湘西北黑色泥灰岩风化剖面重金属富集的地球化学机制

通过对湘西北地区黑色泥灰岩风化剖面（DM剖面）中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Th、U 8种重金属元素地球化学特征的研究,并与区域上发育于黑色页岩的2条风化剖面的对比分析,初步揭示了黑色泥灰岩风化剖面中重金属富集的地球化学机制。结果表明：（1）与黑色页岩相比,黑色泥灰岩风化成土过程中重金属元素普遍呈现出低背景、高富集的地球化学特征。（2）黑色泥灰岩风化剖面的形成,是在基岩中碳酸盐快速溶蚀的基础上（基岩的酸溶相含量为78.57%）,由酸不溶相进一步演化的结果。在此过程中,对于无明显外源输入的元素Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、Th、U,一方面,赋存在酸溶相的部分随碳酸盐的淋失而亏损甚至强烈亏损（其中Th相对惰性）;另一方面,残余在酸不溶相的部分因基岩中大量碳酸盐的淋失而显著富集,且随风化剖面的演化未显示出进一步的亏损。因此,这些元素在风化剖面中的富集是绝对（强烈）亏损和显著相对富集的综合结果。对于Cd,存在明显的外源输入,可能主要以水溶态形式带入并大量淀积在剖面下部。（3）在黑色泥灰岩风化剖面,有机质（OM）不是重金属元素的主要赋存介质,其对重金属元素地球化学行为的影响有限。（4）黑色泥灰岩发育的土壤中,Cu和Cd的平均含量分别为54.58 mg/kg和0.58 mg/kg,高于农用地土壤污染风险筛选值,特别是Cd,对土壤生态环境可能形成不利影响,应引起关注。     

贵州遵义下寒武统黑色页岩镍、钼多金属矿床的形态硫特征及成矿模式

黄家湾矿是贵州遵义地区寒武系底部新发现的黑色页岩镍钼多金属元素矿床.根据形态硫测试结果,文章分析了黄家湾下寒武统牛蹄塘组黑色页岩剖面和矿石中不同形态硫(硫酸盐硫、黄铁矿硫、有机硫)的特征,推测镍、钼金属富集层处还原性硫的来源.     

湖南安化下寒武统黑色页岩土壤元素地球化学特征

本研究对湖南安化县东坪、烟溪两地发育于下寒武统黑色页岩上的6个土壤剖面进行系统采样,并利用ICP\|MS等分析技术对土壤和相应岩石样品的主量元素和微量元素（包括重金属和稀土元素）含量进行了分析.主量元素A-CN-K(Al2O3-CaO+Na2O-K2O)图解显示,黑色页岩土壤的形成是黑色页岩化学风化的结果,经历了早期的Ca、Na淋失和后期的Al、Fe富集过程后,土壤具有贫Ca、Na而富Al、Fe的化学组成特征.多因子分析和相关性分析结果表明,成土过程中,微量元素可分为稳定元素（Ti、Zr、Nb、Hf、Ta、W等）、次稳定元素（Be、Sc、Ga、Ge、Rb、Cs、Pb、Th、Ba等）、活动性较强的元素（REE、Y、P、Sn等）和强活动性元素（Mn、Co、Ni、Zn、Cd、Tl、V、Mo、Sb、U等）.富集因子重金属污染评价显示,V、U仅在烟溪土壤剖面达到显著污染程度,Sn、Ba在东坪土壤剖面达到显著污染.Mo、Cd、Sb等重金属则在东坪和烟溪土壤均达到显著污染程度,其中,Cd在东坪可达到高度污染水平,而Mo在烟溪可达到极度污染水平.微量元素及稀土元素地球化学示踪分析显示,黑色页岩土壤没有受到外来物源的干扰,土壤重金属污染为来自黑色页岩的自然污染源.     

