疏勒河上游多年冻土区植物生长季主要温室气体排放观测

选取青藏高原东北部疏勒河上游多年冻土区的高寒草甸样地为研究对象, 对2011年植物生长季(6-10月)主要温室气体(CO₂、 CH₄CH₄和CO₂)的排放进行了观测. 结果显示: 疏勒河上游多年冻土区高寒草甸地表CO₂、 CH₄和N₂O排放速率范围分别为7.58~418.60 mg·m^-2·h^-1, -0.20~0.14 mg·m^-2·h^-1和-27.22~39.98 μg·m^-2·h^-1. 0~10 cm土壤温度、 含水量和盐分与CO₂和CH₄排放速率显著相关, 但与N₂O排放速率无显著相关. 日均排放速率显示, CO₂和N₂O在整个观测期均表现为排放; CH₄在植物返青期和生长旺盛期表现为排放, 在枯黄期伴随表层土壤发生日冻融循环时为吸收. 从9月30日12:00-10月6日14:40, 表层0~10 cm土壤经历了3次日冻融循环, CO₂和N₂O日均排放速率分别由冻融前的60.73 mg·m^-2·h^-1和9.91 μg·m^-2·h^-1提高到122.33 mg·m^-2·h^-1和11.70 μg·m^-2·h^-1. 土壤温度、 含水量和盐分是影响CO₂和CH₄排放的重要因子, 表层土壤冻融交替作用可提高地表CO₂和N₂O的排放速率.     

亚热带岩溶森林类型和坡位对碳酸盐岩溶蚀的影响

文章采用标准溶蚀试片法对比两种亚热带岩溶森林不同坡位的碳酸盐岩溶蚀速率,并分析其与土壤CO₂含量(pCO₂)和土壤含水量的对应关系。结果表明：青冈林的平均溶蚀速率(5.22±0.99mg·cm^-2·a^-1)显著高于化香树林(3.58±2.59 mg·cm^-2·a^-1);青冈林的土下溶蚀速率在垂直剖面上先增加后递减,峰值位于土下20 cm,而化香树林的随土壤深度增加而增加;青冈林不同坡位的溶蚀速率差异不显著,而化香树林中坡显著高于上坡和下坡;不同森林类型坡位间的溶蚀速率未表现一致规律。森林类型间溶速率差异与土壤含水量有较好的对应而与土壤pCO₂相反,森林内坡位间及土壤垂直剖面的溶蚀速率差异与土壤pCO₂有更好对应性。亚热带不同岩溶森林类型间溶蚀速率差异显著,可用土壤含水量较好解释;不同坡位间差异没有一致规律,但可用土壤pCO₂较好解释。     

若尔盖高原草甸土与泥炭土氧化CH4研究

若尔盖高原草甸土氧化大气CH₄的速率为-0.092～0.125 ng·g^-1·h^-1,氧化速率随着土壤深度的增加而减小,深度超过25cm的土层没有氧化大气CH₄的潜力;而高原泥炭土CH₄排放速率为0.236～1.088 ng·g^-1·h^-1,排放速率亚表层土(10～25 cm)最大.两种土壤均能氧化高浓度CH₄,泥炭土氧化大气浓度CH₄的速率是草甸土的15～22倍.两种土壤不同层次氧化高浓度CH₄的潜力都没有显著差异.降水减少或人为排水导致的泥炭地水位下降,将加强若尔盖高原土壤氧化CH₄从而减少CH₄排放.     

方解石在不同水环境中的溶解与沉淀作用

方解石的溶解与沉淀是各种岩溶地质作用的基础,但对其在不同水环境条件下的溶解过程和溶解度有待深入研究。文章通过实验研究了天然方解石(CaCO₃)在不同水环境中的溶解作用。结果表明,方解石在纯净水、空气饱和水、CO₂饱和水、初始pH=3的溶液和初始pH=9的溶液中溶解时,Ca浓度随着溶解时间的增加呈现缓慢升高并趋于稳定,在溶解4 080 h后达到0.4444～0.4696 mmol·L^-1、0.402 0～0.415 4 mmol·L^-1、0.573 9-0.659 7 mmol·L^-1、1.098 1 mmol·L^-1和0.448 9 mmol·L^-1;方解石(CaCO₃)在纯净水中溶解时溶度积(K_sp)为10^-8.48±0.08～10^-8.48±0.13,吉布斯生成自由能ΔG_f^o[CaCO₃     

