江西省表层土壤和苔藓硫含量及硫同位素组成对比研究

为探讨土壤受大气硫源的影响,采集了江西省北部地区的表层森林土壤样品,分别测定了土壤不同形态硫(总硫、水溶态硫、吸附态硫和有机硫)的含量以及同位素组成.并随机采集土壤样品附近的石生苔藓样品,测定其硫含量和同位素组成,再与土壤样品进行比较.江西省苔藓组织硫含量平均为0.34%±0.20%,同位素组成除丰城外(-3.31‰),均偏正,平均为5.64‰±2.23‰.土壤总硫平均含量在189.0~793.5 mg·kg-1之间,有机硫是土壤硫的主要形态,水溶态硫含量最少.土壤总硫同位素值在4.45‰~10.28‰之间变化.各形态硫同位素值均偏正,有机硫同位素值最大,水溶态硫与吸附态硫的同位素值接近.土壤总硫含量明显低于苔藓硫含量,且与苔藓硫含量无明显相关.除有机硫外(R=0.50,P>0.05),土壤总硫、水溶态硫、吸附态硫均与苔藓硫同位素值有着较为显著的线性关系(R均在0.7以上,P<0.01),即随着苔藓硫同位素值的增大而增大,说明土壤总硫、SO2-4受大气硫源的直接影响较大,而有机硫受大气硫的直接影响较小.     

马尾松针叶组织稳定硫同位素地球化学特征及来源示踪

对贵州地区(贵阳)和云南地区(昆明、曲靖)的马尾松针叶组织中的无机硫(S SO4)和总硫(S T)的含量及其δ34S值进行了测定.结果表明,贵阳地区针叶组织中的无机硫和总硫含量明显高于云南地区,各采样地大气SO2浓度和针叶无机硫含量存在较好的正相关关系,但和总硫不存在显著相关关系,说明针叶组织无机硫含量的变化相对于总硫更能可靠地反映大气硫输入.贵阳地区针叶中无机硫δ34S平均值为-7.22‰,明显低于云南地区针叶中的无机硫δ34S(3.85‰),这与贵阳地区燃煤的硫同位素组成低于云南燃煤的硫同位素组成有关.无机硫和总硫含量在昆明钢铁厂和曲靖火电厂附近针叶中都表现为与离工厂距离呈反比,而δ34S则表现为在昆明钢铁厂附近随距离变大而偏负;在曲靖火电厂附近随距离变大而偏正,这主要是由工厂燃煤来源的大气硫沉降所决定的.     

维管束植物桂花树叶片对大气氮沉降的吸收研究

本文通过测定维管束植物桂花树叶片的氮含量和氮同位素组成,分析其对大气氮沉降的截留吸收机制。为期一年(2009.03～2010.03)的监测数据显示,桂花树叶片氮含量为1.33%～3.09%,平均值为2.18%;叶片δ15 N为+0.54‰～+3.78‰,均值为+2.29‰。桂花树叶片N%、δ15 N的季节性变化趋势,总体呈现春、冬高,夏、秋低的规律,这与已有的贵阳市雨水监测数据一致。对比不同树冠厚度的叶片样品,发现叶片N%随树冠厚度增加而降低,顶部叶片N%表现为最高(2.39±0.4%),说明桂花树的树冠层对大气氮沉降有明显的截留吸收作用。桂花树顶部叶片δ15 N最偏负,而上覆树冠层最厚的下方叶片的δ15 N最偏正,反映了树冠层在吸收大气氮沉降过程中存在选择性吸收,引起同位素分馏,即树冠层越厚,穿冠水δ15 N越偏正,且分馏程度与树冠厚度成正比,导致下方叶片δ15 N最高。     

衡阳大气硫同位素组成环境意义的研究

1996-1997年度衡阳大气硫同位素监测结果是:大气降水δ(34S)均值为6.12‰,大气二氧化硫δ(34S)均值为-3.48‰,大气气溶胶δ(34S)均值为10.73‰.数值体系较好地符合硫同位素分馏规律,研究认为,该地大气环境受西南气流影响甚微,北方南下气流进一步推断为作用该地大气硫的主因;生物硫源对降水硫影响不容忽视;衡阳与珠江三角洲及粤北城市硫同位素监测结果均不支持降水硫同位素区域分异学说.      

