化学融雪剂对高速公路路旁土壤中水溶性盐离子含量及氮素转化的影响

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化学融雪剂被广泛应用于中国东北地区冬季除雪工作中,融雪剂逐年使用对交通干道路旁土壤环境的危害已逐渐凸显。本文通过对高速公路路旁土壤的调查采样,分析融雪剂通过径流排水和喷溅两种不同影响方式,及林地和农田两种不同土地利用方式的土壤中融雪剂主要水溶性离子成分含量特征、微生物活性及氮素水平,并在室内模拟条件下研究了融雪剂对土壤氮转化及微生物活性和脲酶活性影响,旨在阐明化学融雪剂污染对土壤微生物及其活性、氮转化过程的作用及其相互作用关系。对化学融雪剂对距离高速公路不同距离的路旁土壤中盐度、电导率、水溶性盐离子等重要化学性状特征的影响研究表明:(1)融雪剂的使用导致土壤中电导率及土壤盐度的升高。融雪剂通过径流排水方式进入土壤对土壤的危害最大,距离公路2m、4m处土壤达到中度盐渍化,距离公路6m、8m处土壤达到轻度盐渍化,其影响范围达到距离公路8m。受融雪剂喷溅方式影响的土壤中,距离公路2m处的土壤达到轻度盐渍化,融雪剂通过喷溅方式进入土壤中对土壤的影响范围为2m。(2)土壤pH值与电导率、Na+、Cl-及HCO3-均极显著相关(p<0.01),说明融雪剂的使用导致土壤pH值升高,使土壤逐渐趋于碱性。(3)融雪剂的使用导致对土壤中的Cl-、HCO3-、Na+、Ca2+、K+和Mg2+等水溶性盐离子含量显著升高,特别是Cl-和Na+。靠近排水沟附近土壤中的Cl-和Na+含量最高,影响距离为8m。喷溅方式下,融雪剂对农田土壤中Cl-离子的影响范围为6m,对林地土壤中Cl-的影响范围为4m,对农田和林地土壤中Na+的影响范围均为2m,林地土壤中的Cl-和Na+含量略低于靠近农田的路旁边坡土壤。土壤中SO42-含量变化与融雪剂无关。对高速公路路旁土壤中微生物活性和氮素形态特征的影响研究表明:(1)融雪剂的使用导致路旁土壤微生物量碳、微生物量氮降低,说明融雪剂抑制了土壤中微生物的生长。微生物熵(微生物量碳/有机质)与电导率呈线性显著负相关,与土壤中Na+、Ca2+、K+呈显著对数负相关,与Cl-呈极显著对数负相关,与HCO3-和pH值呈线性负相关,说明融雪剂中的盐分离子,特别是Cl-,对微生物的毒害作用和土壤pH值的升高导致土壤微生物群落的减小。(2)土壤中微生物量C/N随着土壤中融雪剂含量的增加而逐渐降低,融雪剂污染土壤中的Cl-的毒害及土壤pH值升高将抑制真菌群落的生长,导致土壤中细菌群落占优势。路旁土壤微生物代谢熵上升,说明融雪剂的使用对微生物群落产生胁迫作用。(3)土壤中的总氮、铵态氮、硝态氮与含量无显著相关性,说明融雪剂对路旁土壤中总氮含量无显著影响,土壤中铵态氮和硝态氮对融雪剂的胁迫不敏感。化学融雪剂对不同浓度融雪剂(0g·kg-1,1g·kg-1,3g·kg-1,5g·kg-1,8g·kg-1)处理中土壤氮素转化的室内模拟实验研究表明:(1)土壤矿化作用随融雪剂浓度的增高而逐渐降低,但各浓度处理间土壤累积矿化量变化不显著(p>0.05)。土壤硝化作用随着融雪剂的浓度升高而逐渐降低,当融雪剂浓度大于5g·kg-1时,对硝化作用的具有显著的抑制作用(p<0.05)。(2)融雪剂对土壤矿化作用的动力学特性符合矿化作用一阶反应动力学模型。融雪剂对土壤硝化作用的动力学特性符合一次线性方程和Logistic方程。(3)当融雪剂浓度达到5g·kg-1时,对土壤微生物量碳抑制作用达到显著。当融雪剂浓度达到8g·kg-1时,对土壤微生物量氮产生显著的抑制作用。土壤中微生物量C/N比随着土壤中融雪剂浓度而下降,说明融雪剂的使用造成了微生物群落中真菌部分的显著减少,导致细菌群落占优势。土壤中微生物代谢熵与融雪剂浓度呈线性正相关关系,说明融雪剂浓度越高,对土壤微生物的胁迫作用越高。当融雪剂浓度大于5g·kg-1时,与对照相比,土壤中脲酶浓度显著下降。
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