新疆蒙其古尔铀矿床矿石CO2+O2加压搅拌浸出前后含铁矿物溶蚀特征对比研究

含铁矿物广泛存在于砂岩型铀矿床中,对地浸开采有着较大的影响。本次研究利用CO₂+O₂加压搅拌浸出实验、自动矿物分析系统(TIMA)和扫描电镜来对新疆蒙其古尔铀矿床灰色粗粒砂岩矿石浸出前后含铁矿物的连生、解离度和粒度变化进行表征,以此分析含铁矿物在CO₂+O₂中性地浸过程中的行为及对铀浸出的影响。研究结果表明,浸出后黄铁矿、黑云母和菱铁矿与铀石的连生程度从18.82%、2.77%及0.04%降至0.00%,而绿泥石的连生程度由2.56%变为3.56%和0.00%;4种矿物在浸出前后的解离度主要分布在小于1%的区间内,除菱铁矿解离度没有明显变化以外,绿泥石、黑云母和黄铁矿的解离度均有降低的趋势;粒度方面,浸出后绿泥石、黑云母、黄铁矿和菱铁矿等粒度在5～15μm的比例有所增大,表明它们的粒度均有所减小。上述情况表明,绿泥石、黑云母、黄铁矿和菱铁矿在CO₂+O₂地浸过程中会发生溶蚀,释放的Fe²⁺会转化为Fe³⁺。Fe<...     

泰安城区孔隙水水化学特征及水质评价

为分析泰安市城区孔隙水水化学特征及水质现状,选取2021年采集的31件水样,运用数理统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比值等方法分析孔隙水主要离子特征及控制因素,运用改进的内梅罗综合指数评价法对孔隙水水质进行评价。结果表明：泰安城区孔隙水阳离子以Ca²⁺、Na⁺为主,阴离子以HCO₃^-、SO₄^2-为主;p H值6.75～8.10,整体呈弱碱性;TH含量211～1 226 mg·L^-1,平均603 mg·L^-1,属于硬水—极硬水;TDS含量368～2 002 mg·L^-1,平均917 mg·L^-1,属于淡水—微咸水;NO₃^-含量3.08～111.07 mg·L^-1,平均31.85 mg·L^-1;K⁺、NO₃^-、C...     

电化学循环井驱动模拟含水层化学氧化降解三氯乙烯

传统原位化学氧化地下水修复技术存在氧化剂迁移距离短和利用率低等问题。本研究在双井循环模式促进传质的基础上,通过注水井中的地下水电解原位提供O₂和H₂,配合乙二胺四乙酸(ethylenediamine tetraacetic acid,EDTA)络合溶解出含水层Fe(Ⅱ),活化O₂产生羟基自由基(•OH),实现地下水三氯乙烯(TCE)的氧化降解。在填充了砂土和黏土互层的二维砂槽中,设置电流为0.2 A、流速为72 cm/d、初始TCE浓度为3 mg/L,经过9 d的连续通电处理后,TCE浓度降低到1 mg/L,降解率达到67%。通电前投加0.5 mmol/L EDTA,经过1 d水流循环后含水层中溶解态Fe(Ⅱ)浓度从02 mg/L增加到414 mg/L,黏土区域较高。通电过程中,循环井促进O₂、Fe(Ⅱ)-EDTA和TCE的有效接触与反应,使TCE氧化降解。通电初期,黏土区域Fe(Ⅱ)氧化速率、TCE降解速率较周围慢,后期差异逐渐减小。未通电时加入醋酸钠可促进Fe(Ⅲ)还原,使含水层中铁循环利用。该修复过程通过循环井提升了氧化剂迁移距离,使用源于含水层的Fe(Ⅱ)-EDTA和稳定性较好的O₂提高了氧化剂利用率,有望应用于有机污染地下水修复。     