用苔藓氮含量和氮同位素值指示庐山大气氮沉降

对庐山风景区不同海拔高度(263～1 400 m)上31个石生苔藓(Haplocladium microphyllum)氮含量〔w(TN),以干质量计〕和氮同位素值(δ15N)进行了分析. 苔藓w(TN)与海拔高度(L_altitude)的关系〔w(TN)=3.11-7.85×10-4L_altitude〕表明,在庐山风景区,随着海拔高度的升高,苔藓w(TN)呈逐渐下降趋势. 根据前人研究的苔藓w(TN)与大气氮沉降量的定量关系,估算出庐山山顶和山脚的大气氮沉降量分别为24.61和41.72 kg/(hm2·a). 苔藓δ15N在-4‰～-2‰范围出现的频率最高,表明庐山风景区大气氮沉降主要来源于农业或自然土壤中氮的释放.      

三峡库首秭归地区大气降水硫同位素组成及示踪研究

2009年6月～2010年7月对三峡库首秭归地区大气降水SO24-含量和硫同位素组成特征进行了连续1 a的研究.结果表明,秭归地区降水SO24-浓度在31.4～668.1μmol.L-1之间,加权平均浓度为161.9μmol.L-1;降水SO24-硫同位素值δ34S在-2.14‰～6.07‰之间,平均值为2.06‰±1.97‰.SO24-含量季节变化特征明显,夏秋季节低,冬春季节高;而δ34S值则冬季偏正,而其他3个季节都相对偏负.对硫同位素值分析表明,生物来源硫可能对当地大气降水酸度有一定的贡献,且在夏秋季节尤为明显.     

喀斯特坡地土壤硫同位素变化指示的土壤硫循环

用土壤硫形态连续提取方法分离测定了喀斯特坡地土壤总硫、有机硫、SO24-和FeS2的硫同位素组成及其含量.总体来看,土壤剖面表层各形态硫δ34S值FeS2最低,介于-6.86‰~-4.22‰,其次为SO24-(-2.64‰~-1.34‰),第三为总硫(-3.25‰~-1.03‰),最高为有机硫(-1.63‰~0.50‰),随土壤剖面加深各形态硫δ34S值均有增大的趋势.SO24-和FeS2的δ34S值深度分布具有共变性,这与SO24-异化还原有关;而总硫和有机硫的δ34S值随剖面加深而平行增大,则与有机硫循环有关.硫同位素组成可鉴别土壤硫源,同时SO24-异化还原和有机硫矿化有明显的硫同位素分馏,而硫化物氧化及SO24-同化基本不产生同位素分馏,则土壤各形态硫的硫同位素组成的垂直变化可以很好地记录与深度相关的硫循环过程.并且,通过对比各形态硫含量及其硫同位素组成的深度分布特征,也可以很好地判别土壤内部的SO24-和有机硫组分的迁移过程.     

南京北郊地区昼夜大气PM2.5中硫同位素的组成及来源

为研究南京地区昼夜大气PM_2.5中的硫同位素组成情况,采用Delta V Advantage同位素质谱仪技术对2016年3-4月南京北郊地区大气PM_2.5中昼夜δ34S（硫同位素值）进行分析,结合大气颗粒物化学组成,追溯昼夜大气PM_2.5及SO₄2-的来源.结果表明:南京北郊地区PM_2.5和SO₄2-的整体变化趋势一致,具有同源性.南京北郊地区白天大气PM_2.5的δ34S范围为4.23‰~7.16‰,平均值为5.45‰±0.91‰;晚上δ34S的范围为4.20‰~6.73‰,平均值为5.22‰±0.83‰.相较于晚上,白天δ34S略高主要与NO_x对SO₂的异相氧化反应和机动车尾气的排放有关.重霾天δ34S范围为4.20‰~7.16‰,平均值为5.39‰±0.87‰;清洁天δ34S范围为3.14‰~5.14‰,平均值为4.03‰±0.57‰.重霾天的硫源与燃煤、机动车尾气排放及NO_x对SO₂的异相氧化反应有关;而清洁天主要受到机动车尾气排放及SO₂与O₃均相氧化反应的影响.研究显示,南京北郊地区ρ（PM_2.5）昼大于夜,而ρ（SO₄2-）夜大于昼,重霾天大气PM_2.5的δ34S高于清洁天,这主要与NO_x、SO₂、O₃的相互转化有关.      

