污染农田水土环境健康调控理论与实践

为保障国家粮食安全，构建污染农田土壤环境健康长效修复模式，实现农业水土资源健康可持续利用，本书以我国东北、西北地区典型重金属污染农田为研究对象，以污染农田绿色、低碳、边生产边修复为目标，采用室内模拟机理探索和大田试验验证相结合的研究手段，系统地探索了污染农田重金属迁移、转化、富集特征及污染场地长效健康修复模式。全书共8章，主要包括农田土壤重金属形态转化影响因素分析、农田土壤重金属传输扩散驱动机制探索、农田土壤重金属富集过程及迁移路径特征、污染农田作物生理胁迫及土壤环境演变研究、污染农田土壤环境健康风险评估及管控技术探索等内容。

前言
第1章 绪论 1
1.1 研究概述 1
1.2 国内外研究现状与评述 3
1.2.1 重金属污染来源及分布特征 3
1.2.2 重金属胁迫下土壤微生物环境演变机理 4
1.2.3 重金属污染风险评估理论体系 4
1.2.4 重金属长效稳定化修复技术 5
1.2.5 研究评述 6
1.3 主要研究内容 6
1.4 研究技术路线 7
参考文献 8
第2章 研究区域概况 12
2.1 东北松嫩平原黑土区概况 12
2.1.1 自然地理概况 12
2.1.2 气候特征 13
2.1.3 土壤质地及河流水系 13
2.2 东北某省典型镉污染区概况 15
2.2.1 自然地理与气候概况 15
2.2.2 工业发展 16
2.2.3 经济产值状况 16
2.3 西北某省典型汞污染区概况 16
2.3.1 自然地理概况 16
2.3.2 地质条件 17
2.3.3 环境样本采集 17
参考文献 18
第3章 农田土壤重金属形态转化影响因素分析 20
3.1 概述 20
3.2 材料与方法 21
3.2.1 试验材料 21
3.2.2 样品养护 22
3.2.3 老化方案构建 22
3.2.4 样品测试 24
3.2.5 统计分析 25
3.3 土壤重金属形态转化及有效态分析 26
3.3.1 土壤理化特性分析 26
3.3.2 土壤团聚体水稳性 28
3.3.3 土壤孔隙特征演变 33
3.3.4 重金属化学形态分布 36
3.3.5 重金属DTPA浸提浓度 39
3.4 土壤重金属稳定化作用机理分析 41
3.4.1 溶解有机碳分析 41
3.4.2 稳定化材料结构特征 44
3.4.3 功能性材料官能团 45
3.5 本章小结 46
参考文献 46
第4章 农田土壤重金属传输扩散驱动机制探索 50
4.1 概述 50
4.2 材料与方法 51
4.2.1 试验材料 51
4.2.2 稳定化方案 52
4.2.3 老化方案构建 52
4.2.4 模拟酸雨淋溶 52
4.2.5 土壤重金属浸出毒性特征分析 53
4.2.6 样品测试 54
4.2.7 统计分析 54
4.3 重金属毒性浸出特征分析 54
4.3.1 土壤理化特性分析 54
4.3.2 重金属浸出毒性效应 59
4.3.3 模拟酸雨淋溶条件下重金属释放特征 61
4.4 重金属稳定化长效机制 66
4.4.1 XPS分析 66
4.4.2 土壤团粒分析 69
4.4.3 稳定化材料老化分析 70
4.5 本章小结 71
参考文献 72
第5章 农田土壤重金属富集过程及迁移路径特征 76
5.1 概述 76
5.2 稳定化材料对铜和锌吸附机理研究 77
5.2.1 模拟方案设计 77
5.2.2 冻融条件下稳定化材料理化性质变化 80
5.2.3 冻融条件下稳定化材料对重金属吸附性能的影响 82
5.2.4 稳定化材料各指标对生物炭吸附性能的影响 84
5.2.5 稳定化材料吸附机理解析 86
5.3 稳定化材料对土壤理化性质及重金属富集的影响 87
5.3.1 野外场地布置与研究方法 87
5.3.2 稳定化材料对土壤理化性质影响分析 90
5.3.3 土壤理化特性与重金属富集效应分析 94
5.4 融雪期土壤Cu和Zn迁移特征及阻控机制研究 97
5.4.1 大气PM_2.5中Cu和Zn浓度变化特征 97
5.4.2 雪被中Cu和Zn浓度变化特征 98
5.4.3 融雪期生物炭对土壤中重金属浓度分布特征的影响 99
5.4.4 稳定化材料对土壤重金属形态转化的影响 101
5.4.5 稳定化材料对土壤重金属淋滤特征的影响 102
5.4.6 稳定化材料对土壤重金属污染程度的影响 105
5.5 本章小结 108
参考文献 109
第6章 污染农田作物生理胁迫及土壤环境演变研究 111
6.1 概述 111
6.2 材料与方法 112
6.2.1 试验材料选取 112
6.2.2 试验方案设置 113
6.2.3 样品测试 114
6.2.4 统计分析 116
6.3 灌溉条件下农田土壤镉运移及累积过程 116
6.3.1 穿透试验设计 116
6.3.2 土壤溶质运移理论 118
6.3.3 保守离子在土柱中的穿透曲线 120
6.3.4 重金属在土柱中的穿透过程 122
6.3.5 污水灌溉条件下重金属积累特征 124
6.3.6 污水灌溉条件下重金属运移模拟及预测分析 125
6.3.7 污染农田重金属在土壤剖面积累趋势预测 128
6.4 污染农田镉有效形态及土壤环境演变特征 131
6.4.1 土壤理化特性分析 131
6.4.2 土壤有效态重金属含量 134
6.4.3 土壤氮矿化过程 136
6.4.4 土壤碳矿化过程 138
6.4.5 土壤酶活性特征 140
6.4.6 土壤微生物多样性 145
6.4.7 土壤环境因子与稳定化处理冗余分析 147
6.4.8 土壤环境-生物-化学互作效应关系解析 149
6.5 污染农田作物生理过程及重金属富集效应 152
6.5.1 作物根系形态 152
6.5.2 作物长势发育状况 154
6.5.3 作物叶绿素变化 156
6.5.4 作物生物量 157
6.5.5 各器官重金属的迁移富集 158
6.5.6 作物生境改良效应评价 160
6.6 本章小结 167
参考文献 167
第7章 污染农田土壤环境健康风险评估及管控技术探索 174
7.1 概述 174
7.2 农田土壤汞污染特征分析及风险评估 175
7.2.1 研究理论与方法 175
7.2.2 环境多介质汞污染水平与空间分布 176
7.2.3 汞污染迁移扩散及赋存形态特征 189
7.2.4 汞污染地块生态风险评估 195
7.3 农田土壤汞污染修复技术及长效性研究 196
7.3.1 材料与方法 197
7.3.2 稳定剂制备及工艺优化 203
7.3.3 稳定剂的改性及汞吸附特征研究 209
7.3.4 改性稳定剂的稳定效果评价 212
7.3.5 改性稳定剂的长效性评价 213
7.4 基于全周期管理的汞污染风险管控技术 217
7.4.1 汞污染的源头防治 217
7.4.2 汞污染的分类风险管理 217
7.4.3 汞污染地块的长期环境管理 218
7.4.4 汞污染全周期管控体系构建 219
7.5 本章小结 222
参考文献 223
第8章 重要研究发现与展望 226
8.1 重要研究发现 226
8.2 污染农田绿色、健康、低碳修复展望 228