La0.5Sr0.5Co0.8Mn0.2O3-δ钙钛矿对过一硫酸盐降解水中四溴双酚A影响实验研究

研究了La_0.5 Sr_0.5 Co_0.8 Mn_0.2 O_3-δ钙钛矿活化过氧单硫酸盐对四溴双酚A(TBBPA)的降解作用,重点探讨不同的煅烧温度制备镧锶钴锰钙钛矿(LSCM82)的催化性能对过一硫酸盐降解TBBPA的影响,以及溶液的不同初始pH条件对优选材料体系降解效率的影响。结果发现,变价离子的氧化还原对Co3+/Co2+和(Mn4++Mn3+)/Mn2+是催化剂活性的主要贡献者。煅烧温度为950 ℃且具有适量间隙氧及比表面积的LSCM82-950催化反应速率较高。在中性pH环境条件下应用LSCM82-950活化过一硫酸盐降解水中TBBPA污染物,既可以使催化剂钴浸出很少,又能达到最大程度的TBBPA降解效果。     

磷酸盐对纳米二氧化钛吸附水体中重金属离子行为的影响和机理分析

纳米二氧化钛(nTiO₂)被广泛应用于去除水体中的重金属。磷酸盐作为水体中普遍存在的无机阴离子,能够对重金属离子在nTiO₂上的吸附特征产生影响。本文聚焦磷酸盐存在条件下nTiO₂胶体颗粒对典型重金属离子(Zn²⁺和Cd²⁺)的吸附行为,以电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定吸附平衡后水相中重金属离子的浓度。通过批量吸附实验考察不同水化学条件下(离子强度和共存阴离子),磷酸盐对nTiO₂胶体颗粒吸附水体中Zn²⁺和Cd²⁺特征的影响规律。采用经典吸附等温线模型对实验数据进行拟合,并结合纳米颗粒的Zeta电位和粒径变化等表征手段揭示了相关吸附机制。研究发现：(1)磷酸盐的存在能有效地增强重金属在nTiO₂上的吸附,Zn²⁺和Cd²⁺的最大吸附量分别由121.1mg/g和84.7mg/g增加至588.3mg/g和434.8mg/g,增加了3...     

Variation characteristics of CO2 in a newly-excavated soil profile,Chinese Loess Plateau: Excavation-induced ancient soil organic carbon decomposition

Soils of the Chinese Loess Plateau(CLP)contain substantial amounts of soil inorganic carbon(SIC),as well as recent and ancient soil organic carbon(SOC).With the advent of the Anthropocene,human perturbation,including excavation,has increased soil CO₂ emission from the huge loess carbon pool.This study aims to determine the potential of loess CO₂ emission induced by excavation.Soil CO₂ were continuously monitored for seven years on a newly-excavated profile in the central CLP and the stable C isotope compositions of soil CO₂ and SOC were used to identify their sources.The results showed that the soil CO₂ concentrations ranged from 830μL·L^-1 to 11190μL·L^-1 with an annually reducing trend after excavation,indicating that the human excavation can induce CO₂ production in loess profile.Theδ¹³ C of CO₂ ranged from–21.27‰to–19.22‰(mean:–20.11‰),with positive deviation from top to bottom.The range of δ¹³CSOC was–24.0‰to–21.1‰with an average of–23.1‰.Theδ¹³ C-CO₂ in this study has a positive relationship with the reversed CO₂ concentration,and it is calculated that 80.22%of the soil CO₂ in this profile is from the microbial decomposition of SOC and 19.78%from the degasification during carbonate precipitation.We conclude that the human excavation can significantly enhance the decomposition of the ancient OC in loess during the first two years after perturbation,producing and releasing soil CO₂ to atmosphere.     

