草海典型高原湿地食物链中汞同位素组成特征

以国家自然保护区贵州草海高原湿地为研究对象,系统采集了不同种群水生生物,通过测定各样品总汞、甲基汞含量、碳氮同位素和汞同位素组成,以探究汞在食物链营养级传递过程中的同位素分馏特征。结果显示所有样品均发生了汞同位素质量分馏(MDF)和非质量分馏(MIF),且均表现出偏负的δ202 Hg(-0.93‰±1.32‰,n=14)以及偏正的Δ199 Hg(0.79‰±0.76‰,n=14)。除穗状狐尾藻(δ15N=-1.88‰)以外,δ15 N和δ202Hg之间存在显著的正相关关系(r=0.58,P0.05),表明汞在食物链的生物富集过程中相对富集偏重的汞同位素。Δ199Hg和δ15N之间也表现出显著正相关性(r=0.67,P0.05),同时Δ199Hg与生物中甲基汞比例(%Me Hg)之间存在显著正相关性(r=0.58,P0.05),表明汞的非质量分馏程度随食物链的升高而变大,可能是由于营养传递的过程中生物体内甲基汞的比例升高所致。     

沿海城市降水中总汞及汞同位素特征研究

大气汞沉降是汞从排放源进入地表系统最主要的迁移途径,利用汞同位素追踪汞在大气中的迁移转化规律及潜在来源对研究汞的生物地球化学循环具有重要意义.本研究于2012—2013年对厦门市小坪、坂头、鼓浪屿和洪文站点降水中总汞(THg)浓度和汞同位素的变化特征进行了研究.结果表明,厦门降水中THg浓度为1.0～59.4 ng·L~(-1),大气THg湿沉降量为13.1μg·m~(-2)·a~(-1).厦门冷、暖季降水中THg浓度相当,但由于暖季丰沛的降水量,导致暖季THg的湿沉降量约为冷季的2.5倍.降水样品中均表现出负的偶数汞同位素质量分馏(δ~(202)Hg,-2.2‰～-1.5‰)、正的奇数汞同位素非质量分馏(Δ~(199)Hg,0.08‰～0.22‰),以及轻微偏正的偶数汞同位素非质量分馏(Δ~(200)Hg,0.01‰～0.07‰).厦门降水中奇数汞同位素非质量分馏是大气汞液相光致还原反应的结果.偶数汞同位素非质量分馏不明显与其处于较低的纬度有关.厦门降水中δ~(202)Hg接近于厦门当地及贵州燃煤烟气中的δ~(202)Hg值,表明厦门降水中汞可能受到本地或传输过来的燃煤排放的影响.     

Hg稳定同位素地球化学研究进展

近年来汞(Hg)稳定同位素研究进展显著。Hg具有七种稳定同位素。以往研究不但报道了Hg同位素质量分馏,也报道了Hg同位素非质量分馏,使Hg成为目前唯一在自然界中具有同位素非质量分馏的重金属元素。本文阐述了Hg同位素的研究背景,总结了Hg同位素分析方法和引起Hg同位素分馏的生物化学过程,介绍了地球各圈层样品中Hg同位素组成的国内外最新研究现状。而最新发现的大气降雨中异常的、呈季节性变化的偶数Hg同位素非质量分馏(Δ200 Hg),更开辟了Hg同位素研究的新领域。不同于奇数Hg同位素非质量分馏,偶数Hg同位素非质量分馏还未经任何实验验证,其分馏机理也完全不清楚,亟待深入研究。Hg可能的"三维"同位素体系(质量分馏、奇数以及偶数Hg同位素非质量分馏)的研究和应用将有希望为进一步认识Hg环境过程、生物累积、大尺度迁移以及全球性的生物地球化学循环提供更加丰富的信息,具有重要的科学意义。     

