喀斯特地区典型风化剖面重金属超标程度及元素迁移特征研究

我国西南喀斯特地区是著名的重金属元素地球化学异常区。除了人类活动所导致的土壤污染问题以外,地质背景很可能是造成土壤重金属超标的重要因素。为了弄清岩石风化和成土过程中重金属的释放规律及其环境效应,本次研究以贵州省罗甸县典型的碳酸盐岩和碎屑岩风化剖面为载体,采用实地调查、地球化学测试分析等手段,结合质量平衡系数的计算方法对研究剖面的重金属元素超标程度及元素迁移规律展开调查。研究结果表明:碳酸盐岩比泥质岩具有更高的重金属元素释放潜能,其风化和成土过程向环境中释放重金属的量与风化壳的发育程度有关。研究区石灰土剖面重金属元素超标程度严重,且以Cd和As的超标程度最大。地带性黄壤中Cr、Ni元素的富集很可能与剖面发育过程中铁氧化物的沉淀富集有关。综合分析认为岩性不同所导致的风化速率的差异很可能是造成碳酸盐岩和泥质岩剖面重金属淋失程度差异的主要原因。而且,重金属元素在风化剖面中的迁移规律受元素自身地球化学性质、母岩类型和风化壳发育程度等多重因素控制。     

贵州威宁草海湿地水体中有机碳时空分布特征及来源辨析

有机碳是陆地水生生态系统碳循环重要组成部分,湿地在维持岩溶碳汇稳定性方面具有十分重要的作用,揭示岩溶湿地水体中的有机碳时空分布特征及来源有助于明晰岩溶流域碳循环过程。本文以贵州威宁草海岩溶湿地为研究对象,对其丰、枯水期湿地水中溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)含量以及颗粒有机质(POM)碳、氮同位素等指标的测定,分析草海湿地水中POC、DOC浓度时空分布特征,探讨了水体中有机碳的来源。结果表明:草海湿地水体有机碳总体上以DOC为主,丰水期DOC变化范围为4.25～12.58 mg/L,平均值为8.19±1.49 mg/L,枯水期变化范围为4.79～15.93 mg/L,平均值为8.78±3.01 mg/L,丰水期略低于枯水期,DOC来源较为复杂,不同水文期受到外源和内源不同程度的影响;DOC在空间上丰水期呈现西部偏低,东及东南部偏高的分布特征,枯水期呈现南及西南部偏低,北及东北部偏高的分布特征。草海湿地水体丰水期POC变化范围为0.35～3.39 mg/L,平均值为1.13±0.78 mg/L,枯水期变化范围为0.32～1.84 mg/L,平均值为0.79±0.35 mg/L,丰水期高于枯水期;POC在空间上两期都呈现出中西低、中东高的分布特征。丰水期颗粒有机质的δ¹³C、δ¹⁵N值变化范围分别为-30.13‰～-14.80‰和-9.69‰～4.72‰,平均值分别为(-22.54±2.78)‰和(-2.88±2.89)‰,该时期POC以陆源有机质贡献为主;枯水期颗粒有机质的δ¹³C、δ¹⁵N值变化范围分别为-29.13‰～-21.91‰和-0.14‰～9.15‰,平均值分别为(-25.12±2.04)‰和(3.23±1.78)‰,该时期POC主要来源于沉积物。     

西南喀斯特地区典型矿渣中砷、锑的赋存形态及其潜在风险评价

针对西南喀斯特地区典型矿渣中砷、锑的赋存形态及其潜在风险的问题,采用Shiowatana连续提取法提取矿渣中的砷（As）、锑（Sb）,分析并揭示As、Sb的赋存特征;结合矿渣的基本理化性质和矿物组成特征,讨论矿渣堆中As、Sb的活动性及其关键影响因素;采用风险评价编码法（RAC）对矿渣中As、Sb的潜在生态风险进行相关评价.结果表明：矿渣中的As主要以铁铝结合态和残渣态的形式赋存;Sb主要以残渣态的形式赋存.As比Sb具有更高比例的铁铝结合态,而Sb比As具有更高比例的碳酸盐结合态.弱酸至近中性矿渣中,Sb的活动性强于As;酸性矿渣中,As的活动性强于Sb.矿渣中As、Sb的潜在风险以中-低风险为主,个别为高和极高风险.     

