环境核素在污染物沉积断代与成因研究中的应用

土壤环境正在遭受着来自工业、农业等各种人为活动引起的污染,大量有机和无机污染物对环境和人类健康形成了危害。研究污染物的成因与沉积断代是进行污染调控与对污染土壤进行修复的重要依据。本文着重介绍了几种环境核素(7Be1、37Cs2、10Pb1、3C和14C)在污染物沉积断代与成因研究中的应用进展,并对其应用前景作了展望,以期该方法在今后对土壤环境污染风险评价和调控治理研究中发挥重要作用。

标准物质对HPGe γ谱仪测定环境放射性核素^(210)Pb和^(137)Cs的影响

为评价不同标准物质效率刻度对环境放射性核素测定准确性的影响,应用具有无源效率刻度(LabSOCS)功能的高纯锗(HPGe)γ谱仪,比较用褐土、黄壤、黄土和紫色土4种土类与供测试土壤栗钙土作为标准物质进行效率刻度获得的210Pb和137Cs比活度之间的差异。选用的5种土类为标准物质对测试土壤中210Pb测定的准确性有显著影响,这是由于标准物质中能够显著影响210Pb测定结果的一组元素Si、Fe和Na,尤其是Fe含量相对于测试土壤存在很大差异(相对差异在94%～166%之间)。不同标准物质对土壤中137Cs测定准确性的影响较小,这是由于不同标准物质中与137Cs比活度显著偏相关(P<0.01)的O和Na含量差异较小(小于10%)。结果表明:标准物质对137Cs测定影响不大,选择与测定样品的化学元素相近的标准物质进行效率刻度,可以提高环境样品中210Pb测定的准确性。

应用环境放射性核素示踪技术研究农业立体污染的构思

如何进行有效的监测与防治农业立体污染,已经成为研究我国食品安全与人类生存环境的重大科学问题之一。本文从论述137Cs2、10Pbex7、Be的来源和示踪原理入手,提出了应用环境放射性核素示踪技术研究农业立体污染的新构思,主要包括:查明农业景观系统中污染物质的本底值,辨析污染物来源和传输路径,评价不同农艺措施和土地利用防治农业立体污染的有效性,建立基于环境核素示踪的农业立体污染分布式预测模型。

N型与井型HPGe探测器对核素^(137)Cs测量的比对分析

利用N型和井型HPGe探测器以及中国原子能科学研究院提供的标准体源,分析了N型探测器和井型探测器井内与井上两种测量方式的重复性、稳定性和准确性之间的差异。结果表明,在达到同样的全能峰计数时,井型探测器井内测量时所需的时间是N型探测器的6倍,井上测量的2.5倍。N型探测器和井型探测器井内与井上测量的重复性标准差为0.07、0.22和0.08 Bq/kg,探测效率年稳定性为2.74%、2.36%和3.07%,准确性的相对偏差为3.47%、6.57%和3.43%。井内测量时,由于样品质量过低引起的随机误差较大,因此建议在样品质量能够满足的情况下,选择N型探测器或井型探测器井上测量,可同时保证测量准确性和时间的需求。

同位素示踪农业应用的研究热点

为深入了解同位素示踪技术的特点和优势,重点总结了近年来在农业科学相关领域的一些应用研究热点。15N、32P示踪为揭示作物营养元素有效转化机理,创建养分高效利用技术模式提供重要支持。13C、15N示踪在土壤有机碳循环、温室气体减排研究中,凸显了独特优势。14C示踪为我国自主创制的新农用化学物质生态环境影响评价,提供重要技术支撑。稳定性同位素比率、δ^13C等同位素指纹技术,为明确农田污染物的环境行为、解析污染源,提供了重要手段;为国家名特优农产品原产地溯源,提供原创的技术性思路。109Cd、65Zn示踪为揭示土壤重金属镉、锌污染环境行为,提供不可或缺的技术支持。环境核素7Be、137Cs示踪在生态系统稳定性研究方面,发挥了不可替代的作用。

拉格朗日法模拟华东核电厂^(137)Cs大气扩散特征影响因子

用拉格朗日法模拟了不同因子对核电厂^(137)Cs大气扩散特征的影响。对华东核电厂在建筑物影响、粒子释放率和释放高度不同参数设置情景下^(137)Cs大气扩散时空分布特征进行模拟。结果表明:考虑建筑物时核电厂80 km范围核素浓度是不考虑建筑物情景的1.0倍。释放高度为65 m时,^(137)Cs浓度是80 m处的1.2倍。粒子释放率对放射性核素浓度的影响甚微。在研究区域尺度核素大气扩散特征时,应重点关注建筑物和释放高度的影响。

