松嫩平原北部全新世黑土剖面孢粉组合及其对环境演化的制约

古气候和古环境演化是研究黑土形成演化最关键的问题之一。重建古植被、古气候、古环境,预测黑土区气候环境的演变已成为黑土地研究的热点。在松嫩平原北部克山县典型黑土剖面中采集到15件孢粉样品进行孢粉学研究,并对部分相同层位土壤样品中总有机碳进行了AMS ^(14)C测年。系统分析、鉴定和研究表明,克山县黑土剖面自下而上可划分为3个孢粉组合,下部孢粉组合以Planted Poaceae-Echinate Asteraceae-Tamarix-Polypodiaceae为代表,中部孢粉组合以Tamarix-Chenopodium-Polypodiaceae-Echinate Asteraceae为代表,上部孢粉组合以Pinus-Chenopodium为代表。综合第四纪地质地貌、孢粉、AMS ^(14)C、元素地球化学分析认为,典型黑土主要形成于中全新世7500 a B.P.以来的大暖期,形成于松嫩平原温暖半湿润的气候环境,植被为以草本灌木为主的草原植被。新构造运动是控制典型黑土区自然环境演变的主要内动力,晚更新世黄土状亚粘土为克山县典型黑土的成土母质,黑土发育过程即为成土母质黑化的过程。

内蒙古赤峰锡伯河流域土壤-中药材系统中的重金属元素——含量分布特征及生态效应评价

基于表层土壤、中药材及根系土等样品的测试数据,研究了赤峰市锡伯河流域牛家营子镇中药材种植区表层土壤As、Cd、Cu、Hg、Pb五种重金属元素的含量、空间分布特征、污染程度及不同中药材对土壤重金属元素的累积特征和草药重金属污染程度.结果表明,中药材种植区表层土壤As、Cd、Cu、Hg、Pb五种重金属元素成因来源一致,为伴生关系,主要来自成土母质,其含量均值分别为8.729×10^(-6)、0.142×10^(-6)、21.146×10^(-6)、0.036×10^(-6)、23.651×10^(-6);Hg、Cd元素变异系数分别为0.639、0.472,达到强度变异,原因是二者土壤本底含量较低,更易受到各种因素影响.土壤重金属单项和综合污染指数均小于0.7,土壤质量清洁,符合中药材GAP基地建设土壤环境要求.桔梗、北沙参和牛膝3种中药材药用部位重金属富集系数或污染指数均小于0.50,其含量都远低于中药材重金属含量限定值,牛家营子镇中药材种植区产出的中药材均符合绿色行标要求.

兴凯湖西部土壤-植物系统中硒含量特征、成因来源及迁移转化主控因素

硒及其有机化合物对生物体具有重要的生物活性和特殊的保健功能,开展富硒土壤硒成因来源和迁移转化研究,对富硒土地利用和富硒功能产品研发具有重要的科学和经济意义。基于区域地质特征、土壤数据和植物籽实数据,开展土壤硒空间分布和成因来源研究,运用地统计学、相关性、生物富集系数等方法探讨硒在土壤-植物系统中的迁移转化主控因素。土壤Se含量为0.11~0.70 mg/kg,均值为0.37 mg/kg,含量特征及空间分布主要受成土母质控制;富锦组黑色岩系是形成富硒土壤的物质基础和Se元素的最初来源,后期有利的古气候环境演化促进了黑色岩系的持续风化,为土壤提供了丰富的硒源;植物富集能力BCF水稻/土壤>BCF玉米/土壤,籽实Se平均含量为Se水稻>Se玉米,含量与土壤理化指标相关性揭示,硒在土壤-植物系统中迁移转化受土壤矿物组成及土壤环境等因素制约。土壤硒主要来源于富锦组黑色岩系及其风化物,硒在土壤-植物系统中迁移转化主控因素为粘土矿物的吸附/解析作用;划定天然富硒土地6550.68 hm^(2),为富硒土地科学利用和富硒功能产品开发提供地学依据,有效支撑服务地方经济发展和疾病预防。