乌江流域沉积岩风化过程中铀的富集与释放

以乌江流域石灰岩、白云质灰岩、白云岩、硅质岩、黑色页岩和紫色砂岩等典型岩石的13条风化剖面为对象,运用相关分析和质量平衡计算方法,研究了这些岩石风化过程中铀(U)的富集与释放及其对河水U分布的影响,旨在增进对U生物地球化学循环的了解,也为流域U污染防治提供依据.结果表明,①乌江流域风化物和土壤中U的富集程度基本上高于上陆壳(upper continental crust,UCC)、中国土壤(China soil,CS)和世界土壤(world soil,WS);②U的富集和释放能力与母岩U含量以及风化剖面中粘土矿物和铁氧化物/氢氧化物含量及吸附能力有关;③石灰岩以及少量白云岩和碎屑岩风化过程中U的释放对河水U的分布特征具有重要的控制作用.     

重庆城口地区下寒武统黑色岩系重金属富集特征及其生态环境效应

重庆城口地区广泛发育有下寒武统黑色岩系。测定了城口地区下寒武统黑色岩系中多金属富集层、黑色岩系岩石及其风化土壤、硅质岩样品中Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Pb含量。结果表明多金属富集层中重金属相对比较富集,其中Cd、Zn、As的富集程度较高,富集系数平均分别为119.67,10.73,7.30。运用地质累积指数法和生态危害指数法评价了重金属的潜在生态环境效应,其中Cd、As的生态危害较大,黑色岩系尤其以多金属富集最为明显,在未来的研究中关注多金属富集层中Cd、As的生态环境效应。     

南方土壤酸沉降敏感性研究Ⅲ.Si释放与缓冲作用

研究了模拟酸雨淋溶过程中南方主要土壤硅释放量与缓冲机理。结果表明,土壤中存在两个缓冲体系,pH值高于3.0时,土壤以初级缓冲体系为主;pH值低于3.0,尤其是离子淋溶量高于或接近CEC值后,次级缓冲体系成为主要的质子缓冲源。淋溶液pH值的降低可加速矿物风化和Si的释放,从而促进土壤中Si的淋溶,但Si的淋溶同时受到吸附、沉淀与转化过程及土壤初始条件的影响。     

贵州碳酸盐岩风化壳中晶体石英的硅同位素组成及硅质来源探讨

本文报道了黔北、黔东地区三个碳酸盐岩风化壳剖面中晶体石英的δ30Si值,利用硅同位素作为示踪剂,通过分析剖面中晶体石英的硅同位素组成来判别其硅质来源。结果表明:晶体石英的δ30Si值在0.8‰~1.7‰范围内,具有较高的同位素组成特征,与火山和热液(水)作用产物的δ30Si值不同,结合已有的资料证明晶体石英与火山或热液(水)作用无直接关系,而是来自碳酸盐岩酸不溶物中含硅物质风化产生的硅质流体,其中以硅酸矿物风化释放的硅质流体为主。利用植物岩中Ge/Si很小的特点来验证植物作用对研究剖面中硅质流体的影响,结果表明植物作用的贡献相对较小,但在表土层植物作用的影响可能不容忽视。     

华南大东山花岗岩地质背景区土壤铊来源及富集特征研究

通过对粤湘赣交界处大东山花岗岩体及其上发育的风化土壤进行野外地质调查、主微量元素和铊(Tl)形态含量分析研究,初步揭示华南花岗岩风化成土过程中Tl的迁移富集规律。研究结果表明：(1)大东山花岗岩及其风化土壤的Tl含量明显超出我国和世界自然土壤Tl含量背景值(～1 mg/kg),证实研究区土壤普遍存在Tl富集现象;(2)风化壳样品组分与花岗岩具有很好的地球化学继承性,是大东山花岗岩原位风化的产物,且母岩成分相对均一;(3)Tl主要为残渣态(> 75%),且Tl与Rb和K具有良好的正相关性,说明风化壳花岗岩和土壤中Tl分别主要存储在含钾硅酸盐矿物(黑云母和钾长石)和粘土矿物(如伊利石)晶格中;(4)质量迁移系数表明Tl在风化壳剖面上层被淋滤出,向下迁移,随后在淀积层发生沉淀、富集;(5)母质C层土壤中残渣态Tl含量与花岗岩相似,但占比明显低。因此,在花岗岩风化成土过程中,伴随着含钾原生矿物的分解,Tl可被释放到风化壳地表环境中进而富集,形成华南花岗岩地区土壤Tl富集现象,对区域土壤质量安全的影响值得关注。     