双路热解-吸收法分析干法脱硫灰中汞同位素

烟气干法脱硫工艺是目前主流的烟气脱硫工艺,在运行过程中会产生大量的脱硫副产物。汞是干法脱硫副产物中主要的重金属成分,且具有较强的环境迁移能力。该研究采集了来自GZ电厂与JL电厂应用相同干法脱硫工艺(CFB-FGD)的燃煤锅炉所产生的脱硫灰渣样品,使用自行搭建的双通道管式炉热解-吸收系统收集样品中的汞,并应用原子荧光光谱仪(AFS)与多通道接收MCICP/MS分别测定了其中汞的含量以及汞同位素特征。结果表明,双通道管式炉热解-吸收系统比单通道节约40%的处理时间,标准参考物质NIST 2692c的回收率为(100.7±4.7)‰。样品中汞的含量范围在31.5~406.5μg/kg之间,均值为168.9μg/kg(n=20)。脱硫灰中δ~(202)Hg数值范围为-1.95‰~1.00‰,Δ~(199)Hg与Δ~(201)Hg则分别为-0.26‰~0.12‰与-0.27‰~0.05‰。Δ~(199)Hg/Δ~(201)Hg的值约为1.032,接近报道中原煤的数值((1.07±0.04),2SE),表明在干法脱硫工艺过程中,汞元素未发生明显的非质量分馏现象。     

滇池几种鱼体汞含量与δ13C、δ15N特征

鱼体是人体摄入甲基汞的重要暴露途径。对滇池几种重要鱼类的总汞、甲基汞和13 C、15 N进行了测定,结果发现:滇池中鱼体总汞和甲基汞含量范围(平均值)分别为5.6~287ng/g(74±59ng/g)和2.7~400ng/g(73±67ng/g)。总汞和甲基汞含量存现显著的相关关系,(R2=0.65,p0.001),且甲基汞占总汞的平均比例大于80%,表明鱼体中的汞主要以甲基汞的形态存在。滇池几种鱼类的δ13 C平均值为-20.5±4.2‰,范围为-29.0‰~-15.1‰,δ15 N平均值为17.1±4.3‰,范围为5.9‰~25.8‰。同位素比值与鱼体汞含量之间没有显著的相关性,可能是由于滇池中采集的黄颡鱼和白鱼与其他鱼类不属于同一种食物源,因此对13 C和15 N的分馏不同。另外,采集的鱼类大小和年龄不均一,也可能是造成13 C和15 N异常分馏的原因之一。     

九龙江河口咸淡水混合过程中汞的额外增加与消除

河口是海陆界面能量和物质交换的重要场所,研究汞在河口的迁移特征及影响因素,对认识汞的生物地球化学行为具有重要意义. 本研究测定了九龙江河口区沉积物孔隙水的总汞(total mercury, THg)浓度与汞同位素特征,结合笔者所在课题组已发表的相关研究数据,比较不同季节、不同潮位、降水与否的表层水THg浓度、汞同位素组成与盐度之间的关系,探究影响表层水中汞额外增加/消除的因素及机制. 结果表明:①孔隙水THg浓度〔(38.28±28.80) ng/L,n=28〕显著高于表层水〔(8.53±6.85) ng/L,n=35〕(P<0.01);孔隙水THg浓度受季节或径流量变化的影响不明显. 孔隙水δ202Hg平均值(?1.24‰±0.36‰,n=28)处于表层水(?0.32‰±0.38‰,n=29)和沉积物(?1.99‰±0.69‰,n=18)之间;Δ199Hg平均值(?0.13‰±0.03‰,n=28)低于表层水(?0.04‰±0.10‰,n=29)和沉积物(?0.04‰±0.16‰,n=18),表明汞在孔隙水与沉积物间的双向传递与吸附及非光致氧化过程有关. ②枯水期河口区表层水中的汞以额外消除为主,呈现汞“汇”特征;丰水期则呈现汞“源”特征. 当咸淡水在河道较浅处交汇时,表层水中汞的额外增加更大. 无论是增加或消除,表层水中汞的δ202Hg与Δ199Hg值均升高. 汞在咸淡水交汇界面的迁移受径流量、潮位、河道特征及降水事件等多因素影响. ③枯水期中降水事件发生时表层水THg浓度和汞同位素组成随盐度的变化特征与非降水期不同,表明降水可影响表层水中汞的行为. 研究显示,汞在咸淡水交汇界面的迁移受径流量、潮位、河道特征及降水事件等多因素影响,河口是汞“源”也是汞“汇”.      