基于水化学及稳定同位素的岩溶山区城镇水体硝酸盐来源示踪

由于岩溶水文系统的地球化学敏感性和脆弱性,岩溶地下水NO₃^-污染已成为世界范围普遍存在的环境问题,而岩溶山区地下水硝酸盐来源解析对于保障区域供水安全和人体健康具有重要意义.因此,本文选取贵州中部典型岩溶山区城镇主要供水流域地表水和地下水为研究对象,基于土地利用类型,联合水化学分析及δ¹⁵N-NO₃^- 、δ¹⁸O-NO₃^-示踪技术对水体硝酸盐分布特征、来源贡献及迁移转化过程进行研究.结果表明,研究区水体溶解性无机氮以硝态氮为主,水体NO₃^-含量及分布与区域土地利用方式密切相关,硝酸盐污染主要集中于住宅用地和耕地 &林地区岩溶地下水中.水体NO₃^-主要来源于与农业活动和城镇化建设有关的土壤有机氮、化肥及粪便污水,水体氮循环主导过程为硝化作用,反硝化作用基本不存在.稳定同位素模型（SIAR）分析结果显示,区域水体硝酸盐主要受当地农业活动及城镇化过程影响,其中,土壤有机氮、化肥及粪便污水对地表水硝酸盐的贡献率分别为50.24%、27.97%和24.58%,对地下水硝酸盐的贡献率分别为54.58%、24.58%和20.15%,大气降水来源贡献率较低.     

贵州威宁草海流域地下水水化学特征及无机碳通量估算

贵州威宁县草海是我国最大的岩溶湿地,岩溶地下水是其重要的补给水源和物质来源.本研究在丰水期、枯水期和平水期对草海流域内12处地下水进行了采集并测定,揭示了该流域地下水水化学特征和主要离子来源,并基于水化学径流模数法初步估算了草海流域岩溶碳汇通量.结果表明,草海流域地下水水化学类型以HCO₃-Ca型为主,东南部个别泉点在平水期为SO₄-Ca型.地下水中优势离子均以Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-为主,季节上SO₄^2-和Mg²⁺平均质量浓度呈现出平水期 > 枯水期 > 丰水期,NO₃^-平均质量浓度则表现为丰水期 > 枯水期 > 平水期,其他离子季节变化特征不明显.空间上草海北部地下水中Ca²⁺和HCO₃^-质量浓度相对较高,K⁺、Na⁺和Cl^-在西南部地下水中质量浓度较高,东南部地下水中Mg²⁺、NO₃^-和SO₄^2-质量浓度较高.地下水中Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-主要受到碳酸盐岩溶蚀的控制,碳酸、硫酸和硝酸均参与了流域内碳酸盐岩的风化,三期大部分地下水中NO₃^-主要受土壤氮和生活污水的影响,东南部地下水NO₃^-则主要受农业活动影响,K⁺、Na⁺、Cl^-和SO₄^2-的来源则无明显时空差异,前3种离子主要受人类活动影响,而SO₄^2-则主要来源于地层中含硫化合物的溶解.研究区外源酸参与流域碳酸盐岩风化具有较高比例,季节上表现为平水期外源酸参与流域碳酸盐岩比例最高,丰水期最低的特征,在扣除外源酸参与流域碳酸盐岩风化的比例后,初步估算草海流域无机碳通量平均约为181.5 t·a^-1,岩溶地下水向草海输送HCO₃^-量平均约为1144.1 t·a^-1.     

