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《公报》学习心得(3)-网友继续讨论

已有 4356 次阅读 2014-4-30 22:59 |个人分类:怪哉虫儿|系统分类:生活其它| 污染, 土壤

  《公报》学习心得(2)- 匿名网友评论 的评论中,网友们继续讨论:

[1]陈楷翰  2014-4-21 22:33

是的,所以学生一直在强调重金属修复时地质水文的因素。
另外,需要强调的是:重金属超标不一定会危害到生态和食物链,当酸化(有时是碱化),络合、强烈风化时才往往体现出巨大危害性。目前重金属超标事件与这些因素关系我认为很大:
化肥可以络合出重金属,化肥和酸雨可以溶出重金属,土壤风化水蚀容易导致溶出重金属。。。。。。但是如果要着手与不用化肥,消除酸雨,土地修复,那难度更大。

至于重金属迁移造成的不均匀分布,其过程往往也伴随着许多营养元素迁移造成的不均匀分布,本身就是以前学生和赵斌兄、戎可师弟谈及的地区质能输入和亚稳态生态结构里,一旦深入谈就必然涉及的,算是地球化学里的常识,并不是啥真正的问题。这个问题可调度不可根治,即使调度都需要涉及很多人文方面的内容。
重金属修复很复杂就在这里,涉及学科太多,理论很不成熟,不同学科学者经常出于自己学科的目的,从某一方面发言,学生经常觉得这是个要命的事实。

 

直白一句话:地下水污染、大气污染、重金属污染是一体的,要解决就是一揽子解决,而解决的的关键在于生态因子调度,一方面营造出各种相互关系的良好生境和良好生态结构,并能实现对这些亚稳态的生境和生态结构进行有效监测、调节。另一方面需要从经济布局、文化布局等直接入手。
     
而不在具体的生物手段化学手段物理手段。所以我上次说重金属修复开始上道了,有希望了,而不是说能治理了

 

[5]Myqqis106277670  2014-4-22 09:08

如果大家想进一步了解我国农业地质调查评价,请访问:中国地质调查局农业地质应用研究中心(http://115.236.74.156:8081/front/queryContent.htm?code=CENTRE_OVERVIEW),目前挂靠在浙江省地质调查院(杭州萧山)。值得一提的是,浙江地质调查院是国内最先开展农业地质调查的省份,也是富硒土壤首倡者,也是多亏浙江人的这种精明,否则,农用地质调查评价工作很可能早被淡忘。

我最想请教的是:土壤地球化学调查与测土配方施肥的问题,后者是受前者启发,后由农业部牵头搞的全国性土壤肥力调查工作,但其方法与二普差别不大,主要指标还是有效态养分含量,并以此为据推荐配方肥料,官方报告成效显著。但我们知道,有效态养分的影响因素很多,时空变异性都很大,不足为凭。农用地质走的是另一个极端,即凭借元素总量的评价,不考虑地质背景和成土因素的差异,致其评价结果亦有瑕疵。我想请教的问题是:能否把这两套数据结合起来,并跳出标准评价土壤肥力,例如土壤化学风化角度?【老邪插广告:我们推遥感尺度效应、地理因素趋势面、地理遥感综合等等;就是想这样干。但是我们必须注意与各种不同行业标准(规范)兼容而不是跳出。才能推得开。等大家都接受了,才能考虑新的规范。对吗?】

 

