不同地貌单元农田土壤为研究对象,基于裸地、覆盖普通地膜和覆盖渗水地膜三种地膜条件下的年度跟踪试验,分析了重金属在不同地覆盖条件下的时空分布特性、不同地膜覆盖条件对重金属垂向运移过程的影响、各类重金属在土壤中的迁移特性和重金属在地下水波动带的运移规律等。主要研究成果如下:(1)各种重金属在土壤中的垂向分布特性较为相似,但在不同地貌条件下表现出一定差异。汾河灌溉管理局二坝汾西灌区土壤表现出重金属在土壤剖面上均表现出在0~40cm深度范围内含量最高,在40cm深度以下含量迅速减少,即在40cm~160cm土层范围内重金属含量保持较低水平,在160cm深度以下,平原区试验田重金属含量又会缓慢增加,并保持稳定,而浅丘区和洪积区试验田土壤中重金属含量在200cm深度以下才会保持稳定。这是由于不同地貌特征条件下试验田的地下水位不同。同时参照土壤环境质量二级标准,不同地貌单元试验田土壤均存在轻度的重金属污染,其主要重金属污染物是Ni和Cr。(2)重金属在土壤中的垂向运移与土壤种水分的对流运移密切相关。非雨季时期重金属在土壤中会随水分向上运移,在表层聚集,雨季时期或在大量灌水条件下,重金属会在淋滤作用下向下运移,这两类运移方式均依靠土壤种水分的运移。此外,不同的土壤环境也会影响重金属的运移,特别是Cu和Pb会被土壤中有机质吸附,因此土壤有机质的含量会对其运移过程产生的一定影响。(3)不同种类的重金属在土壤中的迁移能力不同,迁移能力从强到弱依次为CdCu、PbZnNiCr,但Cu和Pb的迁移能力受土壤中有机质含量的影响较大,因此在有机质含量较高的土壤中,Cu和Pb的迁移能力会降低。(4)在试验田施加地膜覆盖措施,可以有效减缓表层土壤的重金属污染,但会加剧重金属在20~40cm深度范围内犁底层土壤中聚集的现象,而且在覆盖渗水地膜条件下此现象更明显,但地膜覆盖会增加农田土壤中的Cd含量,造成土壤的Cd污染。此外地膜覆盖对地下水波动带中的重金属分布影响较小,不会加深地下水中的重金属污染。(5)不同的地膜覆盖条件会通过改变土壤的中水分的运移来对土壤中重金属的运移造成影响,同时地膜覆盖会加快植物的生长过程,并对土壤的温度、容重、有机质含量等土壤理化性质造成影响,同时覆盖地膜还会对土壤中的氧气含量以及微生物活动造成影响,这些都会对重金属在土壤中的运移造成影响。特别是渗水地膜可以利用小雨量资源的特点,会直接影响土壤水分的运移过程,在改变重金属运移过程的同时也可以在旱区农业生产中发挥巨大作用。(6)地下水波动带中重金属的含量较高,层间变化幅度较小,且地下水位以下这一特征更加明显。重金属在地下水波动带中始终向地下水水位运移,与水分的运移过程相反,土壤水分向上运移时,地下水位下降,地下水波动带中的重金属向下运移,因此导致地下水位下降时,会加重地下水中的重金属污染。本文结合了地膜覆盖和重金属污染两大研究热点,实现了对不同地膜覆盖条件下0~300cm深度(包括地下水波动带)范围内土壤重金属垂向分布和运移规律的研究,特别是研究了新型的渗水地膜透水透气的特点对土壤中重金属运移的影响。但重金属污染只是土壤无机污染物中的一种,为明确地膜对土壤环境产生的影响,保持农田的可持续性利用,后续还需要研究不同地膜覆盖条件对土壤中无机盐和有机质分布的影响。此外,在测定重金属含量时只测得土壤中重金属含量总量,在以后的研究中应该明确重金属在土壤中的各种存在形态,从而进一步研究重金属的形态分布、生物有效性及其对土壤环境的危害。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X53;S153
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 选题来源与研究意义
    1.2 国内外研究动态
        1.2.1 重金属污染的现状及其危害
        1.2.2 对土壤中重金属分布及运移规律的研究进展
        1.2.3 地膜覆盖技术的研究进展
        1.2.4 土壤重金属对地下水污染的研究
    1.3 研究的技术方案
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 技术路线
第二章 不同地膜条件下重金属污染试验
    2.1 试验区概况
        2.1.1 试验区气候条件
        2.1.2 试验区土壤条件
        2.1.3 .试验作物
        2.1.4 田间管理条件
    2.2 试验方案与方法
        2.2.1 试验方案
        2.2.2 试验和测定方法
        2.2.3 试验仪器与设备
第三章 不同地貌单元土壤中重金属的垂向分布特征
    3.1 不同地貌单元土壤重金属分布特征
    3.2 分析与讨论
    3.3 不同地貌单元试验田重金属污染的评价与分析
        3.3.1 评价方法与标准
        3.3.2 结果与分析
    3.4 小结
第四章 不同地膜条件下重金属在农田土壤的垂向运移规律
    4.1 玉米生育期内土壤水分运移规律
        4.1.1 玉米生育期内试验田温度和降雨量的分析
        4.1.2 裸地条件下土壤水分的运移规律
        4.1.3 覆盖普通地膜条件下土壤水分的运移规律
        4.1.4 覆盖渗水地膜条件下土壤水分的运移规律
    4.2 不同地膜覆盖条件下重金属在土壤中的运移规律
        4.2.1 不同地膜覆盖条件下Zn、Ni、Cr在土壤中的运移规律
        4.2.2 不同地膜覆盖条件下Cu和Pb在土壤中的运移规律
        4.2.3 不同地膜覆盖条件下Cd在土壤中的运移规律
        4.2.4 小结
    4.3 不同地膜条件下重金属的表层运移规律与迁移能力
        4.3.1 不同地膜条件下Zn、Ni、Cr的表层运移规律与迁移能力
        4.3.2 不同地膜条件下Cu和Pb的表层运移规律与迁移能力
        4.3.3 不同地膜条件下Cd的表层运移规律与迁移能力
        4.3.4 小结
第五章 重金属在地下水波动带土壤中的迁移规律
    5.1 地下水位的测定
    5.2 裸地土壤中重金属在地下水波动带的迁移规律
    5.3 不同覆盖条件对地下水波动带重金属迁移的影响
    5.4 小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 不足与展望
参考文献
致谢
硕士期间所获得的成果

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本文编号：2836070