三峡库区消落带土壤汞形态分布与风险评价

为了解三峡库区消落带土壤中汞污染现状和环境风险,选择重庆14个区县的消落带,采集了192个土壤样品,分析其土壤总汞和汞形态分布,探讨其生物可利用性,对比研究和评估土壤总汞与汞赋存形态的污染水平和生态风险.结果表明,三峡库区消落带土壤中汞含量差异较大,土壤汞含量为22.4~393.5μg·kg-1,平均值为(84.2±54.3)μg·kg-1,76.6%的采样点土壤汞含量超过了三峡库区土壤汞背景值.土壤中的汞以残留态为主,不同汞形态所占比例为:水溶态汞4.1%、酸溶态15.5%、碱溶态汞18.3%、过氧化氢溶态汞10.9%、残留态汞51.3%.各区县土壤中生物可利用性汞(水溶态汞、酸溶态汞与碱溶态汞之和)平均含量为19.7~36.6μg·kg-1,生物可利用态汞占总汞的比例达到22.1%~51.6%.地累积指数和潜在生态危害指数评价结果均表明,三峡库区消落带土壤中汞赋存形态的污染水平和生态风险都较低,由生物可利用态汞带来的生态风险也很小;而对土壤总汞含量评价的结果明显偏大.因此,采用汞赋存形态进行污染现状和生态危害评价更能反映消落带土壤汞的环境风险.     

三峡水库消落区土壤、植物汞释放及其在斑马鱼体的富集特征

利用室内模拟试验,探讨了三峡水库消落区淹没后土壤、植物汞释放特征及其在斑马鱼体的富集水平.结果表明,随淹水时间的延长,淹没土壤中总汞(THg)含量下降;水体THg浓度总体明显升高.淹没土壤及水体中甲基汞(MMHg)含量总体明显上升,其中稗草+土壤处理水体中增加尤为明显,淹水21 d后,其浓度是土壤处理的2.52倍.表明消落区土壤、植物是水库水体汞的一个重要来源.供试稗草淹水分解造成水体pH及溶解氧(DO)含量下降、溶解性有机碳(DOC)含量上升,对土壤MMHg含量无明显影响,对水体MMHg影响较大.供试斑马鱼头部、内脏及肌肉中THg含量总体明显上升,与水体中THg浓度具有显著相关性(P<0.01).鱼体头部、内脏及肌肉中均出现不同程度的MMHg富集现象,以头部与肌肉最为明显.淹水21 d后,添加土壤处理的鱼体头部、内脏及肌肉MMHg增加的含量分别是对照的1.75~6.25、3.53~8.38、2.22~3.36倍;稗草+土壤处理的分别是土壤处理的3.57、2.37、1.52倍.可见,淹没土壤是鱼体MMHg增加的重要来源,淹没植物改变原水环境条件影响其向水体释汞过程能提高鱼体中MMHg含量.     

TiO2/膨润土复合材料对Hg2+的吸附性能研究

利用纳米TiO_2对膨润土进行复合改性,制备TiO_2/膨润土复合材料.采用电镜扫描、X-射线衍射表征改性前后膨润土的结构和形貌.通过室内模拟实验,以膨润土为对照,研究不同添加量、pH、吸附时间及初始Hg~(2+)浓度等条件下,TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附特性与性能,同时通过正交试验,探究TiO_2/膨润土复合材料吸附Hg~(2+)的最优条件.结果表明,改性后的膨润土颗粒明显变小,且颗粒疏松多空孔,层间距增大.相比于膨润土,TiO_2/膨润土复合材料吸附性能得到极大提高.TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附率均随着添加量、pH、吸附时间的增大而增大,添加量为1.5 g·L~(-1)、pH为7.0、吸附时间为120 min时,吸附率达98.0%以上.但TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附率随着初始Hg~(2+)浓度的增大而减小.通过4种动力学模型拟合发现,吸附过程符合假二级动力学方程,吸附以化学吸附为主.吸附等温线更符合Langmuir等温方程,属于典型的单分子层吸附,最大吸附量为20.66 mg·g-1.吸附Hg~(2+)的最优实验条件:添加量为2.0 g·L~(-1),pH为8.0,初始Hg~(2+)浓度为45 mg·L~(-1),吸附时间为16 h,此时吸附率99.9%,平衡浓度为0.034 mg·L~(-1).     

