铁同位素方法在环境地球化学研究中的应用与进展

由于同位素分析方法的改进和多接收电感耦合等离子体质谱仪的使用,近年来Fe同位素地球化学研究有了很大进展,成为国际地学领域的一个热点研究方向。Fe在自然界广泛存在,分布于各类矿物、岩石、流体和生物体中,并广泛参与成岩成矿作用、热液活动和生命活动过程。自然界中各类无机过程(从高温到低温)、生物及有机过程均能使Fe同位素发生分馏,δ56Fe值约为-1.62‰～+0.91‰。文章系统介绍了Fe同位素研究的最新进展,包括Fe同位素测试方法简介、样品前处理、质谱测定、Fe同位素分馏机理和应用前景展望等,着重对该技术在环境地球化学、生物示踪、古海洋学研究等领域中的应用及前景做了阐述。     

植物中锌同位素的研究进展

锌同位素是示踪植物中锌地球化学的重要手段,详细了解植物中锌同位素的分馏过程是探究其生物地球化学的关键。本文对目前研究程度较高的超富集植物、普通植物的锌同位素分馏成果进行了系统的总结,发现二者锌同位素分馏趋势基本一致,即相比于培养液或土壤的同位素组成,植物根部相对富集锌的重同位素,而植物地上部(如茎、叶等组织器官)相对富集锌的轻同位素。对于能够引起植物发生锌同位素分馏的因素归纳如下:(1)植物根部相对富集锌的重同位素,是土壤中锌的形态、根部对锌的吸收方式、细胞表面吸附共同作用的结果;(2)植物木质部对锌的向上运输,会随着传输距离的增加而使地上部组织器官相对富集锌的轻同位素;(3)大气沉降也可能导致叶片富集锌的轻同位素。     

磷酸盐氧同位素示踪环境中磷的来源与转化:原理、方法与应用

磷是地表环境中重要的生命元素。由于研究手段的限制,目前有关磷生物地球化学循环过程及机制的认识仍然匮乏。作为一种新兴示踪剂,磷酸盐氧同位素(δ~(18)O_p)成为当前研究磷生物地球化学循环的潜在有效工具。本文综述了δ~(18)O_p示踪环境中磷来源与循环的基础原理,不同环境介质中δ~(18)O_p的分离纯化及测试方法的研究进展,梳理了近年来δ~(18)O_p在环境科学领域的应用,重点是土壤、沉积物和水生生态系统(河流、湖泊和海洋)。在此基础上,提出了δ~(18)O_p在未来工作上的展望:进一步扩展δ~(18)O_p分析测试技术(如低磷、高溶解有机质的样品),在藻类、微生物体系中分馏效应的探索。     

钙同位素方法在环境地球化学研究中的应用与进展

概述了钙同位素分馏机理、分析测定以及在环境地球化学研究中的应用。自然界中钙同位素组成及其分馏过程与生成环境密切相关,可以很好地反映其地质成因及地质作用过程。近年来,随着钙同位素的测量技术的创新和改进,钙同位素地球化学的研究领域不断拓宽:它在研究环境生态系统中钙同位素变化规律、海洋钙循环、示踪古海洋和古气候等方面取得初步成效。先前的研究表明不同的样品中的44Ca /40Ca比值变化较小,δ44 Ca的变化在-2.88‰~+ 0.92 ‰之间。     

稳定同位素技术在湿地碳循环研究中的应用

稳定性同位素技术因其准确、灵敏和安全等特点而被广泛应用于生态学研究的诸多领域。稳定同位素技术在生物地球化学循环过程中存在独特的稳定同位素化学效应,近年来稳定同位素技术又被大量用于陆地生态系统碳循环机理方面的研究。湿地生态系统在全球碳循环中起着重要作用,其碳源和碳汇功能近来成为全球气候变化研究关注的重点问题。因此,碳的稳定同位素(13C)示踪技术适合研究从年到百年尺度的湿地碳循环过程。文章主要从湿地植被光合作用、土壤有机物质的沉积、溯源和可溶性无机碳的输入以及湿地中二氧化碳、甲烷排放等方面,重点综述稳定同位素技术在湿地生态系统碳循环中的应用。     

