地球与环境

EARTH AND ENVIRONMENT

研究成果

  • 便携式XRF对西南喀斯特地区碳酸盐岩风化壳土壤分析适用性评估

    徐少强;杨菲;刘爽;罗维均;彭韬;

    应用便携式X射线荧光光谱仪(pXRF)分析了西南喀斯特地区碳酸盐岩风化壳土壤,并与实验室(LAB)分析结果对比,判定了20种元素分析结果的质量等级,探究了检测时长和粒径对精密度的影响,在pXRF中构建了碳酸盐岩风化壳土壤模式,评估了pXRF对该类土壤分析的适用性。主要结果为:1)整体上,pXRF对碳酸盐岩风化壳土壤有较好的分析能力;2)检测时长为120 s时能够兼顾精密度与检测效率;3)粒径从10目减小到200目时,Cu、Nb、Ba、Ce和Th的数据质量等级得到提高,其余15种元素不受影响;4)碳酸盐岩风化壳土壤模式显著提高了pXRF对同类土壤的分析能力,但对碎屑岩和玄武岩的风化壳土壤适用性低。西南喀斯特地区土壤类型丰富,异质性大,单一检测模式难以满足多样化的分析工作,亟需针对特定类型土壤构建检测模式,提高分析精确度,充分发挥pXRF的优越性能,助力西南喀斯特地区土壤地球化学分析工作。同时,本文还为优化pXRF分析能力提供了一种新思路。

    2024年01期 v.52 1-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 2755K]
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  • 喀斯特山区筑坝河流水-气界面CO_2通量变化特征及影响因素分析

    张富强;周忠发;孔杰;丁圣君;王翠;谢江婷;温朝程;邹艳;

    水库是内陆水域生态系统的重要组成部分,在调节区域和全球碳循环中发挥着重要作用,为了解喀斯特山区筑坝河流水-气界面CO_2扩散通量的变化特征及影响因素,本研究以贵州省黔中水利枢纽工程区平寨水库为对象,于2020年1月、5月、7月和11月对其水体理化指标进行系统监测,运用TBL模型法计算水-气界面CO_2扩散通量。结果表明,平寨水库水化学类型为HCO_3+SO_4-Ca型,水化学特征主要受碳酸盐岩风化控制;表层水体pCO_2与CO_2扩散通量变化范围分别在124.64~558.76μatm和-18.85~15.90 mg/(m~2·d)之间,1月表现为大气CO_2的源,5月、7月、11月均表现为大气CO_2的汇;垂向上水体pCO_2变化范围为124.64~5 409μatm,表现为表层低、底层高的差异特征。分析认为,影响平寨水库水-气界面CO_2扩散通量的因素主要是:碳酸盐岩平衡体系改变了水中碳化物的存在形态使其水体pCO_2发生变化、浮游植物光合作用对水体碳化合物的吸收从而抑制CO_2向大气扩散,以及水库热分层期时对底层水体CO_2暂封存和混合期时底层水体发生上覆脱气的影响。

    2024年01期 v.52 11-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 2067K]
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  • 镉胁迫对忍冬抗氧化酶活性及内源激素含量的影响

    贾莲;张冬;张吉斯;吕琳琳;刁全平;

    为研究Cd胁迫下忍冬(Lonicera japonica Thunb.)抗氧化酶活性和内源激素水平的响应变化,采用土培试验,设置不同Cd处理(0、2.5、5、10、25、50和100 mg/kg),分析植株生物量、叶片丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性以及生长素(IAA)、赤霉素(GA_3)、脱落酸(ABA)的含量。结果表明:2.5 mg/kg Cd处理时地下部生物量增加20.93%,超过25 mg/kg Cd处理时地下部、地上部生物量均显著下降,最多降低了28.78%和40.92%。在各Cd处理下,叶片MDA含量没有受到显著影响;SOD和POD活性显著增强,CAT活性先升高后降低,APX活性没有受到显著影响。叶片IAA、GA_3含量、GA_3/ABA和IAA/ABA先升高后降低;ABA含量升高,比对照最多增加55.88%。相关性分析表明,忍冬叶片中抗氧化酶SOD、POD活性与GA_3含量存在显著负相关性,与ABA含量存在显著正相关性;而CAT活性则与IAA和GA_3含量存在显著正相关性,与ABA存在显著负相关性。忍冬对Cd的耐受能力很强,在各Cd胁迫处理下没有受到明显的过氧化损伤,其较强的抗氧化酶活性和大量累积的ABA可能是重要保护机制。