[13]陈楷翰  2014-4-22 11:17

呃,这位兄弟能不能细说一下怎么回事?
比如说我土地里有0.1%的磷灰石,粒径100微米,致密晶体,另外一块地也是0.1%磷灰石,粒径1微米,非致密晶体。
1.
按理说正常情况第一块地的肥力小于第二块地,但氟离子和重金属释放速度肯定小于第二块地,当酸雨或使用硫酸铵氯化铵磷酸氢二铵之类酸性肥料时,氟磷酸钙矿物溶出速度明显提高;重金属如铜锌镉被铵络出速度明显增加(镉污染很大可能和化肥使用关系甚大),一些浸润矿物、包埋矿物也出来了,地力猛增,这下子第一块地肥力可就不一定小于第二块地了,但重金属不再被腐殖酸有效固定,于是毒性明显增大。
您是说农业地质的只考虑总肥力总污染,忽略了时间尺度和恶化环境对肥力/污染释放速度的评价;农业部调查考虑到了一定时间内的肥力/污染,忽略了恶化环境对肥力值的变化?
这说来说去不都一个问题:释放速率和释放总量,在不同环境下的曲线吗?他们都没有深入研究这点啊?
2.
风化是一个水解/机械磨损/生物辅助过程,在农耕地现在又加上了络合物和酸浸出的问题,其他非耕地没有施肥问题,多了个酸雨问题。这些人类活动引发的污染物变迁情况大不一样,只能粗略地进行区域统计,咋建模型啊?这要做真工作量就大了,还得没完没了对工业农业结构进行分析。

 

[16]Myqqis106277670  2014-4-22 12:41

老乡,你想多啦!建模的过程就是抓大放小,即所谓的概化。就土壤化学风化及其矿质养分释放过程建模而言,其主体是土壤矿物的百分七十左右为二氧化硅,另有百分二十左右是长石,余下的矿物总量不多(<5%),但种类却又极其繁多,并与粘土矿物混杂在一起,想分开都难。书上说的最多的是云母和三氧化物,但也不细说,因为之前的研究手段有限,无法细说。现在已经有了很大改善,可以用电镜识别出更多的矿物,并发现有一些规律。好了,就搞模型而言,这些知识已经足够。土壤矿物组成及其含量可以概化成几种典型原生矿物和含量,加上土壤发生发育的外部环境,如土壤含水量和温度等基本参数,可以运用非饱和流模型(HYDRUS)计算土壤水运移,应用PHREEQC计算土壤化学过程,把这两个模型耦合起来,即HP1dGMS-PH3D,就可以估算土壤矿物在剖面的化学风化过程及其元素迁移转化过程,如果你有理论假设,把它转化为模型的边界条件,就能预测土壤矿物风化过程及其元素迁移转化,有了模拟预测结果,再回到田间去验证,再模拟预测与实测验证,反复进行,总能找到有用的信息。大致如此。

 

[7]Myqqis106277670  2014-4-22 09:34

我的理论假设:土壤母质千差万别,但所受的气候条件、地形地貌、时间和植被因素是有地带性的,即土壤母质化学风化过程是有共性的,其化学风化速率在区域上应该有个相对一致的平均值。换而言之,经化学风化释放的土壤矿质营养元素的总量有相对一致的平均值,进而决定区域生态系统的初级生产力。如果没有人类活动干扰,这个过程是平衡的。但在强度干扰情况下,例如农田生态系统,其土壤化学风化速率有显著差异,本人曾在嘉兴定位观测过剖面土壤地球化学变化,并用临近的马家浜文化遗址土壤剖面年龄做参照,发现近六千年以来,土壤钾风化淋失量显著增加,与自然土壤化学风化速率相比较,相差3.9倍,换而言之,精工细作农业是以土壤矿物加速流失为代价的。另一方面,我们也发现部分土壤重金属元素具有表层富集倾向,因为钙镁钾钠等的流失必然导致不易迁移的重金属元素表层富集,这种现象的另一种表达方式是土壤酸化

 

扯远啦,我最想说的是:我们的农业土壤不仅仅需要补充氮磷钾,同时需要补充钙镁等易流失矿质元素,更需要补充CuZnCoMnMo等微量元素,而这些元素都来自土壤矿物,即我们的耕地需要补充大量的原生矿物,如云母,黄铁矿、磷矿石等。声明:我的这些想法不算原创,某种程度源自《Bread from Stones》(1894by Dr.Julius Hensel )。我想多说几句的是Dr.Julius Hensel(亨塞尔), 他与Justus von Liebig 李比希)同时代居于德国,但提出不同的土壤养分学说。李比希的养分学说已催生化肥产业,但亨塞尔的观点却很少被提及,甚至不允许宣传,直至一百年后才在美国被整理出版,重现当年旗鼓相当的两种论点,很受启发。亨塞尔早在一百年前就预示了今天的农业土壤环境问题,并建议用岩矿粉末或原生矿物补充植物吸收带走的养分,提出比现在更严格但但更具操作性的有机农业概念,最显著差别是亨塞尔反通过有机质(肥)来提高所谓的土壤肥力。

