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第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 3

1.2 研究现状 4

1.2.1 农田土壤重金属污染评价研究 4

1.2.2 农业活动胁迫下土壤重金属流失研究 6

1.2.3 基于沉积物应用的农业面源污染特征研究 8

1.2.4 沉积物中重金属来源解析研究 8

1.2.5 农田面源重金属流失环境风险、途径以及影响因素 9

1.2.6 重金属和农药复合污染相关研究进展 15

1.2.7 环境因子干扰对重金属和农药复合污染效应影响 19

1.2.8 集约化农业经营对农田面源重金属流失的影响研究 20

1.2.9 冻融过程对农田面源重金属流失的影响研究 23

1.2.10 农田面源重金属流失原位钝化措施研究 25

1.2.11 问题的提出 27

1.3 研究内容和技术路线 28

1.3.1 研究目标和研究内容 28

1.3.2 技术路线 30

第2章 研究区概况 32

2.1 引言 32

2.2 自然环境 32

2.2.1 地理位置 32

2.2.2 气候和水文特征 33

2.2.3 土壤特性 35

2.3 农业活动 36

2.3.1 土地利用变化 36

2.3.2 耕作制度 38

第3章 冻融集约化农区土壤中重金属和农药蓄积特征 39

3.1 引言 39

3.2 材料和方法 40

3.2.1 样品采集和处理 40

3.2.2 重金属和农药总量分析 41

3.2.3 土壤污染风险评价 41

3.2.4 质量控制和数据统计 42

3.3 结果 43

3.3.1 不同开垦方式的土壤中重金属蓄积特征 43

3.3.2 不同开垦方式的土壤中农药蓄积特征 45

3.3.3 集约化农业活动胁迫下土壤中重金属和农药总量之间内部联系 46

3.3.4 土壤污染风险评价 47

3.4 讨论 48

3.4.1 集约化农业活动胁迫下土壤中重金属和农药的内部联系与源解析 48

3.4.2 冻融农区集约化耕作模式对土壤中重金属和农药蓄积特征影响 49

3.4.3 冻融农区集约化耕作下土壤污染环境和健康风险 50

3.4.4 代表性典型污染物选取 50

3.5 小结 51

第4章 不同土地开垦方式下重金属含量与形态变异 53

4.1 引言 53

4.2 材料和方法 53

4.2.1 样品采集 53

4.2.2 样品分析 54

4.2.3 统计分析 55

4.3 结果 55

4.3.1 不同土地利用类型土壤理化性质 55

4.3.2 不同土地利用类型土壤重金属含量与形态组成 56

4.3.3 不同土地开垦方式下土壤重金属含量变异 57

4.3.4 不同土地开垦方式下土壤理化性质与重金属关系 58

4.4 讨论 60

4.4.1 土地利用方式对重金属含量与形态分布的影响 60

4.4.2 农田开垦中影响土壤重金属变异的主要因子 61

4.4.3 长期农业开发下土壤重金属环境和食品安全风险 62

4.5 小结 63

第5章 长期农业活动影响下土壤重金属运移和分布 64

5.1 引言 64

5.2 材料和方法 64

5.2.1 样品采集 64

5.2.2 样品分析 65

5.2.3 统计分析 65

5.3 结果 66

5.3.1 不同景观类型土壤理化性质 66

5.3.2 不同景观类型土壤重金属含量与形态组成 66

5.3.3 不同景观类型土壤重金属环境风险 67

5.3.4 土壤重金属多元统计分析 69

5.4 讨论 70

5.4.1 长期农业活动影响下土壤重金属运移和分布 70

5.4.2 面源重金属污染过程阻控 71

5.4.3 土壤重金属分布控制因素 72

5.5 小结 72

第6章 基于沉积物磷定量关系的流域土壤重金属流失负荷模拟 73

6.1 引言 73

6.2 材料和方法 74

6.2.1 研究框架 74

6.2.2 样品采集和分析 74

6.2.3 SWAT模拟流域泥沙、磷流失负荷 75