    2024年01期 v.52 21-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 1272K]
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  • 新疆博斯腾湖地区大气PM_(10)中多环芳烃的污染特征、来源及健康风险评价

    凌再莉;宋世杰;黄韬;

    为了解中国西部干旱区域博斯腾湖地区大气颗粒物中多环芳烃(PAHs)的污染水平和健康风险,本研究于2016年采暖期和2017年非采暖期,在该地区博湖县和周边的塔中采集了可吸入颗粒物(PM_(10))样品,使用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定PM_(10)中美国环境保护署(USEPA)优先控制的16种多环芳烃(PAHs)的浓度,分析其污染特征、来源及其对人群的健康风险。结果表明,博湖县采暖期大气PM_(10)中PAHs浓度显著高于非采暖期,分别为47.63±29.00 ng/m~3和3.24±1.05 ng/m~3;塔中地区在采暖期和非采暖期未表现出明显的季节差异,且污染水平较低,分别为2.13±0.90 ng/m~3和1.89±0.23 ng/m~3。研究区大气PM_(10)中PAHs以中高环为主,采暖期以荧蒽(Flua)、芘(Pyr)、苯并[b]荧蒽(BbF)和■(Chr)为主要污染单体,非采暖期以菲(Phe)、荧蒽(Flua)、茚并[1,2,3-cd]芘(IcdP)和苯并[g, h,i]苝(BghiP)为主。源解析结果表明,燃烧源对博湖县和塔中PAHs贡献最大,分别为82.54%和61.13%。轨迹分析表明新疆北部和塔里木盆地西部排放的PAHs可通过大气传输对博斯腾湖地区造成影响。健康风险评估结果表明,博湖县采暖期大气PM_(10)中PAHs对各类人群的终生致癌风险(ILCR)值均处于10~(-6)~10~(-4),对人体具有潜在致癌风险。

    2024年01期 v.52 29-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 1680K]
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  • 基于修订的最小数据集的土壤质量评价—以安徽合肥巢湖湖滨国家湿地公园为例

    崔梦婷;刘璇;吴继龙;黄涛;孙庆业;

    运用主成分分析法建立修订的最小数据集(revised minimum data set, R-MDS),计算土壤质量指数(soil quality index, SQI),对安徽合肥巢湖湖滨国家湿地公园土壤质量开展评价。结果表明,建立的最小数据集包括土壤有机质、全氮、速效钾、酸性磷酸酶、脱氢酶、过氧化氢酶和含水率。基于修订的最小数据集的巢湖湖滨湿地土壤质量指数(soil quality index-revised minimum, SQI-RM)与基于全体数据集(total data set, TDS)的土壤质量指数(soil quality index-total, SQI-T)呈显著正相关,R~2达到0.86(P<0.05),Nash有效系数为0.65,偏差系数为0.02,表明修订的最小数据集能够提取大部分数据信息,可以有效替代全体数据集开展湖滨湿地土壤质量评价。基于修订的最小数据集的安徽合肥巢湖湖滨湿地公园土壤质量指数范围为0.25~0.61(均值0.44),表明湖滨湿地土壤质量整体水平一般。土壤全氮、有机质含量低是巢湖湖滨湿地土壤的显著特征,是土壤质量的限制因子。本研究结果为安徽合肥巢湖湖滨湿地公园管理提供了重要参考依据。

