中国西南典型地质背景区土壤重金属分布及生态风险特征

中国西南有22.3%的耕地重金属含量超标,区内广泛分布的峨眉山玄武岩和碳酸盐岩被认为是土壤中重金属的主要母质来源。目前,中国西南地区,尤其是峨眉山玄武岩分布区土壤重金属生态风险的研究程度仍有待提升,不同地质背景区(成土母岩)土壤中重金属含量、空间分布与生态风险缺乏对比。本文选择四川省典型地质背景区采集土壤样品,采用原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱/发射光谱等方法测定重金属元素(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)含量和pH数据,结合地累积指数法和潜在生态风险指数法,研究了重金属元素的含量、空间分布特征和土壤重金属生态风险。结果表明:(1)玄武岩区土壤中Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn的含量高于碳酸盐岩区,也高于四川和全国背景值。各元素含量分别为四川背景值的3.25、1.08、5.08、1.72、1.55、1.63倍和全国背景值的2.60、1.40、6.87、1.47、1.87、1.91倍;(2)As、Cr、Pb的高含量区域与碳酸盐岩分布区对应,Cd、Cu、Hg、Ni、Zn的高含量区域与峨眉山玄武岩的空间分布对应;(3)地累积指数表明玄武岩分布区土壤中Cd、Cu、Ni、Zn污染程度高于碳酸盐岩区;(4)研究区内生态危害程度较高的元素为Cd、Cu和Hg;其在玄武岩分布区"强生态危害"及以上的比例比碳酸盐岩区分别高出22.4%、1.15%和26.0%。本研究揭示:(1)研究区内土壤中重金属元素的含量、分布及生态风险与地质背景密切相关;(2)产生这一规律的原因在于母岩中元素含量的差异、成土过程中元素的地球化学行为及元素次生富集等因素综合作用的结果;(3)研究区土壤酸碱度偏低(pH平均值为5.5),需预防土壤进一步酸化引起的重金属活化风险。     

西南重金属高背景区农田系统土壤重金属生态风险评价

西南地区是我国典型重金属高背景区,在重金属高背景区开展生态风险评价对保障粮食安全有重要意义。采集云南省重金属高背景区土壤表层(0～20 cm)样品242件,农作物及对应的根系土样品74件,分析土壤和农作物样品中8种重金属(Cd、Cr、As、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni)含量以及土壤中重金属赋存形态。研究发现,受地质背景因素影响,Cd、Cr、Cu、Hg、Ni和Zn含量平均值均超过云南省土壤背景值,Cd、Cu和Ni含量平均值均超过农用地土壤污染风险管控标准规定的筛选值,土壤pH值多呈酸性,有机质含量较低。土壤中As、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn主要以残渣态形式存在,生物有效性低,是由地质背景引起的;Cd残渣态占比较低,生物有效组分较高,Cd元素的地累积指数分布显示,Cd受人为污染和地质背景交互叠加的影响,是研究区污染风险最高的重金属元素。Hg来源较为复杂,全量较低,污染风险较小。研究区大宗粮食作物(马铃薯和玉米)重金属含量均不超标,生物富集系数(BCF)均小于0.03,粮食作物较安全,生态风险较低。黄烟中Cd含量远远超过目前初步制定的安全限量标准,BCF为3.13,说明烟草特别能富集Cd,存在一定的生态风险。表层土壤重金属潜在生态风险指数(RI)统计结果显示,土壤重金属RI贡献降序依次为Cd(73.71)Hg(57.40)Cu(25.25)Ni(8.76)As(7.39)Cr(4.15)Pb(4.04)Zn(2.0),Cd和Hg是研究区最重要的风险元素,但均以中等生态危害为主,很强生态危害分布面积较小,研究区生态风险整体较低,风险可控。     

