土壤-超积累植物体系中稀土元素的空间富集-分异特征与富集机理

离子吸附型稀土矿是我国南方特色的优质稀土资源,但由于落后的采矿方式和无节制的开采,大量稀土元素(稀土元素+Y,简称稀土元素)被带入环境中,导致稀土矿区周边出现许多环境污染和植被退化问题。乌毛蕨是一种对稀土元素具有较强耐受性和超强富集能力的蕨类超积累植物,能被用于稀土污染土壤或尾矿的生态修复。本研究以离子吸附型矿区表生土壤上生长的稀土超积累植物乌毛蕨及其根际土为研究对象,通过化学消解和ICP-MS方法测定根际土、根表、根部、叶柄、叶片中稀土元素的含量,分析土壤–植物体系中稀土元素的空间分布、富集与分异特征;采用顺序提取法测定土壤中不同化学形态的稀土元素含量,同时利用微区X射线荧光光谱(μ-XRF)与扫描电镜能谱分析技术(SEM-EDS),阐明乌毛蕨对稀土元素的吸收与富集机理。化学测试结果表明,乌毛蕨对稀土元素有较强的富集和地上转运能力,富集系数(BF)和转移系数(TF)分别为2.61和2.85;植物器官富集能力顺序为:叶片(1750μg/g)>根部(512μg/g)>叶柄(56.5μg/g);植株整体稀土元素配分模式具有与根际土相似的富轻土元素和Ce负异常特征,不同的是,植株整体Eu无异常(根际土δEu=0.51);根际土壤中富集离子交换态的轻稀土离子(34%~64%,(La/Yb)N=2.36),与根系表面呈轻微富轻稀土元素((La/Yb)N=1.29)的现象暗示根际大部分轻稀土元素能以离子形式被根系吸收,重稀土元素与有机配体络合而被吸附在根系表面;稀土元素在向上迁移过程中,(La/Yb)N值下降(叶柄=27.63,叶片=17.17),揭示木质部伤流液的重稀土元素可能比轻稀土元素更容易向上迁移;μ-XRF与SEM-EDS结果显示,乌毛蕨地上部的超富集器官(叶片)将稀土元素主要储存在叶缘的表皮层细胞,且能将大部分非生理需要的稀土元素有效区室化。上述认识揭示了在离子吸附型稀土矿区表生环境中,稀土元素从土壤向植物体内迁移并在地上部富集与分异的过程、规律和主要原因,为今后利用稀土超积累植物实现植物采矿或稀土尾矿生态修复提供科学认知基础。

贵州织金寒武纪磷块岩中磷灰石和白云石稀土元素的LA-ICP-MS分析:对沉积环境和成岩过程的指示意义

贵州织金富稀土磷矿是典型的早寒武世肖滩阶海相沉积磷块岩矿床,主要由碳氟磷灰石和白云石组成,其中丰富的小壳动物化石、普遍发育的生物碎屑结构和潮汐层理等特征综合反映了充氧、动荡的潮汐环境,为探讨成磷环境下磷灰石和白云石在沉积成岩过程中稀土元素的地球化学行为提供了理想的制约。通过激光剥蚀-电感耦合等离子体-质谱(LA-ICP-MS)对织金磷块岩钻孔样品中胶状磷灰石、磷酸盐化小壳动物化石和成岩期白云石的稀土及相关主微量元素进行原位分析,根据主微量元素特征分析研究对象中的污染来源,进而提出在成磷环境下使用白云石和磷酸盐矿物稀土元素反映同期海水化学特征的数据筛选指标,最后通过筛选样品的稀土元素特征值讨论当时海水化学特征。结果表明:三种研究对象均具有显著的Ce的负异常(δCe为0.29~0.40)和La正异常(δLa为1.85~2.00)及较高的Y/Ho比值(47.25~56.91),表现出与现代海洋环境相似的氧化特征。磷酸盐矿物表现为一定程度的MREE富集和HREE“右倾”模式,可能与当时浮游生物繁盛并在深部水体中的降解有关,代表了深部富磷洋流的特征;成岩期白云石稀土模式与现代浅海海水相似但HREE为“左倾”模式,代表了同期浅海海水的特征,但白云石与磷酸盐矿物的HREE耦合特征反映了胶磷矿沉积成矿过程中对浅海海水HREE的选择性富集;肖滩阶的浅海海水与深部洋流都具有现代海洋的氧化特征,可能是促使当时小壳动物繁盛的重要因素。