城镇周边和江河沿岸土壤中Hg和Cd存在形式解析与生态风险评估

受人类活动和自然作用双重影响,土壤中重金属元素异常普遍存在,其中尤以城镇周边的Hg异常和大江河沿岸区域Cd异常最为典型。近年来,通常采用化学分步提取的方式,探讨土壤水溶态、离子交换态、有机态、铁锰氧化物态等形态中Hg、Cd等重金属元素含量的状况,进而分析其生态效应,但对土壤中Hg、Cd等重金属元素的自然存在形式缺乏深入探讨。本文以Hg、Cd两元素为重点,选择我国代表性城市和地区,采集城镇周边Hg异常区和江河沿岸Cd异常区的土壤样品,采用王水溶样原子荧光光谱法(AFS)测定Hg含量,采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸溶样电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定Cd含量,同时配合其他相关实验手段,对Hg、Cd的自然存在形式进行解析;并以水稻中Hg、Cd含量为依据对Hg、Cd的生态效应进行了评价。结果表明:长春、南京、漳州和广州等城镇周边土壤Hg异常区Hg主体以硫化物形式存在,而且至少有一部分是以辰砂矿物形式存在,由此决定了土壤中Hg有效态在Hg全量中所占比例较小,土壤中Hg平均含量达到500μg/kg时,水稻籽实中Hg含量超过无公害食品标准的比例为3.4%,生态效应不甚敏感;长江、珠江等江河沿岸区域Cd异常区内Cd主要呈黏土吸附形式存在,由此导致50%左右的Cd以有效态形式存在,在土壤Cd全量中所占比例较大,当土壤中Cd平均含量达到1000μg/kg时,水稻籽实中Cd含量超过无公害食品标准的比例为43%,生态效应敏感。由此揭示出土壤中Hg、Cd等重金属元素生态效应敏感程度更直接地受到自然存在形式的影响。以辰砂矿物形式存在的Hg呈现"惰性",不容易被农作物吸收,故生态效应不敏感;以黏土矿物吸附形式存在的Cd活动性更强,容易被农作物吸收,故生态效应敏感。Hg、Cd等重金属元素被农作物乃至人体吸收后,其存在形式及其转化特性是评估该元素是否存在生态风险的关键。     

古堆泉岩溶地下水系统特征及系统圈划

古堆泉是汾河流域内唯一的中低温地热泉,研究其水文地质特征、划定岩溶地下水系统边界是进行岩溶地下水资源评价和地热水成因研究的基础。通过对古堆泉岩溶地下水系统的地质结构特征、水文地质结构特征和岩溶地下水循环演化规律分析,初步圈划了古堆泉岩溶地下水系统及其子系统。研究结果表明：系统内地质结构复杂、火成岩侵入和隐伏断裂发育,总体上可以将其概括为南北和东西向均"三隆三陷"的地质格局;古堆泉岩溶地下水主要接受塔儿山、二峰山及中条山碳酸盐岩裸露区的降水入渗补给,南梁泉和海头泉是系统内2个岩溶地下水的局部排泄点,古堆泉是最终排泄点。根据水文地质结构特征和岩溶地下水循环特征确定了古堆泉岩溶地下水系统边界及其水文地质性质,圈定的古堆泉岩溶地下水系统面积为2 942 km²,并进一步将其划分为4个相对独立的岩溶地下水子系统：塔儿山-九原山古堆泉岩溶水子系统、佛岭山-高显海头泉岩溶水子系统、中条山南梁泉岩溶水子系统、侯马盆地深循环岩溶水子系统。     

南海南部晚第四纪表层海水温度的变化及其与极地冰芯古气候记录的比较

本次研究选取南海南部"太阳号"95航次17961-2柱状样(8°30.4′N,112°19.9′E,水深1795m,柱长10.3m)的175块样品进行浮游(Globigerinoides ruber)和底栖有孔虫(Cibicidoides wuellerstorfi)的氧碳稳定同位素及浮游有孔虫G.ruber壳体的Mg/Ca比值测定,再造了距今约140ka以来时间分辨率约800年的表层海水温度(SST)变化,揭示末次冰期南海南部的SST曾降温达约5℃,且存在类似Dansgaard-Oeschger(D/O)事件的千年尺度波动。将南海南部的研究结果与极地冰芯古气候记录进行对比,发现在千年时间尺度上南海南部SST的变化特征与南极冰芯的古气候变化相一致,而与格陵兰冰芯δ18O所展示的锯齿状形态D/O事件的变化不一样,且最近的两个末次冰消期南海南部SST与代表高纬冰盖体积大小的底栖有孔虫δ18O几乎同步变化,反映南海南部热带海区古气候变化的特殊性,为进一步研究低纬热带海区在全球古气候变化中的作用提供了新证据。     