东北黑土区近半世纪土地利用变化时空特征分析

东北黑土区作为世界四大黑土区之一,分布着肥沃、珍稀的黑土资源,它的保护和利用历来备受关注。土地利用/覆盖变化影响生态系统的结构、功能和健康,对实现土地资源的可持续利用具有重要意义。本文选取1970年、1995年、2010年和2020年四期土地利用/覆盖数据,应用土地利用转移矩阵、综合动态度、空间变化模型等方法分析东北黑土区近半世纪以来的土地利用变化时空特征,发现:①近半世纪以来东北黑土区建设用地、耕地及草地面积总体增加,湿地、林地及未利用地面积总体降低,地类变化主要集中于三江平原、松嫩平原西北部及西辽河平原地区;②各地类变化均以交变量占主导优势,存在大量空间位置转移;③土地利用程度呈逐年小幅增长的趋势,但仍低于全国水平,土地开发利用的潜力巨大。未来,应进一步研究东北黑土区土地利用变化时空特征、机制及其对生态环境、生态服务功能、碳收支平衡的影响,优化国土空间布局,实现“把黑土地用好养好”。

松嫩平原北部典型黑土剖面黏土矿物组成及其环境指示意义

通过野外调查、土壤化学成分分析、土壤黏土矿物X-射线衍射(XRD)图谱分析和土壤风化程度分析,对松嫩平原北部黑土区大豆/玉米轮作农田、林地、草地、退耕还林等多种土地利用方式土壤剖面黏土矿物组成进行研究,探究不同土地利用方式下土壤剖面化学成分、黏土矿物组成以及风化程度变化规律及其对环境的指示意义。结果表明:不同土地利用方式土壤剖面中钾、钠、钙元素含量依次为草地>耕地>林地>荒地;在剖面60 cm以上有机碳含量为耕地>林地>草地>荒地,60~80 cm以下,有机碳含量为荒地>草地>林地>耕地。研究区不同土地利用方式土壤风化程度依次为退耕、荒地>林地>耕地>草地;土壤淋溶程度为荒地>草地、林地>耕地。研究区不同土地利用类型土壤总体上黏土矿物以蒙脱石、高岭石、蛭石、水云母和绿泥石为主,其中耕地、林地以2∶1型非膨胀性黏土矿物为主,草地以2∶1型膨胀性黏土矿物为主,荒地以1∶1型黏土矿物为主。通过研究区不同土地利用类型的黏土矿物组合及其含量对比,结合剖面的风化程度计算,得出随着风化程度和成土作用的加深,土壤中绿泥石等矿物向高岭石、蒙脱石转化,水云母向蛭石转化,而其环境条件也由干冷转为湿热气候。

黑龙江省逊克平原土壤有机碳分布与变化特征

根据1∶25万土地质量地球化学调查取得的有机碳数据,采用单位土壤碳量法计算土壤碳储量,结果显示:逊克平原土壤表层(0~0.2 m)有机碳储量为87.43 Mt,中层(0~1.0 m)为332.70 Mt,深层(0~1.8 m)为457.62 Mt.土壤表层有机碳密度为6.52 kg/m2,中层为24.82 kg/m2,深层为34.14 kg/m2.按地貌、土壤、土地利用和生态系统类型分别计算了土壤有机碳储量和碳密度,并与1986年第二次土壤普查成果比较,显示逊克平原土壤有机碳变化呈碳源效应,全区土壤有机碳减少了8.48 Mt,有机碳密度下降了8.94%.

东北黑土区黑土层厚度的时空变化

黑土层厚度是评价东北黑土区土壤质量的重要参数,但其厚度的空间分布及多年变化情况仍然不够明确.针对东北黑土区第二次土壤普查的61处典型土壤剖面进行了现状实地调查,并对黑土层厚度变化进行了对比分析.结果表明:近40年来,东北黑土区黑土层厚度平均减少了12 cm,平均减薄速度为0.32 cm/a.四省(区)黑土层减薄厚度具有显著差异,表现为吉林(23.65 cm)>辽宁(11.83 cm)>内蒙古(10.33 cm)>黑龙江(6.83 cm).吉林省黑土层减薄厚度和比例最大,生态风险最为严峻.吉林省黑土层厚度变化值与气温升高值呈显著的负相关关系,表明随着气候变暖,土壤有机质下降明显,黑土层的厚度也呈减薄趋势.研究表明,水蚀作用也是黑土层厚度减薄的重要影响因素.未来应加强黑土层厚度判定和黑土层厚度空间制图等方面研究,对指导黑土地保护利用具有重要意义.