碳酸盐岩抑制煤中有害元素释放和迁移能力的研究

为了揭示碳酸盐岩地质背景下碳酸盐岩对煤中有害元素的抑制作用,以煤和碳酸盐岩为实验材料设计了3个不同组合的淋溶柱,采用淋溶实验方法,探讨了碳酸盐岩对煤中Fe、Mn、Cu、As等元素释放和迁移的抑制能力.结果表明:碳酸盐岩能有效中和煤中黄铁矿等硫化矿物氧化产生的酸,淋溶液pH值显著升高;碳酸盐岩对煤中硫的释放和迁移能力的抑制作用不明显,对煤中Fe、Cu和As元素的释放和迁移的抑制能力较强,但对煤中Mn、Pb和Cd元素的释放和迁移的抑制能力相对较弱.碳酸盐岩能有效抑制酸性矿山废水的形成和演化,可作为碳酸盐岩地区酸性矿山废水防治的理想材料.     

贵州兴仁煤矿废水灌溉区的土壤重金属污染评价及经济损失估算

本文选用污染损失率法初步估算了贵州兴仁煤矿废水灌溉区的土壤重金属污染损失率和重金属污染经济损失量。计算数据显示,环境污染所造成的经济损失约为339.58万元。研究区40%的土壤处于严重污染状态,呈现出R（As）〉R（Cu）〉R（Zn）〉R（Pb）的关系,综合污染损失率与元素As的单元素污染损失率表现出极高的相关性,反映出As是造成研究区重金属污染的主要污染元素。     

锑矿冶炼区周边土壤吸附Sb (V)的行为研究

本文通过吸附平衡和动力学实验方法对Sb（V）在锑矿冶炼区周边土壤表面开展吸附行为研究,用常用的等温吸附模型和动力学吸附模型分别对等温吸附曲线和动力学吸附曲线进行拟合。结果表明：Langmuir与Freundlich模型对荒地土和林地土吸附Sb（Ⅴ）的等温吸附曲线均有较好的拟合效果,拟合系数R²0.988。荒地土对Sb（Ⅴ）的吸附能力大于林地土,其吸附量是林地土的2.9±0.2倍,这与Langmuir模型预测的该两种土壤的吸附倍数相当,荒地土表现出强烈吸附Sb（Ⅴ）的能力,尤其在锑浓度较高的体系中更为明显。结合土壤基本理化性质及矿物学特征,认为土壤秥粒、铁矿物和碳酸钙是影响土壤吸附Sb（V）的主要因素。有机质对土壤吸附Sb（Ⅴ）有一定促进作用,但这种影响只表现在Sb（Ⅴ）初始浓度低的条件下;而在Sb（Ⅴ）初始浓度高的条件下,有机质对土壤吸附Sb（Ⅴ）的影响不明显。土壤吸附Sb（Ⅴ）的过程分为快速吸附和慢速吸附两个阶段,快速反应发生在70 min以内。初始浓度低（0.01 mmol/L）的条件下,Elovich方程能够很好地拟合荒地土和林地土吸附Sb（V）的动态曲线;初始浓度高（2 mmol/L）的条件下,双常数方程对荒地土吸附Sb（V）的拟合效果较好,拟一级动力学方程和拟二级动力学方程则适用于拟合林地土吸附Sb（V）的过程。     

碳酸盐岩矿区河流沉积物中重金属的形态特征及潜在生态风险

黔西北土法炼锌及铅锌选矿厂对河流造成严重的重金属污染。河流沉积物中重金属的化学形态研究表明，同一采样点中不同重金属的形态分布和同一重金属在不同采样点中的形态分布均有较大差异。这可能与沉积物组分的不同亲和力，不同河段沉积物中粘土矿物、有机质、Fe-Mn氧化物含量的不同以及人为活动(生活污水、选矿剂、矿渣等)的加入等有关，而碳酸盐岩地质背景的河床本身可能也有较大影响。潜在生态危害指数法研究表明，沉积物中重金属表现出强生态风险性，产生生态危害的主要重金属污染物是Pb，其后依次是Cd、Cu和Zn。