铅同位素在示踪土壤重金属污染研究中的应用

铅污染是对人类健康危害最严重的重金属污染形式之一,并且人为活动引起铅污染问题在日益增多。由于铅的污染来源复杂,准确、快速地识别污染源并弄清其迁移路径是土壤铅污染防治的关键问题。随着稳定同位素示踪技术的快速发展,逐渐成为重金属污染的溯源研究中的一项重要技术。根据铅同位素的地球化学特征,分析了其在示踪土壤重金属污染中的理论基础,以铅同位素的示踪原理与测定方法为切入点,参考国内外大量研究案例,重点论述了铅同位素示踪技术在重金属污染溯源研究中的应用现状、不足,并对今后的发展前景进行了展望。     

泉州市不同功能区土壤铅同位素组成及其来源分析

为查明泉州市土壤铅的污染来源,采集了泉州市不同功能区表层(O～20cm)土壤及城市环境污染端元(燃煤尘、汽车尾气尘、污泥)样品.采用ICP-MS测定土壤Pb含量,用热电质谱仪测定各样品的铅同位素组成.分析结果表明,泉州市不同功能区表层土壤已受到一定程度铅污染;泉州市土壤铅同位素208 Pb/(207+206)Pb和206Pb/207 Pb比值变化较大,分别为1.0769～ 1.1486和1.1150～1.2142;泉州市区各端元组分铅同位素组成差别比较大,可以有效示踪和鉴别泉州市区环境铅的污染来源.运用铅同位素示踪技术追踪土壤铅的污染来源结果表明,泉州市区土壤总铅同位素和可溶相铅同位素组成变化较大,土壤中铅来源较为复杂.交通繁忙区土壤铅污染主要来源于汽车尾气排放,农业区土壤铅主要来源于城市污泥与当地土壤背景,商业区土壤铅主要来源于城市污泥与燃煤尘及其煤渣的排放,居民区土壤铅污染主要受城市污泥与汽车尾气排放影响.     

铅稳定同位素在环境源解析中的应用

近年来不断发生铅污染事件引起了各界的广泛关注,但由于源解析技术的相对滞后,导致在处理这些事件中很难有效提供科学的证据确定主要的污染源和暴露途径,造成不能及时、有效地提供血铅污染防控对策。随着近年来铅稳定同位素技术的快速发展和测试设备的普及,该技术逐步引入至环境污染识别过程中,成为判断铅污染来源的和途径的一个重要技术。文章系统地介绍了铅稳定同位素组成、指纹特征、研究发展过程以及国内外最新研究热点,在此基础上提出了现存的问题,展望了铅稳定同位素与多元混合模型结合进行定量源解析的研究趋势。     

铅同位素示踪土壤重金属污染源解析研究进展

铅污染已经成为威胁人类健康最严重的重金属污染形式之一,并且随着工农业生产铅污染问题日益突出。铅污染来源复杂,如何准确、快速地识别污染源并弄清其迁移转换机制是土壤污染防治的关键。随着同位素检测技术的快速发展,铅同位素示踪逐渐成为重金属污染溯源研究中的一种重要方法。该文阐明了铅同位素示踪机理和组成特征,参考了国内外铅污染源示踪应用实例,分析了铅同位素示踪技术的应用现状,重点剖析了其迁移速率和迁移路径的机理以及污染程度和污染源的定量解析,最后针对铅同位素示踪技术在土壤重金属污染源解析应用中的不足,展望了其发展前景,以期为铅同位素示踪技术在土壤污染源解析与污染治理方面提供参考。     

铅稳定同位素在土壤污染物来源识别中的应用

稳定同位素是追踪土壤重金属来源的重要手段.根据地统计学研究结果,在某重金属污染场地采集了11个表层土壤样品,它们的Pb浓度呈梯度分布,最大值超过2 000 μg·g^-1.对土壤样品中4种Pb稳定同位素的含量进行了分析,以了解研究区土壤Pb的主要来源.结果表明,土壤样品²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb、 ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb和²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb与Pb浓度的倒数,²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb与²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb都呈显著的线性正相关关系,这些关系符合二元混合模型,由此可以推断土壤铅主要源于人为排放和土壤母质.     

