京津冀接壤区土壤表土层中碳酸钙的分布规律

通过对京津冀接壤区表层土壤进行网格化调查与采样,采用气量法测定样品碳酸钙含量,运用GIS软件进行Kriging插值,分析区域表土层中碳酸钙含量的空间分布特征,在与区域地貌类型、年均降水量、土壤类型进行空间叠加分析的基础上,揭示碳酸钙含量的分布规律及其成因。结果表明：研究区绝大部分表土层中碳酸钙含量在10-110 g/kg,其与气候相似的北美中东部区域土壤中碳酸钙含量相比明显偏高,将对土壤重金属产生一定的抑制作用;部分山地棕壤及淋溶褐土表土层中由于大气干沉降也存有极少量的碳酸钙。碳酸钙分布规律为：东南角子牙新河冲积平原上发育的滨海盐土、西北部怀来盆地及其山麓的石灰岩或风积黄土母质上发育的碳酸盐褐土和潮褐土中碳酸钙含量最多,北部燕山南麓区普通褐土和淋溶褐土、东南部永定河冲积平原上发育的潮土中碳酸钙含量次之,中部潮白河沉积平原上发育的潮土、西部太行山和东北部燕山中上部发育的山地棕壤和山地草甸土中碳酸钙含量最少。在3个相关因素中,地貌是控制表土层碳酸钙含量的主要因素。

北京城郊污灌土壤-小麦(Triticum aestivum)体系重金属潜在健康风险评价

为探讨城郊污灌土壤-小麦体系中重金属Cu、Cd、Cr、Pb和Zn的迁移富集特征及潜在健康风险,选取北京城郊污灌区24块代表性小麦(Triticumaestivum)样地,运用高分辨电感耦合等离子体质谱仪(HR-ICP-MS)测定了土壤及小麦籽粒中消解态Cu、Cd、Cr、Pb和Zn含量。结果表明,污灌土壤中Cu、Cd、Cr、Pb和Zn的均值含量分别为26.51、0.24、101.29、28.04mg.kg-1和85.59mg.kg-1,高于北京土壤元素背景值,已出现积累现象;小麦籽粒中5种重金属含量顺序为Zn(52.38mg.kg-1)>Cu(6.09mg.kg-1)>C(r4.62mg.kg-1)>Pb(0.17mg.kg-1)>Cd(0.04mg.kg-1),其中Cr、Zn含量超出国家标准限值,食品安全需引起关注。在以污灌区小麦粉为主要食源条件下,健康风险评价显示:北京城郊污灌区单一重金属风险系数(HQ)尚未达到显著水平,但是郊区成人和儿童的5种重金属综合健康风险均大于1,4种不同人群的风险系数(HQ)和风险指数(HI)有相同的影响顺序,即郊区儿童>郊区成人>城区儿童>城区成人;5种重金属中,Cr所占风险比例最小,由Cu和Zn所引起的健康风险所占比例最高。表明对北京城郊污灌区小麦籽粒主要消费区域和流通渠道以及由此引发的居民(尤其郊区儿童和成人)重金属健康风险需要予以关注,预防食品安全危害的发生。

通过种植陆地棉修复土壤中重金属污染的实验研究

对华北平原腹地北侧的廊坊市境内土壤一陆地棉（G．hirsutum L．）系统调查、采样和分析结果发现：陆地棉能有效地将土壤耕作层中IB族重金属元素（Cu、Ag和Au）吸附并富集于其植株之中，即陆地棉根系、茎杆、果壳、籽粒和纤维对土壤耕作层中Cu的生物吸收系数A在1．53～6．57之间，对Ag的生物吸收系数在2．005～19．834之间，对Au的生物吸收系数在0．882～2．672之间；通过种植陆地棉萃取土壤中IB族元素，解决了当前土壤重金属污染的植物修复技术所面临的生物量少、难以商业化和大面积推广、易使土壤中重金属重新进入区域生态系统食物链等问题，从而形成了具有经济、社会和环境效益的土壤重金属污染修复的实用技术；总结得出了土壤重金属污染修复的一些原则和机制．

