基于放射性核素的沉积物源识别技术探索与优化——以红树林-海草床-珊瑚礁系统为例

物质来源是沉积学研究的关键问题。沉积地球化学是沉积学的重要研究手段,放射性核素在沉积地球化学中的应用探索仍较为匮乏。本研究利用高纯锗γ谱仪同时测量红树林、海草床、珊瑚礁三大典型生态系统的沉积物中天然放射性核素(^(238)U、^(226)Ra、^(228)Ra、^(40)K),分析3种生态系统的沉积物中放射性核素分布特征,探索基于放射性核素的一维视角下活度特征、二维视角下核素对与活度比值、三维视角下三角图解的指纹表征技术,识别沉积物中不同物质的来源,并尝试推广至中国不同海域。本研究强调三维指纹表征技术—基于核素活度的^(238)U-^(232)Th(^(228)Ra)-^(40)K/10三角图解可以综合展示3种放射性核素的活度大小、组成比例、空间分布等信息,指出^(238)U-^(232)Th(^(228)Ra)-^(40)K/10三角图解可能是沉积物中物源识别的一种优化方法,可为沉积地球化学研究中的现有代用指标工具库提供有益补充。

广西钦州湾海域游泳动物群落种类组成及多样性研究

根据2015—2016年连续两年对钦州湾进行的拖网调查资料,对钦州湾游泳动物群落的多样性现状进行了初步分析。结果表明,2015、2016年游泳动物调查渔获物种类均为55种;两年共同渔获物优势种(IRI≥200)有5种,分别是钝齿蟳(Charybdis hellerii)、近缘新对虾(Metapenaeus affinis)、周氏新对虾(Metapenaeus joyneri)、亨氏仿对虾(Parapenaeopsis hungerfordi)和口虾蛄(Oratosquilla oratoria),优势种类个体呈现小型化和低龄化趋势,渔获物种类和现存资源较历史数据有衰减的趋势;Shannon-Wiener指数(H′)、丰富度指数(D)和均匀度指数(J′)变化不显著,但站位间差异明显;2016年较2015年调查游泳生物的生物量和资源密度有所回升,但多样性水平均低于北部湾及南海北部大陆架浅海海域的多样性水平。

北部湾沉积物中放射性核素的分布特征与控制因素

北部湾是我国大西南地区重要的海上通道,也是我国重要的渔场之一。本研究利用高纯锗γ谱仪系统分析北部湾表层和柱状沉积物中4种最主要的天然放射性核素(^238U、^226Ra、^228Ra、^40K)含量和分布特征。结果显示,北部湾沉积物中放射性核素含量低于我国大部分海域的结果,高于珊瑚礁区的极低放射性水平的结果。北部湾沉积物中4种核素都存在"蝴蝶"状空间分布特征,该特征主要源于沉积物粒径的非线性调控,且与沉积物总有机碳浓度存在正相关。此外,利用Mn和210Pb所指示的氧化还原状态和物理/生物扰动过程也可以对柱状沉积物中氧化还原敏感型核素(比如,^238U)分布产生一定的影响。本文从^232Th/^238U、^40K/^238U、^226Ra/^238U活度比值角度,发现北部湾沉积物具有典型的陆源沉积物特征,且显著不同于南海珊瑚礁区中生源沉积物特征。本研究有利于掌握滨海核电发展背景下的北部湾海洋环境中放射性核素水平,揭示核素的"蝴蝶"状分布特征和控制因素,探索基于放射性核素的地球化学新指标在海洋沉积过程中的应用。

南海现代珊瑚骨骼中放射性核素特征指纹

利用地表实验室高纯锗γ谱仪、中国锦屏极深地下实验室高纯锗γ谱仪、低本底β计数器系统测定我国南海1500km空间跨度上10个不同站位、5种不同种类和形状的现代珊瑚骨骼中6种最主要的天然放射性核素(238U、226Ra、228Ra、40K)和人工放射性核素(137Cs和90Sr)的含量,获得现代珊瑚骨骼中放射性核素平均活度排序为238U(29.94Bq/kg)>40K(11.72Bq/kg)>228Ra(6.37Bq/kg)>226Ra(3.16Bq/kg)>90Sr(1.21Bq/kg)>137Cs(<0.06Bq/kg).除了岸礁的珊瑚骨骼中228Ra活度高于环礁的珊瑚骨骼中228Ra活度的现象外,不同种类、不同离岸距离的珊瑚骨骼之间的同种放射性核素活度没有显著差异.本研究进一步对比珊瑚骨骼、珊瑚礁区沉积物、非珊瑚礁区的海洋沉积物、全球土壤的放射性核素活度含量,阐明珊瑚礁区是地表罕见的极低放射性水平区域,并指出现代珊瑚骨骼具有极低的226Ra/238U活度比值(~0.1)和极高的90Sr/137Cs活度比值(1000)的指纹特征.