三峡库区蓄水初期大宁河重金属食物链放大特征研究

三峡库区蓄水后重金属在库区沉积物中累积,为了解由此带来的鱼类重金属富集放大风险,于2012年3月以库区支流大宁河为例,采集16种代表性鱼类,利用稳定同位素技术对鱼类间营养关系和Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、As和Hg等重金属元素在食物链中的生物放大情况进行了研究.结果表明,大部分重金属在鱼体中处于较低水平,但在不同种类鱼体中含量差异显著.鱼体样品δ13C与鱼类生活水层关系密切,分布范围为-22.80‰~-28.97‰,水体上层鱼类δ13C值较低,而水体底层鱼类δ13C值较高;而δ15N受鱼类食性影响明显,范围为6.41‰~13.88‰.在食物链的传递过程中,鱼体Hg浓度随营养等级的升高而显著增大,但放大效率较低.除Hg外的金属元素与δ15N的关系均不显著,未出现明显生物放大.但小个体鱼类体内金属含量较高,存在潜在污染风险.     

水稻甲基汞富集对大气气态单质汞浓度升高的响应研究

水稻具有很强的甲基汞(MeHg)富集能力,从而增加了汞污染地区居民甲基汞暴露的风险.本研究利用开顶气室熏蒸实验和土壤加汞培育实验探究水稻各组织中MeHg富集对大气中的气态单质汞(GEM)浓度升高的响应.结果表明:水稻根中甲基汞含量与土壤中甲基汞含量显著正相关(r=0.9462~0.9870,p0.05),与大气汞含量无线性关系(p0.05),表明水稻根中的MeHg主要来自土壤.水稻茎中甲基汞含量随土壤甲基汞含量的增加而线性增加(上部茎:r=0.8560,p0.05;下部茎:r=0.9178~0.9484,p0.05),与大气汞含量没有相关性(p0.05),但在气室熏蒸实验中上部茎中的甲基汞含量高于下部茎;而在土壤加汞培育实验中下部茎中的甲基汞含量高于上部茎,表明水稻茎主要受土壤汞的影响,且大气汞可能对水稻上部茎甲基汞的富集有一定的影响.水稻叶中甲基汞含量与土壤甲基汞含量显著正相关(r=0.9708,p0.01),与大气汞含量无线性关系,但在气室熏蒸实验中实验组叶中甲基汞的含量高于对照组,表明水稻叶中的甲基汞可能受土壤甲基汞和大气汞的共同影响.水稻籽粒中甲基汞的含量与土壤甲基汞含量呈显著正相关(r=0.9046~0.9865,p0.05),与大气汞含量无明显的线性关系(p0.05),表明水稻籽粒中的甲基汞主要来自土壤,但在水稻上部茎和叶中甲基汞含量受一定程度大气汞含量影响的情况下势必会对水稻籽粒甲基汞的富集产生影响,但究竟有多大程度影响或量化其贡献还需进一步实验研究.     

镉同位素及其环境示踪

随着多道接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)的发展和广泛应用,镉(Cd)稳定同位素已成为当前非传统同位素地球化学的研究热点之一。本文对Cd同位素的分析方法、组成特征、变化规律、分馏机制及环境应用等问题进行了系统评述。总体来说,地球样品的Cd同位素组成(δ114/110 Cd)分馏较小(-2.47‰~+3.17‰),陨石等地外物质同位素分馏较大(-9.07‰~+16.13‰),已发现的分馏过程包括蒸发/冷凝过程、吸附沉淀/溶解过程、生物吸收过程。同时,Cd同位素作为一种全新的地球化学指标,可指示物源、天体演化、海洋初级生产力及营养物质循环、全球碳循环等过程;有效示踪环境介质与生物体中Cd的污染来源,为环境科学的研究提供新的视角和信息。     

喀斯特高原黄壤区退化植物群落常见植物叶片氮同位素组成

氮是植物需求量最大的矿质营养元素。由于氮循环诸过程中的化学转化、物理运输等都有可能使其发生同位素分馏,植物稳定氮同位素组成是土壤-植物-大气连续体综合作用的整体响应,能较好的反映流域内与植物生理生态过程相联系的一系列环境信息,具有示踪、整合和指示等多项功能。为探讨喀斯特环境下黄壤区植物稳定氮同位素组成变异的影响因素及其相关关系,以喀斯特高原贵州省清镇市王家寨峰丛洼地小流域为例,选取流域内黄壤区退化植物群落3种植被类型中的4种常见植物为研究对象,分别对其叶片C、N、P、K、Ca、Mg元素含量和稳定氮同位素进行了测定分析。结果表明:(1)研究区植物叶片δ~(15)N值的变化范围为-3. 25‰～0. 69‰,平均值为-1. 04‰,变异程度较高,离散程度较大,呈负偏态分布。(2)植物叶片δ~(15)N值在群落间和坡位间的差异均不显著(P0. 05);(3)植物叶片δ~(15)N值的种间变化趋势为小果蔷薇(-0. 03‰)火棘(-0. 24‰)过路黄(-1. 58‰)粉枝莓(-2. 29‰),差异显著(P0. 05)。(4)研究区植物叶片δ~(15)N值受群落类型和物种因素的交互影响显著(P=0. 016,R2=0. 870)。(5)研究区植物叶片δ~(15)N值受叶片K营养含量的影响较大,同时与C、N、P、K、Ca元素化学计量比之间的关系密切,叶片K、Ca营养含量间的调控是影响黄壤区植物叶片δ~(15)N值的主要因素。     