北京市郊污灌区镉、铜在小麦中的富集特征

为探讨污灌农田重金属Cd、Cu在小麦中的迁移富集特征及对人类健康的安全性影响,选取北京城郊污灌区17块代表性小麦(Trilicum aestivum)样地,运用BCR顺序提取法和高分辨电感耦合等离子体质谱仪(HR-ICP-MS)测定了土壤中Cd、Cu不同化学形态质量比和土壤及小麦根、茎、颖壳、籽粒中消解态全量。结果表明,污灌土壤中Cd、Cu质量比均值分别为0.25mg·kg^(-1)和26.67 ng·kg^(-1),高于北京土壤元素背景值,已出现积累现象。小麦植株各组织中Cd质量比从大到小为:根(210.09μg·kg^(-1))、茎(100.19μgμg·kg^(-1))、颖壳(60.71μg·kg^(-1))、籽粒(38.33μg·kg^(-1))。植株地上部分Cd质量比的加权平均值为52.62μg·kg^(-1)。Cu质量比从大到小为:根(9.47 mg·κg^(-1))、籽粒(6.03 mg·kg^(-1))、茎(3.53 mg·kg^(-1))、颖壳(2.94 mg·kg^(-1))。植株地上部分Cu质量比的加权平均值为5.30 ng·kg^(-1)。Cd、Cu富集系数(BCF)分别为0.38和0.27,转移系数(TI)分别为0.25和0.69。土壤中Cd酸提取态(生物有效态)比例和风险评价(RAC)值显著高于Cu。小麦Cd和Cu的有效性系数(BEC)均值分别为0.18和0.28,表明Cu向地上部分转移能力强于Cd,Cu容易被小麦籽粒吸收;小麦籽粒中Cd、Cu最大质量比分别为0.125 mg·kg^(-1)和15.48 mg·kg^(-1),高于食品中污染物限量标准值25%和50%,应对食品安全给予更多关注。从保证粮食安全性角度出发,建议选择种植有效性系数较低的作物品种(如玉米、豆类),以减少重金属向食物链的迁移。

农村生态系统健康的基本内涵及评价体系探索

生态系统健康是研究人类活动、社会经济组织、自然系统和人类健康的综合性学科,是人类社会可持续发展的保证,国内外对不同类型的生态系统健康进行了大量研究,指出生态系统健康是在时间上具有维持其组织结构、自我调节和对胁迫受损的恢复能力,实现生态系统的稳定性和可持续性。农村生态系统是一类自然-人工复合生态系统,在综合分析农业生态系统健康和城市生态系统健康概念的基础上,提出农村生态系统是指在不同区域范围的农村地域内,不同类型生态系统间的相互能量关系,以及农村人群和周围环境的相互影响与相互作用的总和。农村生态系统健康是指农村生态系统能够实现农村环境健康目标、生态系统活力目标、农业生产与乡镇企业发展目标,并具有一定的自我调节和对胁迫受损的恢复能力。通过分析已有生态系统健康评价所采用的指标体系,结合农村生态系统的特性,研究构建了由环境健康目标、生态系统活力目标和功能目标组成的农村生态系统健康评价的框架体系,以期明确农村生态系统健康的内涵,为开展评价研究建立初步基础。

污灌区土壤-棉花系统中铊的分布特征

通过对位于华北平原北部,河北省与天津市接壤处的污灌区土壤-棉花(Gossypium spp.)系统进行实地调查,分样区采集耕作层土壤样品、土壤剖面样品和棉花全植株样品,运用Element2型高分辨电感耦合等离子体质谱仪测定土壤样品中Tl的质量分数和形态,以及棉花不同组织中Tl的质量分数,结果显示:在土壤剖面中,Tl质量分数依次为表土层(0～20cm)>心土层(20～40cm)>底土层(40～60cm),表明污水灌溉使Tl在表土层有所累积;在表土层中,Tl的质量分数在0.257～0.420mg·kg-1之间,与研究区Tl背景值(0.330mg·kg-1)相比,个别样点有明显增高的趋势,Tl的形态特征为残余态>有机结合态>碳酸盐结合态>交换态≥水溶态>铁锰结合态,较高的有机结合态表明长期污灌导致表土层中有机质含量增加,使得Tl易于在表土层积累;在棉花植株各组织中,Tl的质量分数在3.5～78.6μg·kg-1之间,其分布规律为根系>果壳>茎杆>籽粒>纤维。研究表明,Tl主要分布于污灌区土壤-棉花系统中的表土层、棉花根系、茎杆和果壳等生态分室中;棉花植株对Tl的平均吸收系数为2.477,其中棉花根系对土壤中Tl的平均吸收系数达6.186,因此,棉花对重金属的输出作用减缓了土壤中Tl的积累速度,可以有效降低Tl对土壤污染的风险。