用稳定同位素方法探讨大气颗粒物中硫的来源

以五级撞击式大气颗粒物采样器采集贵阳城、郊大气颗粒物样品,分析了不同粒径大气颗粒物的全硫同位素组成,以此为基础,探讨了大气颗粒物中硫的来源,同时初步查明了贵阳城、郊大气颗粒物全硫同位素组成在时间和粒径上的变化趋势：（1）大气颗粒物的硫同位素组成变化范围随粒径变小而减小。说明伴随粒径变小,颗粒物中硫的来源趋向简单,硫越来越多地由气相硫转化而来。（2）春季样品各级颗粒物的δ₃₄S值有低于夏季的趋势。这反映出,燃煤排放的SO2通量与生物源硫化物通量在时间上的消长关系是控制颗粒物中硫的来源构成的一个重要因素。     

华南地区酸沉降的硫同位素组成及其环境意义

为探讨华南珠江三角洲和湘桂走廊及其周边地区的酸沉降硫源,分别对大气降水、大气SO₂、气溶胶和工业用煤、重油及其燃烧产物进行了硫同位素组成测定.研究结果表明,珠江三角洲和湘桂走廊地区的大气降水硫同位素组成有明显的差异,其大气降水δ³⁴S值的变化范围分别为1.9‰～10.3‰和-4.8‰～-0.1‰.湘桂走廊地区大气降水明显的富集轻硫同位素(32S),而珠江三角洲地区则富集重硫同位素(34S).在煤、重油燃烧过程中硫同位素分馏效应研究基础上,将该地区酸雨硫源区分为4种类型,即人为成因硫、天然生物硫、海雾硫和远距离传输硫.在定量计算不同硫源对酸雨贡献的基础上.提出人为成因硫是珠江三角洲和湘桂走廊地区最强的污染硫源,而生物硫在夏季贡献突出,其贡献率分别为47%和52%.传输硫在冬季贡献率可达49%.上述结果,对研究治理华南地区的酸雨具有重要意义.     

贵州晚二叠世煤中硫同位素的组成特征

报道了贵州主要开采矿山晚二叠世煤中不同形态硫的同位素组成特征。形成于海水影响较小环境中的煤以低的硫含量 ,偏正的δ34S值为特点 ;形成于海相或受海水影响较大的环境中的煤 ,则具有高的硫含量和偏负的δ34S值 ;在高硫含量的煤中 ,有机硫和无机硫具有弱的相关性 ,可能它们具有一致的来源 ;煤中有机硫的同位素组成对成煤环境是灵敏的 ,可作为成煤环境划分指标 ,根据有机硫含量和同位素组成 ,可分出海水对煤层的影响程度。     

硫氧同位素示踪南京北郊大气PM2.5中硫酸盐来源

采用EA-IRMS联用技术对2014年1月南京北郊大气细粒子(PM2.5)中硫酸盐的硫和氧同位素组成进行了分析,结合大气颗粒物化学组成,追溯南京北郊大气PM2.5中硫酸盐的来源,并评估了各污染源的贡献率.结果表明,2014年1月南京北郊硫酸盐气溶胶的硫同位素组成(δ34S)范围为2.7‰~6.4‰,平均值为5.0‰±0.9‰(n=16);氧同位素组成(δ18O)值范围为10.6‰~16.1‰,平均值为12.5‰±1.37‰(n=16).通过气溶胶与可能污染源的δ34S值对比和后向轨迹分析,得出结论:研究区域大气中硫同位素组成主要受当地燃煤中硫的影响,其次是远距离传输硫.此外,有低δ34S值硫源存在,但贡献比较小,可能来自生物成因硫.绝对主因子分析结果显示:人为成因硫和远距离传输硫贡献率分别为46.74%和31.54%.     

维管束植物樟树和马尾松叶组织氮、硫含量指示贵阳地区大气氮、硫沉降的空间变化

同时测定了从贵阳市区到农村3个方向采集的樟树叶、马尾松叶、根际土以及苔藓共计296个样品的氮、硫含量,结合苔藓氮、硫含量估算了相应区域大气氮沉降量和SO_2浓度.结果表明樟树叶氮含量(1.01%~2.37%)和马尾松叶氮含量(0.99%~2.42%)在市区最高,往外明显降低,而在较远农村区域(24 km)又出现回升,反映了农村地区大气输入的氮有所增加;叶硫含量变化范围分别为0.16%~0.43%和0.18%~0.32%,均呈现在市区最高,向外逐渐降低的趋势,在距市区最远处(30~36 km)达到最低值,表明市区的生产生活向大气输入了较高的硫.各区域土壤氮、硫含量均无显著差异,将樟树、松树叶氮、硫含量分别与大气氮沉降量和SO_2浓度(由苔藓氮、硫值计算)进行线性回归分析,发现樟树、松树叶氮含量与大气氮沉降量以及樟树、松树叶硫含量与大气SO_2浓度均呈显著正相关(P0.05).研究表明维管束植物樟树与马尾松叶组织氮、硫含量的变化特征能同时很好地指示贵阳区域大气氮、硫沉降的空间变化.     

