红壤团聚体稳定性对Cd流失的影响机理研究

There exist severe heavy metal pollution and soil and water loss problems in the red soil region of China. Cadmium is one of the major heavy metal pollutants and migration with rain and sediment is the main process of its loss. The stability of soil aggregates plays an important role in controlling the sediment transport, and therefore exerts significant influence on the migration behavior of Cd in soil environment. This project is designed to select red soils derived from different parent materials as the study objects, the aggregate stability of red soils and the accumulation of Cd in soil aggregates as well as the migration process regularity of Cd with runoff and sediment in red soil slope under rainfall erosion are to be examined by using aggregate separation and stability analysis and indoor artificial simulation rainfall experiments. The relationship between Cd accumulation characteristics and soil structure is to be discussed. The influencing mechanism of red soil aggregate stability on Cd loss is to be deeply discussed. The results of this study is of important scientific meaning to reveal the migration behavior mechanism of Cd in the process of soil erosion, and would provide theoretical basis for the heavy metal non-point source pollution risk assessment and remediation.

我国红壤地区重金属污染和水土流失问题严重，其中Cd是主要的重金属污染物，Cd随径流泥沙迁移是其流失的主要形式。土壤团聚体稳定性是泥沙运移的重要控制因素，对Cd在土壤中的迁移行为具有十分重要的影响，然而目前关于团聚体稳定性对Cd流失影响的研究鲜有报道。本项目以不同母质发育的红壤为研究对象，采用团聚体分离和稳定性分析结合室内模拟人工降雨试验的方法，研究不同红壤团聚体稳定性特征、Cd在团聚体中的富集特征以及降雨侵蚀下Cd在红壤坡面随径流和泥沙颗粒迁移过程规律，分析Cd富集与红壤结构特征之间的关系，深入探讨红壤团聚体稳定性对Cd流失的影响机理。本项目对于揭示土壤侵蚀过程中Cd的迁移行为机制具有重要科学意义，能够为红壤地区重金属面源污染风险预测与治理提供理论依据。

土壤重金属污染和水土流失是我国红壤地区同时存在的重要环境问题。在多种重金属中，Cd污染尤为突出。降雨侵蚀影响下，Cd随泥沙径流迁移是其流失的主要形式。土壤团聚体稳定性对侵蚀泥沙的流失具有十分重要的作用。本项目以不同类型的红壤为研究对象，通过模拟污染和室内人工降雨试验，研究不同红壤团聚体稳定性特征对侵蚀影响下Cd随泥沙径流迁移过程影响规律，研究结果表明，对于所研究的绝大多数类型红壤，细小粒径(<0.05 mm)的团聚体对Cd的吸附能力最强，为其他粒径的1.04-2.61倍，且在实际污染土壤中该粒级中Cd的富集系数也最高。有机质含量是影响Cd在红壤团聚体中吸附的最重要的因素，而土壤中不同组分的结合形式可能影响Cd的吸附容量。通常情况下，细小粒径中Cd的化学有效性相比其他粒径要低。模拟降雨试验表明，颗粒结合态是流失Cd的主要形式（79.5-96.0%），部分土壤并没有表现出在细颗粒中的富集现象，这与土壤团聚体自身性质相关。雨强和土壤类型对土壤团聚体迁移及其导致的Cd流失动态特征有较为明显的影响，大雨强 (100 mm/h) 下各粒径团聚体流失量随时间呈逐渐减少趋势，而小雨强(50 mm/h)下部分团聚体颗粒流失量呈逐渐上升趋势，土壤自身团聚体分布对其流失量具有一定影响。总体上，细小粒径团聚体中重金属的含量较高，又由于其在环境中优先迁移的特点，降雨侵蚀下通常导致Cd在泥沙中的富集现象的出现，并因不同土壤类型，富集程度存在一定差异(富集系数介于1.20-2.90)。本研究的结果对于揭示重金属面源污染机理与防治措施的制定具有重要的科学意义与技术支撑。