不同添加剂对铅冶炼污染土壤中铅、镉稳定效果的研究

为了研究铅冶炼形成的重金属复合污染石灰性土壤中重金属的稳定方法,在污染土壤(Pb、Cd含量分别为2337和21.4mg·kg-1)中分别加入磷酸二氢钾、磷酸二氢钙、石灰、盐酸、磷酸,通过盆栽试验探讨了不同添加剂对土壤重金属有效性和黑麦草(Lolium perenne L.cv.Rainbow)性状的影响.结果表明,加入石灰显著降低了土壤中DTPA-Cd含量,但对DTPA-Pb含量无显著影响;加入盐酸显著增加了土壤DTPA-Cd含量,对DTPA-Pb含量无明显影响.磷酸二氢钾、磷酸二氢钾与盐酸配合、磷酸二氢钙和磷酸均显著降低了土壤DTPA-Pb(降低幅度为39.5%～47.8%)和DTPA-Cd含量(降低幅度为10.5%～19.4%)(p<0.05),且磷酸二氢钾和盐酸配合处理与单独加入磷酸二氢钾处理相比,土壤DTPA-Pb含量下降了12.6%(p<0.05).磷酸二氢钾和盐酸配合处理土壤的Olsen-P含量和pH均显著低于单独加入磷酸二氢钾处理.加入石灰和盐酸处理的植物产量显著低于除对照外的其它处理,其余处理地上部产量比对照增加了100%～140%.加入盐酸显著增加了植物地上部镉含量,各处理均显著降低了植物地上部铅含量(p<0.05).     

株洲城郊农田土壤重金属污染特征与Pb同位素示踪

通过采集湖南株洲城郊农田区表层土壤（A层）,并分析其Cd、Hg、Pb、Zn等重金属元素含量,研究了土壤中重金属元素的污染特征.为示踪这些金属元素的来源,选择农田区典型土壤样品及湘江沉积物、污染源区土壤样品,进行重金属元素含量和Pb同位素组成测定.结果表明,农田区A层土壤受到不同程度的重金属污染,其中,Cd、Hg、Pb、Zn含量最高,分别为21.71、24.52、261.49、577.94 mg·kg^-1,且Cd、Pb、Zn元素之间显著相关,而研究区附近湘江水体和沉积物中这些元素含量没有增高,说明这些重金属不是来自湘江,而是可能主要来自冶炼厂;铅同位素显示,冶炼厂附近A层土壤²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb值（1.150~1.164）低于周边区域A层土壤（1.164~1.169）,²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb值（2.108~2.122）高于周边地区（2.106~2.119）,说明受到人为污染的影响.从污染区分布空间位置和铅同位素源解析的结果看,农田区土壤中Cd、Hg、Pb、Zn等重金属的主要污染源是冶炼厂的冶炼烟气粉尘及与农耕活动有关的其他人为污染.     

福建省茶园土壤-茶叶的铅含量及铅同位素示踪

运用微波消解-电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析了福建省内9个市县的茶园土壤和茶叶的铅含量及铅同位素组成,评价铅污染情况并解析铅来源。结果表明,茶园土壤和茶叶的铅含量分别为23.00±0.099~55.43±0.032 mg/kg和0.53±0.126~1.47±0.058 mg/kg,地质累积指数法表明茶园土壤基本为无污染,单项因子指数法表明茶叶均为安全等级。茶园土壤和茶叶铅同位素组成具有区域性,茶叶铅同位素组成相对于茶园土壤具有较低的206Pb/207Pb和206Pb/208Pb。结合铅含量相关性分析和铅同位素示踪分析,福建省茶叶铅主要来源于茶园土壤和大气。福建省茶叶铅同位素组成的同地相似性和异地差异性特征可为茶叶产地溯源和鉴别提供一定的科学依据和参考价值。     