    2024年01期 v.52 41-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1461K]
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  • 施用堆肥污泥对土壤肥力及植物生长的影响

    侯锋;何芸;高霖;干里里;吴嘉曦;王怡然;蒋鲁佳;曹效鑫;杨海全;

    土地利用有望成为市政污泥处置的主要途径。本研究以好氧堆肥的市政污泥为研究对象,通过田间试验,设置不同堆肥污泥施用量:0%、30%、50%、70%、100%(堆肥污泥与土壤体积配比),研究堆肥污泥施用对土壤肥力、植物生长以及土壤重金属含量的影响。结果表明:堆肥污泥施用未造成土壤酸碱化,土壤肥力等级由三级一般土壤提升为二级肥沃土壤,土壤主要营养组分含量随污泥施用量的增加均显著提高,其中堆肥污泥添加比例为50%时土壤有机质增加1.9倍、碱解氮增加3.0倍、有效磷增加9.5倍、速效钾增加3.7倍。堆肥污泥添加比例为50%时木春菊组长势最好,添加比例为30%时鼠尾草组和高羊茅&黑麦草组长势最佳,但是不同添加比例下早樱组生长并无显著差异。尽管施用堆肥污泥会导致试验区土壤重金属含量略有升高,但远低于《城镇污水处理厂污泥处置林地用泥质》(CJ/T 362-2011)所规定的污染物指标及其限值,未造成土壤重金属污染。本研究将为堆肥污泥的土地利用提供理论依据和数据支撑。

    2024年01期 v.52 53-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 2277K]
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  • 镉胁迫对不同品种白菜生长生理及亚细胞分布的影响

    龙丽;刘克;张莉莉;冯仕清;郑勇;赵长春;

    为了解镉胁迫对不同品种白菜生长生理、亚细胞分布的影响,采用盆栽试验的方法,设置不同镉浓度处理,研究贵州常栽的三个品种白菜生长、生理及亚细胞分布差异。结果显示:镉胁迫下,春信火锅王生长状态较好,且总体表现为低浓度促进,高浓度抑制的规律(地上部干重在迟白二号上的表现除外)。白菜叶绿素含量(SPAD)总体呈先增加后降低的趋势,叶绿素的最大值体现在春信火锅王上,迟白二号各部位镉含量与叶绿素含量呈显著负相关关系;植物络合素(PCs)浓度总体呈升高-降低-升高的趋势,春信火锅王地上部镉含量和可溶性组分镉含量与PCs呈显著负相关关系。三个品种白菜各部位的镉含量均随外源镉增加显著增加(P<0.05),表现为地上部>根部。不同品种白菜富集转运能力有较大差异,表现为青脆迟白菜>迟白二号>春信火锅王。三个品种白菜地上部鲜质量与有效态镉均具有显著负相关关系。不同浓度镉处理下白菜叶片镉的亚细胞分布规律总体上为细胞壁>可溶性组分>细胞器,但随镉处理浓度增大,细胞壁组分镉的占比降低,可溶性部分镉占比增大甚至超过细胞壁镉含量占比。综上,本研究三个品种白菜中,春信火锅王有较强的耐镉能力,适合在镉高背景地区种植。

    2024年01期 v.52 65-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1803K]
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  • 红枫湖流域农业面源污染治理的生物地球化学垒体系构建初探

    岑模珊;朱蒋洁;计永雪;陈敬安;曾艳;

