XRF岩芯连续扫描结果的可靠性评估及校正:以青海湖沉积为例

XRF岩芯连续扫描因其快速、连续、无损、高分辨率等优势在近30年常被用于不同相沉积物的元素半定量分析,特别是在湖泊沉积岩芯中的应用极为广泛。然而,XRF扫描信号值易受仪器设置和岩芯物理属性的影响,亟需全面评估其结果可靠性和校正效果。基于青海湖2.39 m长的完整沉积岩芯(QHH)高分辨率XRF连续扫描,结合其含水量、粒度、烧失量、元素实际含量等理化特征分析,有效识别了XRF连续扫描信号值及其元素比值的准确性和影响因素,进一步评估了国际通用的Normalized Median-scaled(NMS)和Multivariate Log-ratio Calibration(MLC)模型校正结果的可靠性。结果表明,XRF连续扫描的Zr元素信号值可准确反映QHH岩芯中的实际含量分布,而Si元素和Ti元素因相关性较弱均无法指示其在QHH岩芯中的真实情况。此外,QHH岩芯段较高的含水量明显削弱了Al、Si、K、Ca、Ti、Fe、Mn等原子量较小的元素信号值强度和波动幅度,而干燥岩芯段中XRF扫描的上述元素结果因其高分辨率和颗粒组成差异展现出较大的波动,降低了与实际含量的相关性。Rb、Sr和Zr等原子量较大的微量元素扫描信号值分布受含水量和颗粒组成的影响较小。最后,基于XRF连续扫描的相邻元素比值是快速消除多种因素一致影响的有效方法,而MLC模型对QHH整根岩芯及各段中单一元素信号值校正均有较好效果。上述结果为合理利用湖泊沉积物的XRF连续扫描数据提供借鉴,也为重建青藏高原东北部气候变化及人地关系奠定科学基础。

基于绿洲尺度沙尘暴天气降尘的变化特征研究

以一次典型沙尘暴全过程的沉降沙尘为例,通过在策勒绿洲迎风向前缘、前缘向内2 km、中央及后缘不同位置设置取样点,研究了绿洲范围沙尘沉降的变化特征。结果表明:本次沙尘暴平均降尘量高达123.8 g/m2,沉降沙尘以细砂成分为主(约占77%),平均粒径偏粗,约为74μm。绿洲不同位置的沙尘沉降量以绿洲前缘最多(172.8 g/m2),向绿洲内部延伸,有逐渐减少的趋势,后缘位置最少,仅为75.8 g/m2;从绿洲前缘到内部,沙尘粒径逐渐变小,在前缘位置沙尘最粗,后缘的最细;而分选程度有逐渐变差的趋势,但变化不很显著,前缘到中央3个位置的分选较好,只有后缘点的分选较差;不同位置的粒度曲线基本都为稍呈负偏的常峰态分布,越深入绿洲内部,负偏程度越大。不同高度沉降沙尘亦有明显差异,随高度升高,沙尘平均粒径逐渐变小,沉降量显著减少,尤以低于2 m高度的递减率最为显著。

环境中黑碳来源解析方法研究进展

黑碳是燃料不完全燃烧过程中形成的一种特殊的非均质碳颗粒物质,因其具有较高的化学和生物惰性,在全球气候和环境系统中具有重要意义,是当前国际地球和环境科学领域的焦点问题。燃烧条件和燃料来源的不同,使得黑碳的物理化学特性表现出高度的变异,其环境行为及环境效应也具有明显差异,因此对黑碳进行来源解析有利于弄清全球黑碳收支平衡,且能更清晰地认识其在不同环境介质中的迁移转化过程。重点概述了当前国内外常用的几种黑碳来源解析方法及其应用的研究进展;同时提出了未来黑碳来源解析方法的发展方向。稳定碳和放射性碳同位素分析是当前黑碳源解析中应用最多的两种方法,将这两种方法结合不仅能提供更准确的黑碳来源信息,而且能定量估算化石源和生物质源燃烧对黑碳的贡献。多环芳烃特征标志物比值、黑碳/有机碳比值、苯多羧酸分子标志物比值法以及形态特征分析的方法都只能间接地判断黑碳的来源,其方法的应用有一定的局限性和不确定性。未来应加强对不同介质中δ^(13)C的分馏机制及不同排放源样品黑碳的δ^(13)C和^(14)C值域"特征谱"的研究,进一步规范黑碳的分离和测定技术;同时应充分发挥不同分析技术的优势,联合多种方法以获取更多有关黑碳来源、传输和转化过程的信息。

