（环境工程专业论文）酸雨对三峡库区林地黄壤汞溶出的影响.pdf

酸雨对三峡库区 林地黄壤汞溶出的影响 环境工程专业硕士研究生：李静 指导教师：杨学春副研究员 摘要 对陆地生态系统和水生生态系统的影响，已成为全球的重大环境问题 雨对作物和森林以及水生生物的影响是通过影响土壤而表现出来的【4 j 国内外研究表明7 ，4 3 】，酸雨对生态系统的危害有直接危害和间接危害，有时 间接危害性更大。如酸雨促使重金属离子活化较之其直接危害更为严重。而在 众多的重金属中，汞因其具有特殊性而成为全球性污染物。业已证明【6 “舯】， 酸雨和汞污染都主要是由燃煤引起的，酸雨危害的同时也加剧了汞污染对环 境的危害丫 综观亲对生态系统的影响的研究国内外对汞在水生生态系统中的富集和 迁移转化作了相当深入的研究【5 ”1 皿】。酸雨被认为是影响水体中汞沉积的重要 园素，它直接或间接影响汞的溶解和甲基化过程。丽对汞在陆生生态系统中的 迁移富集的研究，直到9 0 年代才引起重视。 影响土壤汞经径流向水体中迁移，以及影响水体中食物链对汞的生物积累 的两个最主要的环境因素是溶解性的腐殖质和酸雨咖j 。撼既因腐殖质的存在 而吸附了大量的汞也确因腐殖质的存在而使汞易于向大气和水体中迁移 2 4 , 6 4 , 6 5 , 6 6 1 。酸雨不仅影响汞在水体中的迁移转化，同时也影响陆生生态系统中 汞的迁移富集。酸沉降能促进陆地土壤汞的溶解，从而增强了汞向水体中的迁 移转化1 4 3 , 6 3 1 。 三峡水库是举世瞩目的巨大工程由于库区位于长江上游高汞、高硫煤的 生产地和使用区，其面临的汞污染问题也引起了国际上的关注p 2 j 。因而，三峡水 库形成后，库区在遭受严重的酸雨危害的同时汞在库区水生生态系统中的富 集将是人们最为关心的环境问题之一。但国内外在研究酸雨对汞溶出的影响时， 主要研究的是矿物和耕作士，对富含有机质的森林土壤研究较少，缺乏较为系 统的研究。但是，库区林地土壤汞在酸雨作用下的溶出是三峡水库汞污染不容 忽视的重要来源之一。因此，研究酸雨对三峡库区林地黄壤汞溶出的影响和规 律，不仅可预测酸雨对富含有机质的林地黄壤汞的溶出量及其可能产生的环境 危害，而且，对进一步掌握汞在三峡库区陆生一水生生态系统中的传递规律 以及控制酸雨和汞对三峡水库的危害有着重要的现实意义。 7 本试验g _ - - 峡库医重庆市缙云山上的三种森林林被黄壤和耕地黄壤为供试 土壤j 通过模拟p h 2 0 、p h 3 0 、p h 4 0 、p h 5 0 的酸掰对上述四种土壤以及阔叶 林黄壤的不同剖面层次组合的静态浸提和动态淋溶试验研究，探讨了在酸雨胁 迫下，汞在不同土壤、不同剖面层次组合中的迁移特征，结果如下： 调查发现。重庆市缙云山上的几种植被下的黄壤含汞量略高于全国黄壤汞 背景值。土壤汞含量的大小顺序呈现出阔叶林 针叶林 竹林。汞在土壤剖面 上的分布由a o 、a 1 、b 层呈下降趋势，即a o a i b 。表明缙云山森林黄壤有 表层汞富集的现象。 土壤的基本性质在一定程度上影响着土壤吸附汞和溶出汞的多少，特别是 土壤有机质在土壤汞的富集过程中起着重要的作用。在自然土壤中有机质与 土壤汞含量的相关系数为0 8 9 0 * * ，对土壤汞的直接贡献率为8 5 3 。植株残落 物含汞量与土壤汞含量的相关性达到显著水平，是土壤汞的重要来源。而土壤 c e c 和土壤p h 值在森林土壤汞的富集过程中的作用相对较小。 模拟酸雨浸提试验表明，酸雨p h 值对不同林被土壤汞溶出量的影响在不 同土层的表现不同：a o 、a l 层溶出汞量的大小顺序为针叶林 阔叶林 竹林： b 层为针叶林 耕地 阔叶林 竹林。而溶出汞量在土壤剖面的纵向表现为a o a l b 。模拟酸雨的p h 值对林地土壤汞的溶出影响也较大。舢层以及耕地 土壤浸提液汞含量随酸雨p h 值的升高而下降；a l 、b 层土壤贝i j 在p h 4 0 的酸 雨作用下，汞溶出量最大，p h 值2 0 、3 0 、4 0 的酸雨漫出汞的平均值都不同 程度地高于对照( p h 值为5 o ) 。 模拟酸雨漫提试验还表明，在馥雨胁迫下，土壤基本性质仍对各林被土壤 浸出汞含量有较大的影响。酸雨p h 值为2 0 、3 0 时，土壤有机质含量与浸提 液汞含量的相关系数分别为o 8 9 9 ”、0 8 9 7 ”，达到极显著水平。酸雨p h 值为 4 0 、5 0 时，其相关系数分别为0 7 3 3 * 、o 5 9 7 * ，也达到了显著水平。有机质对 土壤浸提液汞含量的直接贡献率与无酸雨作用时的自然土相比有所下降，但仍 达6 5 6 ；土壤p h 值与模拟酸雨p h 4 0 时的汞溶出量的相关性最好，达到极 显著水平；在p h 2 0 、3 0 、5 , 0 时，也达到了显著水平，但对土壤汞溶出的直接 贡献率较自然土有大幅增加，达3 1 9 ；而c e c 对土壤浸提液汞含量的影响较 小。 2 按不同林被黄壤以及耕地黄壤在其自然剖面层次组合下的土柱淋洗试验表 明：模拟酸雨对壤汞的溶出规律为：前期，波动幅度较大：后期，汞溶出量 趋于平缓且含汞量也较为接近。其方差分析表明，竹林与耕地的差异达到显 著水平；针叶林与竹林、阔叶林、耕地之间的差异达到极显著水平；而竹林与 阔叶林、阔叶林与耕地之间的差异不显著。在1 4 年酸雨雨量的淋洗下，溶出汞 的累积总量大小顺序为针叶林 竹林 阔叶林 耕地，针叶林、竹林、闻叶林 土壤溶出汞量分别为耕地的2 9 、1 9 、1 5 倍。可见林地黄壤( 冷砂黄泥) 的汞 比耕地黄壤( 盐基物质丰实，a h 一植为6 9 ) 中的汞更易淋失。 