广西贵港岩溶地质高背景区富含铁锰结核土壤的矿物学与重金属地球化学特征

岩溶地质高背景区土壤中普遍存在的铁锰结核对重金属的赋存状态和有效性有重要影响。选择广西贵港覃塘岩溶地质高背景区富含铁锰结核的表层土壤(0~20 cm)为研究对象,筛分出不同粒径的铁锰结核(10~120目)和细粒径土壤(<120目)样品进行化学分析,针对以下三个方面开展研究:(1)重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)在铁锰结核和细粒径土壤中的分布分配规律和铁氧化物矿物的组成;(2)铁氧化物矿物对富含铁锰结核的土壤中Cd等重金属富集的影响;(3)重金属在富含铁锰结核的土壤中的赋存机制。研究发现,铁锰结核中的Fe和Mn以及Cd等重金属含量随着粒径的增大而不断增加,说明Cd等重金属元素更倾向于在大粒径铁锰结核中富集;土壤中Cd等重金属总量的约90%赋存在结核中,表明研究区土壤中重金属主要以结核形式赋存;富含铁锰结核的土壤中赤铁矿和针铁矿的平均含量分别为0.61%和4.94%,且结核粒径越大,针铁矿和赤铁矿含量越高;除Hg外,Cd等重金属含量与针铁矿和赤铁矿的含量均呈现极显著正相关,与赤铁矿的相关性稍优于针铁矿,表明铁氧化物矿物与富含铁锰结核土壤中的Cd等重金属元素富集密切相关。铁锰结核的存在既能促进Cd等重金属在土壤中的富集,又能降低土壤中重金属的生物有效性,研究结果为解释岩溶地质高背景区土壤Cd等重金属元素高含量、低生物有效性提供了理论依据。     

云南省武定县土壤重金属地球化学分布特征及其来源浅析

为探明西南地区耕地土壤重金属污染的分布特征及来源,选取云南省武定县优耕区为研究区,在分析1802件表层土壤和4条剖面土壤重金属含量的基础上,运用地累积指数法评估重金属污染风险,利用地统计分析、单因子方差分析、正定矩阵分析探讨重金属的空间分布特征、污染水平及潜在来源。8种重金属与云南省背景值相差较小,其中Cr、Ni平均含量高于云南省背景值,是其背景值的1.75和1.14倍,As、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn低于其背景值。8种重金属元素呈现东高西低、南高北低的分布趋势,异常区分布规律明显。地累积指数结果表明,8种重金属中仅Cd存在轻微污染,其余元素均处于无污染水平,与以往认为西南地区是地质高背景区、土壤污染严重有较大出入,需要对西南重金属高背景区的观点进行重新认识和修订。研究区内8种重金属主要有3个污染源:矿业开采源、肥料和交通污染源和成土母质源。其中,As、Cu、Hg主要受迤纳厂铜矿开采的影响; Pb、Cd、Zn受刺竹箐铅锌矿床的开采、交通污染和肥料施用的共同影响; Cr、Ni受成土母质影响较大。     

云南省安宁地区土壤重金属等元素生态地球化学调查与评价

云南省安宁市是长江上游滇中经济发展和生态文明建设的重要地区。本文以2018～2020年度在安宁地区系统采集的表层土壤样品为研究对象,对研究区表层土壤重金属等元素含量特征和富集程度进行研究,利用地累积指数和潜在生态风险评价指数对土壤重金属的生态风险进行评价,并采用相关性和主成分分析其来源。结果表明,研究区土壤重金属Cr、Zn、As、Cd、Pb、Hg以及放射性元素U显著高于云南省土壤背景值,且变异程度较高,空间分布不均;重金属Cr地质异常累积程度最高,As、Cd和Hg潜在生态风险等级高,生态风险主要集中在磷矿采区及螳螂川流域钢铁厂、化工厂周边。研究区土壤中Cr、Ni、Cu可能更多地来源于成土母质;Cd、Pb、Zn和As高含量区受人为活动的影响较为显著;Hg可能存在复合污染源。本研究结果将为识别安宁地区土壤重金属的来源及当地土地资源安全管护提供科学依据。     