 

[11]陈楷翰  2014-4-22 10:45    疯子俺一直提用劣质煤(风化煤、褐煤、泥煤、煤渣等等)来提高地力,和您说的矿粉差不多吧?稍微合算和好一点吧?现在很多高硫煤没开采,实际上干这个不正好合适么?(关于建模)硬建能建没错,可那模型不见得好使啊?附近上一个工业区火电站啥的,或者附近哪片工业治理好了,或者经济不景气了工厂开工不足,燃料结构变了。。。。。。。数据立马发生变化,这模型没法用来解决问题了不是?

 

[19]Myqqis106277670  2014-4-22 13:02:土壤化学风化模型的时间尺度应是百年或千年,你的化工厂影响甚微。至于土壤污染调查数据,环保部已经说过是国家机密,国土部也没有公布。可以肯定的是,不是不愿意公布,而是没有更好的评价方法!因为绝大部分人都熟悉的传统评价方法(按标准划分),地调局也会,就不必再麻烦其他部门,可以毫不夸张地说,若按传统方法评价,地调局的技术力量绝对占优势。如果说数据只收集,不分析!,是有点冤枉地调局的,因为江苏省的农业地质调查是有中科院南土所参与的,也有自然科学基金支持,其他省份的评价也多有大学参与,其中***技术导则就是大学教授编出来的。最终结果就是现在这样,没有太多突破,要打板子,南土所应该跑不掉,但不是说南土所不作为,而是说南土所不敢担当,机遇来了,只会等着地调院去求你,而不是主动找上门去服务。

 

土壤化学风化模型希望解决的问题:共5个,见后。

 

(关于劣质煤农用)不是随便矿物就可以的,应该是缺什么补什么。据国外经验,火山灰最好,其次是火山岩,你说的劣质煤是沉积岩的夹层,不是最好的。目前,岩矿农用在非洲比较普遍,因为当地买不起化肥,但他们用的最多的是磷矿粉;岩矿农用在巴西发展最快,甚至已经通过立法以保证岩矿农用,他们多鼓励河泥农用。事实上,在没有化肥之前,杭嘉湖地区多用河泥肥田,也许是因为水网平原的河泥较多缘故吧

 

[23]陈楷翰:  2014-4-22 13:42

如果纯粹从营养元素看,矿岩好我承认。如果考虑到滞留营养元素,活性很高的火山灰,或者是能兼提供腐殖质的劣质煤更好。一般的矿岩比表面积小活性低,我认为不好。呃或许这点和我做石壁免浇灌绿化的数据有关,那生物量数据显示矿粉不好,木屑草屑不好,煤渣和泥炭好,其中泥炭比煤渣(类似火山灰)好。河泥不敢用啊,现在的河泥重金属多超标了。以前重金属迁移哪里有这么多啊。劣质煤是植物残骸形成的,生前本身就选择性富集了植物该富集的元素了,还有大量腐殖酸存在改良了土层的滞留性——烧掉可惜了还不值钱。不至于像磷矿石那样土层停留时间短,用多了还氟超标、重金属超标之类的。土层停留时间短,——土层滞留时间没改善
生态繁殖——生态环境
化学萃取的反应速度比正常溶出有时可以高达10的几次幂倍。
微生物。。。。。。化肥用缓释肥时会好一些,但长期的高氨氮存在等于在驯化微生物,会完蛋的。如果速溶肥,用快了甚至会出现微生物群细胞膜损害死亡问题

同时,陈楷翰试图回答Myqqis106277670上述5个问题:

