矿山废水灌溉区农田土壤N 2 O的产生及释放机制研究

Abstract

农田系统是温室气体N2O的主要排放源，目前对酸性矿山废水（acid mine drainage，AMD）灌溉影响下，农田土壤剖面N2O的来源识别、转换机制及其控制因子缺乏深入研究。本文选择广东省大宝山矿区下游沿岸水稻田和甘蔗田两种典型农田，针对酸性矿山废水灌溉区（上坝村）和天然来水灌溉区（连心村），对土壤理化性质、重金属含量及包气带N2O浓度、同位素特征值进行了测定，定量计算了硝化和反硝化作用对土壤中N2O的贡献比和N2O转化为N2的还原比，评价了其相关影响因素。结果表明：在AMD影响下，灌区农田土壤剖面N2O浓度均高于同种作物类型天然来水区土壤，同种灌溉处理下甘蔗田土壤N2O浓度高于水稻田。甘蔗田表层土壤（0~30 cm）反硝化作用对N2O产生量的贡献比高于硝化作用，约71.29% N2O由反硝化作用产生。AMD灌区甘蔗田土壤剖面中N2O还原成N2的比例随深度增加逐渐减小，在N2O浓度峰值处仅有15.54% N2O被还原成为N2，而天然来水区N2O还原成N2的平均比率高达49.80%。这表明较弱的土壤N2O还原能力导致较高浓度的N2O残留在土壤中。相关性分析表明，AMD灌溉通过改变上坝村土壤的pH、重金属含量、含水率从而改变了土壤N2O的来源途径及还原能力。组合同位素特征值溯源法有效地揭示了农田土壤N2O的来源和AMD灌区土壤的潜在生态风险，为日后的治理修复工作提供了科学依据。