    在点源污染得到有效控制后,流域内农业面源污染逐渐成为了湖库氮、磷等营养物质外源输入的主要贡献者。本研究选取红枫湖流域农田土壤为研究对象,对其添加改良剂并种植植物来构建生物地球化学垒,并对其氮、磷拦截效应进行了综合评估。研究结果表明,添加Al_2(SO_4)_3、CaCl_2与钠基膨润土显著提高了土壤对NH~+_4-N、NO~-_3-N和磷的拦截率,降低其流失程度。其中,对土壤添加CaCl_2改性钠基膨润土并种植植被构建的生物地球化学垒,对NH~+_4-N、NO~-_3-N和磷的综合拦截效果最佳,截留率分别为87%、95%、93%。而添加了FeSO_4的土壤,NO~-_3-N的淋失程度增强,不宜选取。种植植物后,植物生长对土壤中氮和磷有一定的活化作用,导致模拟径流中NH~+_4-N和溶解性磷浓度较种植植物前升高,但是均低于对照组。而且种植植物后经改良的土壤单元有效磷(Olsen-P)较种植植物前显著降低,也反映出植物对土壤磷的活化利用。综上表明,通过对土壤添加Al_2(SO_4)_3、CaCl_2与钠基膨润土并种植适生植物(黑麦草和白花三叶草)来构建生物地球化学垒,可以实现红枫湖小流域内的氮、磷等污染物拦截和植物生长两相促进,从而有效、持续拦截土壤氮、磷,降低其流失程度,对实现农业面源污染的可持续治理具有重要意义。

    2024年01期 v.52 76-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1368K]
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  • 氢氧同位素组成对丰沛平原区水循环的指示意义

    赵祥宇;陈菁;王收;陈丹;周娇;

    丰沛平原区包括丰县、沛县与铜山区北部,近年来该地区出现地下水超采、地下水氟污染等严重的问题。为调查该地区水循环情况,采集了地表水与地下水样品共28个,分析了氢氧同位素组成的分布规律及其影响因素,并讨论了丰沛平原区浅层地下水与地表水转化关系以及各自的蒸发损失情况。研究结果表明:大气降水的云下二次蒸发程度较小,地下水的蒸发比附近地区更强烈。地下水同位素含量呈现总体沿地下径流方向逐渐富集的趋势,且地下水~(18)O与CO_2存在微弱的交换作用导致~(18)O贫化。结合水文地质调查与氢氧同位素特征,推断出河流中上游更倾向于地下水补给地表水,河流下游地表水对地下水大量渗漏。利用两端元法计算得出,总体上地表水受到地下水补给的比例为20%~40%左右,部分地区补给比例达60%以上。河流下游河水对地下水的补给比例大多介于25%~50%不等,部分点位可达90%。采用非平衡分馏条件下的Rayleigh模型计算蒸发比例,河水的蒸发损失约为23%~28%,地下水蒸发损失约为15%~20%。结果可为丰沛平原区及周边相似地区的水资源管理提供科学参考。

    2024年01期 v.52 86-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 2039K]
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  • 菊芋(Helianthus tuberosus)对镉、铅、锌复合污染土壤的修复潜力

    黄意成;范拴喜;李丹;孙旻涵;张楠;

    菊芋是一种生物量大、生长旺盛、易于栽培的能源作物。为探究菊芋对镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)复合污染土壤的修复潜力,利用土培盆栽和原位大田试验,研究菊芋对Cd、Pb、Zn复合胁迫的生长特性、富集特征、去除率及修复潜力。结果表明:随着盆栽土壤中Cd、Pb、Zn含量的增加,菊芋的株高、生物量先降低再升高再降低,SOD酶活性先升高再降低再升高,CAT酶活性先升高再降低,POD酶活性总体表现为逐渐升高。菊芋对Cd的富集系数范围为1.08~1.79,转运系数范围为2.05~6.27,地上部Cd最大积累量达到98.25 mg/kg; Pb富集系数范围为0.77~1.31,转运系数范围为3.41~5.67,地上部Pb最大累积量为585.81 mg/kg; Zn富集系数范围为0.44~0.79,转运系数范围为1.69~3.33,地上部Zn最大累积量为2 668.04 mg/kg。原位大田试验中,菊芋地上部Cd、Pb、Zn含量范围分别为125.79~201.08 mg/kg、1 075.99~1 525.46 mg/kg、6 896.21~7 443.66 mg/kg,每亩受污染土壤种植2茬菊芋对Cd、Pb、Zn的年去除率分别为5.16%~9.04%、10.84%~16.90%、4.60%~5.46%。菊芋具有较好的Cd、Pb、Zn复合胁迫耐受性和修复潜力,可作为Cd、Pb、Zn复合污染土壤修复的潜在超富集植物种质资源,具有较好的应用前景。