1)土壤重金属表层富集是否自然现象?
答:既有自然淋滤滞留问题(如同色谱柱的原理),也有气固液相的携带迁移沉积,还有化学物质的高效萃取络合,化学物质萃取络合的影响极大,这点从土柱实验甚至色谱柱分离原理可以看出,因此工厂影响极大,远远大于自然行为。从海湾河口取土柱样品分析情况也是这样。

2)耕地土壤矿物风化淋失是自然现象,也是生态系统维系的物质基础,其关键的化学反应过程是什么?是碳酸根溶解平衡,或是长石风化过程释放钾元素,或是某种微量元素在起限值作用?
答:这个都有。碳酸溶解速度慢,微生物繁殖产物有机酸的溶解速度就快了,酸雨和化肥速度很快。钾长石矿物是传统火成岩降解,沉积岩类的一样降解风化,硫化物更主要是氧化风化,我没法给出单一的风化淋失反应式啊。另外质量能量输入值与输入速度(焓),土因子混乱度(土因子熵)决定了土地风化速率。生态繁殖中,作为六大生态因子之一,可拆分为多个小因子,即使在相同的墒值下,也因为小因子丰度和释放速度问题形成多种生境,造成了很不一样的生态群落,比如以微量元素小因子来看,铜矿区往往香薷很多,煤矿区往往蕨类很多。。。。。。
3)为什么相同的土壤能够满足不同种植物生长的需要,是否存在土壤矿物的基本配方?上帝的配方?
答:哦上帝啊,这个我真的不懂了。。。。。。。没研究过啊~
4)如果存在基本配方,是否可以通过人为组合原生矿物制造人工土壤,进而推动植物工厂的实际应用?
答:可以,但是植物工厂不那么简单,植物生存依托于微生物群之上,现在的水培就是很明显案例,水培溶液随着植物排泄物(化感物质)逐渐增多,最终必须倒掉。大自然中微生物是维系生态的最关键点。现在西部荒漠治理一直被我嘲笑的原因就在这里。
5)亟待解决的问题是:大量施用化肥之后的土壤肥力下降根源在哪?从李比希的理论看,一定是某种元素在限值肥料的效率,但如何才能找到这个限值因子?测土配方施肥肯定不行,模拟预测也许是个捷径!

答:是因为微生物被干掉或者生态群落远离标准状态了。植物不能直接吸收大多数化肥的,必须微生物介入,必须有捕捉介质。

 

网友Myqqis106277670陈楷翰的回答似乎不满:

听你这么说,问题都有答案啦!很好,就这么的啦。

 

网友wilfrednuts  2014-4-22 16:44 解释:

土壤污染国家早有重视,记得2007年听过中科院南京土壤所赵其国院士的讲座,当时他领衔华东几所高校进行土壤污染调查,经费达到2个亿(这点印象深刻),检测指标数十个,以有机污染物居多。土壤重金属检测的技术难度并不大,不易出重大成果,个人感觉学界并不重视。

老邪插话:(2014-4-22 17:28):好像Myqqis106277670 网友提到过那次?现在有南土所的网友来加入讨论就好了。 

网友sunlangfromchin  2014-4-25 21:50 感受:

顿时就觉得视野开阔了不少,的确,现在我们的老师们都把精力放在微观的土壤化学上去了,土壤学变成了土壤化学。

 

老邪感受:Myqqis106277670 网友别生气吧?把讨论当作科普,关心的网友(如我自己)就能学到不少东西。互动式学习效果更好。作为外行,有几个小感受:

1)Myqqis106277670 网友讲:“每平方公里一个样品,4平方公里一个组合样品”,但是有参加过这次土壤污染调查的专家,坚持是“4平方公里一个样品”,是实施时走了样,还是老邪对“样品”和“组合样品”的外行理解有误?

2)“54项地球化学指标”对外行来讲,有点恐怖。能不能有个外行都容易理解的分类体系,比如黄、黑、红、粘土、沙土之类,然后再细化到地球化学指标。这样我们外行好理解具体问题时的轻重,不致于每次都要整懂54项指标?(记得有次见到过更多的,有780项吧、老邪立马石化)

3)感谢Myqqis106277670 网友,私信告我没有生气,还可以向他讨教。

 

 



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