典型工业城市土壤黑碳含量、分布特征及来源分析--以黄石市为例

以黄石市3种不同类型土壤(红壤土、潮土、水稻土)为研究对象,采用热光反射法测定土壤中黑碳、焦炭和烟炱含量,研究有机碳、黑碳、焦炭和烟炱的空间分布特征,同时分析黑碳、焦炭、烟炱与有机碳之间的相互关系及黑碳的可能来源。结果表明:黄石市表层土壤中黑碳含量的变化范围为0.01~5.79 g/kg,平均值为1.06 g/kg。其中水稻土黑碳含量最高,潮土次之,红壤最低。黑碳在有机碳中所占比例的变化范围为0.53%~89.54%,平均值为25.29%,说明黑碳对土壤有机碳库有较大的贡献。不同土壤类型黑碳/总有机碳(BC/TOC)比值存在较大的差异,红壤BC/TOC平均值最大(36.70%),其次为水稻土(25.25%),潮土最低(18.25%),这可能与土壤质地有关。黑碳、焦炭与烟炱含量和BC/TOC比值的空间变异性与区域的产业结构及工业布局有关。黑碳、焦炭与烟炱含量之间呈显著正相关,说明它们可能有共同的来源。焦炭/烟炱比值(char/soot)分析结果表明土壤中的黑碳受人为源的影响很大,主要来源于化石燃料燃烧(工业燃煤及机动车尾气排放)。

塔克拉玛干沙漠南缘柽柳冠下枯枝落叶沉积特征

柽柳是分布广泛的耐盐耐旱植物,温带干旱区重要物种。观测证明柽柳冠下有机凋落物的沉积作用是显著的,具有有机碳沉积埋藏的重要意义。有机质凋落沉积量与柽柳当年生长量关系不密切,但受当地水分条件、气温变化和风沙作用影响显著。在策勒绿洲前缘,柽柳冠下有机质凋落物年沉积量达到400g/m^2。当多枝柽柳冠丛受到损伤或生长受到胁迫时,沉积明显增加,年生长量与凋落量之比(回归量)>40%;在时间序列上,有机凋落物与无机碎屑的主要沉积过程是明显分开的,有机凋落物沉积主要发生在冬季,占年沉积量的75%以上,而同期无机碎屑沉积量不足5%。沉积交替过程对有机凋落物形成了良好的埋藏保存作用;在空间范围上,有机凋落物并不是在冠下均匀或对称分布的。在风的影响下,冠丛下风侧有机凋落物被显著集中。冠丛丘的顶部只是无机碎屑的沉积中心区而并非有机凋落物。

华中地区某县农田土壤黑碳分布特征及来源解析

以华中地区阳新县农田土壤为研究对象,采用热光反射法研究了不同类型农田土壤(水稻土、红壤、潮土)中黑碳、焦炭、烟炱含量的变化特征,并探讨了影响黑碳、焦炭和烟炱分布的影响因素以及黑碳的可能来源。结果表明,农田土壤中黑碳、焦炭和烟炱含量变幅较大,分别为0.17—3.18 g?kg^(^(-1)),0.03—2.37 g?kg^(-1)和0.09—1.50 g?kg^(-1),平均值分别为0.85 g?kg^(-1),0.45 g?kg^(-1)和0.40 g?kg^(-1)。不同类型土壤中黑碳、焦炭、烟炱含量的大小顺序是:水稻土>红壤>潮土。黑碳占有机碳的比例变化范围在1.45%—26.43%,平均值为6.76%。相关分析结果表明土壤黑碳含量与有机碳、焦炭和烟炱含量之间都呈显著的正相关关系。根据焦炭/烟炱比值分析结果推测农田土壤中的黑碳主要来源于化石燃料燃烧,如工业燃煤及机动车尾气排放等。

