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硼是植物生长必需的营养元素,然而土壤中过量的硼会对植物产生毒害。在我国,污水灌溉导致的环境问题已经引起广泛关注,然而污灌可能引起的硼污染却始终未得到关注。本研究以天津典型污灌区域为研究对象,测定了重要介质(农田土壤、排污河沉积物)中各种形态硼的含量,以期为我国污灌区硼污染研究的深入开展提供参考。此外,本文还利用室内模拟试验,研究了硼在土壤中的吸附-解吸以及迁移规律,探讨了相关的影响因素。具体研究内容和主要结论如下:
首先,为了系统了解天津污灌区土壤硼的现状,本文采集了西青区陈台子排污河和大沽排污河沿岸污灌区土壤样品(0-20 cm土样12个;20-40 cm土样12个)和相应的植物样品(12个)以及河流底泥样品(4个),采用姜黄素显色法测定了样品中硼含量,结果如下:(1)供试土壤样品总硼含量在49.71和106.40mg·kg-1之间,平均值为81.85 mg·kg-1,24个土壤样品总硼含量均超过48 mg·kg-1(天津土壤总硼背景值的中位值)。两条排污河的河流底泥样品总硼含量均110mg·kg-1以上。(2)供试土壤样品的有效硼含量在5.65 mg·kg-1和16.48 mg·kg-1之间,地上植物的硼含量范围为21.35和115.57 mg·kg-1之间,土壤有效硼和植物硼含量均高于有关文献中硼表现出中毒症状的临界值,这表明该地区的植物均存在硼中毒的风险。(3)土壤总硼、有效硼和不同形态硼的0-20 cm土壤层样品含量均高于20-40 cm土壤层样品含量。不同采样点土壤样品中四种形态硼含量依次为:盐溶性硼>乙醇溶解态硼>螯合态硼>水溶性硼。
其次,为了对土壤中硼的吸附-解吸行为有更深入的了解,本研究选取陈台子排污河的污灌区土壤为基本土壤,通过添加有机质含量和添加氯化钠,研究有机质和盐度对硼在土壤中吸附-解吸的影响,研究发现:(1)实验所采用的两个硼浓度5 mg·kg-1和15 mg·kg-1在基本土壤中的吸附在12 h时基本达到平衡。五种土壤对硼的吸附量表现出随盐度和有机质含量的增加而增加的趋势;硼的最大吸附量表现为15%有机质土壤>8%有机质土壤>0.5%盐度土壤>0.2%盐度土壤>基本土壤。(2)五种土壤的硼解吸量随着土壤硼吸附量的增加而增加;硼的解吸率随着吸附量的增加先是增大,然后降低。在相同硼吸附量时,土壤中硼的解吸率大小顺序依次为:0.2%盐度土壤>基本土壤>0.5%盐度土壤>8%有机质土壤>15%有机质土壤。
最后,本文研究了pH淋溶液、土壤有机质含量、盐度和土壤粒径对硼在土柱中的迁移行为的影响,希望为土壤中硼的有效利用和防止硼污染提供科学依据。研究表明:(1)在柱淋溶实验中,随淋溶体积增加,淋出液硼浓度随着淋溶体积的增大先是升高然后降低,在淋出体积为250 ml时硼浓度达到最大。在淋溶液pH为3和11时,硼在土壤中垂直迁移能力较高。(2)盐度、有机质的增加和土壤粒径的减小都会降低土壤中硼的释放强度,导致淋出液中硼浓度的降低。(3)对土壤柱中硼含量进行分层检测结果表明,进入土壤中的硼基本被土壤大部分滞留在表层的0-5 cm土层中,随着土壤深度的增加,有效硼含量降低。