优化BCR法-ICP-MS在土壤重金属化学形态分析中的应用

为了研究土壤重金属元素的化学形态,以优化的BCR法模拟自然环境条件,连续提取了不同土壤标准物质中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的交换态、还原态、氧化态;采用微波混酸(5mL HNO_3+2 mL HCl+1 mL HF)消解土壤样品,电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析测定,在碰撞反应池模式(CCT)下以~(115)In和~(209)Bi双内标加入法进行信号漂移补偿和干扰校正;以形态分析标准参考物质(欧盟RCR-701)验证了方法的准确性。结果表明,CCT动态模式能有效地降低检测过程中多原子离子的干扰作用,检测分析方法的检出限均小于0. 2 ng/g,RSD 1. 35%(n=5),方法验证性实验说明所选方法准确可靠;土壤样品中各元素3种化学形态与残渣中含量的加和均与总量参考值接近,回收率在95%～110%之间;该法适于土壤重金属形态的提取和分析测定,对研究土壤重金属的赋存特征、迁移转化规律及影响因素、重金属元素的来源及土壤重金属污染的治理与修复有一定的指导意义。     

若尔盖典型高寒湿地植物叶功能性状对水深梯度的响应

高寒泥炭沼泽湿地储存着大量有机碳，影响全球碳库的收支平衡，作为重要的生态因子，植物功能性状显著影响着生态系统的碳输入与输出过程.为了解水位变化对高原高寒湿地植物功能性状的影响并深入理解水位下降下的高寒泥炭沼泽碳循环，以青藏高原东部若尔盖典型沼泽湿地两种优势植物——木里苔草(Carex muliensis；湿生植物，即喜欢潮湿环境而不能忍受长时间水位不足的陆生植物)和斑唇马先蒿(Pedicularis longiflora var.tubiformis；中生植物，即介于湿生与旱生植物之间而不能忍受严重干旱或长期水涝的植物)为研究对象，采用“中宇宙”水位模拟试验，分析两种植物在10 cm(D₁₀)、0 cm(D₀)、–20 cm(D_-20)和–50 cm(D_-50)水位梯度下叶形态性状的差异，以及叶片光合气体交换参数、叶绿素荧光参数等的变化规律.结果表明：(1)木里苔草通过减小叶长、叶面积、比叶面积、叶干重和增加叶厚以适应水位下降，斑唇马先蒿则通过减小叶长、叶宽、叶面积、比叶面积和叶干重来适应水位上升....     

桑沟湾表层沉积物性质及对磷的吸附特征

通过研究桑沟湾表层沉积物对磷的吸附动力学曲线和吸附等温线,并结合沉积物的表面电荷性质及磷的形态分析,考察了沉积物对磷的吸附性能和吸附机制.结果表明,桑沟湾表层沉积物对磷的吸附过程包括快吸附过程和慢吸附过程,可用快慢二段一级动力学方程描述,等温线符合Langmuir交叉式模型.夏季沉积物样品的最大吸附量高于春季样品,粒级较小的沉积物吸附能力较强.沉积物样品对磷的最大吸附量Qm在0.047 1~0.123 0 mg·g-1之间,吸附/解吸平衡磷浓度(EPC0)范围在0.059 6~0.192 7 mg·L-1,沉积物充当"磷源"的作用.不同站位表层沉积物中无机磷(IP)是磷在沉积物中的主要赋存形态,吸附后的沉积物样品中弱吸附态磷(Ex-P)、铁结合态磷(Fe-P)明显增加.吸附过程包括物理吸附和化学吸附,以物理吸附为主.     