非传统稳定同位素锶(δ~(88/86)Sr)的地球化学研究进展

锶有4个稳定同位素:84Sr、86Sr、87Sr和88Sr。但其中的非传统稳定同位素(δ88/86Sr)成为近年来国际同位素地球化学领域的研究热点。本文根据国际众多学者的研究,阐述了大多数实验室新近采用双稀释剂和TIMS方法来获得高精度δ88/86Sr数据的原理,并综述自然界δ88/86Sr变化,列出一些影响锶同位素分馏的因素。综合讨论其在地质方面的应用:(1)根据冷水珊瑚稳定锶同位素重建古海洋温度;(2)联立87Sr/86Sr和δ88/86Sr来研究海洋中锶的地球化学循环;(3)利用骨骼中的锶稳定同位素研究古营养学。     

不同成因类型钨矿床中白钨矿的氧同位素研究

目前,稳定同位素地球化学和氧同位素方法,在进一步发展金属矿床研究中的理论和应用方面更显得重要了。金属矿物的氧同位素组成对热液成矿作用的许多问题提供了信息,例如,含矿溶液来源、成矿温度、矿石形成的深度等(1970等)。 本文讨论了首次报道的有关不同建造和     

含矿流体(溶液)的稳定同位素组成及其研究意义

随着稳定同位素地球化学的建立和发展,特别是最近几年中,应用多种稳定同位素综合研究成矿作用过程中含矿流体(溶液)的稳定同位素组成及其来源和演化机理,结合有关地质资料,给各种各样成矿模式的建立以定量的概念。本文就有关含矿流体(溶液)的稳定同位素组成、研究方法及有关成果试作如下综合介绍。     

锂同位素在水环境领域的研究进展

近年来有关锂同位素的研究及其应用已成为水环境领域研究的热点问题之一。锂的两个稳定同位素(~6 Li和~7 Li)之间相对质量差较大,容易产生明显的同位素分馏,研究表明温度是控制锂同位素分馏的关键因素,扩散驱动以及配位数差异也会对锂同位素分馏产生重大影响。自然界中锂同位素的组成变化很大,δ7 Li值在-40‰~+50‰之间变动,不同地质体的δ7 Li值的明显差异使锂同位素的应用范围更加广泛。锂元素较高的化学活动性决定了它能够积极地参与各种水环境演化过程,并被作为新的示踪工具应用于环境水体污染、水循环以及卤水形成与演化等领域。概述了锂同位素作为良好的示踪工具在水环境领域取得的最新研究成果,以期为拓展锂同位素在环境地质方面的应用研究提供借鉴。     

海洋环境中溶解氧稳定氧同位素研究进展

溶解氧(DO)的稳定氧同位素组成(δ18ODO)是水生系统DO生物地球化学循环研究的有效示踪剂之一,不同生物地球化学过程引起的氧同位素分馏会反馈到溶解氧同位素组成上。在近年来水生环境中溶解氧同位素研究的基础上,回顾了溶解氧同位素的分馏机理及其影响因素,以及氧同位素的测试技术和海洋环境中溶解氧同位素的应用。在现阶段取得的主要研究进展基础上,提出今后研究及发展趋势应侧重于同位素分析测试技术的提高,特别是高效、快速、连续预处理方法的建立,基础理论研究和关键物理过程在海洋环境溶解氧同位素分布中的作用及其控制机制等方面。     