防城河口湾潮间带大型底栖动物群落结构研究

文章根据2016年5月、8月、11月和2017年2月的调查数据,研究自然和人为因素对广西防城河口湾潮间带大型底栖动物群落结构的影响。结果表明:4个季度共采集到潮间带大型底栖动物10门252种,以软体动物门、节肢动物门和环节动物门为主。调查区域的优势种包括珠带拟蟹守螺Cerithidea cingulata、菲律宾蛤仔Ruditapes philippinarum、长腕和尚蟹Mictyris longicarpus、纵带滩栖螺Batillaria zonalis、青蛤Cyclina sinensis、南海鸭嘴蛤Laternula nanhaiensis、文蛤Meretrix meretrix和红树蚬Gelolna coaxans等8种,年均密度和生物量分别为203个?m?2和276.58g?m?2,其中软体动物占69.58%和83.73%。盐度和底质类型因素是影响群落密度、生物量和群落指数的主要环境因子,季节和潮带因素影响较小。其中盐度对密度和生物量的影响大于底质类型,但底质类型对种类多样性指数、丰富度指数、均匀度指数和物种丰度等群落指数的影响大于盐度。聚类分析和多维尺度分析可以将群落划分为3个类型,基本对应于盐度和底质类型影响。从多样性水平判断防城河口湾潮间带总体上处于中度扰动之中,盐度、底质类型和人为干扰等因素综合影响了该湾潮间带动物群落的空间分布格局。

广西珍珠湾红树种群结构与动态特征

本研究以种群生命表为基础,对位于广西珍珠湾内的桐花树(Aegiceras corniculatum)种群、白骨壤(Avicennia marina)种群、秋茄(Kandelia obovata)种群和木榄(Bruguiera gymnorrhiza)种群采用径级法及匀滑技术,编制种群特定时间生命表,绘制种群存活曲线、死亡率和消失率曲线,进行种群数量动态变化和时间序列分析。结果表明:①白骨壤种群、秋茄种群和木榄种群年龄结构呈倒“J”形,种群趋于Deevey-II型,即增长型,主要集中在I龄级,存活曲线、死亡率和消失率曲线均呈现出更新层死亡率较高的特征;②桐花树种群年龄结构呈“金字塔”形,属于Deevey-I型,为衰退型,更新层个体数量少,种群总体不具备显著增长性幅度;③4种红树种群的数量变化动态指数V_(pi)和V′_(pi)均大于0.00%,种群稳定但易受外部环境影响;④在未来2、4、6、8个龄级时间后,4种红树种群中老龄级个体能够得到不同程度的补充。

南海岛礁工程中建筑材料的天然放射性核素含量及辐射水平评价

本研究利用高纯锗γ谱仪测量南海15个不同岛礁最主要的建筑材料---珊瑚砂和珊瑚骨骼碎屑中的放射性水平。结果表明,珊瑚砂中238U、226Ra、228Ra、40K的平均比活度分别为24.8 Bq/kg、2.38 Bq/kg、2.10 Bq/kg、11.6 Bq/kg;珊瑚骨骼碎屑中238U、226Ra、228Ra、40K的平均比活度分别为28.7 Bq/kg、3.47 Bq/kg、12.6 Bq/kg、10.9 Bq/kg;南海岛礁珊瑚砂和珊瑚骨骼碎屑的放射性水平仅为国际推荐限值的1%~10%。通过对比国内外多种建筑材料的放射性水平,南海岛礁珊瑚砂和珊瑚骨骼碎屑拥有很低的放射性水平。珊瑚砂和珊瑚骨骼碎屑作为低放射性水平的建筑材料,可能可以应用于低本底实验室的建设,也可以作为高放射性建筑材料(煤灰渣、矿渣)生产过程中的添加剂(稀释剂),有效降低建筑材料的放射性水平。

北部湾涠洲岛海域沉积物中物质来源解析——来自元素、稳定同位素、放射性核素的证据

沉积物的物质来源问题是海洋沉积学所关注的关键问题。以北部湾涠洲岛海域的沉积柱样为例,在过剩^(210)Pb法构建良好的年代框架基础上,利用元素、稳定同位素、放射性核素多种方法,解析沉积物中有机物和无机物的来源问题。结果显示:基于δ^(13)C指标获得的沉积物中海源和陆源有机物的平均贡献比例分别为95.0%和5.0%;基于Al、Cu、^(40)K、^(226)Ra多种代用指标的端元混合模型计算沉积物中生物成因和碎屑成因的无机物平均贡献比例分别为64.1%和35.9%;而沉积物中Pb分布无法满足端元混合模型的结果,说明存在人类活动的可能影响。进一步构建沉积柱样中基于δ^(13)C的陆源有机物和基于^(40)K的生源无机物的贡献比例的年代变化趋势,发现该变化趋势与人类活动和气候变化(厄尔尼诺现象)密切相关。总之,利用元素、稳定同位素、放射性核素多种方法综合解析沉积物中物质来源问题,尝试探索多种物源识别的代用指标,为北部湾涠洲岛海域的生态环境管理提供一定的科学依据。

广西北部湾经济区海岸滩涂开发利用和管理

近年,广西北部湾经济区海岸线和滩涂资源被大规模开发利用,在产生社会经济效益的同时也带来了海洋生态环境的负面影响,并对海岸滩涂的开发管理提出了新的要求.文章在总结广西北部湾经济区海岸滩涂资源开发利用现状的基础上,分析了广西海岸滩涂管理的现状、存在的问题,提出了相应的对策建议,为海洋管理部门提供政策决策参考.