额尔齐斯河源春季水化学及稳定同位素特征研究

基于2018年4月额尔齐斯河源至富蕴段的河水样品， 综合运用Gibbs图、 Piper三线图、 相关矩阵分析等方法对河水中主要的化学离子、 pH值、 电导率、 TDS和氢、 氧稳定同位素等物理化学指标进行了分析。结果表明： 额尔齐斯河源春季河水呈弱碱性， TDS平均值为72.02 mg·L^-1， 整体属于低矿化度水。河水中主要离子浓度序列为HCO₃^- > SO₄^2- > Ca²⁺ > Na⁺ > Cl^- > NO₃^- > Mg²⁺ > K⁺， 其中HCO₃^-、 SO₄^2-和Ca²⁺是最主要的阴阳离子。水化学类型从库依尔特河的HCO₃^--Ca²⁺型转变为额尔齐斯河富蕴段的（HCO₃^-， SO₄^2-）-Ca²⁺型。从源区至富蕴段各离子含量整体呈增大趋势， 但其增加过程受到复杂因素的影响而出现差异。河水离子主要受水-岩风化作用控制， 且以碳酸盐岩（石灰岩、 白云岩）为主的风化水解是离子的主要来源， 其次是长石类矿物的风化， 还包括下游人类活动的离子输入等。δD和δ¹⁸O沿程逐渐增大， 在下游出现了富集现象。     

东濮凹陷盐湖相原油氮/氧化合物分布特征及其应用

东濮凹陷盐湖相原油中杂原子化合物研究薄弱。采用高分辨率质谱技术、结合色谱-质谱,对东濮凹陷盐湖相、淡水湖相原油、烃源岩中的含氮、氧化合物进行了检测。结果表明,原油中含有丰富的氮、氧化合物, N₁、O₁和O₂占绝对优势;随成熟度增加,N₁和O₁类化合物相对丰度增加、O₂类化合物相对丰度降低、氮/氧化合物的缩合度增加、烷基侧链碳数范围降低,提出了多项氮、氧化合物的成熟度辅助识别指标,建立了DBE₁₅/DBE₉-N₁和DBE₁₅⁺/DBE₁₄^--N₁与折算镜质体反射率之间的定量关系式。通过对氮、氧化合物的油-油、油-岩对比,认为东濮凹陷盐湖相原油主要来自成熟烃源岩。基于高分辨率质谱的氮、氧化合物具有重要的成熟度评价、油源对比、油气运移示踪的应用前景。     

Early diagenetic influences on iron transformations in a freshwater lake sediment

Iron transformations in a calcium carbonate rich fresh-water sediment were studied by analyzing the relevant constituents of both interstitial water and solid matter. Analysis of interstitial water shows that the observed redox sequence NO⁻₃/NH⁺₄, MnO₂/Mn(II), FeOOH/Fe(II), SO²⁻₄/S(−II) is roughly in agreement with that predicted by the Gibbs Free Energy for the corresponding reactions. In contrast to marine sediments, these redox transitions occur in the uppermost sediments, i.e., at depths of 0–4 cm.

Deeper in the sedimentary sequence, the depth profile for dissolved iron exhibits a steady non-linear increase up to 400 μmol dm⁻³. In this anoxic zone, according to thermodynamic predictions, iron (II)-minerals such as iron sulfide, siderite, and vivianite should precipitate while Fe(III) oxides should be completely dissolved. However, microscopic analysis showed that Fe(III) oxides were present throughout the studied sediment. Furthermore, scanning electron microscope/energy dispersive spectroscopy analysis suggests the presence of iron sulfide could be verified but not that of siderite or vivianite. These observations indicate kinetic control of iron transformations.

We have investigated the importance of kinetic control of iron distribution in anoxic sediments using a diagenetic model for dissolved iron(II). A rough estimate of time scales for dissolution and precipitation rates was made by imposing limiting boundary conditions. Using the calculated rate constant, we established that more than 1000 years would be required for the complete dissolution of Fe(III) oxides, which is agreement with our observations and experimental data from the literature. Calculated precipitation rates of Fe(II) for a given mineral phase such as siderite yield a maximum value of 3 μg_(FeCO3) g⁻¹_{(dry sediment)} yr⁻¹. Such low rates would explain the absence of siderite and vivianite.

Finally, it can be inferred from the Mn_T/Fe_T ratio in the sediments that this ratio depends on the redox conditions of the sediment-water interface at the time of deposition. Thus, this ratio can be used as “paleo-redox indicator” in lacustrine sediments.     