过渡金属元素掺杂改性SCR对零价汞的催化氧化性能

为提高商用SCR催化剂对Hg0(零价汞)的催化氧化活性,研究了过渡金属对其进行掺杂改性的方法,并利用固定床反应平台考察了不同试验条件下改性催化剂对Hg0的氧化效率. 结果表明:Y、Zn、Ni和Zr等过渡金属的掺杂可明显抑制SCR催化剂的催化活性,而Fe、Cu掺杂改性SCR催化剂对Hg0的催化氧化性能有显著提升. 在反应温度为350 ℃、空速比为370 000 h-1、φ(HCl)为1×10-5的条件下,Fe、Cu掺杂改性的SCR催化剂对Hg0的氧化效率均能达到90%以上,并且Fe掺杂改性后的SCR催化剂的脱硝性能也未受到明显影响. 借助XRD和XPS等表征手段,对反应前后Fe掺杂改性SCR催化剂进行了研究,表明Fe改性SCR催化剂遵循Mars-Maessen和Langmuir-Hinshelwood机制,可明显提高对Hg0的催化氧化效率,因此,应用前景较好.      

干旱区绿洲农田土壤微量元素有效态含量空间分布特征

采用地统计学和GIS相结合的方法,对甘肃省张掖山丹县和民乐县农田耕层土壤中有效态Fe,Cu,Zn,Mn,Ni和Co含量的空间变异特征、分布规律及影响因素进行了研究. 结果表明,研究区有效态Fe和Zn含量较缺乏,6种微量元素均属中等变异强度. 有效态Cu,Zn和Ni含量的最适半方差模型为球状模型,Fe和Co为指数模型,Mn为高斯模型;有效态Fe,Cu,Mn,Ni和Co含量具有强烈空间相关性,有效态Zn含量具有中等空间相关性;6种微量元素有效态含量的变程大小顺序为Fe＞Ni＞Zn＞Co＞Mn＞Cu. 有效态Fe和Ni含量呈明显的带状分布,总体上为由南向北递减,有效态Mn和Co含量呈岛状分布;有效态Fe和Zn含量处于中等及偏低水平,而有效态Cu,Mn和Ni含量处于中等及丰富水平. 此外,土壤有机质含量对研究区主要微量元素(Cu除外)有效态含量的影响最大.      

混合菌对表层沉积物中重金属形态及生物有效性的影响

采用改进的Tessier连续萃取法对表层沉积物中重金属(内源体系:Fe、Mn、Cu、Zn和Pb;外源体系:掺杂Cu、Zn和Pb后的Fe、Mn、Cu、Zn和Pb)一定时间(45d)内的形态分布进行分析,探讨了混合菌对体系中重金属形态及生物有效性的影响。混合菌的加入促进了沉积物中Fe向可交换态、碳酸盐结合态的转变,Fe的生物有效性显著提高;混合菌的掺杂导致了Mn向稳定态的移动,体系中Mn的各形态除可交换态含量均有所提高,且混合菌可以提高Mn的生物有效性;混合菌的存在增加了内源体系中Zn的铁锰氧化态稳定性,外源体系中混合菌的添加促进了其活化作用,与混合菌前33d降低金属有效性相矛盾;混合菌加入使内源体系中Pb残渣态和外源体系中有机质结合态升高,与混合菌加大Pb的有效性不吻合;混合菌可导致内源体系Cu的铁锰氧化物含量增加和铁锰氧化物态下降、Cu的生物有效性提高,而外源体系中前Cu的碳酸盐结合态上升,混合菌降低了Cu生物有效性。     

Factors a ecting trace element content in periurban market garden subsoil in Yunnan Province, China

