槟榔黄化病防控的生态地球化学研究

槟榔黄化病是海南省槟榔树极易感染、蔓延迅速、极具毁灭性的头号病害,综合性的物理、化学和生态防控措施仍然难以控制其蔓延。生态地球化学研究以土壤-植株系统元素地球化学行为和生态效应为研究内容,可能赋予槟榔树自身内在的黄化病抑制能力,从而达到防控黄化病的目的。文章对万宁市槟榔园开展生态地球化学研究,分别配套采集了感染黄化病和未感染黄化病的槟榔树根系土、根系和叶片地球化学样品各30套,分析测试了Se、Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr、Ni、Fe、Mn、B、Mo、Cl、F、I、N、P、K、Ca、Mg、S、Co、Na、Si、Al等元素质量分数。以槟榔树是否感染黄化病为因变量进行二项逻辑回归统计,结果表明:不同介质样品的分类概率模型中,根系土的As元素,根系的As、N、Na元素,叶片的Zn、Hg、S元素回归系数为负数,表明槟榔树相应部位这些元素的质量分数越高,其感染黄化病的概率越低,联系到含砷农药和药物用于植物病虫害防控和人体疾病治疗的事实,意谓着提高根系土As等元素质量分数可能提升槟榔树对黄化病的预防和抑制能力,从而为槟榔黄化病防控提供了可能而又简单易行的生态地球化学新途径。但As作为毒害元素,是土壤环境质量和农产品食用安全的重要控制指标,因此,利用As元素防控槟榔黄化病,应开展针对槟榔树根系土和果实的系统性田间试验研究和评估,严防二次污染。

浅谈生态地球化学有机分析测试技术体系的构建

为更好地服务生态文明建设,结合河北省实际情况,测试中心在现行国家或其他检测标准的基础上,广泛吸收国内外相关先进理论、关键技术,形成了一套较完整的生态地球化学有机分析测试技术体系。体系包括:(1)挥发性有机物的分析测试技术体系;(2)半挥发性有机污染物的分析测试体系;(3)醛酮酚类等化合物的分析测试体系;(4)多种痕量有机污染物的快速、高灵敏分析测试技术体系。

生态地球化学:从调查实践到应用理论的系统工程

生态地球化学是以多目标区域地球化学调查为基础,以生态地球化学评价、生态地球化学评估、生态地球化学预警和生态地球化学修复为主体的系统工程。文章系统地介绍了我国近年来生态地球化学研究成果,对长江流域河流生态系统、山西农田生态系统,北京城市生态系统,鄱阳湖、洞庭湖、太湖等湖泊湿地生态系统的区域生态地球化学评价进展进行了归纳总结。文章从区域尺度上综述了土壤碳库,土壤元素基准值和土壤背景值,土壤污染等级划分等基础研究方面的进展。面向未来,指出了生态地球化学发展趋势,提出生态地球化学研究需要进一步延伸和发展的领域。

生态地球化学与生态地球化学评价

中国地质调查局近年来大力推进多目标区域地球化学调查工作,揭示了微观世界中大量未被发现和认识的现象,进行生态环境研究和评价是面临的主要问题。提出和探讨了关于生态地球化学及其评价问题,包括定义、研究思路、技术路线,以及全球的、区域的与局部的生态地球化学评价等。

多目标区域地球化学调查与生态地球化学——第四纪研究与应用的新方向

多目标区域地球化学调查是继区域化探全国扫面计划之后勘查地球化学的又一项重要进展。要点是以多目标区域地球化学调查为基础,进行生态地球化学评价、评估和预警。以第四纪地球化学巨量信息与生态环境研究相结合,吸纳与综合其他学科的思想、观点、方法和研究成果,进行多学科延伸和社会经济多领域应用,是第四纪研究与应用的新方向,使地学立于21世纪环境科学之林。

南开大学环境科学与工程学院/南开大学碳中和交叉科学中心 生态地球化学与环境修复团队

团队带头人 周启星,南开大学学术委员会委员,教授,博导,环境科学与工程学院学术委员会主任、院长(前任)。1998年入选中科院百人计划,2002年获国家杰出青年科学基金,2004年受聘教育部长江学者特聘教授,2016年获天津市首批杰出人才。国务院学科评议组成员,教育部科技委环境学部委员。曾先后任中科院陆地生态过程重点实验室主任、环境污染过程与基准教育部重点实验室主任(创建)。