基于主成分聚类法的典型黑土区土壤地球化学分类

土壤地球化学分类对农业区划和生态区划具有指导意义。本文基于多目标区域地球化学调查获取的土壤常量元素数据,利用主成分分析和K均值聚类组合方法——主成分聚类法,对东北典型黑土区进行地球化学分类研究。结果显示:成土母质是土壤常量元素特征的主要控制因素,利用主成分聚类法将典型黑土区土壤样品划分为5类最为合理,各类样品的常量元素含量具有显著性差异(P<0.05)。土壤地球化学分类结果与第四纪地质单元有一定的对应关系,而分类结果更能反映成土母质的真实分布情况。同时,松花江南部黑土区较高的SiO含量指示了黑土的沙化生态问题,在黑土地保护中应给予重视。

黑龙江省海伦地区黑土剖面常量元素地球化学特征及其对物源的指示意义

黑土剖面中常量元素及其比值的地球化学特征与土壤的形成和发育有很大的关系,既反映了土壤发生、发育的程度,又反映了物源区的环境变化,是松嫩平原环境演化和气候变化的重要地质记录。为了探讨东北典型黑土的成因、成土母质来源以及化学风化的强度,选择具有代表性的海伦地区9条黑土剖面进行了常量元素分析,并与典型风成堆积物的元素地球化学特征进行对比,结果表明:①海伦黑土剖面主要常量元素(SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3))之和以及UCC标准化曲线均与典型风成堆积物具有较好的相似性,表明海伦典型黑土成土母质可能为风成成因;②化学蚀变指数CIA值平均为63.97,CIA—w(Na)/w(K)图解均显示属于初等化学风化程度,与典型风成堆积物相比,风化强度顺序为:哈尔滨荒山黄土>镇江下蜀土>西峰红黏土>海伦黑土≈洛川黄土;③0~30 cm黑土比30 cm以下的黑土具有更高的w(SiO_(2))/w(TiO_(2))、w(SiO_(2))/w(Al_(2)O_(3))比值,说明晚期海伦典型黑土粒度较粗,石英含量较高。元素地球化学特征显示,表层和深层典型黑土的气候环境及物源可能并不完全一致,在30 cm左右发生了变化。

锦州市土壤重金属污染特征及生态风险评价

以锦州市为研究区,分析8种土壤重金属As、Cd、Hg、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni的污染特征,采用单因子污染指数法、地累积指数法、内梅罗综合指数法和Hakanson潜在生态风险指数法确定锦州市土壤重金属污染程度,评价土壤重金属潜在生态风险.结果表明,锦州市土壤重金属Cd和Cr含量高于全国土壤及辽宁省土壤背景值,Cu、Hg、Ni和Pb含量高于辽宁省土壤背景值.采用单因子污染指数评价,Cd为中度污染,Hg、Pb、Cr、Ni和Cu为轻度污染.经地累积指数法评价,Cd为轻中度污染,其他重金属为无污染.内梅罗综合污染指数平均值为2.25,为中度污染等级.研究区综合潜在风险指数平均值为157.34,处于中等生态风险,造成局部地区土壤潜在生态风险较高的重金属为Cd和Hg.