武汉市不同功能区土壤重金属污染特征及健康风险评价

以武汉市不同功能区的表层土壤为研究对象,通过荧光光谱分析法测定土壤样品中的重金属含量,采用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价其重金属污染程度,并结合重金属污染来源,利用健康风险评价模型评价其对人体的健康风险。结果表明,除Pb以外,重金属Cr,Mn,Ni,Zn和V的平均含量均未超过湖北省土壤重金属背景值。单因子污染指数评价结果显示,各功能区Pb为轻度污染,Cr,Mn,Ni,Zn和V处于警戒水平;内梅罗综合污染指数显示,学校绿地污染最为严重,处于中度污染水平。研究还发现,武汉市不同功能区表层土壤重金属的来源存在差异,其中V,Cr,Ni和Mn主要来自于工业排放,Pb和Zn来源于交通源排放,都属人为污染源。各重金属的非致癌风险指数为Cr>Pb>Ni>Zn;致癌元素Cr对成人和儿童的风险指数均高于1×10^-4,说明存在不可接受的致癌风险;Ni的致癌风险指数介于阈值范围(1×10^-6~1×10^-4),处于可接受水平。

土壤中重金属元素的迁移转化规律及其影响因素

重金属元素在土壤中富集和迁移转化是造成土壤污染的重要原因之一,土壤中的重金属元素在不同的因素影响下进行迁移转化,其迁移转化的机理在于土壤的物理、化学、生物过程。文章对土壤中重金属的迁移转化机理及其影响因素进行了综述,以期掌握重金属元素进入土壤的生物化学行为,为土壤重金属元素污染修复提供理论基础。

沉积物古DNA重构动植物群落变化及人地关系的研究进展

近二十年兴起的沉积物古DNA指标具有极大的生物分类学宽度,为认识全球范围内海相、湖相、陆相第四纪生物环境演变和人地关系注入了新活力。然而,这一指标在国内的应用极为有限,严重滞后于国际水平。本文在介绍沉积物古DNA指标的鉴别实验流程和国内初步试验结果的基础上,综述了沉积物古DNA组成在重建地质历史时期动植物群落对气候变化的响应、人类迁徙导致的动植物扩散及其环境效应和人类农牧活动历史演化三个方面的应用,展望了沉积物古DNA的未来研究方向和前景,以期推动沉积物古DNA指标在国内第四纪气候和环境考古领域的应用与发展。

基于XRF岩芯连续扫描的藏南哲古错沉积物近4400年地球化学分布及环境演变

XRF岩芯连续扫描在近30年间被广泛用于获取不同地理环境的湖泊沉积序列元素分布及其指示的环境意义,特别是湖泊密集的“亚洲水塔”青藏高原。然而,XRF扫描数据的准确性受沉积岩芯物理属性的显著影响,可能导致记录信息的过度或错误解释。本研究基于青藏高原南部哲古错(ZGC)内近4400年以来由植物和泥沙混合沉积而成的2.16 m完整岩芯(ZGC21),利用XRF岩芯连续扫描获取其元素信号值和色度分布,结合含水量、粒度、烧失量等物理特征分析,表明ZGC岩芯层理清晰、定年精准、气候信息记录全面,是重建印度夏季风和青藏高原南部气候变化的最佳载体之一。稳定元素(Al、 K、 Fe、 Mn、 Rb、 Si、 Ti、 Zr)信号值分布均不能用于指示ZGC岩芯不同层理的碎屑物质输入比例,但Zr/Rb比值则可反映流域内物质输入的真实特征;Ca和Br元素信号值分布分别指示ZGC21岩芯的碳酸盐和有机质含量变化。基于可靠元素信号分布和AMS-14C精确定年,青藏高原南部在太阳辐射强度变化驱动下于4400~3500 a B. P.和850~80 a B. P.年间均处于寒冷气候环境中,低温不足以支撑湖内植被的生存,而在2750~1830 a B. P.和1320~850 a B. P.年间则相反。上述结果为XRF岩芯连续扫描数据的正确应用和准确解释提供科学示范,也为重建该地区过去4400年人地关系提供年代际尺度环境演变框架。

塔里木盆地南缘近54年沙尘天气的变化特征及其未来趋势预测

利用塔里木盆地南缘六个代表站近54年的沙尘天气的气象资料，使用小波变换等方法，分析了近54年沙尘天气的变化特征并预测了未来的变化趋势。结果表明：近54年的沙尘天气变率较大，线性下降趋势显著；通过小波分析得出年沙尘日数的变化存在大约40年、19年、8—10年以及4年等周期，而年沙尘暴日数的变化存在大约32年、15-18年、6～8年等周期；年沙尘日数的突变大体发生在20世纪60年代后期的由少到多的变化以及80年代后期的由多到少的突变；年沙尘暴日数的突变在1961年、1979年与1988年前后。最后根据小波变换得出的主周期变化规律，预测在未来二三十年沙尘天气有波动增多的趋势。