干湿循环对三峡支流消落带沉积物中可转化态氮及其形态分布的影响

水体富营养化的形成与沉积物中氮素的"源-汇"关系密切,本研究选取三峡典型支流澎溪河消落带上、中、下这3个水文断面,160 m和170 m两个水位高程,0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm共5个深度的沉积物样品,通过研究其总可转化态氮(TF-N)与各形态可转化态氮含量及分布特征,旨在揭示周期性水位变化对消落带沉积物氮释放的影响.结果表明,澎溪河消落带沉积物总氮含量在313.02~3 255.53 mg·kg-1之间,空间分布上呈上站位(渠口)中站位(高阳)下站位(双江)的趋势;总可转化态氮含量范围为288.54~1 123.27mg·kg-1,均值为639.40 mg·kg-1,空间分布趋势与总氮一致;TF-N中各形态氮的大小顺序为:OSF-N(有机态和硫化物结合态)IMOF-N(铁锰结合态)CF-N(碳酸盐结合态)IEF-N(离子交换态).沉积物中TF-N主要以OSF-N(50.9%)和IMOF-N(33.3%)形态存在.OSF-N很难释放,不易参与氮循环.IMOF-N受水文条件影响显著,表现为在低水位高程和下采样站位沉积物中含量更低.淹水胁迫、水体富营养化等情况下氧含量较低,相对还原条件下有利于其向水体释放.而TF-N及其形态分布在垂直深度上无显著差异.可见,三峡库区特殊调蓄水制度加速了澎溪河下游、低水位高程消落带沉积物中IMOF-N向水体的释放.     

模拟气候升温对湿地土壤微生物群落及磷素形态的影响

通过构建微宇宙湿地柱模拟气候升温的方法,采用高通量测序和核磁共振技术,分别研究了湿地土壤微生物群落和磷素形态对暖化作用的响应特征.结果表明,暖化作用导致了Firmicutes、Clostridia、Clostridiales、Clostridiaceae和Clostridium的相对丰度分别显著下降65%~98%、69%~87%、67%~87%、73%~97%和74%~93%,这表明暖化作用对不同分类水平上的物种Firmicutes到Clostridium具有显著的抑制效应.通过主坐标分析和聚类分析,不同湿地柱采样点的暖化组与对照组样本表现出显著的分离特征,揭示了暖化作用能够诱导微生物群落组成发生显著性变化.磷酸单酯和正磷酸盐是各湿地柱土壤主导的磷素形态,同时暖化作用导致了XX湿地柱采样点的磷酸单酯和正磷酸盐相对丰度分别显著升高275%和下降20%,JH湿地柱采样点的磷酸单酯和多聚磷酸盐相对丰度分别显著升高85%和下降49%,这表明不同磷素形态对暖化作用的响应具有土壤异质性特征.通过典型对应分析,揭示了暖化条件下微生物群落组成的显著变化对磷素形态具有显著的影响效应.     

饱和持水量条件下不同氮添加对森林土壤氮素净转化的影响

为了研究在饱和持水量条件下不同氮沉降形态和水平对森林土壤氮素净转化及土壤N₂O排放的影响,选取中亚热带地带性森林红壤为研究对象,采用室内模拟试验方法,设置110%饱和持水量（WHC）的土壤水分,添加不同形态氮[（NH₄）₂SO₄、NaNO₃、NH₄NO₃]和不同含量[0 mg/kg（CK）、20.0 mg/kg（LN）、66.7 mg/kg（HN）,以干土计]的氮素,进行为期14 d的室内培养（20℃）.结果表明,与CK相比,（NH₄）₂SO₄和NaNO₃处理对土壤净氮矿化和氨化的影响不大,而（NH₄）₂SO₄处理的净硝化量在高氮水平下为负值,说明硝化很弱,但该处理的净氨化量高于其他处理,特别是NaNO₃处理的净氨化量较高,认为很可能存在NO₃--N异化还原为铵（DNRA）.NaNO₃处理能显著提高土壤净硝化量而显著降低w（SON）（SON为土壤可溶性有机氮）,NH₄NO₃处理同时降低了土壤w（NH₄+-N）和w（NO₃--N）,表现为氮固定作用,并且高氮水平的土壤w（MBN）（MBN为微生物量氮）显著高于低氮水平;NaNO₃和NH₄NO₃处理的土壤N₂O排放速率和培养周期内的累积排放量均显著高于CK,并且高氮水平显著高于低氮水平,而（NH₄）₂SO₄处理与CK相当,并且高氮水平下的N₂O累积排放量低于低氮水平.研究显示,在过饱和土壤水分条件下,混合形态氮对土壤氮素净转化格局影响较大,含NO₃-形态氮明显促进土壤N₂O的排放,尤其是高氮水平.研究结果可为评价全球气候变化下特别是降雨情况下沉降氮形态对土壤氮素转化的影响提供重要参考.      