在相同林被下的同一土壤，不同a o 、a i 、b 层厚度组合的土壤剖面，在模 拟酸雨( p h 4 0 、p h 3 o ) 的动态淋洗下，土壤汞溶出的动态交化为，：淋溶液汞 累积量开始时差异很小：随淋洗的继续进行，各处理号之间的差异开始表现出 来，且越来越明显。当淋洗至1 4 4 0 0 m l ( 相当于1 2 6 年的降雨量) 时：各曲线 的增长速率减缓，曲线开始有变平的趋势。说明经过长期酸雨的淋洗，土壤与 汞的结合已趋于稳定。 在模拟酸雨动态淋溶下，有机质含量增加，即富含有机质的a o 层和a i 层 变厚会加速汞由土壤向水体中迁移转化。同时，当森林中的枯枝落叶被移走 后，土体裸露，土壤对汞的吸附较弱，汞更易迁出土体而污染水体，即在相同 土体层厚度下没有a o 层的土壤，其最终淋洗迁出的汞量较大。因而，要阻止 森林生态系统中汞的溶出，必须迸行封山育林，禁止取柴( a o 层) 和损害表层 土。 动态淋溶试验还表明，在不同p h 值模拟酸雨的作用下，没有枯枝落叶层 的林地土壤溶出汞的累积量表现为，淋溶初期，p h 3 0 的酸雨作用下，其汞的 溶出较快；中期，p n 4 0 的酸雨能促进汞的溶出；而后期，p h 3 0 的酸雨作用下， 关健词：模拟酸雨、三蛱库区、汞溶出、静态浸提、动态淋溶 e f f e c t so fa c i dr a i no n l e a c h i n g o f m e r c u r y i n f o r e s t r y - y e l l o w - e a r t h i nt h r e e a b s t r a c t t h ee f f e c t so fa c i dr a i n0 1 1t h et e r r t r i a le c o s y s t e ma n dh y d r o e c o s y s t e mh a v eb t 啪m eo u e o ft h ei m p o r t a n te n v i r o n m e n tp r o b l e m si nw o r l d w i d ea n dt h e yw e r es h o w e dt h r o u g hs o i l 1 i e s t u d ya td o m e s t i ca n da b r o a ds h e w e dt h a tt h ee f f e c t so f a c i dr a i no np r o m o t i n ge n v i r o n m e n t a l d e t e r i o r a t i o n ，e s p e c i a l l yt h ea c t i v a t i o no fh e a v ym e t a l sw e r em o r es e r i o u st h a nt h a to f d i r e c t d a m a g e f r o ma c i dr a i n a m o n gh e a v ym e t a l s 。h gh a sb e c o m et h ew i d e s p r e a dp o l l u t a n tb e c a u s e o fi t s u n i q u ec h a r a c t e r i s t i c i th a sb e o nd e m o n s t r a t e dt h a ta c i dr a i nh a sb e e ne n d a n g e r i n g t h e e n v i r o n m e n t ，s i m u l t a n e o u s l y i th a sa g g r a v a t e dt h eh a r mo f m e r c u r y i nf i l e p a s ts e v e r a ld e c a d e s ，a c c u m u l a t i o n a n dt r a n s f e r e n c eo f h g i nh y d r o e c o s y s t e mh a v e b e e ns t u d i e dr a t h e rd e e p l y a c i dr a i nw a st h o u g h ta so n eo f t h ei m p o r t a n tf a c t o r st h a ta f f e c tt h e h g a c c u m u l a t i o ni nt h ew a t e r ，w h i l et h eh gb e h a v i o ra n di t se f 舟e c ti nt e r r e s t r i a le c o s y s t e mj u s t b e g i n a t i n t h e 9 0s t h et w om o s ti m p o r t a n te n v i r o n m e n t a lf a c t o r st h a ta f f e c tt h es o l im e r c u r yt l t n s f e rt ot h e r u n e f f o rt h ew a t e ra n da f f e c tt h eb i o a e c u m u l a t i o ni nt h ef o e dc h a i no f t h eh y d r o c c o s y s t e ma f e t h es o l u b l eh u m i cm a t t e ra n dt h ea c i dr a i n i tw a sr e p o r t e dt h a ts o lh a sa d s o r p t e d ag r e a td e e o f h gb e c a u s eo f t h ep r e s e n c eo ft h eh u m i cr e a l t o r 。