    2024年01期 v.52 96-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1423K]
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  • 长江三角洲典型城市站点甲烷浓度时间变化特征和影响因素分析

    周民锋;张晓华;缪青;

    甲烷(CH_4)是一种具有显著全球变暖潜力的温室气体,其变化特征和影响因素十分复杂,尤其是在人为活动频繁和自然资源丰富的地区。苏州作为长三角经济发达典型城市之一,分析其CH_4的变化特征和影响因素具有重要意义。本研究基于2018~2022年苏州甲烷在线观测数据,结合多种统计分析方法(包括机器学习算法、HYSPLIT后向轨迹和潜在贡献因子)分析了苏州的CH_4变化特征、相关性及其主要潜在源区。结果表明,苏州CH_4浓度整体呈秋季高春季低的特征,日变化呈单峰型;气象归一法表明2019年甲烷浓度在近四年中最高,受人为排放原因为主;风速与CH_4的相关性明显高于温度和湿度;苏州来自海面的气团较为洁净,起始于内陆的轨迹CH_4浓度较高,存在上游城市的传输影响;CH_4主要潜在源区分布在安徽省东南部和浙江省西北部一片,潜在源区浓度贡献值呈现以苏州为中心向四周逐渐降低的环状分布特征。

    2024年01期 v.52 104-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 3088K]
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  • 典型铅锌矿区周边土壤-稻米重金属污染特征及健康风险评价

    符露;秦俊虎;贾亚琪;高庚申;

    为了掌握黔西北典型铅锌矿区周边稻田土壤重金属污染状况,分别采集98个土壤样品和稻米样品,运用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法对研究区稻田土壤中八种重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg、As)进行污染特征分析和风险评价,并采用健康风险评估模型对研究区稻米进行健康风险评价。结果表明:研究区稻田土壤受到重金属不同程度污染,整体处于中度污染水平(P_N=2.61),但Cu为重度污染(P_(Cu)=3.13);土壤生态风险总体处于中等水平(RI=279),最主要生态风险因子为Hg,其生态风险危害程度为很强(E_(Hg)=179);研究区稻米中重金属平均含量未超标,但有部分点位样品重金属含量超标;食用研究区种植的稻米不会对成人和儿童引起单一重金属健康风险,但长期食用,多种重金属复合污染会对成人和儿童健康产生负面影响(THQ_(成人)=2.41,THQ_(儿童)=2.48)。

    2024年01期 v.52 112-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 1856K]
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  • 丰县浅层高氟地下水化学特征及富集机理

    周娇;陈菁;王收;赵祥宇;陈丹;代小平;

    丰县地区浅层地下水F~-浓度超标,对农村居民饮水健康造成威胁。为保障农村饮水安全,结合piper图、Gibbs图、离子比值分析等常规水化学方法和同位素水化学方法,探索研究区浅层高氟地下水的F~-浓度分布特征和富集机理。结果表明:研究区浅层地下水F~-浓度在0.21~5.52 mg/L之间,整体呈现东北高、西南低的趋势。高氟地下水占75%,呈弱碱性环境,主要水化学类型为Na-SO_4-Cl型。浅层地下水的F~-富集主要受水岩交互作用控制,弱碱性环境提供的OH~-促进F~-解吸,萤石溶解、白云石和方解石沉淀以及阳离子交换作用促进F~-释放。此外,农业灌溉和工业污水排放等人为因素对浅层地下水F~-浓度影响较大。蒸发浓缩作用和农业施肥仅影响部分地区F~-的富集。

    2024年01期 v.52 122-132页 [查看摘要][在线阅读][下载 4123K]
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