滨海盐沼生态修复工程效果评价——以广西竹山为例

采用德尔菲专家法和层次分析法,建立综合评价模型和工程效果评价等级,筛选生态状况、环境压力、工程管理和社会影响4个方面的指标建立评价指标体系,对广西北仑河口国家级自然保护区竹山片区滩涂开展的盐沼修复工程效果进行评价.评价结果表明:竹山盐沼修复工程效果理想,评价体系中各项指标对修复效果起到的作用重要程度不同.该评价结果可为竹山盐沼修复工程效果评价的进一步完善提供依据,为今后建立相关修复工程评价体系提供建议.

滨海植被生态修复工程效果评价研究——以广西石角为例

从生态状况、环境压力、工程管理和社会影响4个方面分析、筛选滨海植被生态修复工程的评价指标,建立评价指标体系。评价结果表明,滨海植被生态修复工程效果非常理想。该评价结果可为滨海植被生态修复工程效果评价的进一步完善提供依据,为今后建立相关修复工程评价体系提供建议。

人工放射性核素在珊瑚岛礁系统中的富集与评估

珊瑚礁生态系统拥有较高的生物多样性,为人类提供了丰富的生物资源及生态服务功能与价值。我国多处滨海核电站周边存在造礁珊瑚,而南海珊瑚岛礁也是未来海上漂浮核电站重要的潜在应用场景。基于在珊瑚礁中^(14)C、^(90)Sr和^(137)Cs的已有研究,分析了珊瑚礁中关键人工放射性核素的研究动态,提出了基于核素在珊瑚骨骼与海水分配系数的分类原则,探索了低度(^(137)Cs)、中度(^(129)I)和高度(^(14)C>^(239+240)Pu>^(90)Sr,^(236)U)富集的三大类核素在珊瑚骨骼中的富集规律,利用欧盟的ERICA模型开展上述人工放射性核素和天然放射性核素^(210)Po对珊瑚虫的辐射剂量评估,定量计算不同核素对珊瑚虫的剂量率排序依次为^(14)C>^(90)Sr>^(137)Cs>^(239+240)Pu>^(236)U>^(129)I,发现珊瑚虫中人工放射性核素造成的总剂量率(4.73×10^(-4)μGy/h)显著低于天然放射性核素^(210)Po产生的剂量率(6.60μGy/h)和无影响的筛选基准水平(10μGy/h),说明人工放射性核素不会对珊瑚虫种群产生显著的电离辐射危害。系统探讨了人工放射性核素在海水和珊瑚骨骼中的活度水平、分配系数和剂量率,定量揭示了珊瑚岛礁系统中人工放射性核素的富集特征,可为滨海核电对周边造礁珊瑚的影响评估和未来海上漂浮型核电站在南海珊瑚岛礁应用场景下的珊瑚礁生态安全和岛礁居民辐射环境安全评估提供一定的技术支撑。

广西防城港核电周边红树林沉积物中放射性核素是否存在富集现象?

放射性核素作为一类被广泛关注的危险物质,红树林典型生态系统中放射性核素研究极少。本研究利用高纯锗γ谱仪探索广西防城港核电站周边10处不同地点的红树林表层及沉积物柱样中天然放射性核素含量及分布特征。结果表明,红树林区表层沉积物中238U、226Ra、228Ra、40K活度范围分别为6.2~70.7 Bq/kg、7.3~55.3 Bq/kg、10.0~94.1 Bq/kg、26.5~479 Bq/kg,对应均值为(27.8±19.8) Bq/kg、(21.2±13.9) Bq/kg、(35.8±24.8) Bq/kg、(177±131)Bq/kg;不同深度的沉积物柱样中238U、226Ra、228Ra、40K活度与表层沉积物的结果接近,4种核素在垂向上的含量均无显著增加或者减少的变化趋势。广西防城港核电周边红树林沉积物中放射性水平低于广西、全国、全球的土壤和我国大部分海域的放射性水平,仅高于南海珊瑚礁区极低的放射性水平。此外,红树林沉积物中226Ra/238U活度比值与我国其他海区沉积物的结果一致,范围在0.5~1.0,但是显著高于珊瑚礁区的226Ra/238U活度比值(226Ra/238U<0.1),说明地质成因的红树林沉积物(和其它海区沉积物)与生物成因的珊瑚礁沉积物存在显著不同的物质来源机制。总之,本研究结果表明广西红树林系统中天然放射性核素不存在富集现象。