含钙储层测井响应特征分析

针对大庆长垣以西地区中部含油组合萨尔图、高台子油层复杂地质条件给测井解释带来的巨大难度而致使测井解释符合率低的状况,深入分析了开发井测井系列对该类储层响应特征,给出"四性"关系的另一种表达方式,提出5点结论,对该储层评价有指导意义.     

北京城近郊区土壤中Cd的释放、形态转化与演变趋势

在对北京城近郊区主要类型土壤(潮土和褐土)中Cd形态分析的基础上,研究pH与土壤中Cd的释放量及其形态转化的关系。结果表明:潮土和褐土中Cd的释放量曲线都呈下凹的弧形,在pH=6～7之间释放量最低。pH对土壤中Cd释放的影响,其本质是土壤中Cd的化学形态发生了变化,各形态间的转化以水溶态为中介体。所有的形态转化中,pH对交换态和碳酸盐结合态影响最大,且这两者之间的转化对生物有效量起决定性作用。进而根据北京城近郊区土壤中生物有效Cd的分布状况,结合北京市近12年监测的大气pH值,对北京城近郊区土壤Cd污染进行预警。     

介形类壳体中Sr/Ca及Mg/Ca比值的ICP-AES测定

沉积物中介形类壳体的Ｓｒ／Ｃａ和Ｍｇ／Ｃａ比值可用于湖泊古盐度和古温度的重建。本文从双通道顺序扫描式ＩＣＰ－ＡＥＳ的特点出发,对μｇ级介形类样品中的低含量元素Ｓｒ和Ｍｇ选择最灵敏谱线和最佳通道,对各项条件进行最优化。Ｓｒ和Ｍｇ的检测限分别为１．１μｇ／Ｌ和１．４μｇ／Ｌ。本文以此法准确测定了介形类样品中Ｓｒ／Ｃａ比值和Ｍｇ／Ｃａ比值,回收率实验结果令人满意。     

MIS 6期以来西菲律宾海表层营养物质水平演化及其控制因素:浮游有孔虫Globigerinoides ruber的Cd/Ca证据

通过西菲律宾海MD06-3052孔浮游有孔虫Globigerinoides ruber的n(Cd)/n(Ca)[n(Cd)和n(Ca)分别指示Cd元素和Ca元素的物质的量]变化研究及其与陆源物质输入、海水结构以及海洋初级生产力等重建结果对比,从营养物质来源和利用两方面,探究了MIS6期以来该区域表层营养物质水平演化及其控制因素,从而为热带西太平洋生物泵作用和营养物质循环提供新思路和新证据。MIS6期以及MIS 2—3期研究区吕宋岛来源的陆源物质输入增多,导致了研究区MIS 6晚期、MIS 3早期和MIS2期浮游有孔虫G. ruber n(Cd)/n(Ca)的升高。而在MIS 3晚期,尽管陆源物质输入量大、次表层营养物质上涌,但初级生产力对于营养物质的利用量大于前两者营养物质输入量之和,最终形成研究区浮游有孔虫G. ruber n(Cd)/n(Ca)在MIS 3晚期呈现逐渐降低的趋势。海平面的迅速升高导致营养物质来源短期不足引起MIS 6/5冰消期浮游有孔虫G. ruber n(Cd)/n(Ca)呈现低值。而MIS 5e期研究区陆源物质输入的增多,又促使浮游有孔虫G. ruber n(Cd)/n(Ca)出现高值。此外, MIS 4—5d期,陆源物质输入较低、次表层营养物质仍受到阻碍,但研究区初级生产力在MIS4—5d期则逐渐升高,致使研究区浮游有孔虫G.rubern(Cd)/n(Ca)呈现下降趋势。研究结果反映不同时期浮游有孔虫G.rubern(Cd)/n(Ca)的受控因素不同,需要对其从营养物质来源和利用两方面因素加以考虑,才能获得更为准确的研究结果。总之,本文对西菲律宾海浮游有孔虫n(Cd)/n(Ca)指标的探究,不仅为该指标在热带西太平洋区域的古海洋学研究打下了基础,还为该指标在其他海域更为准确的探究提供了新的思路。     

