同步辐射X射线荧光和吸收谱技术在环境汞污染研究中的应用进展

汞作为一种重要的全球性重金属污染物,被许多国际组织列为优先控制污染物。常规的汞分析手段,例如电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、原子荧光光谱(AFS)等,对汞的分析精度较高,方法比较成熟,但对样品前处理要求也较高。同步辐射技术由于其高、精、准的优势,且对样品前处理要求比较简单、可实现原位无损分析,因此被广泛应用于环境样品的分析中。随着研究的发展,同步辐射X射线荧光光谱(SRXRF)和同步辐射X射线吸收光谱(SRXAS)技术在环境汞污染分析领域得到了越来越多的应用。主要介绍了我国环境汞污染现状及污染特征,同步辐射技术对于汞分布蓄积、含量和化学形态分析方面的独特优势,重点回顾了本项目组和其他一些研究组近几年关于SRXRF和SRXAS技术在环境介质如土壤、植物体内汞的分布蓄积、相对含量和化学形态转化研究领域的应用进展,对进一步发展并提高同步辐射技术在环境及生物体汞污染水平、毒性机理和生态毒理评价方面的应用进行了展望。     

日粮中添加不同铜化合物对生长猪铜消化率和猪粪铜形态的影响

选用27头体重约30 kg的三元杂交(长白大白杜洛克)生长猪进行消化试验,在日粮中分别添加氨基酸铜(Cu-AA)、硫酸铜(CuSO4)、碱式氯化铜(TBCC) 10、150、250 mg·kg-1,共9个处理.分析测定猪对铜的消化率及猪粪中铜的可利用性.试验结果表明,添加不同铜源对猪铜的消化率影响差异不显著(P>0.05),日粮中添加高水平铜时,猪对铜的消化率显著低于添加低水平铜(P<0.05).从粪中各形态铜的有效性来看,铜源间差异显著.CuSO4铜源猪粪可利用态铜显著低于Cu-AA铜源和TBCC铜源,但TBCC铜源和Cu-AA铜源间差异不显著;从潜在可利用态铜来看,CuSO4铜源和Cu-AA铜源猪粪差异不显著,但均显著高于TBCC铜源猪粪;从不可利用态铜来看,TBCC铜源猪粪显著高于CuSO4铜源和Cu-AA铜源猪粪.饲料中添加高水平铜处理猪粪中各形态铜含量都显著高于添加低水平铜处理.     

镉在五节芒(Miscanthus floridulus)不同种群细胞中的分布及化学形态

通过营养液培养,以种子分别来自粤北大宝山矿区和惠州博罗非矿区的2个五节芒种群为试验材料,并采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法,比较研究了Cd在2个种群根、茎和叶片中的亚细胞分布及化学形态.结果表明,五节芒2种群各部位的Cd主要富集在细胞壁和以液泡为主的可溶组分,在叶绿体、细胞核和线粒体中的分布较少;2种群根、茎、叶的亚细胞各组分Cd含量由高到低的次序均为:细胞壁组分(F1),可溶组分(F4),细胞核和叶绿体组分(F2),线粒体组分(F3).Cd在五节芒矿区种群根、茎、叶中的含量均显著高于非矿区种群.提高Cd处理质量浓度,对于非矿区种群,Cd在细胞壁(F1)和可溶组分(F4)的分配比例下降,在细胞核和叶绿体组分(F2)与线粒体组分(F3)的分配比例卜升;而对于矿区种群,Cd在细胞壁(F1)的分配比例上升,在可溶组分(F4)、细胞核和叶绿体组分(F2)与线粒体组分(F3)的分配比例下降,细胞壁对Cd的同持作用增强.五节芒2种群根中Cd的化学形态存在着明显差异:低Cd(5 mg·1-1)处理下,矿区种群根中的Cd以水提取态、氯化钠提取态和醋酸提取态为主,各占36.41%、28.15%和17.04%,其它形态所占比例较少;而非矿区种群根中的Cd以氯化钠提取态、水提取态和醋酸提取态所占比例较大,各占31.58%、23.15%和20.85%.提高Cd处理质量浓度,矿区种群根中的氯化钠提取态为优势形态,所占比例提高到41.29%,水提取态所占比例也提高到38.25%.其他提取态所占比例均有不同幅度下降;而非矿区种群根中氯化钠提取态Cd含量比例下降到21.45%,各化学形态的在分配比例上表现为平均化趋势.因此,细胞壁同持、可溶组分的液泡区隔化和向活性较弱的结合形态转移可能是五节芒矿区种群耐Cd的主要机制.     