利用^(210)Pb、^(137)Cs和^(241)Am计年法测算云南抚仙湖现代沉积速率

通过对云南抚仙湖沉积物柱芯样品的^(210)Pb、^(137)Cs和^(241)Am测试表明,柱芯剖面上有明显的1963年和1986年^(137)Cs蓄积峰,验证了1975年次级蓄积峰存在的可能性,这些峰形完好的蓄积峰对抚仙湖的现代沉积环境有明显的时标意义。利用^(137)Cs计年法得到抚仙湖沉积物自1963年、1975年及1986年以来到2007年的平均沉积速率分别为0.063g/(cm^2·a)、0.052g/(cm^2·a)和0.039g/(cm^2·a),说明了过去近五十年抚仙湖沉积速率整体上经历了一个由快到慢的过程。借助于^(241)Am的1963年蓄积峰可以提高^(137)Cs计年的准确性。根据^(210)Pb CRS计年模式,计算出每个样品深度所对应的年代,与^(137)Cs计年法比较存在一定的偏差,分析了两种计年方法存在差异性的原因。通过质量深度和年代分析,抚仙湖的沉积速率变化幅度比较大,表明抚仙湖近129年来的沉积环境不稳定,可能与相应历史时期的人类活动有密切的关系。

基于FRN技术的我国不同地区典型土壤保持措施的有效性评价

选择中国西南-东北样带4个典型土壤侵蚀区,包括位于长江上游的西昌,黄土高原延安,北方风蚀区的丰宁和东北黑土区的拜泉,应用环境放射性核素(FRN)技术研究了不同土壤保持措施在减少土壤侵蚀、改善土壤质量方面的作用。在西昌,137Cs和210Pbex的测定结果表明,不同植被覆盖结构减少土壤侵蚀的作用为:灌木>有地被物的乔木>草类>无地被物的乔木;在延安,利用137Cs示踪技术对坡地景观的产沙量估算结果表明,梯田和林草地相对于坡耕地产沙量分别减少了49%和80%,林草地的土壤有机质、碱解氮和速效磷含量相对于坡耕地分别增加了255%、198%和18%,梯田土壤有机质、碱解氮和速效磷含量分别增加了121%、103%和162%,而土壤容重分别降低了1.6%和6.4%;在丰宁,对7Be的测定结果表明,与传统耕作方式相比,4年免耕+作物高留茬(50～56cm)和免耕+作物低留茬(25cm)分别使土壤侵蚀速率下降44%和33%;在拜泉,通过137Cs测定结果发现,坡改梯使土壤流侵蚀降低14%,等高耕作使土壤侵蚀量减少了34%。研究结果说明,灌木林覆盖、林草复合结构是控制西南侵蚀山地土壤侵蚀的优选生物配置措施,梯田和林草复合结构在控制黄土高原土壤侵蚀和改善土壤质量方面有重要作用,免耕+高留茬措施是我国北方风蚀区防治土壤侵蚀退化的有效措施,等高耕作应当成为防治东北黑土区土壤侵蚀的关键措施。

1985-2016年南漪湖湖泊面积变化对沉积速率及泥沙输移通量的影响

通过测试南漪湖2008年、2014年和2015年沉积物柱芯中的环境放射性核素^(210)Pb_(ex)和^(137)Cs,辅以相互印证的^(210)Pb CRS计年模式和^(137)Cs定年时标方法,定量估算了南漪湖过去百余年间的沉积速率变化;基于遥感目视解译方法获得了南漪湖1985—2016年湖泊面积时空变化,结合构建的湖泊泥沙输移模型,定量估算了南漪湖出湖河流的年均泥沙输移量;基于此,进一步分析了湖泊沉积速率和泥沙输移通量与湖泊面积变化之间的相关关系。结果表明:南漪湖同一湖区不同年份沉积物柱芯剖面中^(210)Pb_(ex)和^(137)Cs比活度分布特征相近,^(210)Pb_(ex)比活度遵循随深度增加而减小的趋势,^(137)Cs则在24和16 cm左右分别记录了1954年首次沉降和1963年最大沉降蓄积峰值;南漪湖沉积速率整体呈现波动变化趋势,在20世纪50年代前后沉积速率出现极大值,随后至采样年份该沉积速率呈缓慢上升趋势,这种变化可能与不同历史时期的自然因素和人类活动密切相关;过去31年间,南漪湖湖泊面积整体上呈缩小趋势,减少了57.37 km^(2),主要集中于西北、东北和东南部等区域,湖泊周边过度围垦是影响湖泊面积变化的主导性因素;南漪湖出湖河流的年均泥沙输移量约为1904.60 t/a,湖泊沉积速率和泥沙输移通量受湖泊面积变化影响较大,随着湖泊面积的增加,湖泊沉积速率和泥沙输移通量分别呈指数降低和线性增加的趋势。

检测4.2K低温金属环境下^(210)Po-α衰变半衰期变化的实验方法

针对当前超低温金属环境下放射性核素α衰变半衰期变化实验研究存在的问题,建立了一种测量金属Bi环境下核素210Po-α衰变半衰期的新方法:创建放射性核素210Po处于4.2 K液氦、完全金属环境和金属氧化物环境。放射性衰变计数α谱学方法测量不同环境中的210Po的半衰期及其变化。初步实验表明,210Po在超低温(4.2 K)金属环境下α衰变的半衰期,与常温下半衰期相比有明显的减小,此实验结果与德拜模型预言半衰期将缩短的倾向基本一致。