南京地区大气PM2.5潜在污染源硫碳同位素组成特征

基于南京地区大气PM_(2.5)潜在污染源,采用EA-IRMS技术分别测定了样品中硫碳同位素组成,并分析不同污染源之间的关联性.结果表明,南京地区煤炭烟灰δ~(34)S值范围为1.8‰~3.7‰,δ~(13)C值范围为-25.50‰~-23.57‰;机动车尾气δ~(34)S值范围为4.6‰~9.7‰,δ~(13)C值范围为-26.32‰~-23.57‰;生物质烟灰δ~(34)S值范围为5.2‰~9.9‰,δ~(13)C值范围为-19.30‰~-30.42‰;扬尘δ~(13)C值为-13.45‰.南京地区煤炭烟灰颗粒物的硫同位素较轻,扬尘的碳同位素较重.对比国内外不同污染源δ~(34)S与δ~(13)C值,南京地区大气PM_(2.5)中的潜在污染源的δ~(34)S与δ~(13)C具有明显的区域性.因此,潜在污染源的δ~(34)S、δ~(13)C值可为南京地区大气PM_(2.5)的源解析提供同位素组成源谱支持.     

安徽铜陵铜尾矿硫形态及硫同位素分布特征

分析讨论了安徽铜陵水木冲S和SP剖面尾矿砂的理化指标、硫形态变化和硫酸根硫同位素组成与分布特征.结果显示：S和SP剖面整体呈酸性,pH值为2.59~6.12和3.50~6.27,由下而上有明显的降低趋势;Eh随剖面由下至上明显升高,范围为66~457和-37~307mV;酸可挥发性硫（AVS）含量为0~62.36和0~3.44mg/g,黄铁矿硫（CRS）含量为0.70~32.30mg/g和0.17~5.39mg/g;AVS与CRS的变化趋势基本一致,随剖面自下而上减少,且AVS先于CRS被氧化.2个剖面元素硫（ES）含量为0~8.83和0~3.62mg/g,随深度变化无明显规律.硫酸根硫（SO₄^2--S）含量为8.44~66.34和8.48~29.87mg/g,自下而上呈降低趋势,且分别在剖面的氢氧化物薄膜层（11.5~16.5cm和18~54cm）出现高值区.2个剖面总硫（TS）含量为9.18~109.69和12.38~37.72mg/g,表层由于淋滤含量较低,底层变化则不大.位于斜坡上的SP剖面TS及各形态硫含量均低于S剖面,表明淋滤对硫含量影响更明显.硫酸根硫同位素δ³⁴S为-3.32‰~13.43‰和-3.08‰~1.80‰,S-9硫酸根δ³⁴S为13.43‰,指示其来自于伴生硬石膏,其余层位δ³⁴S偏负且变幅较小,指示其硫酸根主要来源于硫化物的氧化.     

用苔藓组织硫含量、S/N比值探讨江西省大气硫沉降

本文通过对江西省"r"型酸控区19个采样点88个细叶小羽藓样品进行分析,发现在大气硫浓度高的地区苔藓组织硫含量也高,说明细叶小羽藓可以作为监测植物指示大气硫污染。江西省苔藓组织硫含量从南往北递增,赣东北苔藓组织有着高的硫含量。南昌市和贵溪市市区苔藓组织硫含量和其相应的郊区苔藓组织硫含量有显著性差异(P<0.01),且市区苔藓组织硫含量明显高于郊区苔藓组织硫含量,说明这两个城市市区苔藓受到了点污染源的影响。对细叶小羽藓组织硫含量和大气SO2浓度进行线性回归分析,发现细叶小羽藓的组织硫含量(y)和大气SO2浓度(x)存在显著线性正相关(y=6.09x+0.16,R2=0.95,P=0.003)。用S/N=0.15把江西省采样点分为两组,贵溪市贵溪冶炼厂周围有着高的大气硫沉降量(组Ⅰ),其它采样点均是硫缺乏或者说是氮过量(组Ⅱ)。     

