研究成果

• 乌江流域梯级水库群混合期N_2O的释放机理及其影响因素

  陈赛男;岳甫均;侯永梅;刘小龙;李思亮;

  筑坝显著改变了河流生源要素的生物地球化学循环过程，尤其是对氮循环和温室气体N_2O产生和释放的影响，已逐渐受到广泛的关注。本文以乌江中上游4个梯级水库为研究对象，通过分析其冬季混合期的溶存N_2O和氮形态含量，探讨混合期亚热带深水型水库N_2O的产生机理和影响机制，并对水库N_2O释放通量进行估算。结果表明，洪家渡、东风、索风营和乌江渡水库水体溶存N_2O浓度均处于过饱和状态，表现为N_2O的释放源；其释放通量均值分别为：（0.48±0.07）、（0.34±0.04）、0.35和（0.91±0.76）μmol/（m~2·h），与全球其它湖泊/河流系统相比处于中等水平。本研究发现水库混合期水体N_2O主要来自于硝化作用，其中处于富营养状态的乌江渡水库的深层水体可能受到硝化-反硝化耦合作用及反硝化作用的影响，由此产生的高含量N_2O通过底层泄水途径成为重要的释放源。综合考虑各水库特征，水库N_2O的产生还受到水库调节类型和库龄的间接影响。对比发现使用IPCC对河流-水库系统N_2O间接释放系数的估算可能会显著高估乌江中上游梯级水库群释放潜力。研究结果为未来评估梯级水库群N_2O排放水平和梯级开发背景下流域氮的时空格局变化提供了重要的研究参考。

  2024年05期 v.52 535-544页 [查看摘要][在线阅读][下载 1952K]
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• 西南喀斯特地区水体溶解无机碳时空分布特征及其来源分析

  张晓慧;焦树林;杨柳英;韦宗校;张文龙;

  碳循环是地球主要物质循环之一，对全球气候变化与人类发展具有重要影响。本文梳理了近年来嘉陵江水系、乌江水系、赤水河水系及西江水系溶解无机碳的相关研究成果，对西南喀斯特地区水体溶解无机碳（DIC）与碳同位素（δ~(13)C_(DIC)）的时空分布特征、影响因素及其来源进行全域性视角分析，并得出以下结论：（1）西南喀斯特地区水体DIC含量与δ~(13)C_(DIC)值在各水系之间存在差异性，具有显著时空分布特征，其中赤水河水系DIC含量（2.79 mmol/L）与δ~(13)C_(DIC)值（–8.15‰）均最高，西江水系DIC含量（1.95 mmol/L）与δ~(13)C_(DIC)值（–10.6‰）最低；（2）该地区DIC含量变化受到碳酸盐岩化学风化、气候变化及人类活动等因素的综合影响；（3）流域内DIC主要来源于碳酸盐岩风化与土壤CO_2。研究结果有助于推动河流流域溶解无机碳变化的研究，为我国水体碳循环研究提供理论基础。

  2024年05期 v.52 545-557页 [查看摘要][在线阅读][下载 5701K]
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• 新宁县耕地土壤硒的空间分布特征及影响因素分析

  李敏;周卫军;周雨舟;于欠武;刘瑞;刘沛;崔浩杰;

  为了研究新宁县耕地土壤硒的空间分布特征及其影响因素，采用网格布点、野外调查采样、分析测定、GIS空间分析等方法。研究结果表明：新宁县耕地土壤中硒含量范围为0.10～3.59 mg/kg，平均值为0.57 mg/kg，高于全国土壤硒含量均值。全县有78.22%的耕地达富硒水平，在万塘乡、安山乡等乡镇存在三个硒含量高值区。土壤硒的Moran’s I指数为0.280，块金效应为47.70%，表明新宁县土壤硒具有中等程度的空间相关性，并在空间上呈聚集分布，土壤硒含量受空间结构和随机因素共同影响。土壤硒与成土母质密切相关，花岗岩风化物发育的土壤硒含量高，平均值为0.62 mg/kg。不同土壤类型之间的硒含量存在明显差异，黄壤硒含量最高，紫色土硒含量最低，两者均值分别为0.68 mg/kg和0.42 mg/kg。经相关性分析可知，土壤有机质（SOM）、阳离子交换量（CEC）、铜（Cu）、锌（Zn）、锰（Mn）均与硒（Se）之间呈极显著正相关（P<0.01）；当土壤pH<7.5时与硒含量呈正相关，pH≥7.5时则与硒含量呈负相关（P<0.05）。综上，新宁县耕地含有丰富的硒资源，根据土壤硒的空间分布特征，可为新宁县开发富硒农产品提供科学依据。

  2024年05期 v.52 558-566页 [查看摘要][在线阅读][下载 4297K]
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• 地下水蒸发排泄区无机碳迁移——以呼和浩特盆地为例