重庆岩溶地质高背景区土壤-农作物系统重金属累积特征及影响因素

为了揭示重庆岩溶地质高背景区土壤-农作物系统中重金属的迁移累积特征,选择在重庆市南部典型岩溶区,系统地采集大宗农作物(水稻、玉米和红薯)及其耕层土壤84组,分析测定农作物及耕层土壤中重金属砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、汞(Hg)、镍(Ni)、锌(Zn)含量及理化性质,采用地统计、生物富集因子及皮尔逊相关系数分析等方法,开展重金属元素在重庆岩溶地质高背景地区土壤-农作物系统中累积特征及影响因素。结果表明,研究区水稻田、玉米地和红薯地耕层土壤重金属平均含量均高于重庆市和全国表层土壤背景值,呈现不同程度的积累,其中Cd元素富集现象较为突出。依据GB 15618-2018和GB 2762-2017.耕层土壤种Cd超标率达41.59%,水稻、玉米和红薯中Cd超标率分别为5.89%、6.25%和5.56%,显示出岩溶地质高背景区虽然土壤中重金属含量总量高,但生物有效性较低。相关分析显示,土壤-农作物系统Cd等重金属含量主要受土壤pH、土壤质地和土壤中铁锰氧化物影响。     

上海某区域低效工业用地土壤重金属含量特征及生态风险分析

为探明上海低效工业用地土壤重金属含量特征及生态风险状况,在某区域选取3种典型低效工业用地地块,分别检测As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn、Hg八种重金属。结果表明:区域内土壤重金属因人类活动呈现出富集现象,其中个别点位Cd、Hg、Ni超标,大部分点位重金属均超过背景值。Pearson相关性分析研究发现:Hg与Cd可能主要来源于生活垃圾及周边电镀等工业企业;Cu、Pb、Ni、Zn和Cr可能主要来自于生活污水、工业废气、汽车尾气,污染气体中的重金属通过干湿降落后渗入土壤;As可能主要受成土母质的影响。潜在生态风险评价及生态风险预警结果表明:以上海市背景值为参照,Hg和Cd处于中等至高等风险水平,其它重金属皆为低风险水平。     

福建铁观音茶园生态地球化学特征

东南沿海是铅等重金属的地球化学高背景区。该地区广泛分布酸性红壤,酸雨沉降、不适当施肥导致土壤酸化以及由此引发土壤重金属生态风险令人关注。以福建省铁观音主产区为研究区,采集了79个茶园的表层和亚表层土壤样、茶叶样品,测定了重金属元素以及土壤常量元素和理化指标。研究表明,福建铁观音茶园土壤中Hg、Pb、Se、Zn高含量主要由地质背景所引起,土壤常量组分、有机质、酸碱度等理化条件对土壤元素含量有一定的影响;铁观音茶树老叶中As、Cd、Cr、Hg、Se、Pb、F等非植物营养元素含量明显高于嫩叶,显示这些元素随植物生长逐渐累积的特征,而嫩叶中植物生长必需的营养元素Cu、(Ni)、Zn则高于老叶,反映出微量营养元素在茶叶生长部位相对富集的特征;多数情况下土壤与茶叶间元素含量相关性差,说明茶树对土壤元素的吸收累积受到多种复杂因素的影响。研究表明茶叶与土壤Pb、Cr具有显著正相关性,为建立铅污染土壤生态效应预测评价模型提供了基础依据。     

承德中部土壤-黄芩系统重金属生物有效性及迁移累积特征

土壤重金属含量是影响黄芩产量和质量的重要因素。选取承德市中部金沟屯和五道岭两处黄芩种植示范区为研究区,采集表层土壤样品355件,黄芩样品30件,重金属形态样品15件。在分析土壤Mn、Zn、Cu、Cr、Cd、As、Pb、Ni、Hg、V、Co、Sb和土壤有机质含量（SOM）及pH值,黄芩Zn、Cu、Cr、Co、Cd、Pb、Ni、Hg和As含量基础上,采用描述性统计、地累积指数、主成分和RDA分析、重金属生物富集系数、生物活性系数和迁移系数等方法论述了土壤-黄芩系统重金属生物有效性及迁移累积特征。结果表明:金沟屯和五道岭区土壤各重金属累积程度总体属无-中度累积水平。五道岭Cu和Hg累积程度高于金沟屯区,其它元素累积程度低于金沟屯区。五道岭区表层土壤Cr、Cu和Cd含量超标率分别为2.82%、1.69%和1.13%;金沟屯区土壤Cd、Cr和Ni,五道岭区土壤Zn和Hg含量超标率均为0.56%。五道岭区黄芩Cu元素含量高于金沟屯区,Co和Cu元素生物富集强度高于金沟屯区,其它元素含量和生物富集强度则均低于金沟屯区。土壤Cd和Hg元素生物活性系数相对最高,Ni、Zn和Pb元素次之,Cu、Cr和As生物活性系数相对较低。金沟屯区根系土具有较低的pH值和较高的SOM含量,区内黄芩根部As、Cd、Cr、Ni、Zn和Pb元素BCF平均值高于五道岭区,Cu元素富集强度低于五道岭区。土壤重金属生物有效性和黄芩重金属生物富集强度受土壤pH和SOM含量影响,其中Cd和Cu元素受SOM含量影响最为明显。     

