松嫩草原退化牧草地汞污染特征的风险分析及恢复策略研究

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汞是自然界中存在广泛的重金属元素,其具有高生物富集、隐蔽、持久、易迁移性等污染特点。不同形式的汞排入大气圈中能进行全球尺度的汞循环,通过干湿沉降又返回到地表,进入陆地生态系统,并完成各种尺度的生物地球化学循环过程。在牧草地生态系统中,典型植物作为生产者是草地生态系统食物网的物质基础。汞进入牧草地生态系统以后,通过放牧和割草等草地管理,经食物链生物富集效应或生物放大过程,严重威胁高营养级生物健康,故对放牧草地“土壤-植被”系统进行汞污染风险评价,制定区域性的管理策略和防控措施非常重要。本研究样地位于松嫩草原吉林省长岭县腰井子村北甸子草地。根据牧草地土壤环境和草地退化现状,选择典型牧草场地中四种典型植被土壤作为研究对象,包括:羊草地(未退化)、碱茅碱蒿地(中度退化)、光碱斑地(重度退化)和牧草地防护林地(人工林)四类样地。采集样地土壤和典型植物等样品,使用LUMEX RA915+测汞仪,测定土壤剖面层中总汞含量;使用HI98185便携式防水pH测定仪测定土壤pH值;使用潜在生态风险指数法(EI)评价上述牧草地土壤-植被系统中汞的潜在生态风险;运用健康风险评价模型评价其健康风险。进一步提出了牧草地土壤-植被系统逐步恢复生产力的管理策略。本论文研究结果如下:典型植被样地土壤(0~10.0cm)中总汞含量大小关系为:光碱斑地>碱茅碱蒿地>羊草地>林地,对应均值分别为:10.80±1.07ng/g、7.15±1.03 ng/g、6.55±0.94 ng/g、6.04±1.12 ng/g。典型植被植株整体中汞含量的关系为:碱茅碱蒿>狗尾草>羊草,对应均值分别为:3.71±1.01ng/g、3.50±1.01ng/g、3.50±1.01ng/g。碱茅碱蒿对土壤汞的富集能力最强,羊草和狗尾草对土壤汞的富集能力差距不大。对牧草地植被退化进行分析可知,松嫩草原牧草地典型植被的退化会导致其土壤累积的总汞含量增加。牧草地样地土壤中汞含量时空分布特征依次为:空间垂直分布特征表现为:除林地外,其他三种牧草地汞含量,0-20cm层(差异明显)显著高于20cm以下层;空间水平分布特征表现为:高汞地带多数分布于光碱斑样地和研究区域南部碱茅碱蒿-光碱斑过渡地带,羊草地、林地普遍处在低汞区域;季节分布特征表现为:夏季>春季>秋季。土壤理化性质和环境条件对土壤汞含量会产生一定影响。研究结果显示,在同一季节里,光碱斑地土壤pH值最高,林地土壤pH值最低。在土壤剖面内所有采样点均呈现出pH值自表层到深层先变大后变小的趋势。对于单一植被土壤来说,其土壤的pH值在不同季节呈现秋季最高,夏季最低的趋势。潜在生态风险计算结果显示,样地土壤表层汞的潜在生态风险指数范围为30≦EI<80,土壤表层汞含量均值为12.23±2.25ng/g。林地和羊草地表层土壤汞的生态风险指数EI(平均值)<40,潜在生态风险为低Ⅰ;碱茅碱蒿地和光碱斑地土壤表层汞的生态风险指数范围为40≤EI(平均值)<80,潜在生态风险为中等Ⅱ。总体来看,样地土壤存在汞污染潜在风险,越是退化牧草地,汞污染潜在生态风险越强。健康风险计算结果显示,牧草地土壤汞的三种暴露途径中,经口摄入为主要摄入途径;儿童除呼吸摄入外,其他两种摄入途径下的汞摄入量均远大于成人;牧草地土壤汞三种暴露途径对成人与儿童的总危害指数HI均小于1,说明汞污染健康风险处于人体可接受的水平。根据实验结果,本研究提出了综合性的退化牧草地恢复策略和方案,即运用适应性管理策略对退化牧草地进行有效管理。运用微生态修复工程,利用土壤深耕、深松技术、施用土壤改良调理剂、利用植物根系修复等原理,改良土壤板结化,修复退化牧草地。
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