黄河上中游表层沉积物磷的赋存形态特征

利用淡水沉积物中磷形态的标准测试程序（SMT）,研究了黄河上中游10个沉积物样品中磷的赋存形态变化规律和分布特征,并分析了沉积物中磷的来源和释放潜力。研究结果表明,黄河上中游沉积物中总磷（OP）的含量为82.0～113.5mg·kg-1,无机磷（IP）的含量范围在45.3～76.6mg·kg-1,有机磷（OP）的含量范围在27.6～56.6mg·kg-1。其中主要以无机磷的形式存在,而无机磷中以钙结合态磷为主。线性回归分析结果表明,NaOH-P的含量与活性态Fe、Al含量总和有一定的线性关系。黄河沉积物向上覆水体释放磷的潜力不大。     

贵屿电子垃圾处理对河流底泥及土壤重金属污染

以广东省汕头市贵屿镇电子垃圾处理场为对象,主要研究了电子垃圾场附近河流的底泥和农田土壤中重金属形态分布特征。结果表明,底泥中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn质量分数分别为52.9-67.1、309-359、79.2-1485、391-449、37.5-111 mg.kg^-1;土壤中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的平均质量分数分别是54.1-57.1、278-320、93.5-116、382-415、46.2-68.1 mg.kg^-1。底泥和土壤中Cd、Cr、Cu、Pb均超过《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）二级标准,其中以Cd和Cu污染最为严重。底泥及土壤中重金属的地球化学形态分布规律基本一致。重金属具有较高迁移性,重金属的迁移性为Cd〉Cr〉Pb〉Zn〉Cu。     

可溶性有机物对土壤汞向大气释放的影响

通过模拟试验,研究了浸提自稻草、腐殖土和堆肥的可溶性有机物(DOM)对紫色潮土、紫色土和黄壤三种土壤中汞向大气释放的影响.结果表明,DOM尤其是堆肥DOM能有效地抑制土壤汞向大气的释放,且土壤中DOM添加量越高,土壤汞释放量越少,即DOM对土壤汞释放的抑制作用越强;不同土壤类型,DOM的抑制作用不同,三种土壤汞释放量大小顺序均为:紫色潮土紫色土黄壤.     

模拟酸雨条件下降尘中Cu,Pb,Zn,Cr各形态的溶出和转化研究

本文用Ｔｅｓｓｌｅｒ方法，研究了模拟酸雨条件下，降尘中Ｃｕ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｃｒ各形态的溶出和相互转化。试验表明：（１）降尘中Ｃｕ，Ｃｒ的溶出量随酸雨酸度的增大而增加；Ｐｂ，Ｚｎ没分别在ＰＨ＝３．５和ＰＨ＝４．５时溶出量最大，溶出的金属多源于可交换态和碳酸盐结合态，说明这两种形态的稳定性较差。（２）在模拟酸雨条件下，Ｃｕ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｃｒ各形态的含量发生了较大变化；Ｃｕ从其优势形态有机结合态向可交换态     

冻融循环及有机肥配施对黑土中镉形态的影响

以黑龙江黑土为对象,研究了冻融循环及有机肥配施量对黑土中镉形态分布的影响。对配施不同有机肥的土壤样品进行5次冻融循环,采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分析土壤样品中镉的赋存形态。结果表明,冻融循环数及有机肥的配施有助于降低黑土中的总镉量;冻融循环会促使黑土中的镉由交换态、碳酸盐结合态、有机结合态向铁锰氧化物结合态和残渣态转化,而增加有机肥配施量会使黑土中的镉由交换态向其他形态转化。因此,冻融循环及有机肥配施有助于降低土壤中镉的生物有效性,进而降低其环境风险。     

底泥磷形态及分布特征对水体富营养化的影响

富营养化是当今中国浅水湖泊面临的重大污染问题。结合国内外的报道,通过大量湖泊水库的实地调查,对各种磷形态的性质和分布特征及转移规律作了深入研究,介绍了水体底泥中磷的物理化学性质、磷的存在形式与转化、磷的分布特征、磷在不同粒径底泥下的含量及转移趋势,为探明水体富营养化提供科学而有力的依据。最后指出了其对湖泊富营养化的影响,并对控制湖泊富营养化提出了见解。     

过氧化钙缓释材料对河道水固磷及底泥控磷的机理研究

用聚乙二醇2000(PEG2000)和硬脂酸(SA)包埋粉末过氧化钙(CP)成功制备了CP缓释材料CP@PEG2000-SA。比较了粉末CP和CP@PEG2000-SA对上覆水中溶解性总磷的影响和对底泥中磷酸铝盐(Al-P)、磷酸铁盐(Fe-P)和磷酸钙盐(Ca-P)的影响。结果表明,CP@PEG2000-SA投加量宜为1.8kg/m2,在CP用量相同的条件下计算得到粉末CP投加量为1.0kg/m~2。投加粉末CP在10d内上覆水中溶解性总磷浓度迅速降至最低后又上升,而投加CP@PEG2000-SA可以实现35d内溶解性总磷持续缓慢下降。上覆水中的内源性磷一般来自底泥中Fe-P的释放。投加粉末CP虽能固定Fe-P含量,但起不到长效作用,甚至可能导致Al-P的释放。投加CP@PEG2000-SA可控制氧气释放速率,稳定pH,使得上覆水中溶解性总磷向底泥中的Al-P、Ca-P和Fe-P转化,起到长效抑制底泥中内源性磷向水体释放并同时吸收水体中磷的双重效应,达到了控磷目的。