渤海西部表层沉积物中重金属的环境地球化学特征

为探讨渤海西部在多重环境因素变化下沉积物中重金属的环境地球化学行为,分析了渤海西部44个站位表层沉积物样品中8种重金属元素含量,研究了重金属元素的分布特征、环境影响因素及其生态风险。结果表明,渤海西部表层沉积物中As、Cu、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Zn的平均含量分别为117 mg/kg、255 mg/kg、014 mg/kg、689 mg/kg、0037 mg/kg、303 mg/kg、223 mg/kg、757 mg/kg;Cu、Cr、Ni、Zn含量与有机碳含量、小于63 μm细粒沉积物呈显著正相关,其在表层沉积物中的分布明显受到有机质含量和沉积物粒径的控制,而As、Hg分布没有明显受到有机质含量的影响。富集系数显示,Cr、Ni、Pb和Zn为无富集,Cu、As为轻度富集,Cd和Hg为中度富集。与多种背景值和一致性沉积物质量基准相比较,渤海西部表层沉积物Pb、Cd的含量超出背景值,而Cu、Zn、Ni、Cr、As、Hg含量也存在一定的异常,但其含量水平引发有害生物效应的可能性不大,尽管重金属元素含量偏高,但生态风险较小。     

岩石坚硬程度对核电厂地基-基础地震响应特征的影响分析

考虑核电厂地基-基础的动力相互作用,应用显式动力有限差分法分析了地震作用下极软岩、较软岩、坚硬岩上核电厂建筑结构基础的地震响应特征,比较了岩石坚硬程度对基础加速度反应谱的影响。研究表明：随着岩石坚硬程度的提高,核电厂建筑物结构基础的地震响应有增加的趋势;在周期轴上,基础处的加速度反应谱曲线会随着岩石坚硬程度的提高逐渐向短周期（高频段）方向移动。在高频段,建造于较坚硬岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在中等频段,建造于较软岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在低频段,岩石坚硬程度对加速度反应谱的影响不显著。     

Strains of scattering of near-field of a point source

Three dimensional scattering of near-field is studied for dilatation and rotation in the time domain. The perturbation method is applied to solve the equation of motion for the first order scattering from a weak inhomogeneity in an otherwise homogeneous medium. The inhomogeneity is assumed close enough to the point source so that the near-field intermediate wave is dominating over the far-field sphericalP andS pulses. The integral expressions are derived to relate dilatation and rotation of scattering to the radial fluctuations of velocities and density in the inhomogeneity. These integrals are solved to calculate the strains of scattering from (a part of) an inhomogeneous spherical shell of arbitrary curvature. Variable curvature may allow the shape of inhomogeneity volume element to change uniformly from spherical to rectangular. Rotation of scattering from a spherical shell is independent ofP wave velocity inhomogeneity. Dilatation of scattering does not involveS wave velocity inhomogeneity but its gradient. The back scattering results are obtained as a special case. Strains are computed numerically, for hypothetical models to study the effects of various parameters viz., velocity inhomogeneity, distance of source from inhomogeneity and from receiver, and thickness of inhomogeneity. The curvature of the spherical shell is varied to study the effects of the shape of inhomogeneous volume element on scattering.     