  李璐;燕亚平;史晓珑;董少刚;马铭言;刘凡瑶;雷君豪;

  地下水在蒸发排泄区所发生的一系列与碳有关的水-岩相互作用对陆地碳循环具有重要的影响。然而，目前关于在地下水蒸发排泄过程中溶解无机碳（DIC）的迁移转化的研究较少。本文以内蒙古呼和浩特盆地为例，应用质量守恒原理、水文地球化学模拟方法构建地下水蒸发排泄区碳平衡方程，分析地下水蒸发过程中DIC的迁移转化机制。结果表明，呼和浩特盆地蒸发排泄区属于“碳汇”，该区域向大气排碳速率为7.4 g/（m~2·a），而以方解石沉淀和以DIC进入地下水中的固碳速率为37.1 g/（m~2·a）。方解石的沉淀和白云石的溶解是控制地下水蒸发排泄区DIC迁移转化的主要水-岩相互作用。白云石和钙长石溶解过程释放的钙有效地促进了方解石的沉淀，是该区地下水成为碳汇的主要原因。

  2024年05期 v.52 567-575页 [查看摘要][在线阅读][下载 1844K]
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• 2008—2020年重庆城市站点降水污染及湿沉降通量的演变特征和影响因素

  沈利娟;刘常悦;王红磊;刁一伟;施双双;赵天良;

  基于东亚酸沉降监测网（EANET）观测数据，结合气象数据和社会经济数据，分析了2008—2020年重庆市降水中电导率、pH值和水溶性离子浓度及沉降量的演变特征和影响因素。结果表明：2008—2020年重庆市降水的pH、电导率、水溶性离子、硫湿沉降通量、硝态氮湿沉降通量和铵态氮湿沉降通量平均值分别为5.33、8.64 mS/m、37.03 mg/L、2 731 kg/（km~2·a）、273 kg/（km~2·a）和1 748 kg/（km~2·a）。降水中水溶性离子浓度大小排序为：SO_4~(2–)>NO_3~–>Ca~(2+)>NH_4~+>Cl~–>K~+>Mg~(2+)>Na~+>F~–，其中SO_4~(2–)、NO_3~–、Ca~(2+)和NH_4~+分别占总离子浓度的45.2%、23.9%、13.0%和11.7%。降水污染存在显著的年际和逐月变化，年际变化主要受到污染物排放源的影响，逐月变化则主要受气象条件的影响。2008—2014年强酸性降雨占比（52.37%）较高，降水污染较重；2015—2020年强酸性降雨占比显著降低（3.74%），降水污染显著改善。2008—2010年为硫酸型降水，在2011—2020年为硫酸、硝酸混合型降水。夏季降水较多、大气扩散条件较好，降水中的污染物浓度较低，降水电导率最低，pH最高；冬季反之，降水电导率最高，pH最低。不同水溶性离子浓度占比的逐月变化较小。污染物的浓度对湿沉降通量年际变化的影响要大于降水量的影响，降水量对湿沉降通量逐月变化的影响要大于污染物浓度的影响。

  2024年05期 v.52 576-587页 [查看摘要][在线阅读][下载 3402K]
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• 污泥提取液施用对植物植株形态及产量的影响

  周旭;杨成;曾广能;杨爱爱;崔丽芳;孙艳;蒋秀娅;

  本文以万寿菊、百日草、凤仙花3种兼具观赏和应用价值的常用园林植物为研究对象，通过盆栽实验研究污泥提取液施用对3种植物的植株高度、植株重量、茎粗、花直径及产量的影响，考察污泥提取液不同稀释浓度（400、500、600、700、800倍）对3种植物的施用效果，通过综合评估确定其最佳施用浓度。结果表明：污泥提取液施用对3种植物的生长有显著促进作用，在株高、植株重和花产量等生长指标方面都显著优于清水对照组，株高差异可达2倍，效果与部分市售叶面肥产品相近甚至更好。最佳的稀释倍数为600倍左右，如果施用浓度过高，反而抑制植物的生长。此外，各处理之间存在明显的相关性，表明实际生产过程中污泥提取液的施用量可按需适度调控。综合研究结果显示，将污泥提取液转化为液态肥料，可为污水处理厂污泥资源化利用提供新的途径。

  2024年05期 v.52 588-595页 [查看摘要][在线阅读][下载 2362K]
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• 水电水库水力负荷对生源要素同化效率的调控作用

  岳馨睿;肖晶;李婉珠;王宝利;