基于单元格网的STREAM分布式水文模型及其应用——以太湖上游西苕溪流域为例

STREAM模型是基于单元格网的分布式水文模型,可以利用易于获取的地理信息,揭示气候变化及下垫面改变对水循环的复杂影响.选择太湖上游西苕溪流域为研究区,采用1979～1999年的26个降水站实测序列和不同时段的土地利用数据,应用GIS流域分析方法与空间插值技术建立300 m的流域格网信息,并通过BLAISE脚本语言实现STREAM模型与GIS的集成,应用1979～1999年水文站实测序列对模型进行率定和验证.结果显示月径流量和年径流量模拟与实测值吻合良好,1980～1988年模型率定期,月径流量的确定性系数为0.78,年径流量的确定性系数为0.86,各年平均相对误差仅为6%;1989～1999年模型验证期,月径流量的确定性系数为0.75,年径流量的确定性系数为0.82,各年平均相对误差为9.5%.研究证实模型有较强的预测能力,在流域管理与决策中具有较好的应用前景.     

三峡库区典型消落区土壤氮磷的动态变化特征

在三峡库区干流段忠县石宝寨与支流段汝溪河涂井设置固定采样点,研究1年内不同月份、不同高程出露表层土壤氮、磷含量随水位变化特征.结果表明,干流石宝寨点(未淹区/消落区)土壤中全氮、全磷年均含量分别为(0.68/0.74)、(0.56/0.54)g·kg-1,而支流涂井点为(0.67/0.80)、(0.52/0.65)g·kg-1,其中,干支流采样点消落区全氮含量在7月累积量最明显,全磷含量在9月最高;相应干流采样点的速效氮、速效磷年均含量分别为(39.81/40.42)、(11.75/14.22)mg·kg-1,而支流采样点为(35.63/48.89)、(6.72/7.68)mg·kg-1,其中,干支流采样点消落区速效氮含量在9月累积量最明显,速效磷含量在7月最高,与相应全量特征不同.可见,消落区土壤氮磷全量高,其相应速效态含量未必高.较于未淹区,干流石宝寨与支流涂井消落区土壤氮磷含量在落干期间均表现出一定的积累,且涂井点的累积量明显高于石宝寨点,待水位上涨时,汝溪河的潜在富营养化风险更大.     

纳米TiO2对底泥中汞释放及活化的影响

为了研究纳米TiO2对底泥汞的释放及活化的影响,采用模拟淹水实验,分析纳米TiO2对底泥和上覆水中总汞和甲基汞浓度的影响,并结合底泥中各形态汞的变化情况探讨纳米TiO2对汞的迁移转化的影响.结果表明,纳米TiO2可促进底泥中汞的释放,导致更多的汞释放到水中,与对照相比,4g·kg-1纳米TiO2导致上覆水中总汞浓度最高时上升91.32%,最终土壤汞的释放量增加约10%,主要原因是纳米TiO2可促进氧化态汞的溶解,这可能会提高水体汞污染的风险.此外,在本实验条件下,短期内纳米TiO2可能降低了底泥甲基汞的形成和释放,但长期淹水后没有明显的影响.总体来看,纳米TiO2对底泥汞释放和转化的影响随浓度升高而增大.因此,随着底泥或土壤中纳米TiO2含量的升高,其对汞的地球化学循环过程的影响可能加剧.     