环境科学基础理论 环境地学

X142200701461乌江流域沉积岩风化过程中铀的富集与释放/宋照亮(中科院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室)…∥环境科学/中科院生态环境研究中心.-2006,27(11).-2273~2278环图X-5以乌江流域石灰岩、白云质灰岩、白云岩、硅质岩、黑色页岩和紫色砂岩等典型岩石的13条风化剖面为对象,运用相关分析和质量平衡计算方法,研究了这些岩石风化过程中铀(U)的富集与释放及其对河水U分布的影响,旨在增进对U生物地球化学循环的了解,也为流域U污染防治提供依据.结果表明,①乌江流域风化物和土壤中U的富集程度基本上高于上陆壳(UCC)、中国土壤…     

黄水溪砷环境地球化学迁移行为及其细菌群落分析

湖南石门雄黄矿区As（砷）污染问题由来已久,黄水溪更是长期受矿区影响.为进一步指导对矿区As污染的综合治理,通过分析河流As质量浓度及其通量、沉积物ATR-FTIR（衰减全反射傅里叶红外光谱）及其溶解释放As的能力、沉积物细菌群落多样性,对黄水溪石门雄黄矿河段中As的地球化学迁移行为及其河流沉积物的生态风险进行了调查.结果表明:①石门雄黄矿区河段水系中ρ（As_T）为0.28~10.43 mg/L,并且主要以As（Ⅴ）形式存在,少量为As（Ⅲ）.②As年通量在该河段区域增加约5.71 t.③ATR-FTIR分析沉积物显示,463、875和910 cm-1处吸收带来自AsO₄3-（砷酸根）的振动,775和796 cm-1处吸收带来自AsO₃3-（亚砷酸根）的振动,表明该沉积物中存在含As矿物.④在沉积物溶解试验中同时释放As（Ⅴ）和As（Ⅲ）,振荡6 h后ρ[As（Ⅴ）]和ρ[As（Ⅲ）]分别达0.014~0.550和0.002~0.291 mg/L.⑤沉积物的细菌群落多样性分析显示,黄水溪As污染已对水生生态系统造成了一定的影响,表现为ρ（As_T）较高水环境影响下,沉积物细菌群落丰富度和多样性减少,同时出现未鉴别属;变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）是黄水溪沉积物中的优势菌群.研究显示,黄水溪中As主要迁移途径可能为,在废弃选矿区域段含As尾矿颗粒进入河道,之后溶解进入水环境,在下游河段又再次被吸附/沉淀,并且吸附的As并不稳定,易再次释放.      

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。     

硫铁矿酸化过程中铊向水环境的释放迁移行为

采用动态风化模拟实验方法对来自广东某Tl污染区的硫铁矿矿样进行了2a左右持续的氧化淋滤实验,研究了硫铁矿酸化趋势及毒害金属元素铊Tl从源头向环境长期释放迁移的特征,探讨了硫铁矿酸化及Tl释放迁移的机制.结果表明:含碳酸盐硫铁矿暴露后,排放液pH值随时间呈缓慢波段下降趋势,较长时期内排放液pH>5.伴随硫铁矿酸化过程,Tl具特有的释放迁移特征.硫铁矿一旦暴露Tl就开始释放,且具强的迁移性,随后伴随风化进程呈波段减弱.在pH>5的环境中,Tl释放迁移受pH值的影响不同于酸性(pH<5)环境中,pH值降低对Tl的释放迁移没有促进作用,滤液中Tl的浓度与pH值呈正相关,还原环境有助于Tl的释放迁移.     