气溶胶稳定硫同位素研究进展

稳定硫同位素可以用来示踪硫酸盐气溶胶的来源、迁移和转化的过程.本文首先介绍了目前气溶胶稳定硫同位素相关的分析测试方法,即EA-IRMS、MC-ICPMS和NanoSIMS.归纳了国内外气溶胶δ34S的时空组成特征,两极和沿海区域气溶胶δ34S值普遍高于内陆区域;冬季燃煤和夏季生物排放作用使得气溶胶δ34S值冬高夏低.同时,综述了硫酸盐气溶胶稳定硫同位素分馏特征,其质量分馏与SO2氧化途径有关,非质量分馏与SO2光化学反应、燃烧过程和矿物粉尘表面的非均相氧化有关.最后,探讨了稳定硫同位素在示踪气溶胶硫酸盐来源方面的应用,分析了人为成因硫和自然成因硫对气溶胶硫酸盐的贡献;并展望了稳定硫同位素在未来大气气溶胶溯源中的应用,以期为控制硫酸盐气溶胶的污染源提供科学依据.     

利用石生苔藓氮含量与氮同位素探讨江西省大气氮沉降量和来源

2009～2010年在江西省“R>”型酸控区11个地区采集了107个石生细叶小羽藓样品. 通过分析苔藓氮含量和氮同位素组成,以反映大气氮沉降强度和空间分布特征,并甄别大气氮的主要来源. 结果表明,江西省不同地区苔藓平均氮含量变化范围为2.46%～3.48%. 整体上呈现赣西北偏高、赣东南偏低的特点,反映出江西省大气氮沉降水平由北向南逐渐递减的空间分布特征. 江西省城市市区苔藓氮含量（2.79%～3.48%）明显高于郊区氮含量（2.46%～2.74%）,说明市区大气氮沉降量高于郊区氮沉降量. 苔藓平均氮同位素均为负值［(-1.96±1.30) ‰～(-9.74±0.25)‰］,并且市区比郊区明显偏负. 市区苔藓偏负的氮同位素值（-5.51‰～-9.74‰）指示了城市污水和人畜排泄物为主要的氨源,而郊区氮同位素值（-4.81‰～-1.96‰）反映出农业活动氨源的贡献. 本研究为大气氮沉降的生态环境效应提供基础资料.     

石生苔藓碳含量和碳同位素对城市地区人为二氧化碳和大气氮沉降变化的响应

对贵阳市区到农村地区4个方向的石生苔藓碳氮含量和同位素组成进行了分析.苔藓碳含量（34.47%～52.76%）从市区到农村随距离逐渐降低,并与氮含量（0.85%～2.97%）存在较好的正相关关系,表明大气氮沉降对苔藓的碳吸收能力具有促进作用,市区较高的大气氮输入或铵沉降增强了苔藓的光合作用和固碳能力,同时使碳同化过程发生较大的¹³C分馏.苔藓δ¹³C值（-30.69‰～-26.96‰）从市区往外逐渐升高,还与城市人为CO₂排放有关,主要机制在于人为成因的CO₂源本身富含¹²C并可能增加市区大气CO₂的浓度,从而导致市区苔藓δ¹³C值偏负.此外,根据苔藓碳含量和δ¹³C随距离的变化关系判断,贵阳城市人为来源的CO₂对植物的影响主要集中在20 km范围内.本研究重点探讨了控制苔藓碳含量和δ¹³C变化的因素及其与氮素的相互关系,揭示了苔藓碳和δ¹³C响应城市CO₂排放和大气氮沉降变化的规律,为城市大气污染的防治和周边生态系统的保护提供了新的地球化学证据.     

南方典型地区油-稻轮作下大气硫沉降动态

1998年11月～1999年10月间,利用中国科学院红壤站(江西鹰潭)农田小气候分站进行了全年逐时气象资料收集,通过阻力模式求算SO₂和SO₄^2-的干沉降速度,结合大气中SO₂、硫酸盐(SO₄^2-)粒子和雨水的收集和测定,定量研究了大气沉降向农田生态系统的硫输入.结果表明,12个月大气硫沉降总量为94.9 kg S/hm2,其中大气中硫干沉降量(SO₂+SO₄^2-粒子干沉降)占81.9%.大气中SO₂干沉降是大气干沉降的主要贡献者,占大气硫干沉降总量93%.并对不同季节及不同的作物生长期间硫的沉降动态进行了分析、比较.