砷和铅对土壤酶活性的影响

研究了浙江省绍兴银山铅锌矿周围农田的污染情况及其对土壤酶活性的影响。该污染区域内主要的污染元素为砷和铅,其含量与区内土壤脱氢酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、转化酶、脲酶和磷酸酶呈显著的复相关关系,其中砷的影响是主要的。土壤脱氢酶、过氧化氢酶和转化酶活性的变化能够反映供试土壤类型受砷和铅复合污染的程度。     

蚯蚓对重金属污染土壤中铅的富集研究

蚯蚓在陆地生态系统中具有十分重要的功能,利用蚯蚓处理重金属污染土壤是一种新型的绿色生物技术。实验通过测定重金属污染土壤中不同铅浓度梯度下蚯蚓在培养期内对铅富集量的研究,结果表明：蚯蚓对铅有较强的富集作用,且随铅浓度的增加,蚯蚓体内的富集量也增加;单住质量蚯蚓培养期内吸收铅量与铅浓度梯度表现出极显著性差异,说明蚯蚓可以作为检测重金属污染土壤中铅的重要生物指标,论证了在重金属污染土壤动物修复中引入蚯蚓的可行性。     

长江武汉段水体悬浮物中有机氯农药的残留状况

以α-HCH,β-HCH,γ-HCH,δ-HCH,p,p′-DDE,p,p′-DDD,o,p′-DDT,p,p′-DDT和HCB等9种有机氯农药为目标污染物,采用索氏提取和气相色谱法,对长江武汉段水体悬浮物中有机氯农药的残留进行调查分析。调查发现,在长江武汉段水体悬浮物中,六氯苯(HCB)、六六六(HCHs)和滴滴涕(DDTs)类有机氯农药均被检出,其中六氯苯(HCB)在表层沉积物中的残留量(质量分数)为0 37～9 06ng g,平均为2 89ng g;六六六类农药在悬浮物中的残留量(质量分数)为0 23～1 90ng g,平均为0 76ng g;滴滴涕类在悬浮物中的残留量(质量分数)为0 18～4 67ng g,平均为1 31ng g。在长江武汉段水体悬浮物中,HCB,p,p′-DDE和γ-HCH的被检出率和残留量均最高,为主要污染物。      

末次盛冰期南京长江四桥附近长江古流量估算

利用南京长江四桥的39个地质工程钻孔资料及其它现有资料,已知长江四桥附近约-65～-90m的深槽为末次盛冰期时的长江河槽。根据古河槽断面、形态参数、底部沉积物颗粒级配等,运用河相关系法、泥沙粒径水力学法、地貌水力学法,计算了末次盛冰期时的断面面积、断面平均流速。计算得到末次盛冰期南京长江四桥附近长江古流量约为22000～27000m3/s。初步根据宽深比、悬移质含量、弯曲率等参数值判断末次盛冰期长江四桥附近长江古河型为曲流。     

长江中下游4个湖泊非色素颗粒物吸收系数光谱模型

利用指数模型和幂函数模型对2007年和2010年长江中下游4个湖泊58个样本 a_d(λ)(非色素颗粒物吸收系数) 光谱进行拟合,以 R2(决定系数)、RE(相对误差)和RMSE(均方根误差)等统计参数判定模型效果. 指数模型和幂函数模型 R2平均值、RE、RMSE分别为0.998、7.01%、0.015 m-1和0.994、15.90%、0.027 m-1. 统计检验显示,指数模型的 R2显著大于幂函数模型(ANOVA,P<0.001),而RE和RMSE则显著小于幂函数模型(ANOVA,P<0.001). 指数模型能更准确地拟合 a_d(λ),得到的 S_d(光谱斜率)平均值为(12.21±1.08)μm-1,400~700 nm波段内变异系数为8.85%,空间上4个湖泊之间变化不是很明显,仅傀儡湖的 S_d略低于其他3个湖泊. a_d(λ)与ρ(ISM)(无机悬浮颗粒物浓度)呈极显著正相关,通过ρ(ISM)可以得到长江中下游典型浅水湖泊 a_d(λ)光谱模型.      