大气甲醛稳定碳同位素分析方法研究

利用气相色谱/燃烧/同位素比值质谱(GC/C/IRMS)技术,采用2,4-二硝基苯肼(DNPH)衍生化,初步研究了单体化合物稳定碳同位素方法研究大气甲醛来源问题.根据不同同位素组成的甲醛与DNPH反应,模拟大气采样,具体讨论了甲醛与DNPH衍生化过程的同位素效应及分析方法的重现性与精确度.结果表明,每个甲醛2,4-二硝基苯腙样品分析的最大标准偏差为0.3‰;不同同位素组成的甲醛衍生化产物甲醛2,4-二硝基苯腙与理论值的平均偏差为0.24‰±0.14‰(从0.03‰到0.35‰),小于仪器分析误差0.5‰,该衍生化过程不存在同位素分馏.采用该方法对酒店大厅内外大气甲醛碳同位素组成进行了初步研究,结果表明不同来源的甲醛同位素组成具有显著差异,可以为大气甲醛的来源分析提供非常有效的信息.     

大气甲醛稳定碳同位素分析方法研究

利用气相色谱/燃烧/同位素比值质谱(GC/C/IRMS)技术,采用2,4-二硝基苯肼(DNPH)衍生化,初步研究了单体化合物稳定碳同位素方法研究大气甲醛来源问题.根据不同同位素组成的甲醛与DNPH反应,模拟大气采样,具体讨论了甲醛与DNPH衍生化过程的同位素效应及分析方法的重现性与精确度.结果表明,每个甲醛2,4-二硝基苯腙样品分析的最大标准偏差为0.3‰;不同同位素组成的甲醛衍生化产物甲醛2,4-二硝基苯腙与理论值的平均偏差为0.24‰±0.14‰(从0.03‰到0.35‰),小于仪器分析误差0.5‰,该衍生化过程不存在同位素分馏.采用该方法对酒店大厅内外大气甲醛碳同位素组成进行了初步研究,结果表明不同来源的甲醛同位素组成具有显著差异,可以为大气甲醛的来源分析提供非常有效的信息.     

Chemical composition and Zn bioavailability of the soil solution extracted from Zn amended variable charge soils

A study on variable charge soils (volcanic Italian and podzolic Scottish soils) was performed to investigate the influence of soil properties on the chemical composition of soil solution. Zinc speciation, bioavailability and toxicity in the soil solution were examined. The soils were spiked with increasing amounts of Zn (0, 100, 200, 400 and 1000 mg/kg) and the soil solutions were extracted using rhizon soil moisture samplers. The pH, total organic carbon (TOC), base cations, anions, total Zn and free Zn2+ in soil solution were analysed. A rapid bioassay with the luminescent bacterium Escherichia coli HB101 pUCD607 was performed to assess Zn toxicity. The influence of soil type and Zn treatments on the chemical composition of soil solution and on Zn toxicity was considered and discussed. Di erent trends of total and free Zn concentrations, base cations desorption and luminescence of E. coli HB101 pUCD607 were observed. The soil solution extracted from the volcanic soils had very low total and free Zn concentrations and showed specific Zn2+/Ca2+ exchange. The soil solution from the podzolic soil had much higher total and free Zn concentrations and showed no evidence of specific Zn2+/Ca2+ exchange. In comparison with the subalkaline volcanic soils, the acidic podzol showed enhanced levels of toxic free Zn2+ and consequently stronger effects on E. coli viability.     