纳米TiO2对土壤重金属释放及形态变化的影响

通过室外模拟淹水实验研究纳米Ti O_2对土壤重金属迁移转化的影响,分析了两种纳米Ti O_2对三峡水库典型消落区土壤中Cr、Zn、Pb、Cu和Cd释放和形态变化的影响.结果表明,淹水两个月后,添加4 g·kg~(-1)金红石和锐钛矿颗粒处理均导致约30%的Cr释放到水中,主要促进可氧化态和残渣态Cr的溶出,从而促进土壤Cr的活化,大大提高其生态风险;另外,添加4 g·kg~(-1)金红石颗粒处理导致酸可交换态和可氧化态Pb含量分别下降25.92%和33.09%,增强其迁移性;但添加锐钛矿颗粒处理促进土壤中可氧化态Zn的生成,含量提高约30%,有利于Zn的固定;此外,两种纳米Ti O_2颗粒对Cu和Cd的形态均没有明显的影响.因此,纳米Ti O_2对土壤中Cr释放和形态变化影响最大,其次是Pb和Zn,在进行重金属污染土壤的修复及其风险评估时需要特别注意.     

综放工作面覆岩破坏特征及裂隙演化相似模拟试验研究

针对煤层开采后常出现矿压显现剧烈、煤岩透气性增大和地表下沉等问题,利用二维相似模拟试验研究综放工作面覆岩破坏特征并通过分形理论表征裂隙演化规律.试验结果表明:煤层基本顶初次来压步距为78 m,周期来压步距为24 m;煤层采动裂隙发育,距煤层顶板超过35 m;煤层开采后形成的覆岩裂隙具有分形特征,其分形维数随工作面的推进...     

区域农田土壤镉风险的机理式定量预测模型研究——以江苏省为例

大面积区域土壤风险的精准定量评价和预测一直是研究的热点和难点,以往经验式为主的模型在普适性上存在较大局限.基于土壤理化性质和热力学化学平衡的机理式多表面形态模型(Multi-surface Speciation Model,MSM)已在实验室和小区域尺度成功预测土壤Cd的溶出,但能否应用于更大区域的环境风险评价还未可知.基于此,本研究收集了3354个江苏省表层土壤Cd样品和155个含有理化性质的表层土壤剖面,利用图斑赋值方法得到3354个具有完整理化性质和全量Cd含量的土壤样品数据,在此基础上利用MSM预测各样品的有效态Cd含量,并根据江苏省典型区域MSM-Cd阈值开发了基于MSM的江苏省土壤Cd污染生态风险评价预警模型和敏感性模型,并绘制了江苏省土壤Cd污染风险现状图和土壤Cd敏感地图.结果表明,MSM-Cd比总Cd可更准确预测高污染地区和非污染区域,同时发现增加土壤pH是降低Cd生态风险的最有效途径,而pH是影响土壤Cd敏感度的最重要原因.研究表明,基于MSM的土壤Cd风险预测模型可实现区域土壤风险的精准定量化评估与预测,为土地质量管理和风险管理提供决策依据的实用技术支持.     

沱江干流内江段沉积物汞和铬污染状况研究

采集沱江干流内江段的6个位点的沉积物样品,测定其中有机质、汞和铬含量,分析此区段沉积物中的重金属污染状况。结果表明沱江干流内江段沉积物中有机质含量范围是在9.129～27.323 g/kg之间,总汞含量范围是在0.055～0.160 mg/kg之间,总铬含量范围是在87.4～146.8 mg/kg之间。将有机质、总汞和总铬含量和我国土壤环境标准对比,沱江干流内江段有机质含量大多处于四级,五级阶段;总汞含量处于一级、二级阶段;总铬含量处于二级阶段。根据地累积指数分析,该区段中游地区受到轻度污染;根据生态风险单项指数分析汞生态风险大多处于中低状态,只有白马镇地区汞生态风险较重,铬生态风险普遍处于低状态;由污染负荷指数分析,该区段重金属污染处于中度污染状态,并有加深污染的趋势。