电子废物堆场表层土壤重金属元素的生态地球化学预警——以广东贵屿为例

电子垃圾及贵金属回收会造成严重的环境污染并使居民健康受损。通过基于元素形态的缓变型地球化学灾害模型和基于元素全量的多重分形,对广东省贵屿镇表层土壤有毒有害元素含量及分布进行研究。结果表明,贵屿镇家电拆解区的有毒有害元素Ni、Zn、Cd、As的可释放总量分别为11.42、39.00、0.111和1.25mg/kg,均超过对应临界值8.11、19.67、0.054和0.69mg/kg。80%的Cu的可释放总量为12.15mg/kg,超过临界值10.42mg/kg,说明TRCP的释放向有效形态转化的速度加速,具有爆发缓变型地球化学灾害的可能性;Hg、Pb元素服从高浓集的连续多重分形叠加模式,说明受人类活动影响强烈,Cd具有较小的分维数,自低含量点到高含量点的转化慢,表明有较多的高含量点分布,污染发展趋势较严重。贵屿镇与家电拆解有关的有毒有害元素污染均有进一步恶化的趋势。     

基于多重分形理论的近海污染物空间分布特性研究

针对我国近海污染物空间分布特征难于辩析的问题,通过对多重分形理论的研究,提出了一种新的近海污染物空间分布特征的分析方法。以天津市近岸海域20个水环境监测点为例,随机选择两个不同水期的COD监测数据进行分析,采用多重分形矩方法计算COD空间分布的多重分形维数谱函数f(α)。计算结果显示其α(q)-f(α)曲线均为连续不对称的上凸曲线,表明近海污染物在空间上的分布并不是简单的正态或对数正态分布,而是连续多重分形分布,近海污染物高浓度部分的奇异性较低浓度部分大,平水期的奇异性较丰水期大。应用表明,该分析结果与天津市近岸海域实际情况相一致,这些成果的取得为辩析近海污染物的空间分布特征,并进一步采用基于多重分形理论的算法模型计算近海水环境容量提供了理论依据。     

乌兰布和沙漠不同灌丛土壤颗粒多重分形特征及其与有机碳分布的关系

w（SOC）（SOC为土壤有机碳,soil organic carbon）及其分布状况显著受到土壤PSD（particle-size distribution,粒径分布）和有机质相互胶结方式的差异影响,而w（SOC）可反映土壤结构优劣程度,表征土壤肥力状况及碳库饱和度.以乌兰布和沙漠沙冬青、花棒、猫头刺、白刺和梭梭灌丛下0~100 cm深度风沙土为研究对象,通过野外分层采样与室内测试,采用多重分形理论探讨土壤特性和w（SOC）分布特征及其相互关系,反映土壤结构及肥力状况.结果表明:① 不同灌丛下的土壤均具有良好的分形特征,并且灌丛可通过降低风速,使≤ 50 μm的优质颗粒在周围表层土壤沉降,而优质颗粒数量与w（SOC）、D₀（粒径分布范围）及D₁（分布均匀程度）极显著正相关（P < 0.01）,与D₁/D₀（分布离散程度）极显著负相关（P < 0.01）;② 各灌丛下w（SOC）的大小关系与D₁、D₀相似但与D₁/D₀完全相反,即w（SOC）可表征PSD状况进而反映土壤结构优劣程度,并且在沙冬青灌丛的>20~30、>60~80 cm土层出现两次峰值,分别为11.958、11.928 g/kg;③ 对D₀的扩大及D₁/D₀的降低程度以沙冬青灌丛最为明显,但对D₁的降低程度则以花棒灌丛最为明显.研究显示,多重分形理论可很好地描述乌兰布和沙漠风沙土性质,并且适生灌丛中沙冬青及花棒可更好地改善土壤颗粒及SOC特征,故可通过种植二者局部改良土壤及增加碳库饱和度.      

不同设障年限沙丘土壤粒径和有机碳分布特征

为探讨沙柳沙障对毛乌素沙地土壤粒径和SOC(土壤有机碳)的影响,选取流动沙丘、设障2和7 a的半固定和固定沙丘为研究对象,利用多重分形理论分析不同设障年限沙丘PSD(土壤粒径分布)(以φ计)和w(SOC)的分布特征.结果表明:设置沙障后,φ(黏粒)、φ(粉粒)与φ(极细砂)增加,φ(细砂)与φ(中砂)下降;土壤粒径的多重分形参数D1/D0(D1为PSD均匀性程度,D0为PSD宽度)和~f()谱图可以反映沙丘土壤PSD的宽度与均匀性程度,随着设障年限延长,PSD的D1/D0均小于流动沙丘,土壤中细粒物质显著增多.D0表现为设障7 a沙丘(1.01)流动沙丘(1.00)设障2 a沙丘(0.93),D1表现为流动沙丘(0.91)设障2 a沙丘(0.88)设障7 a沙丘(0.65).w(SOC)随着设障年限的延长而显著增加,设障7 a沙丘与其他2类沙丘间w(SOC)差异显著;多重分形参数可以表征土壤养分状况与流沙防治状况,设障沙丘上部、下部的w(SOC)与PSD的D1/D0之间有明显的相关关系,设障沙丘上部、下部D1/D0间呈明显负相关,设障沙丘中部D1/D0之间则呈正相关,流动沙丘各部位w(SOC)与D1/D0间无显著相关关系.     

基于生态地球化学调查的广东省普宁市土壤地球化学环境预警

通过基于元素形态的缓变型地球化学灾害模型和基于元素全量的多重分形对广东省普宁市表层土壤有毒有害元素含量及分布进行研究,结果表明,普宁的有毒有害元素As、Cd、Pb、Cu、Ni、Zn具有缓变型地球化学灾害特征,其地球化学灾害爆发临界点分别为2.86、81.48、41.44、10.17、5.42和0.69mg/kg。60%土壤样品的Cu、35%土壤样品的Cd和Pb的可释放总量超过临界值,上述元素在研究区有产生地球化学灾害的潜力;As元素服从高浓集的连续多重分形叠加模式,说明受人类活动影响强烈,Cu具有较小的分维数,说明低值区域向高值区域转变慢,有较多高值区域分布。综合缓变型地球化学灾害评价和多重分析,表明普宁市有毒有害元素在未来有加剧污染的可能性。