  河流筑坝发电是目前最为显著的人为扰动河流事件，形成的水电水库阻断了河流连续体，改变了其中生源要素的生物地球化学循环过程，但相关的影响机制还不完全清楚。为此，本研究以乌江11座水电水库为研究对象，季节性调查了水库及相应河流的生源要素（CO2、溶解态无机氮DIN、溶解态无机磷DIP和溶解态硅DSi）浓度及相关的理化因子，以了解河流水库化过程中生源要素浓度的变化过程及水动力条件的变化对其生物地球化学循环的影响机制。结果表明，河流区CO2、DIN、DIP和DSi浓度均高于水库区，水库区内各理化因子间的关联度显著高于河流区。研究水库对各种生源要素的同化效率表现出显著的时空差异；其中对CO2和DSi的同化效率最高，季度均值分别为50%和40%。库区中各生源要素的同化效率和分层强度均与水力负荷显著负相关，表明水电水库的水动力条件是调控其生物地球化学循环强度的关键因素；滞留时间较长和较深的水电水库有利于浮游植物同化生源要素和促进其在剖面上的季节性分层。研究将加深对筑坝河流元素生物地球化学循环过程的认识，有助于水电水库管理措施的制定。

  2024年05期 v.52 596-606页 [查看摘要][在线阅读][下载 2819K]
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• 贵州独山土壤-农作物重金属的分布特征和污染状况

  刘开坤;王福瑞;范云飞;

  为保障独山县农业规划和食品安全，系统采集120件农作物、120件根系土、10条土壤剖面和10件成矿母岩样品，测试As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn重金属元素和有机质含量、酸碱值等，采用单项指数法、地累积指数法、农作物富集系数和健康风险评估法对重金属污染状况开展评价。研究结果表明：（1）独山县根系土番茄中As、Cu、Hg、Zn含量最高，平均值分别为21.38、22.18、0.42、110.39 mg/kg；根系土玉米中Cd、Cr、Ni、Pb含量最高，平均值分别为1.05、111.12、29.02、34.50 mg/kg；根系土酸碱度介于3.58～8.24，酸碱度小于6.5的样品占87.5%，总体偏酸性；单项指数研究表明，根系土中镉污染处于“轻度-中度污染”水平，土壤、农作物存在“轻度-中度污染”镉污染水平；地累积指数显示独山县农作物根系土中As、Cd、Hg、Zn受到人类活动影响；（2）独山县120件农作物中，水稻、玉米主要为Cd超标（水稻33.33%、玉米13.33%），其次为Pb（水稻3.33%）、Cr(30.00%)；葡萄、茶叶、番茄无超标样品；由农作物富集系数可知，Cd的富集系数是As、Cr、Pb富集系数的数倍至上百倍，表明农作物吸收Cd、Pb能力强，尤其吸收Cd能力最强；农作物中As、Cd、Cr、Hg、Pb对成人和儿童的健康风险评价值均<1，这表明经农作物吸收重金属而无危害健康风险。

  2024年05期 v.52 607-620页 [查看摘要][在线阅读][下载 3712K]
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实验研究

• 基于热解技术的大气颗粒物形态汞同位素组成分析方法

  苏友达;张可;樊熊菲;陈玖斌;郑旺;蔡虹明;

  汞是一种有毒重金属，其在大气中的传输、沉降和循环对生态系统和人类健康构成严重危害。大气颗粒物是汞相态转化的重要载体，在全球汞循环中起着至关重要的作用。汞同位素常被用于追踪大气汞的来源和迁移转化过程，但现有研究仅局限于大气颗粒物总汞同位素，难以深入理解大气汞转化机制和生态效应。本研究旨在建立一种基于热解技术的形态汞同位素分析方法，用以分离大气颗粒物中不同汞形态并进行同位素组成检测，为深入研究颗粒态汞（PBM）在大气中的行为和源汇特性奠定基础。本研究通过自主搭建的热解装置对大气颗粒物样品进行汞形态分离，判定了天津市实际大气PBM中主要的形态为有机结合态汞（Hg-OM）、β-硫化汞（β-HgS）和α-硫化汞（α-HgS），同时测试分析了各形态汞同位素组成。结果表明，热解方法能有效区分PBM中不同汞形态并进行同位素分析，为进一步揭示大气中汞的源-汇过程和迁移转化机制开辟了新的视野。

  2024年05期 v.52 621-630页 [查看摘要][在线阅读][下载 2761K]
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• Fe(Ⅱ)浓度及时序性对硫还原作用去除水体中Sb或As的影响

  柳凤娟;张国平;罗绪强;余乐正;张其芳;