夏季室外自然风化条件下燃料油中金刚烷的组分变化特征

以燃料油为研究对象进行室外自然风化实验（0~100d）,探讨了金刚烷的风化规律,在同一风化条件下,比较了燃料油和原油中金刚烷组分的风化特征。结果表明:燃料油中单金刚烷在风化60d内全部被降解,渤海原油1号中单金刚烷在风化45d内被降解完全,双金刚烷受风化影响较小。通过t检验分析,所选诊断比值中,燃料油中有7个金刚烷指标在风化20d内保持稳定,双金刚烷指标DMDI-3、DMDI-4和DMDI-5在自然风化100d内具有较好的稳定性,适合于长时间风化条件下溢油的鉴别。与渤海原油1号相比,燃料油中双金刚烷诊断比值稳定性更好,这可能与燃料油中双金刚烷浓度高、数据信号强、计算过程引入的误差小有关。     

The dynamic development of bacterial community following long-term weathering of bauxite residue

Bauxite residue is the industrial waste generated from alumina production and commonly deposited in impoundments. These sites are bare of vegetation due to the extreme high salinity and alkalinity, as well as lack of nutrients. However, long term weathering processes could improve residue properties to support the plant establishment. Here we investigate the development of bacterial communities and the geochemical drivers in bauxite residue, using Illumina high-throughput sequencing technology. Long term weathering reduced the pH in bauxite residue and increased its nutrients content. The bacterial community also significantly developed during long term weathering processes. Taxonomic analysis revealed that natural weathering processes encouraged the populations of Proteobacteria, Chloroflexi, Acidobacteria and Planctomycetes, whereas reducing the populations of Firmicutes and Actinobacteria. Redundancy analysis (RDA) indicated that total organic carbon (TOC) was the dominant factors affecting microbial structure. The results have demonstrated that natural weathering processes improved the soil development on the abandoned bauxite residue disposal areas, which also increased our understanding of the correlation between microbial variation and residue properties during natural weathering processes in Bauxite residue disposal areas.     

模拟酸雨淋溶下红壤中盐基离子释放及缓冲机制研究

通过模拟酸雨淋溶实验,分析在不同酸度酸雨淋溶下红壤中盐基离子释放的规律和特点,研究红壤对酸雨的缓冲机制.结果表明:红壤对酸雨的缓冲主要可分为初级和次级2个缓冲体系,其盐基离子释放主要受H+输入量控制.当H+输入量少时,红壤对酸雨的缓冲以初级缓冲体系交换盐基离子为主;随着H+输入增多,红壤对质子的缓冲进入矿物风化阶段.酸度大的酸雨对红壤的矿物风化作用相对较大.不同酸度酸雨淋溶下,各盐基离子释放量最终趋于稳定.盐基离子对酸雨的敏感性顺序为Ca2+>Mg2+>K+>Na+.结果还表明,Ca2+与Mg2+的释放显著线性相关,n(Ca2+)/n(Mg2+)随酸雨pH和淋溶量增加而增大.强酸性酸雨淋溶下红壤矿物风化所导致的Na+释放的机理和来源可能与K+,Ca2+和Mg2+的不同.      