b u ts o i lh gi sa l s oi n c l i n e dt oe v a p o r a t eo r t r a n s f e rt ot h ew a t e ri nt h ep r e s e n c eo ft h eh u m i cm a t t e r a c i dr a i nh a sn o to n l ya f f e c t e dt h e t r a n s f e ra n dh a n s f o r r n a t i o no f h g nt h ew a t e r ，b u ta f f e c t e dt h et r a n s f e ra n da c c u m o l a t i o no f h g i nt e r r e s t r i a le c o s y s t e m a c i dr a i n 啪a c c e l e r a t et h es o l u b i l i t yo f t h es o i lh ga n dt r a n s f e rt ot h e w a t e r t h et h r e eg o r g er e s e r v o i r ah u g ep r o j e c tt h a ta r r a c t st h ea t t e n t i o no f t h ew o r l d i sl o c a t e di n t h ea r e aw i t hh ；g bb a c k g r o u n dh ga n dc o a lr i c hi ns u l p h u ri nu p p e rr e a c h e so fy a n g t s er i v e r w a t e r s h e da n df a c e sa p o t e n t i a lh gp o l l u t i o n t h e r e f o r e ，w h e nt h et h r e eg o r g er e s e r v o i rh a sb e e n t a k e ns h a p e ，h ga c c u m u l a t i o ni nh y d r o e c u s y s t e mi nt h et h r e eg o r g ea r e aw i l lb e c o m eo n eo ft h e m o s tc o n c e r n e de n v i r o n m e n t a ip r o b l e m s t r 皓肛塔e a f c b e sa b o u tt h i sr e s p e c ta td o m e s t i ca n da b r o a d w e r eo f t e nf o c u s e do nt h em i n e m l so ra r a b l el a n d s b u tt h er e s e a r c h e so nt h ef o r e s t r ys o i lh a v e n t b e e nm p o r t e dy e tu pt on o wa n da r cs h o r to f s y s t e m a t i cs t u d y b u t , t h el e a c h i n g - o u to fm e m u l y f r o mf o r e s 研s o i li nt h en l m g o r g ea r e at h a tw a s a f f e c t e db ya c i dr a i nw i l lb e c o m eo n eo ft h e m a j o r s o u r c e so fh g p o l l u t i o n t h e r e f o r e ，s t u d yo nt h ei n f l u e n c ea n dt h er u l eo f t h el e a c h i n go f m e r c u r yt h a tw a s a f f e c t e db ya c i dr a i nw i l lh e l pt op r e d i c tt h eh g q u a n f i t yo fl e a c h i n g - o u ta n dt h e e f f e c t so ne n v i r o n m e n t ，a n dt h e n ，i tw i l lp r o v i d et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rp r e v e n t i n gt h