Field investigations were conducted to measure subsoil trace element content and factors influencing content in an intensive periurban market garden in Chenggong County, Yunnan Province, South-West China. The area was divided into three di erent geomorphological units: specifically, mountain (M), transition (T) and lacustrine (L). Mean trace element content in subsoil were determined for Pb (58.2 mg/kg), Cd (0.89 mg/kg), Cu (129.2 mg/kg), and Zn (97.0 mg/kg). Strong significant relationships between trace element content in topsoil and subsoil were observed. Both Pb and Zn were accumulated in topsoil (RTS (ratio of mean trace element in topsoil to subsoil) of Pb and Zn >1.0) and Cd and Cu in subsoil (RTS of Cd and Cu 61.0). Subsoil trace element content was related to relief, stoniness, soil color, clay content, and cation exchange capacity. Except for 7.5 YR (yellow-red) color, trace element content increased with color intensity from brown to reddish brown. Significant positive relationships were observed between Fe content and that of Pb and Cu. Trace element content in mountain unit subsoil was higher than in transition and lacustrine units (M > T > L), except for Cu (T > M > L). Mean trace element content in calcareous subsoil was higher than in sandstone and shale. Mean trace element content in clay texture subsoil was higher than in sandy and sandy loam subsoil, and higher Cu and Zn content in subsoil with few mottles. It is possible to model Pb, Cd, Cu, and Zn distribution in subsoil physico-chemical characteristics to help improve agricultural practice.     

农业区旱地垂直剖面土壤中重金属赋存形态与生态风险评价

用ICP-OES测定了厦门市农业区某旱地垂直剖面土壤中10种重金属元素的含量,并用改进的BCR四步连续提取法分析了垂直剖面土壤中6种重金属的赋存形态。结果表明,剖面土壤中Cd富集较严重,Pb主要以还原态为主,而Mn、Cu、Fe、V、Zn主要以残渣态存在;重金属生物有效性系数排序为Pb(0.514)Mn(0.398)Cu(0.221)Fe(0.165)V(0.100)Zn(0.059 7),Pb和Mn的生物有效性较高,对环境存在较大的潜在生态危害。次生相与原生相分布比值法对重金属潜在生态风险评价的结果表明,Co、Zn、Fe、V、Cu和Mn处于无污染水平,Pb处于中度污染水平。潜在生态危害指数表明,垂直剖面土壤中潜在生态危害顺序为CdCuPbCrZn,Cd的生态危害系数对多元素综合潜在生态风险的贡献最大,即Cd表现为首要的潜在生态风险因子。     

类芦植被对煤矸石堆场特征金属的富集特征及生物有效性的影响

以贵阳市花溪区麦坪乡废弃煤矿矸石堆场为研究区域,选择经过长期自然恢复定居于煤矸石堆场上的类芦植被为研究对象,研究类芦植被参与对煤矸石中特征金属(Fe、Mn、Cu、Zn)的富集特征、空间分布以及生物有效性的影响。结果表明:类芦植被参与下,煤矸石堆场特征金属在空间上主要分布在根系层和表层,且类芦地上部分对Mn和Fe、Cu、Zn的富集系数分别大于(比值1)和小于地下部分(比值1),类芦各部位金属含量的检测结果表明,Mn和Fe、Cu、Zn被类芦吸收后分别储存于地上部分(茎叶)和地下部分(根部)。类芦植被对Mn(3.62)和Fe(0.32)、Cu(0.60)、Zn(0.93)的转运系数分别大于1和小于1。相关分析结果表明,类芦植被对煤矸石特征金属的富集量与金属的有效态含量、全量之间呈显著或极显著正相关。除类芦根系层Mn的生物有效性高于对照外,类芦植被的存在能够明显降低煤矸石中特征金属的生物有效性,并对煤矸石中Mn、Zn具有较大转运、富集能力,因此可选择类芦作为煤矸石堆场污染物释放的原位生态控制和生态修复的先锋植物或优势植物。     

温榆河水体中重金属含量分布及赋存状态解析

利用错流超滤技术对采集的温榆河水样中Fe、Mn、Al、Zn、Cu、Cr和Pb等金属元素进行了分离,研究温榆河重金属分布及赋存状态变化.研究发现,温榆河沿程重金属含量多数超出了《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的Ⅰ类水标准,Pb超过了Ⅱ类水标准;其中Fe、Al、Cu、Pb等元素主要以颗粒态存在,Mn、Zn则主要以溶解态存在,而Cr在颗粒态和溶解态中含量相当.温榆河沿程各点金属元素在胶体态和真溶解态中均有分布,Mn、Al、Zn、Pb等元素以真溶解态存在量较多,而Fe、Cr、Cu等元素则以胶体态存在量较多,其中,河流中的Cu元素分布状态受外界影响严重,Cr和Mn的分布状态不易受外界因素影响,Fe的分布状态易受总含量的影响,Al和Zn的分布状态易受pH值的影响,Pb的分布状态易受河流富氧状态的影响.通过胶体态重金属与胶体态有机碳的相关性分析发现,温榆河中胶体态Fe、Mn、Zn及Al主要以无机胶体态存在;而胶体态Cu、Cr和Pb则主要以有机胶体态存在.     