长江干流表层水体悬浮物的空间变化特征及遥感反演

总悬浮物(TSM)是描述水体光学特性和污染程度的一个重要参数,利用遥感技术准确获取面状水域悬浮物浓度的信息,可有效地对水体浑浊程度、污染程度等信息指标进行高效监测分析,解决观察范围小、不方便以及数据获取难等难题.以野外实测水体高光谱数据和悬浮物浓度及其组分等数据,参照MODIS(1～4波段)、Landsat 8(1～5波段)、Sentinel 2(2～6波段)和HJ-B1(1～4波段)等常用波段范围,构建长江干流(重庆-上海段)水体TSM的半经验模型,从而检验、比较常用卫星对河流水体TSM的反演潜力.结果表明:(1)枯水期长江干流浊度和TSM从重庆到上海整体程增加趋势,相反有机悬浮物浓度在总悬浮物浓度中所占的比例(OSM/TSM)从重庆到上海整体呈现较小趋势.(2)水体光谱曲线基本没用叶绿素a的光谱特征(700 nm附近的反射峰),而是展现出悬浮物浓度占主导因素的双峰型光谱特征.由于水体中悬浮物浓度较低(<114.68mg·L^-1),第一峰值明显高于第二峰值,但反射峰位置具有明显的向波长方向移动的"红移"现象.(3)长江干流水体的反射率对悬浮物浓度最敏感的波...     

西江上游河水悬浮物中稀土元素的地球化学特征

采用改进的BCR逐级提取法和ICP-MS测试技术,对西江上游河流悬浮物中稀土元素进行了研究。结果表明:河流悬浮物稀土元素总量的含量变化范围在188～402mg/kg之间,并主要来源于流域内岩石的风化,反映了源区的物质特征。西江上游河水悬浮物中三种非稳定态(即酸可提取态、铁锰氧化物结合态和有机物硫化物结合态)稀土元素页岩(PAAS)标准化配分模式均显示出中稀土富集的特征。这种配分模式可能是由于流域内广布的海相沉积岩中磷酸盐矿物的风化所造成的。稳定态(即残渣态)的配分曲线较为平直,没有体现出明显的稀土分异。悬浮态稀土各赋存形态含量的顺序为:残渣态有机物硫化物结合态、铁锰氧化物结合态酸可提取态。中稀土元素Sm、Eu、Gd相对于轻、重稀土元素的稳定态所占比例偏低,而相对于三种非稳定态所占比例偏高,反映了其潜在的地球化学活性。     

长江南京段水源水中抗生素的赋存特征与风险评估

利用固相萃取-液相色谱-串联质谱技术(SPE-HPLC-MS/MS)分析了长江南京段水源水中抗生素的赋存特征.结果表明,16个采样点累计质量浓度范围为13. 37～780. 5 ng·L~(-1),平均值为92. 95 ng·L~(-1),共检出4种磺胺类、3种氟喹诺酮类、1种四环素类、5种大环内酯类和1种氯霉素类抗生素,平均质量浓度为0. 14～49. 91 ng·L~(-1),其中恩诺沙星(ERX)和克拉霉素(CLR)的检出率为100%,克林霉素(CLI)检出质量浓度最高(739. 44 ng·L~(-1)).与国内部分河流、湖泊相比,长江南京段水体中的抗生素浓度处于较低水平.生态风险评估结果表明,点位S2具有最大的联合风险熵值(0. 31),磺胺甲恶唑(SMX)、强力霉素(DOX)和罗红霉素(ROX)的环境风险熵值具有低等风险水平; 9种抗生素对不同年龄段人群的健康风险指数HQ在2. 22×10-6和4. 86×10-3之间,同时CLI和DOX为主要的潜在健康风险因素.     