济南市新旧动能转换区浅层地下水硝酸盐污染特征

为查清济南市新旧动能转换先行区浅层地下水NO₃^-污染问题,对研究区7种污染源类型64件浅层地下水样品水质结果进行统计分析后认为:受人类活动影响,地下水中NO₃^-含量的高低往往与几种特定的水化学类型存在对应关系。4类主要污染源类型浅层地下水NO₃^-含量一般顺序为:垃圾渗滤液>禽畜养殖>生活污水>农业种植。垃圾渗滤液下渗导致的NO₃^-污染对应的主要地下水化学类型为HCO₃·Cl^-Na·Mg型,粪便渗滤液及尿液下渗主要对应产生HCO₃·SO₄-Na·Mg型、生活污水入渗对应产生HCO₃·Cl^-Na·Ca型,农业种植区主要对应HCO₃-Na·Ca型。离子相关性分析表明,NO₃^-含量与Ca²⁺、Cl^-存在相关关系。研究区以农业种植为主,大量氮素化肥和石灰等土壤改良剂的使用是导致浅层地下水NO₃^-与Ca²⁺相关的主要因素。NO₃^-与Cl^-在地下水中同属较稳定离子,由长期的人类活动排放、入渗积累或蒸发浓缩富集,是一个地区人类活动密集程度和历史长度的综合反映,提出了NO₃^-与Cl^-质量浓度联合评价地下水污染的基本方法。     

电感耦合等离子体质谱仪测定可可西里冰芯样品中超痕量Cd和Pb

介绍了利用电感耦合等离子体质谱仪(ICPMS)直接测定冰芯样品中超痕量重金属Cd和Pb的实验和分析方法,用国家一级标准溶液进行分析过程中的质量控制.仪器对测定浓度在20～100ng·L^-1之间Pb的分析精度<10%,对浓度在5～100ng·L^-1Cd的分析精度<10%,标准加入回收率在85%～107%之间.Cd和Pb的检测下限分别为0.62ng·L^-1和0.15ng·L^-1.初步探索了冰芯外部被污染部分的去除方法,给出了实验结果,并利用此方法对青藏高原马兰冰川的一根22m深冰芯进行了处理,分析了其中的Cd和Pb的浓度。     

北方典型内陆盆地高砷地下水的水化学特征及处理技术

我国高砷地下水分布广泛,是受砷污染最严重的地区之一,严重危害居民身体健康,开发经济、高效、环境友好的高砷地下水修复治理技术极具必要性。以大同盆地、呼包平原、河套平原和银川平原为代表性研究区域,归纳总结了北方干旱、半干旱地区典型高砷地下水区水化学特征。通常情况下,高砷地下水的pH值较高,共存阴离子(HCO^-3、SO^2-₄和Cl^-)浓度较大,溶解性有机碳含量较高,并且As(Ⅲ)为主要砷形态。开展了针对北方典型高砷地下水特定水化学环境特点(如pH值、共存阴阳离子以及溶解性有机物等)的改性天然菱铁矿除砷性能研究。结果表明,改性天然菱铁矿对溶液pH值具有良好的缓冲能力,其除砷性能基本不受pH值、共存阴离子、Ca/Mg阳离子及以腐殖酸为代表的溶解性有机物等典型高砷地下水水化学特征因素的影响,表明吸附剂对砷具有良好的吸附选择性。另外,改性天然菱铁矿对As(Ⅲ)的去除效果优于对As(V)的去除效果,因此,利用改性天然菱铁矿作为反应介质材料,将其应用于处理主要以As(Ⅲ)形式存在的高砷地下水具备良好的发展前景。     