  通过批处理实验模拟的方法在微生物硫还原反应器中按照不同时序加入不同浓度的Fe~(2+)（初始浓度设为10、20、50、100、200、500 mg/L）及不同形态的锑（Sb）或砷（As)(Sb（Ⅴ）+As（Ⅴ）或Sb（Ⅲ）+As（Ⅲ），初始浓度均为5 mg/L），分析Sb或As加入后0.5 h及7 d内基质pH、氧化还原电位值（Eh）、总碱度、SO_4~(2-)、硫化物等理化指标的变化以及Fe、Sb或As含量的变化，以明确Fe~(2+)浓度及（类）金属加入的时序性对微生物硫还原作用去除水体中Sb或As效率及机理的影响。结果表明，相较于元素的加入时序，Fe~(2+)浓度对处理效果的影响更为显著，低浓度（≤20 mg/L）对As的去除没有明显的促进作用，较高浓度（≥50 mg/L）则能显著提高As的去除效率；而所有处理中Sb的去除率均达95%以上，使得时序性及Fe~(2+)浓度对于Sb去除的影响较难界定。在微生物硫还原作用处理含有Sb或As的废水时，应考虑添加Fe~(2+)来提高去除效率，而在通过强化微生物硫还原作用治理Sb或As污染的沉积物或土壤时，也需把含铁矿物的环境行为考虑在内，以取得更为显著的治理效果。

  2024年05期 v.52 631-640页 [查看摘要][在线阅读][下载 1966K]
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• 改性稻壳生物炭对水中金霉素和土霉素的吸附特征

  宋红柚;许中坚;梅华贤;

  以稻壳生物炭（BC）为原料，采用KOH和KMnO_4进行改性，得到改性生物炭K-BC、Mn-BC和共改性生物炭K-Mn-BC。采用BET、SEM和FTIR等手段对其微观结构和组成进行表征，通过初始浓度、pH和温度等单因素实验研究改性前后生物炭对盐酸金霉素（CTC）、盐酸土霉素（OTC）的吸附行为和去除率影响。结果表明，KOH活化会制造更多的炭结构缺陷，比表面积和孔体积可达685.99 m~2/g和0.34 cm~3/g，较原始生物炭提高了1倍以上。准二级动力学和Freundlich模型可以较好地拟合生物炭吸附CTC和OTC的过程。热力学分析表明，稻壳生物炭对CTC、OTC的吸附是一个自发的吸热过程。溶液pH、二价阳离子对吸附影响比较大；稻壳生物炭吸附水中CTC、OTC主要是通过氢键作用、静电作用及π-π堆积作用。K-BC吸附效果较BC显著提高，且环境适应性更强，对水中CTC、OTC的去除具有较大的应用潜力。

  2024年05期 v.52 641-651页 [查看摘要][在线阅读][下载 3469K]
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专题综述

• 土柱实验在土壤重金属污染研究中的应用进展与展望

  李卫娜;蔡虹明;袁玮;郑旺;陈玖斌;

  近年来土壤重金属污染状况不容乐观，重金属在土壤中的吸附、迁移和转化等行为显著影响着土壤重金属污染的生态环境效应，成为学者研究热点。土柱实验能够较好地模拟污染物进入土壤中的迁移转化过程，在土壤重金属污染机制、土壤和地下水环境风险评估以及土壤重金属污染的修复等方面均已得到广泛应用。但由于研究中淋滤环境、土壤性质及重金属性质等实验条件的不同，土柱实验并没有一套通用流程，需要研究者自主设计土柱结构，并制定合理的实验方案。本文回顾了近年来土柱实验在重金属污染研究方面的应用进展，总结了在设计土柱实验时供水、渗流及接收等各环节需要注意的问题，并对土柱实验在土壤重金属污染研究方面的应用前景进行了展望，为复杂条件土壤重金属污染研究提供新的研究思路和方法。

  2024年05期 v.52 652-661页 [查看摘要][在线阅读][下载 1388K]
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• 《地球与环境》首届青年编委招募

  <正>《地球与环境》，1973年创刊，双月刊，是由中国科学院主管，中国科学院地球化学研究所和中国矿物岩石地球化学学会主办的环境类综合性学术期刊。期刊已被中国科技核心期刊、北大中文核心期刊、中国科学引文数据库(CSCD)、美国化学文摘(CA)、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等国内外重要数据库收录，入选地球科学领域高质量科技期刊分级目录。主要刊载环境地质学、环境地球化学、环境水文学、环境化学、环境污染及其防治、环境质量评价及其监测、环境与健康等方向的原创性研究成果。为了进一步提升《地球与环境》的办刊水平和学术影响力，现面向全球公开招募青年编委，诚邀有责任心和卓越学术能力的优秀青年科研工作者参与，共同促进期刊高质量发展。一、青年编委聘任条件1、青年编委应当具有博士学位和高级职称，年龄不超过40岁；2、科研表现出色，在学术领域具有一定的影响力，热衷参与期刊工作；3、学术态度严谨，无任何学术不端行为记录，具备良好的职业操守；

  2024年05期 v.52 662页 [查看摘要][在线阅读][下载 170K]
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