福建山美水库表层沉积物不同形态硅分布特征及其环境意义

采用Tessier连续提取法研究了亚热带典型山区深水水库-福建泉州山美水库沉积物中不同形态硅(可交换离子态硅[IEF-Si]、碳酸盐结合态硅[CF-Si]、铁锰氧化物结合态硅[IMOF-Si]和有机硫化态硅[OSF-Si])的时空分布特征及其环境意义.结果表明,山美水库平水期、丰水期、枯水期表层沉积物中不同形态硅总含量分别为3043.50~4414.24,2711.17~3676.89,3198.44~4444.28mg/kg,平水期>枯水期>丰水期;其空间分布特征为:库尾区>水库中部区>近坝区>入库区.该水库中IEF-Si和CF-Si相对含量少,活性大.虽然可交换态硅的含量较少,其释放潜能有可能对水生生态系统营养状况及初级生产产生影响;CF-Si对环境因子尤其是pH值特别敏感;IMOF-Si和 OSF-Si相对含量高,IMOF-Si可能是山美水库硅补充的最主要途径;而OSF-Si是比较稳定形态的硅,其分布规律与受不同时期沉积下来的沉积物类型和环境影响有关.平水期、丰水期CF-Si与IMOF-Si呈显著正相关关系(P<0.05,r=0.728;P<0.05,r=0.672),丰水期、枯水期IMOF-Si与OSF-Si均呈显著正相关关系(P =0.05,r=0.757; P <0.01,r=0.832).     

Selective metal leaching from technosols based on synthetic root exudate composition

This study focused on metal release from technosols induced by synthetic root exudate (SRE). The effect of SRE composition on metal release was studied using six technosols. This was done by treating the technosols with SRE solutions having varying concentrations of low molecular weight organic acids (LMWOAs), namely oxalic, citric, and malic acids. Consequently, the physico-chemical parameters (pH and electric conductivity), Ca, Mg, Fe, Zn, and Cu release (by atomic absorption spectroscopy, AAS), chemical changes (by Fourier transform infrared, FT-IR), and organic parameters (by fluorescence) were investigated. Metal release showed to be dependent on the SRE composition and technosol characteristics. Citric acid selectively released Ca, Mg, Zn, and Cu from technosols in a concentration-dependent manner; oxalic acid showed a significant role in the release of Mg and Fe. Under relatively high LMWOA concentrations, particulate organo-mineral complexes precipitated. Additionally, technosol weathering was seen by the dissolution of humic substances and ferriallophanes, which in turn caused metal release. However, re-precipitation of these phases showed to re-sorb metals, thus underestimating the role of LMWOAs in metal release. Therefore, the selective metal leaching was highly dependent on the SRE composition and LMWOA concentrations on one hand, and on the mineral, organic, and organo-mineral components of the technosols on the other. The understanding of such processes is crucial for proposing and implementing environmental management strategies to reduce metal leaching or for the beneficial re-usage of metals (e.g., for agromining) from technosols.     

20世纪90年代以来上海地区光能资源变化研究

为了摸清20世纪90年代以来上海地区光能资源变化规律,根据1991-2003年上海地区11个站年日照资料及宝山站的辐射资料,在与前30年(1961-1990年)平均比较的基础上,统计分析1991年以来太阳总辐射、直接辐射、散射辐射、日照时数、日照百分率以及光合有效辐射、光热生产潜力的变化情况,结果表明:1991-2003年,上海地区年平均总辐射减少70M Jm/2,年平均直接辐射减少160.6M Jm/2,年平均散射辐射增加90.6M Jm/2,年平均光合有效辐射减少17.4M Jm/2,年平均光热生产潜力增加3328kgh/m₂,年平均日照时数减少187.5h,年平均日照百分率减少4%。     

中国西南乌江流域石灰土中微量金属的富集

为了解石灰土中微量金属的富集特征、机理及供给能力,本文以乌江流域9条石灰岩风化剖面为对象,运用R型聚类分析和质量平衡计算方法,研究了石灰岩风化过程中V、Co、Ni和Zn的富集问题,并获得了以下认识:(1)本区石灰土中V、Co、Ni和Zn的富集程度与其它地区的石灰土相当(甚至更高),高于上陆壳(UCC)、中国土壤(CS)和世界土壤(WS);(2)V、Co和Zn在石灰土中的富集主要与铁氧化物/氢氧化物等的吸附或共沉淀产生的淀积富集有关,而Ni的富集则主要与铝硅酸盐黏土矿物吸附和其它更易溶元素强烈迁出引起的弱残留富集有关。