6.2.4 田间尺度土壤颗粒态重金属流失估算 76

6.2.5 统计和空间分析 77

6.3 结果 77

6.3.1 流域不同土地利用类型土壤重金属含量 77

6.3.2 流域出口沉积物中重金属含量垂直分布 78

6.3.3 流域出口沉积物中重金属与总磷含量关系 78

6.3.4 流域颗粒态重金属流失负荷长期估算 79

6.3.5 流域颗粒态重金属流失关键源区识别 80

6.4 讨论 81

6.4.1 流域沉积物重金属累积变化 81

6.4.2 土地利用方式转换对流域面源重金属流失负荷的影响 82

6.4.3 流域面源重金属污染模拟的不确定性 83

6.5 小结 84

第7章 基于沉积物应用的流域面源重金属流失历史反演 85

7.1 引言 85

7.2 材料和方法 85

7.2.1 样品采集与处理 85

7.2.2 210 Pb活度分析 86

7.2.3 沉积速率测定 86

7.2.4 重金属含量分析 87

7.3 结果 87

7.3.1 流域沉积年代序列建立 87

7.3.2 流域沉积物重金属含量历史变化 89

7.3.3 流域重金属沉积通量历史变化 90

7.3.4 流域沉积年代序列验证 91

7.4 讨论 94

7.4.1 挠力河流域土壤侵蚀动态变化 94

7.4.2 挠力河流域面源重金属流失历史 95

7.5 小结 96

第8章 冻融集约化农区农田土壤中面源镉流失特征 97

8.1 引言 97

8.2 材料和方法 98

8.2.1 样品采集 98

8.2.2 样品分析 99

8.2.3 统计分析 100

8.3 结果 100

8.3.1 冻融集约化农区土壤中镉空间分布特征 100

8.3.2 冻融集约化农区农田土壤面源镉流失特征 102

8.3.3 冻融集约化农区流域面源镉流失历史反演 102

8.4 讨论 103

8.4.1 长期集约化耕作和冻融过程对土壤中镉空间分布影响 103

8.4.2 长期集约化耕作对农田土壤镉流失的影响 104

8.4.3 长期集约化耕作对水体环境污染风险影响 105

8.5 小结 106

第9章 冻融作用下农药施用对土壤中镉等温吸附-解吸特性影响 107

9.1 引言 107

9.2 材料和方法 108

9.2.1 样品的采集和理化性质分析 108

9.2.2 试验设计 110

9.2.3 质量控制和上清滤液中镉含量分析 110

9.2.4 统计分析方法 110

9.3 结果 112

9.3.1 冻融作用下农药施用对土壤等温吸附镉特征影响 112

9.3.2 冻融作用下农药施用对土壤镉解吸特征影响 117

9.4 讨论 120

9.4.1 冻融作用下农药施用对土壤中镉的等温吸附-解吸特性影响 120

9.4.2 冻融作用下农药对农业面源镉流失的影响 121

9.5 小结 122

第10章 冻融作用下农药施用对土壤中镉释放和形态转化特征影响 124

10.1 引言 124

10.2 材料和方法 125

10.2.1 样品采集和理化性质分析 125

10.2.2 土壤老化试验 126

10.2.3 冻融作用下农药处理试验 126

10.2.4 冻融作用下农药施用后土壤中镉提取试验 126

10.2.5 冻融作用下农药施用后土壤中镉形态测定 127

10.2.6 冻融作用下农药施用后土壤理化性质分析 127

10.2.7 镉含量分析、质量控制和统计分析 127

10.3 结果 130

10.3.1 冻融作用下农药施用对土壤中镉释放特征影响 130

10.3.2 冻融作用下农药施用对土壤中镉形态变化影响 133

10.3.3 冻融作用下农药施用后土壤理化性质变化特征 134

10.3.4 土壤中镉释放量影响因子分析 136

10.4 讨论 137

10.4.1 冻融作用下农药施用对土壤中镉释放特征的影响 137

10.4.2 冻融作用下农药施用对土壤中镉的再补给能力和释放动力学过程影响 138

10.4.3 冻融作用下农药施用对农田面源镉流失的影响 139

10.5 小结 140