ea c i dr a i n a n dh gp o l l u t i o n a tt h es a m et i m e ，i th a si m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o rm a s t e r i n gt h e t r a n s f e rr u l ea n dc o n t r o l l i n gt h eh g p o l l u t i o ni nt h et h r e eg o r g e a r e a f o r e s t r yy e l l o we a r t ha n da r a b l ey e l l o we a r t h o nj i n y u nm o u n t a i ni n c h o n g q i n gw a s a d o p t e d a st h e s t u d y s o i l s t h e s t u d ya d o p t e d t h em e t h o do fs t a t i c - s t a t ee x t r a c t i o na n d d y n a m i c s t a t el e a c h i n go u t ，r e s e a r c ht h ee f f e c t so fa n a l o ga c i dr a i na d j u s t e dp h2 0 3 o ，4 0 ，5 o o nf o u rs o i l sa b o v e - m e n t i o n e da n dt h ea s s o c i a t i o no fd i f i e r e n tp r o f i l eo fb r o a d l e a ff o m s t r y y e l l o w e a r t h m a i nr e s u l t sw e r es u m m a r i z e d t h ef o l l o w i n g t h er e s u l t so fi n v e s t i g a t i o ni nj i n y u nm o u n t a i ns h o w e dt h a th gc o n t e n to ff o r e s t r yy e l l o w e a c hw a sal i t t l eh i g h e rt h a nt h eb a c k g r o u n dv a l u eo f h g o fy e l l o ws o i lo fc h i n a n es e q u e n c e o f h g c o n t e n ti ns o i l sw a sb r o a d l e a ff o r e s t r ys o i l t o n i f e r o u ss o i l b a m b o os o l 】t h ed i s t r i b u t i o n o ns o i l p r o f i l ew a sa 0 a 1 b i tw a ss h o w e dt h a tt h es u r f a c el a y e ro ff o r e s t r yy e l l o we a r t hi n j i n y u nm o u n t a i nh a s ap h e n o m e n o no f r i ga c c u m u l a t i o n s o i lp r o p e a i e sa f f e c th ga d s o r p t i o ni ns o i la n dl e a c h i n go u ti nac e r t a i nd e g r e e ，e s p e c i a l l y t h eo r g a n i cm a t t e ri ns o l lh a si m p o r t a n tr o l ei nt h ec o u r s eo f h g a c c u m u l a t i o nj ns o l l i nn a t u r a l s o i lt h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to fo r g a n i cm a t t e rt o h gc o n t e n t i ns o i l sw a so 8 9 0 “a n dt h e c o n t r i b u t i o nr a t ew a s8 5 j c o r r e l a t i o ns h i pb e t w e e nh gc o n t e n ti nl i n e rf a l la n dh gc o n t e n ti n s o i l sw e r es i g n i f i c a n t ( p 锄0 5 ) i th a sai m p o r t a n tr o l et oh gc o n t e n ti ns o i l s b u tc e ca n dp h h a v el i l f l er o l e s t a t i c - 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