青藏高原典型大陆性冰川表面消融期溶解性有机质演化特征分析——以祁连山老虎沟12号冰川为例

冰尘是冰川消融区表面黑色或棕色的球状聚合体,是冰川表面微生物的主要聚集区,同时含有丰富的溶解性有机质（dissolved organic matter, DOM）,在冰川物质能量平衡、生物地球化学循环特别是碳循环中发挥着重要作用。在冰川消融期,受环境条件和微生物活动水平等方面的影响,冰川表面DOM的含量是动态变化的。为了研究冰尘中DOM的演化过程,于2017年7月在青藏高原东北部典型大陆性冰川老虎沟12号冰川消融区表面开展了为期18天的冰尘原位培养实验。结果显示：培养初期（第0~6天）,冰尘水样中溶解性有机碳（DOC）浓度从13.41 mg?L^-1显著降低到4.47 mg?L^-1,培养后期（第6~18天）,增加至6.71 mg?L^-1;用特征紫外吸光度SUVA₂₅₄分析培养期间“光-生物”演化过程对DOC吸光性的影响,结果表明：SUVA₂₅₄的值先显著降低后显著升高,表明长时间的光照和微生物作用导致DOC浓度增加的同时,具有光吸收作用的化合物含量也显著增加。利用傅立叶离子回旋共振质谱分析DOM的分子组分发现,整个培养过程中（第0~18天）,DOM中多肽类和脂类分子含量明显减少,不饱和烃类、芳烃类以及多环芳烃类化合物含量增加。分析第0天,第6天,第9天和第18天四个培养时段特有DOM分子组成的变化发现,“光-生物”演化过程使得冰尘中DOM的组成不断由脂类和多肽类向不饱和烃类、芳烃类以及多环芳烃类化合物转化。     

Coupled redox transformations of catechol and cerium at the surface of a cerium(III) phosphate mineral

Highly insoluble Ce-bearing phosphate minerals form by weathering of apatite [Ca₅(PO₄)₃.(OH,F,Cl)], and are important phosphorous repositories in soils. Although these phases can be dissolved via biologically-mediated pathways, the dissolution mechanisms are poorly understood. In this paper we report spectroscopic evidence to support coupling of redox transformations of organic carbon and cerium during the reaction of rhabdophane (CePO₄·H₂O) and catechol, a ubiquitous biogenic compound, at pH 5. Results show that the oxic–anoxic conditions influence the mineral dissolution behavior. Under anoxic conditions, the release of P and Ce occurs stoichiometrically. In contrast, under oxic conditions, the mineral dissolution behavior is incongruent, with dissolving Ce³⁺ ions oxidizing to CeO₂. Reaction product analysis shows the formation of CO₂, polymeric C, and oxalate and malate. The presence of more complex forms of organic carbon was also confirmed. Near edge X-ray absorption fine structure spectroscopy measurements at Ce-M_4,5 and C-K absorption edges on reacted CePO₄·H₂O samples in the absence or presence of catechol and dissolved oxygen confirm that (1) the mineral surface converts to the oxide during this reaction, while full oxidation is limited to the near-surface region only; (2) the Ce valence remains unchanged when the reaction between CePO₄·H₂O and O₂ but in the absence of catechol. Carbon K-edge spectra acquired from rhabdophane reacted with catechol under oxic conditions show spectral features before and after reaction that are considerably different from catechol, indicating the formation of more complex organic molecules. Decreases in intensity of characteristic catechol peaks are accompanied by the appearance of new π^* resonances due to carbon in carboxyl (ca. 288.5 eV) and carbonyl (ca. 289.3 eV) groups, and the development of broad structure in the σ^* region characteristic of aliphatic carbon. Evolution of the C K-edge spectra is consistent with aromatic-ring cleavage and polymerization. These results further substantiate that the presence of catechol, O₂ (aq) causes both the oxidation of structural Ce³⁺ and the transformation of catechol to more complex organic molecules. Scanning Transmission X-Ray Microscopy measurements at the C K and Ce M_4,5 edges indicate three dominant organic species, varying in complexity and association with the inorganic phase. Untransformed catechol is loosely associated with CeO₂, whereas more complex organic molecules that exhibit lower aromaticity and stronger CO π^* resonances of carboxyl-C and carbonyl-C groups are only found in association with the grains. These results further serve as basis to postulate that, in the presence of O₂, CeO₂ can mediate the oxidative polymerization of catechol to form higher molecular weight polymers. The present work provides evidence for a pathway of biologically-induced, non-enzymatic oxidation of cerium and formation of small CeO₂ particles at room temperature. These findings may have implications for carbon cycling in natural and cerium-contaminated soils and aqueous environments.