交互模式-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定生态地球化学植物样品中7种金属元素

植物样品中各元素的含量,是评价土壤质量及健康的重要指标。为满足测定大批量生态地球化学植物样品中多金属元素分析要求,建立了交互模式-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定植物样品中7种痕量金属元素的定量分析方法。讨论了ICP-MS的STD、KED(He)、交互模式3种方法测定植物样品中7种金属元素结果。结果表明,利用工作曲线法配制Hg标准溶液,更改82Se在线校正方程系数为1.83,在ICP-MS的交互模式下测定植物样品中82Se、63Cu、60Ni、66Zn、111Cd、75As、202Hg可以得到准确可靠的结果,克服了植物样品中Se和Hg元素测定的难题。基于所建方法各元素校准曲线系数>0.999,方法检出限为0.000 4~0.08 mg/kg,加标回收率在96.2%~107%,测定GBW10010a(大米)、GBW10012(玉米)、GBW10021(豆角)3种标准物质,结果均在参考值范围内,相对标准偏差RSD<10%。方法前处理简单、灵敏度高、准确度高、分析速度快,适用于生态地球化学评价植物样品多金属元素同时测定。为地球化学调查工作中分析测试植物样品中金属多元素的快速测定提供了新思路。

2011-2020中国应用地球化学研究进展与展望之生态地球化学

生态地球化学在调查的基础上,以元素在不同生态系统中的循环为主线开展生态地球化学评价,通过输入输出通量调查和重访监测掌握元素循环的发展规律,从而对元素、化合物和其他地球化学参数的发展趋势进行预测预警,并提出开发或修复建议。近十年,该学科在实践应用的基础上进行理论框架和技术方法的不断拓展,不仅产生了大量技术标准、论文和专著等书面成果,还在污染控制、土地资源合理利用、特色农产品开发、土壤碳汇和抑制气候变化等方面产生了积极作用。在理论研究和应用实践需求的推动下在土壤碳库与全球变化、土壤重金属高背景产生机制、土地质量地球化学评价、土壤有益元素开发和土壤污染修复等方面不断产生分支研究方向。主要回顾和总结2011年以来,我国生态地球化学学科研究进展。

区域生态地球化学预警:问题与讨论

通过对美国BigMoose湖鱼类死亡和德国莱茵河流域Cd污染的生态地球化学预警例案分析 ,就中国将要开展的区域生态地球化学预警所面临的问题进行了讨论 ,指出中国正在进行的多目标地球化学填图项目 ,其实质是对整个生态系统进行地球化学填图。进行区域生态地球化学预警时 ,战略上应以跨生态系统的江河流域为重点 ,尤其对沿长江流域分布的镉异常 ,沿江各省应有全局观念 ,把长江流域作为一个整体 ,进行镉异常的生态地球化学预警研究 ;战术上 ,应在可持续发展的框架下 ,充分考虑大气生物水土等层圈各项预警指标的协调一致。生态地球化学预警研究是一个全新的研究方向 ,中国拥有全球独一无二的区域地球化学资料 ,开展区域生态地球化学预警研究 ,不但有可能使中国勘查地球化学在国际上继续占有重要地位 。

进入21世纪的勘查地球化学:对生态地球化学的展望

通过对国内外地球化学填图进展的简要回顾 ,认为生态地球化学是地球化学填图的必然产物。根据中国多目标地球化学调查项目的工作部署和研究需求 ,初步提出了生态地球化学研究的基本内容和任务 ,同时指出 。