悬浮颗粒物对黄河铜的生物有效性影响的研究

利用t检验分析了悬浮颗粒物对黄河水体中铜的生物有效性的影响.结果表明,虽然过滤后水样的EC50比未过滤水样的EC50高,但是过滤前后24h-EC50和48h-EC50在统计学上没有显著差异;而过滤前后72h-EC50和96h-EC50存在显著差异.通过分析,认为造成这种现象的原因有两个:(1)未过滤的水样泥沙含量阻碍了藻类的光合作用;(2)试验过程中水样的理化性质发生改变,导致颗粒物中吸附的铜再次发生了解吸现象。     

长江下游不同源沉积物中重金属特征及生态风险

不同来源沉积物中重金属的污染特性差异明显,影响了它们的危害程度.采集长江下游市政、矿山、工业及港口来源的沉积物,并用ICP-AES测定常量元素.原子吸收光谱测定Cu、Zn、Pb,Cd、Cr 5种重金属.结果表明,重金属在市政来源中含量中等且分布相对均匀,矿山来源的以Cu、Pb为主.工业来源的金属含量均较高,港口来源Cd的含量最高.重金属均有一定的富集,尤其是Cd的富集系数,最高达到7.3.通过重金属与常量元素的主成分分析研究了沉积物中重金属的来源,发现市政来源的重金属主要来自雨水冲刷城市下垫面及管道内壁,矿山来源重金属的特点由矿山开采及尾矿淋滤决定,工业来源重金属大多由机械碎屑和金属溶解产生,港口来源重金属主要是密集的运输船与车辆气体排放引起.采用Hakanson的生态风险指数法对不同来源沉积物中重金属进行风险评价,其单因子生态危害程度为Cd>Cu>Pb>Cr>Zn,综合潜在生态风险指数表明,不同来源重金属的危害程度依次为港口源>工业源>矿山源>市政源.     

“引江济太”过程中长江-望虞河-贡湖氮、磷输入特征研究

为了解"引江济太"调水过程中长江、望虞河对贡湖营养盐输入特征,于2013年8月和2013年12月引水期间对20个采样点各形态N、P质量浓度的沿程和时间变化以及百分含量占比进行研究.结果表明,两个不同的引水期,长江-望虞河-贡湖段水体各形态N、P沿程和时间变化均表现不一:长江引水经望虞河入贡湖后,水体NO-2-N、NO-3-N、NH+4-N和TN质量浓度均较长江和望虞河段有不同程度的降低,而贡湖段DON质量浓度显著高于长江和望虞河段,但长江-望虞河段水体各形态N中NO-3-N质量浓度最高.长江和望虞河TP质量浓度总体表现平稳,而各形态P质量浓度在两个引水时期内有所变化.从时间变化来看,2013年8月水体的DON和TP质量浓度总体上高于12月;而NO-3-N和DOP质量浓度总体上低于12月.总体来说,两个引水时期内,NO-3-N和TPP是望虞河经长江引水的主要N、P形态;而贡湖经望虞河水体输入的N、P主要形态分别为NO-3-N、PO3-4-P和TPP.     

长江南京段水、悬浮物及沉积物中多氯有毒有机污染物

对长江南京段水、悬浮物及沉积物中多氯有毒有机污染物进行了分析测定,由色谱/质谱测得的结果表明,水和沉积物中多氯有机污染物的浓度较低,低于欧洲主要河流中的含量水平.悬浮物中这类污染物总含量较高,为56.45～62.35μg/kg,而水中总含量仅为14.61～15.83ng/L.由于长江中污染物被充分稀释与混匀,各采样点的水和悬浮物中该类污染物的浓度变化不大,两相间具有较好的相关性.但各采样点的沉积物中多氯有机污染物含量差异甚大,表明悬浮物的沉积极不均一.沉积物中主要污染物是六氯苯（HCB）和它的代谢产物五氯苯（PeCB）以及滴滴涕（DDT）的代谢产物,其他多氯有机污染物含量很低.