长江口滨海盐土中重金属的转化迁移规律及其环境效应

As the potential land resources, saline-alkali soil presents a large scale along the coastal region of China. While the rapidly development of the Yangtze River basin, problems of the heavy metal pollution in water and soil environment is becoming serious gradually, and there is a huge environment pressure in the Yangtze estuary. So, it is significant and important to study the behavior of heavy metals and their ecological impact in the coastal saline soils. In this project, researches will be focused on the form distribution transformation and transport of heavy metals during the development and changing processes of saline-alkali soil. Aim is to clarify the timely and spatial change of the form distribution of heavy metals in different soil stage and different type of land use; to show the dynamic transformation of heavy metals(Zn, Cu, Pb, Cd et al.), iron and sulfur, especially their intersection effect mechanism during a different water condition of soils. Also, simulation experiments of acid rain will be applied to learn the leaching and transport of heavy metals during acid rains. Moreover, the effect of city sludge used to fertilizing coastal saline soil on the bioavailability of heavy metals will be investigate. In finally, all the research results will supply basic suggestions for reasonable land use and environment protect of the coastal soil of the Yangtze delta.

我国滨海盐渍土规模大，是沿海地区重要的土地资源。随着长江流域经济快速发展，重金属污染问题日益突出，长江口地区也面临巨大的环境威胁。因此，开展滨海盐渍土壤中重金属的环境行为及其生态效应具有重要的科学意义。本项目拟重点研究长江口滨海盐土发育和演化过程中主要污染重金属的形态分布及其转化迁移机制，旨在阐明不同成土阶段、不同土地利用方式下（Zn、Cu、Pb、Cd等）重金属形态特征的时空变化规律；揭示不同水分条件下滨海盐土环境中重金属、铁、硫等形态的动态转化及其交互影响机制；模拟研究酸雨降水过程中盐分离子和重金属的淋溶迁移规律；探讨城市活性污泥对滨海土壤环境中重金属的生物有效性的影响；评价该地区盐渍土壤重金属的环境效应，为长三角地区的滨海盐渍土地资源开发利用和环境保护提供科学依据。

海岸带地区的滩涂围垦土壤是重要的土地资源，但较少有研究聚焦围垦农作土壤中重金属等污染物的行为特征。本文以长江口崇明东滩围垦土壤和潮滩沉积物为研究对象，重点研究了Cu、Cr、Ni、Zn和Pb等重金属含量、赋存形态及其空间分布规律，探讨了不同围垦年代及不同土地利用方式对土壤重金属环境地球化学特征的影响，模拟研究了不同水分条件下潮滩沉积物中盐分和金属离子的迁移转化机制，评价了崇明东滩土壤和沉积物中重金属的污染风险，为长江口地区滩涂围垦土壤开发利用和环境保护提供科学依据。主要研究成果包括：. 1）崇明东滩潮滩重金属含量最高，1998垦区土壤Cu，Zn和Pb含量较滩地下降；1960垦区和1990垦区，土壤中Cu、Cr、Zn和Pb的含量较围垦前增加；围垦过程对Ni的影响不大。崇明东滩重金属的空间分布主要受到重金属潮滩历史沉积背景和人类活动的综合影响。土壤中重金属的含量分布与细颗粒物组分、pH值和盐度等因子密切相关。 2）不同土地利用方式对土壤重金属的累积影响显著，水稻田和旱地土壤中的重金属含量明显高于林地土壤。形态分析表明Cr、Zn、Cu、Ni和As主要以残渣态为主，Pb和Cd的非残渣态所占比例较高，生物活性相对更高。总体上，土壤重金属活性的变化趋势为：潮滩>旱地>水旱轮作>林地。滩涂湿地围垦后，土壤演化过程和围垦土壤不同利用阶段中重金属的生物可利用性在逐渐下降，其中旱作土壤中重金属的污染风险相对较高。3）模拟试验研究了长期淹水条件（R1）、干湿交替（R2）和田间持水（R3）等三种水分条件下，潮滩沉积物孔隙水中盐分离子和金属离子的变化特征。结果表明，在三种水分条件下孔隙水中盐分离子呈明显降低趋势。在R2条件下孔隙水中盐分离子浓度降低速率最快，Fe，Mn浓度呈现周期性波动，而Cu、Pb和Zn的含量逐渐降低。在R1下，重金属Cr、Cu、Zn和Pb的还原态显著减少而可交换态显著增加。在R2干湿交替条件下，Cr、Cu、Zn 和Pb的可交换态和还原态以及Cu的氧化态呈显著减少。采取干湿交替的水分条件有利于潮滩围垦后降低土壤盐分和降低重金属有效性。