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《南京大学》 2011年
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太湖流域典型地区土壤侵蚀特征及其环境效应

陕永杰  
【摘要】:人类活动导致太湖流域生态环境恶化。探讨太湖流域土壤侵蚀、养分流失和重金属污染的时空特征及其环境效应,对于保障区域经济可持续发展和人类健康生存具有十分重要的理论与实践意义。本文选择太湖湖中苏州西山岛和以及太湖周边无锡阳山镇为典型研究区,根据土地利用类型和地形地貌差异,采集土壤和河道底泥样品,运用137Cs示踪技术分析土壤侵蚀特征,并估算区域土壤侵蚀量;选取Hg、Cd、As、Pb、Zn、Cu等六种主要重金属元素进行土壤重金属污染和生态风险评价;分析有机质、TN、TP、 TK等主要养分元素含量,探讨土壤养分状况和养分流失特征,并估算流失量。本文主要得到以下几条结论:1.苏州西山土壤表层0-5cm 137Cs含量特征表现为荒地林地耕地茶园。土壤剖面中,荒地和林地土壤137Cs含量为指数分布,耕地和茶园土壤耕层为均匀分布;土壤137Cs含量依次为荒地耕地林地茶园。研究确定区域土壤137cs背景值为1727.50 Bq/m2,西山为轻度侵蚀。梁坡顺坡侵蚀速率逐渐加大,谷坡比较复杂,整体侵蚀较弱。茶园、耕地、荒地、林地土壤侵蚀速率速率分别为2734.00 t·km-2a-1、1132.4 t·km-2·a-1、312.34 t·km-2·a-1、521.25 t·km-2a-1;整个西山镇土壤侵蚀量估算为7.09×104 t-a-1。西山坡面上存在养分流失现象,养分含量大小依次为耕地茶园林草地,养分流失量大小依次为茶园耕地林地。每年西山镇土壤流失有机质、TN、TP和TK的含量分别为1662.38 t、84.33 t、26.45t、679.36 t。2.苏州西山土壤受到Hg、Cd、Pb三种重金属污染威胁,Hg元素含量大小依次为耕地林地茶园,耕地和林地平均含量超过国家一级标准;Cd元素含量大小依次为耕地茶园林地, Pb元素含量大小依次为林地茶园和耕地。三类用地类型两种元素平均含量均超过国家标准一倍以上;Hg和Cd元素含量坡面分布与土壤侵蚀呈反相关关系。说明两个元素在土壤侵蚀过程中发生了迁移。土壤重金属污染程度和生态风险评价结果表明,茶园为清洁水平,低生态风险;林地为低污染、低生态风险;耕地为低污染、中生态风险。3.无锡阳山有沉积岩山体和岩浆岩山体分布,其137Cs含量的空间分布亦存在差异。沉积岩山体坡面土壤137Cs含量顺坡逐渐降低,坡底部侵蚀量大于坡上部和中部,坡顶部无侵蚀发生;岩浆岩山体坡面土壤137Cs含量顺坡逐渐升高,坡顶最低。土壤侵蚀速率变化为坡上部坡中部坡下部。阳山镇土壤侵蚀量为1.88×104 t.·a-1。侵蚀主要发生于果园中,果园土壤侵蚀速率为1968 t·km-2·a-1。阳山土壤K、P和N养分元素缺乏,整个坡地土壤养分轻度流失,果园养分流失量最大,K、TOC、N、P流失速率为别为24.21t·km-2·a-1、29.52 t·km-2·a-1、5.04 t·km-2·a-1、2.28 t·km-2·a-1。人为土地扰动活动是土壤养分流失的主要因素。4.土壤六种重金属统计结果表明,阳山镇Pb、Cd、Hg三元素的变异系数较大,部分土壤受工业点源污染的影响,达到六级以上污染水平。选取无工业污染影响的样点进行土地重金属污染和生态风险评价,结果表明,阳山菜地、林地、耕地和桃园四类用地重金属含量整体为清洁水平,但存在一定的生态风险,其中林地为中等生态风险,其他为低等生态风险。主要风险因子是Hg元素,其次是As和Pb元素。5.无锡阳山果园和苏州西山茶园是两地面积最大的土地利用方式。西山茶园的土壤侵蚀速率高于阳山果园,分属于中度侵蚀和轻度侵蚀。阳山果园位于平地,养分含量高于西山茶园。西山茶园TOC、N、K流失速率大于阳山果园,P养分流失速率小于阳山果园。两个地区主要污染因子包括Cd、Hg和Pb。从林地、园地和耕地三种用地类型比较,西山林地为低污染,低生态风险,阳山林地为清洁、中生态风险。其中,西山林地Pb和阳山林地Hg是中等污染程度,并且也是主要生态风险因子。林地人类活动干扰少,原状土地结构和植被保护良好,土壤微度侵蚀使土壤表层Hg元素长期富集而增加生态风险。两个地区园地重金属综合污染等级均为清洁、低生态风险,土壤质量较好。西山耕地为低污染、中生态风险,主要影响因子是Cd、Hg和Pb,其中以Hg和Cd最为重要。阳山农田重金属评价为清洁等级、低风险。6.河道清淤和洪水径流会影响河道底泥137Cs含量分布,甚至造成检测不到的结果。太湖无锡段河道底泥中,氮、磷、钾含量高于周边土壤,锡澄运河、直湖港和京杭运河三大河流的养分分析结果表明,河流底泥中N、K和P元素含量高于周边土壤,底泥对营养物质具有富集作用。其中,直湖港底泥K含量最低;有机碳和N元素含量最高。无锡平原耕地土壤K元素含量低可能是直湖港底泥K元素含量低的直接原因;土壤侵蚀引起的养分迁移是直湖港TN和有机质含量变大的主要原因。太湖湖岸与阳山镇土壤有机质和N、K养分含量含量基本一致,P元素含量较低,不同类型土壤养分大小顺序为:耕地菜地园地林地荒地建设用地。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S157.1

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