第11章 冻融作用下农药施用对不同水分含量土壤中镉流失的潜在贡献 142

11.1 引言 142

11.2 材料和方法 143

11.2.1 样品采集 143

11.2.2 土壤老化试验 143

11.2.3 冻融作用下水分和农药处理试验 144

11.2.4 土壤中镉形态提取和活性计算 144

11.2.5 数据统计 144

11.3 结果 145

11.3.1 土壤中镉形态分布和镉活性对各处理响应 145

11.3.2 土壤中各形态镉和镉活性不同处理组内差异 146

11.3.3 土壤中各形态镉和镉活性不同处理组间差异 147

11.3.4 冻融作用下农药施用对不同含水量的土壤中镉流失的潜在贡献率 150

11.4 讨论 151

11.4.1 冻融作用下农药施用对不同含水量土壤中镉形态和活性的主效应及交互效应 151

11.4.2 冻融作用下农药施用对不同含水量土壤中镉形态和活性的影响机制 152

11.4.3 冻融集约化农区面源镉流失防控的意义 153

11.5 小结 154

第12章 集约化农区农田土壤中镉原位稳定技术 156

12.1 引言 156

12.2 材料和方法 157

12.2.1 试验区土壤基本理化性质 157

12.2.2 钝化材料收集 158

12.2.3 试验设计 158

12.2.4 植物和土壤中镉含量分析 159

12.2.5 质量控制和统计方法 160

12.3 结果 160

12.3.1 土壤pH和镉的植物有效性对钝化剂响应 160

12.3.2 钝化剂对土壤中镉的释放特征影响 162

12.3.3 土壤中镉生物有效性和渗出特性变化 163

12.3.4 土壤中镉的形态变化 164

12.3.5 土壤中各参数相关性分析 165

12.4 讨论 167

12.4.1 钝化剂对土壤pH和镉的植物有效性影响 167

12.4.2 钝化剂对土壤中镉释放特征影响 168

12.4.3 钝化剂对土壤中镉生物有效性和渗出特性影响 168

12.4.4 钝化剂对农田面源镉流失影响 169

12.5 小结 170

第13章 基于生物碳土壤改良应用的流域重金属污染防控建议 172

13.1 引言 172

13.2 材料和方法 173

13.2.1 样品和仪器 173

13.2.2 土壤培养 174

13.2.3 生物碳土壤改良 174

13.2.4 实验方法 176

13.3 结果 177

13.3.1 污染负荷与降雨强度对镉运移的影响 177

13.3.2 镉累积淋溶污染负荷 179

13.3.3 不同污染负荷下土壤中镉的垂向运移 180

13.3.4 生物碳改良土壤对镉的去除率 181

13.3.5 不同生物碳添加水平对镉运移的影响 182

13.4 讨论 183

13.4.1 农田面源重金属镉流失风险 183

13.4.2 生物碳对农田面源镉流失的影响 184

13.4.3 应用生物碳土壤改良方法控制流域农业面源污染物 184

13.5 小结 185

第14章 基于沉积物应用的流域重金属来源解析及污染防控建议 187

14.1 引言 187

14.2 材料和方法 187

14.2.1 样品采集 187

14.2.2 元素含量分析 188

14.2.3 Pb稳定同位素分析 189

14.2.4 人为贡献率计算 189

14.2.5 统计分析 190

14.3 结果 190

14.3.1 流域沉积物和背景土壤中重金属含量 190

14.3.2 流域沉积物重金属富集因子 191

14.3.3 流域沉积物和背景土壤中Pb稳定同位素组成 192

14.3.4 流域沉积物重金属主成分分析 193

14.4 讨论 195

14.4.1 挠力河流域重金属人为贡献率 195

14.4.2 挠力河流域重金属人为来源 195

14.4.3 三江平原农区重金属污染防控对策 196

14.5 小结 198

第15章 结论与展望 200

15.1 主要结论 200

15.2 研究特色与创新点 203

15.3 研究展望 204

参考文献 206