基于生物监测法的北京空气质量空间分布特征

基于生物监测法,以北京城区为研究区域,采集了不同功能区和交通水平下的20个采样点的油松松针,采用ICP-AES测定了松针中的w(Pb)、w(Cd)、w(Cu)、w(Zn)、w(S)和w(Ca),对北京城区空气质量空间分布特征及潜在生态风险进行了分析.结果表明:较高的w(Pb)主要分布在北京西南部的工业区和人口密集居住区;位于老城的交通繁忙区和人口密集居住区及西南部工业区的w(Cu)均较高;较高的w(S)主要出现在北京城西南及东南部的工业区.因子分析表明:污染物Pb、Zn、Cd和S主要来源于混合污染源(如工业排放、家用炉灶和汽车尾气);Cu主要由人为活动过程(如金属加工)释放.总的说来,松针中w(Pb)与w(S)高于植物生长的正常范围,对植物生长和人类健康构成了潜在威胁,而Cd、Cu和Zn的污染未呈现潜在生态风险.

种植陆地棉原位净化污灌区土壤中镉的可行性

为探讨非食源性作物陆地棉应用于土壤中镉原位净化的可行性,选取华北地区城郊污灌区6块代表性陆地棉样地,运用高分辨电感耦合等离子体质谱仪(HR-ICP-MS),测定了土壤及陆地棉根系、秸秆、果壳、纤维、籽粒中消解态全镉含量.结果显示:污灌土壤中w(Cd)平均值为247.26μg/kg,已出现积累现象;陆地棉植株各组织中w(Cd)为果壳(199.1μg/kg)>秸秆(171.8μg/kg)>根系(122.9μg/kg)>籽粒(107.8μg/kg)>纤维(44.8μg/kg);陆地棉植株地上部分w(Cd)的加权平均值为150.2μg/kg,其富集系数(BCF)为0.612,转移系数(TI)为1.22;按陆地棉生物量(干质量)为36 000 kg/hm2计算,种植一季陆地棉可使土壤耕作层中w(Cd)降低2.02μg/kg,降低了0.82%.陆地棉属非食源性经济作物,其地域适应性广,对土壤镉的耐性较强,在污灌区土壤镉的原位净化中具有潜在应用前景.

运用^(137)Cs示踪技术重建近30年滦河源区土壤风蚀变化过程

在持续调查与观测滦河源区土壤风蚀特征的基础上,对采集于滦河源区风积土剖面中土层样品的pH、有机碳质量分数、土壤颗粒组成进行了化验分析,运用ADCOM100超低本底γ谱仪测定了土壤样品137Cs的比活度,建立了研究区连续风积土壤剖面的时间序列,综合分析了不同时段风积层土壤的性状,运用土壤风蚀相对强度指数ISWE重建了滦河源区近30年来土壤风蚀变化过程.结果表明:20世纪70年代至80年代早期、80年代末期至90年代中后期均为研究区土壤风蚀较弱的时期;80年代中期、90年代末期至2002年均为土壤风蚀强化时期.并结合已有研究成果讨论了土壤风蚀变化与气候变化的相关性及其对京津地区大气环境的影响.

基于质量平衡的污灌土壤中Cu和Zn的原位净化研究

对京津冀交界处污灌土壤进行实地调查,分期采集小麦、玉米、棉花和向日葵等作物及土壤样品进行分析测试,研究发现:研究区耕作层土壤中Cu和Zn含量具有明显的积累现象;棉花植株中Cu和Zn平均含量分别为6.09 mg kg-1、24.26mg kg-1,小麦籽粒中Cu和Zn平均含量分别为5.63 mg kg-12、7.20 mg kg-1,玉米籽粒中Cu和Zn平均含量分别为1.88 mg kg-1、43.38 mg kg-1,向日葵籽粒中Cu和Zn平均含量分别为27.80 mg kg-1、87.18 mg kg-1。向日葵籽粒中Cu和Zn含量超过国家食品卫生限量标准,不宜作为净化重金属的作物;棉花对土壤中Cu和Zn的输出量分别为123.38 g hm-2 a-14、91.27 g hm-2 a-1,对Cu和Zn具有较好的萃取效果,且为非食源性作物,可作为污灌土壤中Cu和Zn原位净化的物种。