合成洗涤剂生产废水处理技术研究

分别用混凝沉降，泡沫分离，活性炭吸附工艺进行了合成洗涤剂生产废水的处理试验。研究结果表明，混凝沉降、泡沫分离法的直链烷基苯磺酸钠去除率可以分别达到９０％、８０％以上，活性炭的ＬＡＳ吸附容量可达５９ｍｇ／ｇ以上，处理后废水的ＬＡＳ、ＣＯＤ浓度可达到国家排放标准。     

水溶性有机物在土壤剖面中的分馏及对Cu迁移的作用

通过室内土柱试验研究了DOM在土壤剖面中的“分馏”作用,DOM在纵向运移过程中的穿透行为及对污染的红壤和潮土中重金属Cu溶出效果的影响.结果表明,绿肥和猪粪DOM经过土柱后极性都有所降低,在潮土上的降低幅度较大,分别为11.4%和10.72%;DOM能够明显地增加污染土壤中Cu的溶出,且这种作用效果与DOM及土壤的性质有关,绿肥DOM的作用效果比猪粪DOM的强,整个淋洗过程中潮土上Cu的平均溶出量是红壤上的4.37倍(绿肥DOM)和3.03倍(猪粪DOM);由于微生物对DOM的分解作用,降低了DOM对土壤中Cu的溶出效果.     

沉积物磷的分级提取方法及提取相的共性分析

磷是湖泊营养状况的重要指标。文章综述了沉积物磷形态分级提取的经典方法,根据提取相的性质特点,将不同方法提取到的不同形态的磷综合归纳为几大类别,包括活性磷(Ⅰ)(可交换磷、松结态磷、不稳性磷及弱吸附性磷)、活性磷(Ⅱ)(铝结合态磷与铁结合态磷)、相对稳态磷和有机磷等,从而改善不同方法、不同研究对象在沉积物磷形态分析方面缺乏可比性的现状。     

Arsenic fractionation and contamination assessment in sediments of thirteen lakes from the East Plain and Yungui Plateau Ecoregions, China

Arsenic（As） fractions in the sediments of seven lakes from East Plain Ecoregion and six lakes from Yungui Plateau Ecoregion, China, were investigated. Results indicated that the total As concentrations in sediment samples of lakes of the East Plain Lake Ecoregion are higher than those of Yungui Plateau Lake Ecoregion. Residual As is the main fraction in sediment samples of lakes from both ecoregions, followed by reducible As and soluble or oxidizable As. The total As is correlated to oxidizable As and residual As in sediment samples from both lake ecoregions. As distribution in sediment samples of lakes of the East Plain Ecoregion appears to be affected by human activity, while the As origin mainly comes from natural sources in sediment samples of lakes in the Yungui Plateau Ecoregion. The potential ecological risk index and geoaccumulation index values suggest ＂low to moderate＂ risk degree and ＂unpolluted to moderately polluted＂ for As in the studied lake sediments.     

典型南方水源溶解性有机物分子量分布变化及去除特性

用超滤膜法对以东江为水源的深圳水库水体溶解性有机物(DOM)进行物理分级表征,研究了2005年3～9月原水中DOM分子量分布的连续变化特性,以及各分子量范围的DOM组分与消毒副产物三卤甲烷生成势(THMFP)之间的关系结果表明,在此原水DOM中,相对分子量小于1000的有机物所占比例最高(平均值为41.15%(以DOC计)),这说明东江原水中DOM主要以小分子量有机物为主,此分子量范围有机物所产生的THMFP在原水中所占比例均值为32.23%水处理研究表明,常规工艺和深度处理工艺对其DOC和THMFP的去除率均不高.对原水总DOC的贡献占第二位的是分子量在104～3×104之间的有机物(均值为24.07%),其对总THMFP的贡献率为29.09%,常规工艺对此分子量范围有机物去除效果很好.     

重金属及养分元素在城市污泥主要组分中的分配及其化学形态

通过沉降／离心法将城市污泥区分为生物絮凝体、颗粒态、胶体及水溶态四种组分，并研究了重金属与养分元素在其中的分配及其各组分中重金属的化学形态，生物絮凝体组分占污泥干物质６８％，其次为颗粒态组分（占２３％），胶体及水溶态组分所占比例最少，有机Ｃ，总Ｎ，Ｐ，Ｋ及Ｃｕ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ，Ａｓ也主要分配在生物絮凝体组分中，从重金属在各组分中的形态分布看，重金属的化学活性依次为，污泥水溶性＋胶体组分〉生