浮游有孔虫表层水种不同形态类型壳体的Sr/Ca记录

浮游有孔虫表层水种Globigerinoides ruber （白色）和Trilobatus sacculifer壳体是过去海洋环境信息的重要载体,其壳体Sr/Ca比值在重建古海洋环境变化中具有较大潜力,因此本文旨在探讨G. ruber（白色）和T. sacculifer的不同形态类型Sr/Ca比的差异及其影响因素。对取自西菲律宾海的MD06-3047B沉积物岩芯中G. ruber的两种形态类型,即G. ruber（sensu stricto, s.s.）和G. ruber（sensu lato, s.l.）,以及T. sacculifer 的两种形态类型,即T. sacculifer （with sac）和T. sacculifer （without sac）壳体的Sr/Ca进行了测试分析。结果显示,MIS 3期（～48 ka）以来,MD06-3047B岩芯中G. ruber s.s.和G. ruber s.l. 的Sr/Ca差异较小;而T. sacculifer （with sac）和T. sacculifer （without sac）的Sr/Ca存在显著差异,且前者显著高于后者。通过与同站位表层海水温度和盐度等记录的对比,发现研究区G.ruber s.s.、G. ruber s.l.和T. sacculifer （without sac）壳体的Sr/Ca可能主要受控于海水温度,而T. sacculifer （with sac）壳体Sr/Ca受到海水盐度的影响。     

云南岩溶区As、Cd元素异常特征

云南岩溶区水系沉积物中As、Cd元素含量分别为6.7~14.9ppm和0.14~0.21ppm,普遍高于省内其它地区。云南不同岩溶区As、Cd元素含量高异常还有较大的差异。As、Cd元素的高异常以滇东南岩溶区最为明显,异常幅度最大;其次为滇东岩溶区、滇西北以及滇西保山—沧源岩溶区;滇东北地区Cd异常较为突出,而As异常较弱。一般从岩石到土壤As、Cd元素呈富集态势,富集约4~5倍。通过对小江流域泸西As、Cd元素高异常区的地球化学和地质环境分析,发现农作物对As吸收量不大,超标率为14.8%;但对Cd元素吸收远高于As元素,超标率高达74.1%。通过对比分析,认为岩溶区碳酸盐岩As、Cd元素的高背景含量(As含量12.89~28.86ppm、Cd含量0.031~0.314ppm)是其风化形成的土壤中As、Cd元素含量高异常的根本来源,As、Cd元素主要通过粘土矿物和有机质的吸附累积而富集。      

Combined effects of cadmium and butachlor on soil enzyme activities and microbial community structure

The combined effects of cadmium (Cd, 10 mg/kg of soil) and butachlor (5, 10 and 50 mg/kg of soil) on enzyme activities and microbial community structure were assessed in phaeozem soil. The result showed that phosphatase activities were decreased in soils with Cd (10 mg/kg of soil) alone whereas urease acitivities were unaffected by Cd. Urease and phosphatase activities were significantly reduced by high butachlor concentration (50 mg/kg of soil). When Cd and butachlor concentrations in soils were added at milligram ratio of 2:1 or 1:2, urease and phosphatase activities were decreased, while enzyme activities were greatly improved at the ratio of 1:5. This study indicates that the combined effects of Cd and butachlor on soil urease and phosphatase activities depend largely on the addition concentration ratios to soils. The random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis showed that the changes occurring in RAPD profiles of different treated samples included variation in loss of normal bands and appearance of new bands compared with the control soil. The RAPD fingerprints showed substantial differences between the control and treated soil samples, with apparent changes in the number and size of amplified DNA fragments. The results showed that the addition of high concentration butachlor and the combined applied Cd and butachlor significantly affected the diversity of microbial community. The present results suggest that RAPD analysis in conjunction with other biomarkers such as soil enzyme parameter etc. would prove a powerful ecotoxicological tool.