南丹县矿区居民砷膳食暴露及健康风险评估

南丹县砷储量丰富,为了解其矿区周边常住人群的膳食结构,并评估当地居民As膳食暴露情况,文章采用称重法调查当地居民膳食结构,通过化学分析法测试其As含量。对矿业活动影响区大厂镇、车河镇和长老乡及对照区六寨镇典型村庄成年居民膳食As的每日摄入量进行测算,并评估其健康风险。结果显示:研究区域膳食结构主要以大米、蔬菜及肉类为主;与《食品中污染物限量》相比,各类食品的平均含量均低于对应的限量值,但矿业影响区蔬菜及鸡蛋存在超标,其超标率分别为50.9%和55.0%;车河镇和大厂镇成人经膳食途径引起的总目标危险系数显著高于六寨,且4个地区大米As的目标危险系数均高于1。风险评价结果表明,车河镇、大厂镇、金洞村和六寨镇居民As的年健康风险为分别为4.38×10~(-4)、2.97×10~(-4)、2.17×10~(-4)和1.73×10~(-4),远高于国际放射防护委员会ICPR标准,其中主要贡献者是大米。通过膳食途径导致该居民面临较严重的As暴露风险,建议当地居民应引起警惕并合理调节膳食结构,同时相应部门应加强对食品安全的重视。     

烟草废弃物快速堆肥过程中重金属Cd形态变化特征

以烟草废弃物为原料,活性土壤为载体建立堆体,研究重金属镉的形态变化,及堆肥过程中的动态变化规律。结果表明,烟草废弃物与活性土壤混合能快速腐熟。堆肥总质量下降,重金属镉含量相对增加。重金属镉的铁锰氧化态比例增加19%,有机结合态比例在堆肥升温阶段增加,腐熟后有所下降。残渣态比例大幅度上升,增加达到5倍,且在腐熟阶段增幅最大。说明堆肥处理有利于降低重金属镉的活性。     

粉煤灰综合利用过程中汞的二次释放规律研究

我国粉煤灰年产生量4亿t左右,近年来利用率稳定在65%～68%,主要利用方式包括建材生产、道路施工、建筑工程和农业利用.建材生产包括高温工序,可能存在粉煤灰中汞的二次释放.本研究设计实验模拟了水泥生产、蒸养砖生产的主要环境因素,利用程序升温脱附的方法研究粉煤灰利用过程中的汞迁移转化规律,并对全国范围内粉煤灰利用过程汞的二次释放量做出估算.研究发现,粉煤灰中的汞以HgCl2(Hg2Cl2)、HgS和HgO的形式存在;水泥生产过程中,粉煤灰中98%以上的汞会释放;蒸养砖生产过程中,粉煤灰中汞的平均释放率为28%,释放率主要受到粉煤灰中的HgCl2(Hg2Cl2)比例的影响.我国粉煤灰利用过程中的汞二次排放量由2002年的4.07 t.a-1增至2008年的9.18 t.a-1,其中水泥行业的贡献率占到96.6%.     

外源水溶性氟在茶园土壤中赋存形态的转化及其生物有效性

采用盆栽实验和化学连续提取法,研究了外源添加水溶性氟在茶园土壤中的赋存形态转化及不同赋存形态氟对茶树氟富集的贡献.结果表明,茶园土壤中本底各赋存形态氟含量随时间的变异很小,处于相对稳定状态,外源水溶性氟进入土壤后迅速向各个形态转化,10 mg·kg-1氟处理下,水溶性氟含量表现为先升后降的趋势,有机束缚态氟和铁锰结合态氟含量随着处理时间呈下降的趋势,可交换态氟含量处理前后含量没有显著性差异(P>0.05),残余态氟含量则保持相对稳定的状态;200mg·kg-1氟处理下,水溶性氟、铁锰结合态氟和有机束缚态氟含量随着处理时间呈下降的趋势,可交换态氟含量则表现为先升后降的趋势,处理前后含量没有显著性差异(P>0.05),残余态氟含量则为上升的趋势,与10 mg·kg-1氟处理表现有差异.0~10 mg·kg-1氟处理内,茶树根、茎和叶中总氟含量之间的差异达显著水平(P<0.05);在10~100 mg·kg-1氟处理内,则变化不显著(P>0.05).逐步回归分析表明茶园土壤中不同氟形态对茶树根、茎和叶中水溶性氟和总氟的积累贡献有差异,叶片总氟含量与土壤中水溶性氟、铁锰结合态氟、有机束缚态氟和残渣态氟含量有显著的回归关系(P<0.05),而叶片水溶性氟含量与土壤各赋存形态氟含量没有显著的回归关系(P>0.05).