黑龙江双阳河流域土壤-作物-人体系统中硒元素及生态环境与人体健康评价

【研究目的】典型黑土地分布区土壤硒自然禀赋、成因来源、生态环境效应及人体健康评价为健康地质研究焦点,开展双阳河流域土壤-作物-人体系统中硒迁移与累积的定量研究,对黑土地富硒农产品开发和地方病防治具有重要意义。【研究方法】测定成土母质、土壤、大气降尘、灌溉水、作物籽实和人发等多介质硒含量,运用GIS、SPSS软件对测试结果统计分析及评价。【研究结果】划定富硒土地46.4 km^(2),主要沿双阳河及其支流分布;硒以人为成因为主,主要来源于大气降尘补充,输入通量为0.21~1.47 kg/km^(2)·a。土壤、大豆、水稻、玉米和人发硒含量均值为0.305 mg/kg、0.0352 mg/kg、0.0287 mg/kg、0.0198 mg/kg和0.145 mg/kg;作物对土壤硒的富集系数(0.120)远小于1,人发对作物硒的富集系数(4.834)大于1,揭示人发对硒具有较强的浓缩和放大作用,硒在土壤-作物-人体系统中的迁移与积累呈“V”字型模式。【结论】土壤硒含量整体为足硒或富硒,无硒潜在环境风险。大豆、水稻富硒占比为28.4%、9.4%,未发现硒超标情况,无生物硒中毒风险。人发硒含量明显低于参考值0.20~0.60 mg/kg,人体处于缺硒状态,随年龄增长呈递减趋势,可能存在一定的健康风险,应引起地方相关部门关注。

建三江地区土壤氮磷生态化学计量空间异质性特征及其影响因素分析

土壤全氮(TN)、全磷(TP)及氮磷比(N/P)是衡量土壤肥力和土壤质量的重要指标,研究其空间异质性特征对土壤养分管理以及生态环境监测等政策的制订具有重要意义。本文通过土样采集和室内实验分析,结合地统计分析及地理信息系统(GIS)等方法,对建三江地区表层(0~20 cm)土壤中的氮、磷生态化学计量空间变异及影响因素进行研究。结果表明:土壤全氮、全磷以及氮磷比的均值分别为2.49×10^(-3)、0.81×10^(-3)和3.20。土壤全氮和氮磷比空间自相关性很强,而土壤全磷空间自相关性处于中等程度,且均符合指数模型。从空间分布来看,土壤全氮高值区主要呈斑块零星分散在东部、南部和西北地区,而低值区主要在西北和中西部地区零星分布;土壤全磷高值区主要分布在东部和西北地区,中部地区则为低值地区;土壤氮磷比分布则呈镶嵌状,高值区以斑块状分散于中部、南部和东北部地区,而低值区主要位于西北地区。研究区土壤类型、第四系类型和土地利用类型是影响土壤氮、磷生态化学计量特征的重要结构性和随机性因素,而土壤母质和地貌类型则对土壤氮、磷生态化学计量特征影响不大。

偏硼酸锂熔融-电感耦合等离子体光谱法和质谱法测定东北黑土中32种特征成分的含量

建立了偏硼酸锂熔融-电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定东北黑土中32种特征成分含量的方法。取经风干、研磨和过0.074 mm筛的黑土样品0.1000 g和偏硼酸锂0.3 g置于石墨坩埚中,混匀,于1000℃高温炉中熔融20 min,取出后立即倒入盛有20 mL体积比为1:3:76的硝酸-盐酸-水混合溶液的100 mL烧杯中,超声直至熔块完全溶解,所得溶液定容至100 mL,采用ICP-AES和ICP-MS同时测定其中32种特征成分。结果表明,32种特征成分的标准曲线的线性相关系数均在0.9997以上,检出限(2.764s)为0.01~46.82μg·g^(-1)。采用该法测定国家标准物质GBW 07401、GBW 07424和GBW 07425,32种特征成分的测定值与认定值基本一致,相对误差为-6.1%~4.7%,相对标准偏差(n=10)为0.67%~5.4%,并将此法用于黑土实际样品分析。

基于外部性理论的湿地退化成因分析及对策研究

基于生态经济学中的外部性原理,结合湿地生态系统的准公共物品属性、外部经济性、外部不经济性以及代际外部性等属性,分析湿地退化的成因.结果表明:湿地萎缩加剧、生态服务功能衰退主要是由于人类缺乏对湿地功能与效益的正确认识,以及不合理的利益分配机制导致的成本外溢现象,从事湿地保护的正外部性行为未得到应有的补偿,负外部性行为未付出应有的代价,并提出应建立因地制宜的多元化生态补偿机制.