Investigation on Fe, Mn, Zn, Cu, Pb and Cd fractions in the natural surface coating samples and surficial sediments in the Songhua River, China

Natural surface coating samples （NSCSs） from the surface of shingles and surficial sediments （SSs） in the Songhua River, China were employed to investigate the relationship between NSCSs and SSs in fractions of heavy metals （Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, and Cd） using the modified sequential extraction procedure （MSEP）. The results show that the differences between NSCSs and SSs in Fe fi＇actions were insignificant and Fe was dominantly present as residual phase （76.22% for NSCSs and 80.88% for SSs） and Fe-oxides phase （20.33% for NSCSs and 16.15% for SSs）. Significant variation of Mn distribution patterns between NSCSs and SSs was observed with Mn in NSCSs mainly present in Mn-oxides phase （48.27%） and that in SSs present as residual phase （45.44%）. Zn, Cu, Pb and Cd were found dominantly in residual fractions （〉48%）, and next in solid oxides/hydroxides for Zn, Pb and Cd and in easily oxidizable solids/compounds form for Cu, respectively. The heavy metal distribution patterns implied that Fe/Mn oxides both in NSCSs and SSs were more important sinks for binding and adsorption of Zn, Pb and Cd than organic matter （OM）, and inversely, higher affinity of Cu to OM than Fe/Mn oxides in NSCSs and SSs was obtained. Meanwhile, it was found that the distributions of heavy metals in NSCSs and SSs were similar to each other and the pseudo-total concentrations of Zn, Cu, Pb and Cd in NSCSs were greater than those in SSs, highlighting the more importance for NSCSs than SSs in controlling behaviours of heavy metals in aquatic environments.     

重金属元素BCR提取法及在太湖沉积物研究中的应用

采用BCR提取法,HCl-HNO3-HF消化法和ICP-AES仪器测定了西太湖沉积岩芯中Cu,Fe,Mn,Ni,Pb和Zn 6种重金属元素不同形态的质量分数.结果表明:采用BCR方法对太湖沉积物重金属元素形态进行提取,提取结果具有较高的精度和稳定性;受元素地球化学性质及沉积物理化性质的影响,Cu,Fe,Ni和Zn以残渣态为主;Mn以可交换态及碳酸盐结合态为主;Pb的有机物及硫化物结合态,Fe/Mn氧化物结合态以及残渣态的质量分数基本一致;重金属元素Fe/Mn氧化物结合态的质量分数与可还原态Mn质量分数有较好的正相关性,有机物及硫化物结合态的质量分数与有机质质量分数相关性较好.      

晋江河口柱状沉积物中重金属的赋存形态及生态风险评价

采用改进的BCR连续提取法对晋江河口柱状沉积物中的重金属(Fe、Zn、Ni、Pb、Cu和Cr)进行形态分析。结果表明,在垂向分布上重金属的形态分布基本一致。其中,Fe主要存在于残渣态,Pb、Cu和Ni主要存在于可还原态,Zn主要存在于弱酸溶态,Cr主要存在于可氧化态。各金属总可提取态占总量的比值(即生物有效性)排序为:CuCrPb=Zn=NiFe,Cu、Cr、Pb、Zn和Ni的迁移性和生物有效性均较高,对环境存在较大的潜在危害。运用次生相与原生相比值法对重金属潜在生态风险进行评价,结果表明:Fe处于无污染水平,Zn、Pb、Ni、Cu和Cr均处于中到重度污染水平。