农田生态系统区域生态地球化学评价的示范研究:以成都经济区土壤Cd为例

选择成都经济区作为典型研究区，以Cd为代表，在生态地球化学填图的基础上开展农田生态系统生态地球化学评价的示范性研究。布置采集了58个大气干湿沉降、86个化肥、121个灌溉水、276个农作物样品，分析和计算了Cd等重要元素的含量和通量。结果显示，研究区局部地段地表土壤Cd环境质量较深部有恶化之势，部分水稻籽实Cd含量已超过无公害食品标准；大气干湿沉降物输入到农田生态系统中的Cd平均通量为17．76g／（hm^2·a），占总输入通量的85．20％，是研究区外源Cd的主要输入途径；下渗水（2．34g／（hm^2·a））和作物收割（1．87g／（hm^2·a））是Cd的主要输出途径；全区外源输入Cd可使土壤中的Cd含量以0．006mg／kg的年速率递增；在Cd输入一输出通量不变的情况，预测未来20a研究区三级土壤面积将增加2～3倍，适耕土地面积将全面缩小；研究区因酸雨沉降和施肥等因素使土壤pH值下降的平均速率为0．106a^-1，其中化肥施用的贡献率为89．62％。预警研究显示，目前研究区95％的水稻生产是安全的，但预测20a后研究区土壤质量退化明显，近70％安全土壤等级降为一般土壤，须报警土壤面积也将由目前的不足4％快速上升至27％。

区域生态地球化学评价思路及建议

区域生态地球化学评价是在多目标地球化学调查基础上开展的一项区域评价研究工作,其目的是为国家和所研究地区的国民经济建设、工农业结构调整和社会可持续发展提供基础地球化学资料。区域生态地球化学评价以异常元素的来源-成因-迁移转化-生态效应-预测预警为研究主线,以生态系统为研究基本单元,查明异常元素分布、分配、成因及来源,研究它们在地球表层各大层圈中的迁移转化规律,评价它们所产生的生态效应,应用地球化学和生态学的基本原理和方法对污染的生态系统进行预测预警,并提出治理建议,为国家区域性经济战略调整和工农业可持续发展提供科学依据。

区域生态地球化学评价核心与对策

生态地球化学是地学与土壤学、农业、环境学和生态学等多学科交叉融合产生的新学科,是地球化学领域新的发展方向。区域生态地球化学评价是在区域地球化学调查基础上,针对影响流域/区带生态系统安全性的元素异常而开展的一项评价和研究工作。多目标区域地球化学调查获得的海量高精度地球化学数据,可为环境质量评价提供背景值、为土地的质量和生态管护提供地球化学依据;调查还发现了一系列影响流域生态安全性的元素异常,针对异常元素分布特征,区域生态地球化学评价将开展异常元素追踪和成因甄别、生态效应评价和生态系统安全性的预警预测等项评价和研究工作。文章论述了区域地球化学调查成果,介绍了区域地球化学评价的思路,阐述了区域生态地球化学评价的主要问题与对策。

山东省黄河下游流域地方病与生态地球化学环境相关性研究

山东省黄河下游流域地氟病、地甲病等地方病严重影响了当地广大居民的身体健康和经济发展。本文通过4个县区的地氟病、地甲病以及砷中毒病的调查,结合相应的生态地球化学环境调查结果,重点分析了I、F和As三种致病元素在土壤、饮用水和农作物等介质中的分布状况以及变化规律,并开展了地方病与生态地球化学环境相关性的综合研究。研究表明地氟病与土壤中氟含量、饮水氟含量具有正相关关系;饮水碘含量高是导致区内地甲病流行的主要原因;砷中毒病尚不明确。根据相关性分析结果,提出了高碘区取消碘盐供应的建议。

区域生态地球化学评价数据的统计方法

如何根据一定数量有代表性样品的统计结果建立土壤元素各化学形态分量与全量或其他土壤参数的关系方程,是区域生态地球化学评价工作中急需解决的问题之一。提出了建立这类回归方程需要注意并坚持的主导性原则、简洁性原则、直接性原则、拟合优度和可识别性原则、理论一致性原则,回归方程还需要用抽取检验样品、划定预测区间等方法检验其合理性。对成都经济区土壤中有益元素和有害元素依据以上原则进行了统计分析,得到元素各形态,尤其是有效态含量与元素总量或其他重要土壤性质的回归方程,为利用面积性调查数据进行区域生态地球化学评价奠定了基础。

生态地球化学调查中的有机氯农药研究

介绍了生态地球化学的概念和有机氯农药的生物有效性、环境介质中的残留、远距离迁移等性质。有机氯农药在环境中的有机地球化学行为,决定了在生态地球化学调查中必须采用特殊的采样方法、样品保存方法、稀疏的采样密度、多介质采样和分析技术。