下辽河平原地下水中挥发性有机物的污染特征及健康 风险评价

挥发性有机物(VOCs)作为重要的化工原料、中间体和有机溶剂,随着人类工农业的发展,其对环境及人类健康的影响日益凸显。下辽河平原作为人口较密集、工业化程度较高的平原地区,地下水的污染随着人类活动不断加剧,对人体健康产生了潜在风险。为了研究下辽河平原地下水中VOCs的污染特征及对人体产生的健康风险,本文利用吹扫捕集-气相色谱-质谱法检测下辽河平原地下水样品中60种VOCs的含量及污染特征并分析其污染来源。通过经口饮用、洗浴呼吸吸入、洗浴皮肤接触三种VOCs的暴露途径计算污染物长期摄入量,采用CSOIL模型评价健康风险。结果表明:采集的24组地下水样品中有20个采样点检出VOCs,样品VOCs检出率为83.3%,在个别采样点萘、苯、1,2-二氯丙烷含量超过《地下水质量标准》(GB 14848—2017)Ⅲ类水的限值(100、10.0、5.0μg/L),工业源VOCs的排放是研究区地下水VOCs超标的主要来源。地下水样品中VOCs的总致癌风险指数在0~4.0×10^(-5)之间,总非致癌风险指数在0~0.93之间,均低于US EPA推荐的健康风险评价标准;企业用地周边地下水中的健康风险指数高于农业用地地下水。本研究表明下辽河平原地下水中VOCs检出率相对较高,健康风险处于可接受水平,该结果可为地区地下水工业源VOCs污染监管和治理提供参考。

三江平原耕地土壤重金属元素分布特征及影响因素的多元统计分析

地统计学和多元数据分析是讨论土壤中重金属元素来源的有效方法。对比不同地质背景区表层和深层土壤中重金属元素的含量和分布情况,可以为研究土壤中重金属元素的来源提供依据。三江平原是我国沼泽湿地分布相对集中的地区之一,属于温带湿润、半湿润大陆性季风气候,是我国重要的粮食生产基地,以农业生产为主。本次以三江平原为典型地区,从区域尺度上研究影响耕地土壤中的重金属元素分布的主要因素,分别对表层和深层土壤进行取样,计算As、Cr、Cu、Hg、Ni、Cd、Pb和Zn共8种重金属元素的最小值、最大值、中值、平均值、变异系数及富集系数。结果表明,三江平原土壤环境质量优越,表层土壤中重金属元素(除Cd外)As、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn含量均略低于深层土壤;元素富集系数均小于2,仅有个别点位的表层Cd、Hg、As富集系数存在较大的值;通过地统计学和Pearson相关性分析,在5种成土母质区域,确定了表层和深层土壤中重金属元素的主要影响因子,综合分析表明,Cr、Cu、Ni和Zn的主要物质来源于成土母质,Cd、Hg、As在部分地区可能受到人类活动的叠加影响。

微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定高岭土中10种微量元素

高岭土作为重要的铝硅酸盐,其微量元素的含量决定着高岭土产品的性能指标。高岭土的三种国家标准物质成分GBW03121、GBW03122、GBW03122a中均未含有As、Sb等10种微量元素的标准值,在高岭土的检测中只能采用近似的岩石标准物质作为监控物质,对高岭土组分的准确分析有一定影响。本文通过微波消解技术,对比了硝酸-氢氟酸二酸及硝酸-氢氟酸-过氧化氢三酸溶样体系,讨论了微波消解的程序升温条件及消解时间等影响因素,并对电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)的干扰因素进行了探讨,建立了微波消解硝酸-氢氟酸-过氧化氢三酸溶样体系,ICP-MS法测定高岭土中As、Sb等10种微量元素的分析方法。方法检出限在0.01~0.09mg/kg之间,测定下限在0.03~0.30mg/kg之间。利用岩石标准物质直接验证了方法的准确度和精密度,元素回收率在90.9%~103.2%之间,相对标准偏差(RSD)在1.2%~5.8%之间。同时对方法的不确定度进行了综合评估,证实方法准确可靠。本方法酸类用量少,缩短了测定时间,减少了对环境及人体的影响,适用于高岭土样品中As、Sb等10种微量元素的批量分析,对高岭土国家标准物质成分中As、Sb等10种微量元素的标准值测定提供了参考。