土石坝心墙水力劈裂分析

简要分析了水力劈裂的发生条件、力学机理。基于水压楔劈机理,利用有限元方法建立了一种水力劈裂的发生判定方法。该方法假定心墙预先存在局部渗透弱面（裂缝）,通过将裂缝位置的单元材料改为裂缝软材料,考虑库水进入裂缝后对裂缝周围土体的作用,建立水力劈裂分析的平面有限元模型,确定裂缝端部垂直于裂缝面的正应力,进而依据该正应力判断水力劈裂发生的可能性,该方法同时可模拟水力劈裂的发展过程。     

Geochemistry of Thermal Waters of Continental Margin of Far East of Russia

Studied waters belong to warm(T=30-50℃),alkaline(pH=8.9-9.3),low mineralized(TDS235 mg/1)Na-HCO_3 or Na-SO_4-HCO_3 thermal waters with high content of SiO_2(up to 81 mg/l)and F(up to 3.9 mg/1),occur on modern volcano-tectonic rejuvenated areas of Eastern Sikhote-Alin orogenic belt.Low~3He concentration as well as N_2/O_2 and N_2/Ar ratios exclude influence of deep mantle fluid.New rare earth element data constrain our understandmg of water-rock interaction occurring in the water source region.Meteoric origin of waters is proved by stable isotope values varying from-71‰to-136.1‰and from-10.8‰to-18.8‰forδ~2U andδ~(18)O respectively.REE patterns reflect high pH,resultfing from water-rock interaction and oxidative conditions.Calculations of deep aquifer temperature using Na-K and quartz geothermometers show 116.8-131.1°C and 82.2-125.8℃respectively.Presence of deep faults both with abnormal thermal gradient(~45-50 K/km)define unique geochemical shape of thermal waters of Sikhote-Alin,area,where no present volcanic activity is registered.     

土钉支护失稳分析

某基坑采用复合土钉墙支护,开挖至坑底后,基坑北侧发生失稳事故。本文就其事故发生原因作一探讨。     

地震次生地质灾害风险评估集对态势分析

5．12四川汶川8级强震引发了大量次生地质灾害,加剧了灾情并严重影响抗震救灾。地震次生地质灾害受多重因素制约,其孕育与致灾过程具有不确定性。利用集对分析原理与方法,对地震次生地质灾害进行同异反态势分析,拟定了风险评估的集对分析同一度、差异度、对立度等指标体系的构建原则与赋值标准,对承灾体系统的不确定性及其作用作了刻画与分析,建立了不同风险分区代表性的集对分析联系度表达式,为地震灾害研究提供了可资借鉴的新思路和技术方法。     

下扬子区三叠纪古地理演化

下扬子区在三叠纪期间接受了早-中三叠世海相碳酸盐沉积、中-晚三叠世海陆交互相和陆相湖沼沉积.沉积相带的空间分布和古地理格局的变迁明显地受到区域构造的控制.区内盆地发育与演化是在华南板块与扬子板块、扬子板块与华北板块相互作用的背景下进行的.早-中三叠世末期的印支运动是下扬子区构造-古地理格局改变的决定性因素,使下扬子海盆闭合,沉积类型由海相沉积变为陆相沉积.下扬子区三叠纪古地理的演化特征也为板块碰撞提供了沉积证据.     

多年冻土融沉性分类研究

在冻土工程中,冻土的融沉性评价是工程地质勘察的主要内容之一,融沉性分类是冻土地基基础设计施工的重要依据．根据345个冻土原状样品融沉压缩试验数据,提出了细砾、砂土、粉土、黏性土、泥炭化黏性土和泥炭质土等6类土的融沉系数一含水量或融沉系数一超塑含水量线性回归方程式,得到与各融沉性分级相应的界限含水量或界限超塑含水量．最后...     

Kinetics of dehydration of Ca-montmorillonite

Isothermal thermogravimetric experiments have been carried out to determine the reaction kinetics of the dehydration processes in fuller's earth, a natural Ca-montmorillonite. Dehydration in swelling clays is a complex reaction, and analysis of the thermogravimetric data using empirical rate equations and time-transformation analysis reveals that the nature of the rate controlling mechanism is dependent upon both the temperature regime of the sample as well as the extent of reaction. For fuller's earth, we find that the dehydration kinetics are dominated by a nucleation and growth mechanism at low temperatures and fractions transformed (stage I), but above 90 °C the last stages of the reaction are diffusion controlled (stage II). The activation energy for dehydration during stage I is around 35 kJ · mol⁻¹, whereas the removal of water during stage II requires an activation energy of around 50 kJ · mol⁻¹. These two stages of dehydration are associated with primary collapse of the interlayer (stage I) and movement of water that is hydrated to cations within the interlayer (stage II). Received: 28 August 1998 / Revised, accepted: 27 January 1999