考察了渤海海域表层沉积物中砷的含量、分布及赋存形态,评估了沉积物中砷的生态风险,初步探讨了影响沉积物中砷分布的环境化学因子.结果表明,渤海海域表层沉积物中总砷浓度变化范围为9.77～20.60 mg·kg-1,平均浓度为13.33±2.55 mg·kg-1.表层沉积物中总砷的空间分布呈现出由近岸向中部逐渐递减趋势,具有西部高,东部低的特点;各个海区之间总砷含量差异显著,渤海湾和莱州湾海区表层沉积物中总砷含量相对较高.渤海表层沉积物中砷的主要形态为挥发性硫化物、碳酸盐或与无定型铁锰氧化物结合态;沉积物中砷具有一定的生态风险.渤海表层沉积物中砷含量与水体温度、磷浓度、溶解氧含量、pH、沉积物中铁含量和有机质含量呈显著的相关关系.水环境因子和沉积物的理化性质可能对沉积物中砷的分布具有重要影响.

以7种水生植物(长苞香蒲、水生美人蕉、黑藻、粉绿狐尾藻、花叶芦竹、香根鸢尾、水葫芦)为研究材料,构建生物塘系统,通过差速离心法和五步提取法,提取植物各亚细胞组分和不同化学形态的镉,并用原子吸收分光光度法测定镉含量,分析镉在水生植物体中富集特征,揭示植物对镉的耐性机制.结果表明:(1)水生植物根中镉富集量大于茎和叶;3种类型水生植物富集镉能力表现为沉水植物(粉绿狐尾藻、黑藻)＞浮水植物(水葫芦)＞挺水植物(长苞香蒲、水生美人蕉、花叶芦竹、香根鸢尾).(2)镉在黑藻、水葫芦和花叶芦竹中的亚细胞分布量均呈现为细胞壁＞可溶组分＞原生质体＞线粒体,所占比例分别为37.16％～50.86％、20.69％～31.21％、10.81％～23.83％、8.15％～19.83％.(3)赋存化学形态表现为以氯化钠提取态、醋酸提取态为主,所占比例分别为29.37％～56.27％和15.06％～36.19％.研究发现,粉绿狐尾藻、水葫芦、水生美人蕉和花叶芦竹4种植物为富集镉较好的植物,而黑藻、香根鸢尾和长苞香蒲3种植物的镉富集能力相对较弱;镉主要以果胶酸盐、蛋白质结合态或吸附态存在于植物根的细胞壁和液泡中,以减弱镉对根细胞器和植物地上部分的毒害.

目的了解粤北大宝山槽对坑尾矿酸性矿山废水(AMD)中沉积物中部分重金属形态分布规律及其潜在的生态风险.方法于2013年11月15日,利用改进的Tessier分级提取法依次提取沉积物样品中Mn、Ni、Cd、Pb、Zn、Cu的化学形态,运用火焰原子吸收分光光度法测定不同形态的重金属含量,并采用地累积指数(Igen)对重金属污染状况和生态风险进行评价.结果各种重金属含量的空间分布表现出下层沉积物中的含量高于上层,其中,Mn和Ni污染程度较轻;Cd和Cu污染达到极强水平;各种重金属主要以残渣态形式赋存.按照重金属形态风险评价准则可知,上层沉积物中Mn的生物有效态含量在40％以上,表现出较强的生物可利用性,环境风险高;上层沉积物中Ni和下层沉积物中Cd环境风险中等.结论槽对坑尾矿区AMD沉积物中Cd和Cu污染值得关注,主要来源可能与尾矿矿渣堆的自然淋滤密切相关.

铁氧化物在土壤中广泛赋存,因其比表面积大,对重金属具有很强的吸附固定能力,深刻影响着土壤重金属的形态转化过程.因此,研究土壤铁氧化物对重金属的固定机制,对于深入理解重金属在土壤系统中的环境化学行为以及评估污染土壤重金属生物有效性具有重要意义.然而,采用传统的吸附模型和化学提取法研究土壤铁氧化物固定重金属的机制具有明显的局限性,无法从分子水平上阐明其固定机制.同步辐射技术在环境土壤学的应用显著推进了在分子水平上认识土壤铁氧化物吸附重金属及其受典型环境因子影响的分子机制.本文主要从同步辐射技术的发展历程、模拟系统和实际土壤系统中铁氧化物在多种因素影响下对重金属固定的分子机制等方面进行了综述,同时对同步辐射技术的未来发展趋势及其在该研究领域的应用进行了展望.

我国土壤氟污染问题严峻,给部分地区人体健康和生态安全造成严重威胁,但土壤氟污染与防治问题仍没有受到人们的广泛关注.本文概述了土壤中氟的存在形态以及发生的主要化学反应,综述了近年来国内外有关氟污染土壤修复的研究进展,提出了今后氟污染土壤修复的研究方向,以期为氟污染土壤的修复提供借鉴和参考.土壤中氟主要分为5种形态,其中90％以上以残渣态存在,土壤溶液中的氟主要发生沉淀-溶解、络合-解离和吸附-解吸等反应来维持水-土系统中的氟平衡.目前,氟污染土壤修复技术研究主要集中在化学固定修复技术、化学淋洗技术、电动修复技术以及植物修复技术.今后需要重点研究氟在土壤中的赋存形态及其影响因子,筛选功能微生物和植物,开发联合修复技术以修复氟污染土壤.