黑龙江省乌裕尔河流域土壤中某些微量元素地球化学特征

黑龙江省乌裕尔河流域是克山病和大骨节病并存的地方病高发区,根据东北黑土地1∶250000土地质量地球化学调查数据,对乌裕尔河流域土壤中B、Cu、Fe、Mn、Mo、Zn植物必须的微量营养元素全量和有效态含量分布特征进行研究,结果显示:①土壤中Mn含量丰富,Fe含量较丰富,Cu、Mo含量中等,B、Zn含量较缺乏;②表、深层土壤微量元素含量比较,除Mo稍有贫化外,其他元素均属于自然状态,未发生富集和贫化;③土壤有效Cu、Fe含量丰富,有效Mn含量较丰富,有效B、Zn含量中等,有效Mo含量缺乏;④建议在Mo缺乏的地块施用钼肥,增加土壤有效Mo的含量,提高农产品产量和质量。

黑龙江省逊克平原土壤质量及绿色产地适宜性评价

利用1∶25万土地质量地球化学调查数据,根据《土地质量地球化学评价规范》和《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》,对逊克平原土壤质量和绿色产地土壤环境质量进行评价。结果显示:逊克平原土地肥沃,环境优良,适合于发展绿色农业。①逊克平原土壤养分N、P、K、有机质、CaO、MgO、Fe_(2)O_(3)、S、B、Zn、Mn、Cu、Mo、Co、Ge、V 16项中,CaO、MgO、Cu、Zn为较缺乏,Ge、B缺乏,其他指标均为丰富和较丰富。土壤养分综合等级以丰富和较丰富为主,面积分别为6088 km^(2)和4984 km^(2),分别占全区面积的44.58%和36.5%。②土壤环境质量综合等级以无风险为主,面积13600 km^(2),占调查区面积的99.59%;风险可控区面积56 km^(2),占0.41%。③土壤质量综合等级以优质土壤为主,面积为11028 km^(2),占全区面积的80.76%;良好土壤面积2072 km^(2),占全区的15.17%;中等土地面积556 km^(2),占4.07%,没有差等(四等)和劣等(五等)土壤。④逊克平原满足一级(AA级)绿色产地要求的土壤面积为13396.45 km^(2),占全区面积的98.1%;满足二级(A级)绿色产地要求的土壤面积为148 km^(2),占全区面积的1.1%;不符合绿色食品产地要求的土壤面积为112 km^(2),占全区面积的0.8%。逊克平原土壤养分充足,环境清洁,开发绿色食品产地潜力巨大。

黑龙江省讷河市土壤质量与绿色产地适宜性评价

基于东北黑土地1∶250000土地质量地球化学调查数据,按照《土地质量地球化学评价规范》和《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》,对讷河市土壤养分、土壤环境质量、土壤综合质量及绿色产地适宜性进行评价.结果显示讷河市土地肥沃,环境清洁,适合于发展绿色农业:1)土壤养分单指标N、P、K、有机质、CaO、MgO、Fe_(2)O_(3)、S、B、Zn、Mn、Cu、Mo、Co、Ge、V共16项中,除Cu、Zn为较缺乏和Ge、B缺乏外,其他指标均为丰富和较丰富;土壤养分综合等级以较丰富和中等为主,分布面积分别为3666.74 km^(2)和2574.11 km^(2),占全区面积的56.94%和39.97%.2)土壤环境质量以一等(无风险)为主,一等区面积6435.78 km^(2),占全区面积的99.94%;二等(风险可控)区面积仅4 km^(2),占0.06%.3)全区土壤质量综合等级以优质为主,优质土壤面积3806.06 km^(2),占全区面积的59.11%;良好级土壤面积2574.11 km^(2),占39.97%;中等级土壤面积59.61 km^(2),占0.92%;没有四等(差等)和五等(劣等)土壤.4)符合一级绿色食品产地的土壤面积为6461.5 km^(2),占全区面积的97.5%;符合二级绿色食品产地的土壤面积为38.1 km^(2),占全区面积的0.58%;不符合绿色食品产地的土壤面积为65.6 km^(2),占全区面积的0.99%.