苏打盐碱地江水灌溉的重金属累积机制研究

重金属是影响土壤环境质量的主要污染物。黑龙江省和吉林省粮食增产战略工程将引用松花江水灌溉松嫩平原西部的苏打盐碱化土地，采用旱田（轻度苏打盐碱化）改水田和中轻度苏打盐碱荒地种稻两种盐碱地治理模式。由于苏打盐碱地土壤特殊的理化特性，通过江水灌溉、施肥等途径是否会造成土壤重金属累积是目前关注的焦点。前郭灌区已有60年利用松花江水灌溉的历史，本研究以其为对象，采用野外调查分析，研究不同灌溉年限耕层土壤中Hg、Pb的分布特征，辨析不同输入途径的贡献；通过室内模拟实验，研究高pH、高浓度重碳酸根及不同有机质含量对重金属吸附-解析和累积的影响，揭示重金属在盐碱地土壤的累积机制，确定影响累积的关键因素。研究成果可为松嫩平原西部集约化农业可持续发展提供技术支撑，对实现生态脆弱区土地的利用、粮食安全和食品安全有重要意义，也将为盐碱化土壤的Hg、Pb污染调控和修复提供科学依据。

随着粮食增产项目的开展, 吉林西部大量的轻度和中度苏打盐碱土将被开垦为水田, 引用松花江水灌溉会不会带来重金属的风险? 通过对吉林省前郭灌区不同开垦年限水田的重金属空间分布特征研究发现: 前郭灌区水田土壤重金属含量(Hg、Pb、Cu、Zn和Ni)均低于土壤环境质量标准(GB 15618-1995)二级标准限值, 表层土壤Hg含量0.031-0.155mg/kg, 主要以残渣态为主, 且随着开垦年限的增加表层土壤Hg含量出现递增趋势；Pb含量在37.6-57.4mg/kg, 主要以有机结合态和残渣态为主，随着开垦年限的增加表层土壤Pb含量递减；通过对灌区干湿沉降、灌溉水和肥料施用三种重金属输入途径分析，干湿沉降是Pb输入的主要来源(输入通量191 g/hm2/y)，而灌溉水输入是土壤中Hg的主要来源(输入通量0.21 g/hm2/y)。Freundlich模型能较好的模拟苏打盐碱土壤对于Hg和Pb吸附过程（R2>0.85），该过程基本属于不可逆过程(解吸率均低于5%)，且随着土壤苏打盐碱度的增加，对Hg和Pb的吸附呈降低趋势。不同土壤随着苏打盐碱度的增加对重金属的解吸率为：Pb，轻度苏打盐碱土>中度苏打盐碱土>重度苏打盐碱土；Hg，轻度苏打盐碱土≈重度苏打盐碱土>中度苏打盐碱土。秸秆还田可提高土壤对Pb吸附能力和解吸能力，而堆肥施用降低土壤对Pb的吸附能力却增加Pb的解吸能力；秸秆还田和堆肥均能够降低重金属Hg的吸附，而秸秆还田可提高苏打盐碱地对Hg的解吸量。根据苏打盐碱土对Hg、Pb的吸附解吸特性及赋存形态，预测吉林西部大规模的水田开发，引第二松花江水灌溉苏打盐碱地并不会对土壤和食品安全构成威胁。