岩溶土壤的生态地球化学特征及其指示意义——以贵州贞丰—关岭岩溶石山地区为例

岩溶石山地区土壤退化与恢复的成因和机理一直是近年来土壤学和生态学研究的热点。以贵州西南部贞丰一关岭岩溶石山区为对象，选择了区内退化地、农用地、恢复地等生态样块以及与未退化地为对照，采集了其中的表层和亚表层土壤，分别进行了土壤的养分库量、微生物活性与功能和土壤酶活性等化学分析。研究表明土壤养分库是土壤中微生物活性基础，微生物量碳随土壤养分库客的退化或恢复而相应变化，退化岩溶地植被恢复3～6年后，主要养分总库客得到明显恢复（恢复程度55％～65％），因而带动了微生物量碳的恢复（平均恢复程度60％以上），但养分的活性（有效磷）、微生物的功能（呼吸熵及土壤脲酶和磷酸酶活性）并没有得到相应程度的恢复（平均恢复程度仅在25％～40％）。这些结果提示，限制性养分活性和微生物功能的恢复是植被恢复下生态系统健康水平的重要指示。因此，在分析岩溶土壤和生态系统退化过程的本质以及评价生态恢复的效应时，不仅应将微生物量碳和总养分库指标作为岩溶土壤退化恢复的指标，更应将微生物区系的质量和功能指标纳入关键评价内容。

山东省东部地区农业生态地球化学调查及生态问题浅析

介绍了山东省东部地区农业生态地球化学调查、评价工作取得的一些基本成果和存在的生态地球化学问题。认为在表生作用或人类活动等因素影响下,表层土壤中Zn、Pb、Cu、Se、Cd、S、P、Hg、N、有机碳(OrgC)等元素或指标含量明显大于深层土壤;该区总体上地球化学环境质量优良,Ⅲ类和劣Ⅲ类土壤仅占全区总面积的0.13%,主要分布在矿集区和城镇周边,超标元素为Cd、Cr、Ni、Hg。浅层地下水大部分元素或指标处于自然低背景含量水平,部分水样的总硬度、溶解性总固体、NO2-、F-含量超标,已不适合饮用。该区存在的生态地球化学问题是:山地丘陵区土壤pH值低;沿海地带土地贫瘠;局部表层土壤重金属明显富集,已对农作物安全产生影响。认为人类活动(采金污染、城市化、工业化发展等)和自然地质背景作用是引起该研究区局部土壤重金属富集的重要原因。

大同盆地砷、氟中毒地方病生态地球化学研究

山西大同盆地属干冷荒漠景观条件的半封闭型断陷盆地。区内有害元素的聚集导致氟中毒等多种地方病肆虐,20世纪90年代因开发和饮用深层地下水爆发了水砷中毒病。经地球化学调查发现:地下潜水高含F,超标1.3～12倍;深层承压地下水富As,砷含量超标2～20倍。砷中毒发病率与饮水中As3+/∑As比值呈正相关关系。盆地周边分布多层富含As和F的地层和火成岩体,处于富As、F的区域地球化学省内。由于大同盆地的不均匀沉降,在其边缘部分形成深凹陷带,含砷下渗地下水经有机碳质层的还原作用,使砷还原为三价,提高了地下水的毒性并滞留聚集。探讨了F、As富集和中毒的机理和生态地球化学危害评价,提出了治理和外围调查预测建议。

山东威海农业生态地球化学调查与评价

介绍了威海市农业生态地球化学调查、评价工作取得的一些基本成果和存在的生态地球化学问题。调查与评价结果显示,该区总体上地球化学环境质量优良,Ⅰ类和Ⅱ类土壤占全区总面积的97.49%,Ⅲ类和劣Ⅲ类土壤仅占全区总面积的2.51%,主要分布在乳山市部分地区和荣成市崖西镇,超标元素主要为Cr、Ni、Cu、Cd;浅层地下水大部分元素或指标处于自然低背景含量状态,部分水样Cd、Fe、NO2-、总硬度等超标,已不适合饮用。该区存在的生态地球化学问题有:①山地丘陵区土壤pH值低,且表层土壤具有向强酸、强碱两极化发展的趋势,易引起重金属元素活化,危害人类健康;②沿海地带土地贫瘠,N、P、有机质等营养水平多属缺乏级;③乳山市和人口密集的乡镇地带表层土壤Hg、Cd、Pb、Zn等重金属污染严重。地质高背景、酸性表生环境和工业污染的共同作用,是造成环境中重金属元素含量较高的主要原因。