内蒙古东南地区中晚全新世气候变化的湖泊沉积记录研究

文中根据内蒙古东南部库伦淖沉积岩芯的粒度、烧失量、地球化学元素等环境代用指标,结合AMS14C定年,重建了该地区近4243年来的气候演变序列。结果表明,该地区在近4243年以来的气候演变过程中可划分为六个阶段:在4243-3700yr BP期间,该地区的气候相对较为冷干;在3700-3250yr BP期间较为暖湿;在3250-2750yr BP期间,该地区的气候又转向冷干;在2750-2000yr BP期间,整体以冷干为主,但在向暖湿转变;在2000yr BP以来,库伦淖气候较为暖湿,但在1000yr BP以来,发生过多次冷干事件。该地区在3750-3600yr BP(E1)、2900-2750yr BP(E2)、1050-750yr BP(E3)和350-200yr BP(E4)这四个时期发生过较为显著的气候快速变动事件,其中2900-2750yr BP冷事件对应着2.8Ka冷事件;1050-750yr BP和350-200yr BP事件分别大致对应着中世纪暖期(MWP)和小冰期(LIA)。

17.8-6.8 ka BP期间达里湖的水文环境历史及其演化机制

通过分析达里湖沉积剖面的粒度和元素组成,结合OSL年代序列,探讨了17.8-6.8 ka BP期间达里湖的水文环境变化。在17.8 ka BP,该剖面由冲洪积相转为湖相沉积,标志着达里湖水位显著升高,这是末次盛冰期结束后气温回升山地冰雪融水增多所导致的;但是,在13.5-13.1 ka BP和12.2-11.8 ka BP,湖水位明显下降,这大致对应着两次仙女木事件时的冷干气候;在11.8-6.8 ka BP湖泊水位再次升高,并于7.6-6.8 ka BP达到最高,这是进入全新世后东亚夏季风增强带来的较多降水所造成的。

内蒙古高原东南近百年来重金属污染演化的湖泊沉积记录对比研究

开展离污染源不同距离的沉积记录对比研究,对揭示区域污染来源及演化具有重要意义。本研究通过对比内蒙古高原东南的达里湖和库伦淖的沉积记录,探讨了该地区近百年来大气重金属的主要来源与演化历史。结果表明:1)两湖在2005年前的重金属污染变化基本一致,很好地反映了区域的大气污染演化过程;2005年后,由于库伦淖受当地污染影响,两湖人为重金属变化出现差异。2)结合两湖沉积记录对比研究及后向轨迹分析,发现该地区大气重金属主要受南部京津冀大气污染影响。3)早在19世纪末,该地区就出现了轻微的大气重金属污染,在三四十年代污染亦有轻微上升;建国后大气重金属在五十年代到达了一个阶段性峰值;随着六七十年代工业发展放缓,大气污染有所减轻;改革开放后,该地区的大气重金属快速升高,是近一百多年来增幅最大的阶段;进入21世纪后由于含铅汽油的淘汰,该地区大气中的Pb停止了增长,但Zn和Cd仍波动上升。

青海湖布哈河流域表土DNA浓度的空间分布及影响因素

沉积物DNA因可提供地理环境中带有时间刻度的生物动态信息,被广泛应用于气候变化、生态功能及环境考古等方面的研究。但对该指标在流域范围内的地表过程及影响因素仍缺乏全面了解,限制了沉积物DNA数据分析的准确性与合理性。本文以适宜DNA保存的青海湖西北部布哈河流域表土为载体,通过提取表土DNA浓度并测定粒度、元素、烧失量和TOC等土壤理化特征,结合气候、植被覆盖、土地利用等环境要素,耦合分析该流域表土DNA浓度空间分布的非生物影响因素。结果表明:(1)布哈河流域表土DNA平均浓度为0.91μg/g,干流中游及支流吉尔孟河区域的DNA浓度最高,而靠近湖区的布哈河下游段则含量较低;(2)该流域表土DNA浓度与其自身的黏粒和有机质含量呈正相关,而与砂含量和风化淋溶强度呈负相关;(3)高植被覆盖和频繁的放牧活动有助于DNA在土壤中的富集,而暖湿环境下较强的风化淋溶、河流搬运、农耕活动则会降低土壤DNA浓度。上述结果为理解布哈河流域沉积物DNA的埋藏过程及影响因素提供了科学依据,也为未来重建青海湖西侧沉积物DNA组成及区域生态环境、人地关系演变奠定了基础。