重金属污染区土壤气体传输特征及水气热参数空间变异性研究

The characteristic of soil air transmission not only influence soil physicochemical and biological properties, but heavily attached to the high efficient utilization of water resources and fertilizer, as well as the ecological environment. As the characteristic of soil air transmission is complexity, and we are lack of clear cognition of it. It is difficult for us to applied relative theory and models in practical, except that exploring a way of ascertain parameters of the models. In Yunnan Province, as the mine site rehabilitation, the problem of vegetation recovery is outstanding, and the study of dynamic parameters of soil air transmission is still at the exploratory stage. Therefore, in this study, we study the characteristic of local vegetation root system growth, the growth physiological regulatory mechanism and the feature of soil environment with the pollution of heavy mental. We mainly study the restrict effect of soil water and thermo on the parameter of soil air permeability, discussed water, air and thermo parameters, and their spatial variability characters. Then we combined experimental study, theory analysis and mathematic simulation with the theory of capillary, fractal theory, special variation theory and the research results of domestic and overseas, to clarify the characteristic of soil air transmission and the spatial variability of soil water, air and thermo parameters, and providing a simplified method, using the basic parameters of soil physicochemical property to certain soil air transmission. Then we can propose a suitable soil environment for vegetation growth, further, put forward theoretical direction for vegetation recovery in heavy mental pollution area.

土壤气体传输特征不仅影响土壤物理、化学、生物性质，且与水肥高效利用和生态环境密切相关。土壤气体传输特征相当复杂，对其缺乏清晰的认识，从而限制了相关理论和模型的应用，因此其参数确定方法成为研究的热点与难点。云南省矿山复垦，植被恢复问题突出，重金属污染区关于土壤气体传输动力学参数的研究仍处于探索阶段，本研究拟在重金属污染区域依据当地植被生长特点、生长生理调节机制和重金属污染土壤环境特点，以土壤水热传输特征参数作为气体传输参数的影响制约因素，研究重金属污染区土壤气体传输特征及水气热参数空间变异性，采用试验研究、理论分析、数学模拟与毛管理论、分形理论、空间变异理论及国内外研究成果相结合，阐明土壤气体传输特征，以及水气热参数的空间变异特点，提出利用土壤理化性质的基本参数确定土壤气体传输的简单方法，建立有利于植被生长的土壤环境，进而为重金属污染土壤植被修复提出理论指导。

土壤气体传输特征相当复杂，因对其缺乏清晰认识限制了相关理论和模型的应用，重金属污染区关于土壤气体传输动力学参数的研究仍处于探索阶段。本项目在重金属污染区域依据当地植被生长特点、生长生理调节机制和重金属污染土壤环境特点，以土壤水热传输特征参数作为气体传输参数的影响制约因素，研究重金属污染区土壤气体传输特征及水气热参数空间变异性。取得成果如下：1）完成土壤质地自动识别系统的开发；2）土壤重金属空间分布、污染与生态评估的研究对铅锌矿周边农耕地中的Cr、As、Ni、Pb、Zn、Cu和Co7种重金属元素实地采样，Zn、Co、As富集效果明显，地累积指数与潜在生态危害系数法进行污染评价与潜在生态风险评价，综合生态风险指数分布图表明污染相对严重的地区位于研究区域的偏东南南部，呈圆状向四周辐射；3）重金属污染土壤植物修复研究以小桐子为典型植被，研究水氮铅交互胁迫作用下小桐子的生长、生理特性及铅累积情况，适当的交互胁迫有利于提高小桐子耐Pb胁迫能力及修复效率，为进一步推进小桐子在土壤铅污染领域的实践与推广提供理论依据；4）滴灌条件下红壤原状土与扰动土水力传导特征参数研究说明湿润锋运移速率与土壤孔隙有关，原状土与扰动土含水率等值线变化趋势相同，但疏密程度有差异；原状土分形维数比扰动土的小，说明原状土孔隙分布差异大；5）不同尺度条件下土壤热特性参数的空间分布及主控因子分析的研究，同时了关注热导率与含水率相关性研究，利用土壤物理基本参数确定热特性参数的拟合方法实现土壤热特性参数空间变异特征在复杂程度上的定量化；6）土壤气体传输动力学参数及内在机理研究，分析土壤结皮、土壤改良剂、土壤孔隙结构及弯曲连通程度对土壤导气率的影响，利用土壤物理基本参数建立土壤导气率推求模型，为野外环境下简单、快速获取土壤气体传输动力学参数提供参考。