为了解蓼科植物对铀矿区铀及伴生金属的富集、耐受机制,选择若尔盖铀矿修复区的两种蓼科优势植物珠芽蓼(Polygonum viviparum)和尼泊尔酸模(Rumex nepalensis,研究它们对铀及伴生金属的累积特征及其在植物组织中的化学赋存形态.通过实地采样,分析珠芽蓼和尼泊尔酸模的重金属含量,并采用化学试剂连续提取重金属元素.结果显示,该区域受铀、镉、砷、锌、铜重金属污染;区域污染差异为Ⅰ(露天采矿点)＞ Ⅱ(人工修复区)＞Ⅲ(附属河流);单因子指数和综合指数表明露天采矿点和人工修复区污染严重.采样区域植物体内的锌、镉、铜、铅含量都超过植物重金属含量正常范围.尼泊尔酸模对铀的转移系数和生物富集系数分别可达为16.03和1.11,而珠芽蓼的富集系数和转移系数分别为14.85和3.83,珠芽蓼和尼泊尔酸模适用于铀污染土壤的生态修复.尼泊尔酸模中铀元素以去离子水提取态为主,该植物铀的高富集量可能与有机酸有关,其他重金属以醋酸盐和盐酸提取态为主;珠芽蓼中大部分的重金属以迁移性较低的盐酸提取态、醋酸提取态和氯化钠提取态存在.因此,珠芽蓼和尼泊尔酸模对该铀矿修复区铀多金属胁迫具有良好的耐受与吸附性能;重金属以不活跃的化学赋存形态存在可能是两种蓼科植物应对重金属胁迫的重要耐受机制.

地质封存将工业和能源相关领域生产活动产生的二氧化碳(CO2)进行捕集并注入到深部地下岩石构造中,以实现长期储存的目标,是降低温室气体排放、实现CO2长期封存的重要可行性手段之一.向深部地下地质构造中注入大量CO2会导致深地环境发生显著变化,进而引起原生微生物活性及群落结构发生明显改变.因此,地质封存CO2能够直接或间接影响深地微生物驱动的生物地球化学过程.同时,微生物在短期和长期的超临界CO2(scCO2)胁迫作用下,也会通过不同的适应性进化方式影响CO2在地下环境中的迁移、转化和赋存形态.本文介绍了国内外二氧化碳捕获与封存发展现状以及地质封存CO2影响条件下的scCO2-水-微生物-矿物的相互作用领域的最新科研进展,并展望了利用深地微生物强化CO2固定以及将其转化为高附加值产物的潜力.

铁是地壳中丰度第四高的元素,其可通过多种方式影响土壤有机碳累积,尤其铁氧化物与土壤有机碳相互作用形成的稳定有机-矿物复合物,被认为是土壤可溶性有机碳长期固定的关键地球化学机制.促进土壤固定有机碳不仅可以提高土壤质量和肥力,还是应对全球气候变化的主要策略之一.然而,铁活跃的氧化还原反应和多样化的赋存形态,使其转化过程对土壤有机碳累积和稳定性的影响结果受到诸多生物和非生物因素调控.从不同角度,结合多学科的研究成果,综述了近年来国内外关于铁矿物形态转化影响土壤有机碳固定的相关研究,包括铁矿物形态转化过程、土壤有机碳固定机制、铁矿物形态转化影响土壤有机碳固定的机制及其主要影响因素(各种环境条件、自身的铁矿物性质、碳源质量等方面),强调铁在土壤有机碳固定过程中的重要作用.对铁固定土壤有机碳的相关研究提出了建议,为今后研究提供相关参考.

为了探索园林木本植物对重金属锌(Zn)的积累和耐性机制,本研究以栾树(Koelreu-teria paniculata)、臭椿(Ailanthus altissima)和银杏(Ginkgo biloba)3种北京常见乔木为试验树种,通过盆栽污染模拟试验,研究不同浓度Zn处理(O、250、500、1000、2000 mg·kg-1)对3种乔木的叶、枝、根生物量及叶片超微结构的影响,分析各器官中Zn积累含量及Zn在叶、根中的亚细胞分布和化学形态.结果 表明:各浓度Zn处理下3种乔木均能存活,但叶、枝、根的生物量较对照均有所下降.过量的Zn会导致栾树、臭椿的叶片细胞变形、细胞壁破裂、细胞器解体,而银杏叶片细胞尚能保持正常形态,说明银杏对Zn的耐受能力强于栾树和臭椿.随着Zn处理浓度的增加,3种乔木各器官的Zn含量呈上升趋势,栾树和臭椿体内的Zn含量显著高于银杏,说明栾树和臭椿对Zn的积累能力强于银杏.3种乔木叶和根中的Zn主要分布在细胞壁,分别占26.9％ ～71.8％和28.1％ ～82.6％,最高浓度Zn处理(2000 mg· kg-1)下,Zn在可溶性组分(液泡为主)的占比可超过细胞壁.3种乔木叶片中的Zn主要以NaCl、HAc、HCl提取态存在,占57.4％～82.7％,根系中的Zn主要以NaCl、HAc提取态存在,占42.8％ ～67.2％,均是活性较低的形态.这说明细胞壁固持、液泡区隔化和将Zn以低活性的形态赋存可能是3种乔木积累和耐受Zn的重要机制.

介绍土壤中有机酸的种类、来源及其对土壤中重金属的化学行为和生物有效性的影响,归纳有机酸分泌差异化的影响因素及其改变土壤pH值的作用机理;重点阐述根际有机酸对土壤中重金属的赋存形态和生物有效性的影响机制;分析根际有机酸不仅可以通过酸化、络合和交换等非生物作用发挥活化营养物质和金属解毒的作用,还可以通过作为电子供体和充当电子传递体等生物作用改变土壤中重金属的形态或价态,进而影响土壤中重金属的迁移与转化.通过阐明有机酸的基本属性及其对土壤中重金属化学行为和生物有效性的影响机制,期待为有机酸更广泛的科学利用及其对土壤重金属污染的治理提供理论依据.