喀斯特石灰土-灌丛系统主要养分含量分布特征研究---以贵阳花溪杨中石灰土-灌丛系统Ca、Mg、 K 、P为例

本论文通过对贵州贵阳花溪杨中喀斯特山区的植被调查与土壤样品分析, 研究土壤-植被中Ca、Mg、 K、P分布特征、变化规律及其影响因素，并在此基础上尝试Ca同位素的预处理研究，以期为喀斯特地区土壤-植被中Ca、Mg、 K、P（尤其是Ca）的生物地球化学循环研究奠定基础，同时为植被演替、物质循环研究和退耕还林还草的人工恢复提供植物自身的营养依据。本次研究取得如下认识： 1.受石灰岩母岩控制，土壤样品元素含量的特征为：CaO>MgO>K2O> P2O5。同一元素沿海拔变化有一定的相关性，并且相关性随元素的不同存在差异：随海拔高度的增加CaO含量有升高的趋势，而MgO 、K2O、Na2O含量都有所降低。表层土壤中K2O-Na2O含量正相关变化，CaO-K2O含量负相关变化。并且从土壤表层到底层在剖面-1中随深度增加，CaO、MgO、K2O含量升高，而P2O5的含量则有上升的趋势。土壤中元素的上述分布特征主要与石灰岩的风化成土作用过程中不同分化程度土壤Ca的淋失和来自高处的富钙雨水输入有关。 2.喀斯特生态环境富钙的这一特点对喀斯特灌丛植物的种类成分和营养元素含量有很大影响。地貌部位、海拔高度对植物Ca、Mg 、K、P含量也有不同程度的影响。植物Ca、Mg 、K、P含量由高到低依次为：Ca > K > Mg >P。苔藓与其它植物比较， Ca、Mg、 K、P的含量都小于其它三类较高等的植物，这一现象与其自身的生物学特性有关：苔藓植物组织结构简单，不具备发达的输导组织，不具备真正的根系，不利于从土壤等基质中吸收营养。在、灌草、灌木、藤本三类植物营养元素之间Ca –P含量具有负相关变化，Mg –P含量具有正相关变化；在所分析的植物种，P- K含量变化呈正相关，并且植物叶片Ca/K比值随着P含量的增加而显著地以指数形式减小。这是因为植物体内的K和P对于Ca来说起着平衡离子（counter ion）的作用。 3. 生境中基岩裸露和土体浅薄的特点，极大地制约了喀斯特灌丛的发育，喀斯特生境的富含钙的特点对喀斯特灌丛植物的种类成分和元素含量有很大的影响。但是杨中灌丛群落植物Ca、Mg、K、P含量和对应土壤CaO、MgO、K2O和P2O5含量相关性不明显。植物Ca、Mg、K、P元素虽主要来源于土壤，但因其含量受元素地球化学性质、植物种类、土壤元素对植物有效态的含量等因素的制约，而使植物元素含量和土壤元素的含量没有明显的相关性． 4.从Ca同位素的预处理研究来看，离子交换分离法对去除样品中的杂质效果较好。在以后测定过程中，有利于增强离子流稳定性和强度, 提高测量精度和准确度，与沉淀法相比较，此法适宜作为钙同位素样品的前处理方法。 关键词： 喀斯特 石灰土-灌丛系统 Ca、Mg、K、P含量分布 钙同位素 环境地球化学

喀斯特小流域不同背景区植物叶片δ13值及其影响因素的研究

喀斯特石漠化地区由于其特殊的地表、地下二元结构，使得该区生态系统结构和机能非常脆弱，一旦生态系统，尤其是植被系统遭到破坏，其恢复难度将很大。虽然在90年代末期对喀斯特石漠化的研究才受到普遍的重视，并且被提升到国家层面进行恢复治理，但由于经济的飞速发展和喀斯特区人民群众发展生产力以及脱贫致富愿望的诉求，使得该区人－地矛盾突出，出现生态建设超前、基础理论研究以及政策指向落后的现象，并且在不同的人为干扰方式下，导致本已脆弱的喀斯特石漠化生态环境进一步恶化。针对上述特点，本文从基础理论研究方向着手，以同处一喀斯特小流域内的喀斯特背景区和非喀斯特背景区为研究背景，排除了一些环境上垫面的影响因素，以土壤、植物作为主要研究对象，并且结合利用国际上流行的稳定性碳同位素（δ13C）技术指示植物水分利用效率（WUE）的方法，分别详细论述了不同背景区从非退化到退化过程中的土壤-植被系统的协变关系，以及不同影响因素对植物叶片δ13C值判别的影响效应，并且通过与非喀斯特背景区进行比较研究的方法，以期为喀斯特背景区，尤其是石漠化地区土壤-植被系统的生态恢复和更加科学营造该区植物局地水分利用模式以及植被恢复物种的选择配置提供一定参考价值。对此，本论文得出以下认识： 一、不同背景区植物叶片δ13C值 本论文所研究的植物叶片 δ13C值变化范围在-25.60‰～-32.68‰之间，属于典型的C3植物。其中，石漠化样地的小果蔷薇有着最高的WUE （δ13C =-25.60‰），而次生林土山样地的莎草则有最低的WUE（δ13C= -32.65‰）。喀斯特背景区从非退化到退化的过程中，其植物叶片δ13C值的分布范围在-28.52‰～-30.74‰、-25.60‰～-29.77‰之间，而非喀斯特背景区从非退化到退化的过程中，其植物叶片δ13C值的分布范围在-27.68‰～-32.68‰、-26.17‰～-30.11‰之间。在退化的石漠化和土山样地，植物叶片δ13C值显著比未退化的无石漠化和次生林土山样地要高，这也就表示植物的WUE具有随着从非退化到退化不断加强的趋势，并且石漠化与土山样地之间和无石漠化与次生林样地之间的植物WUE无显著性差异，喀斯特背景区植物的WUE总体上也要高于非喀斯特背景区的植物。 二、不同背景区土壤理化性质特征 本论文研究表明，不管是在喀斯特背景区还是在非喀斯特背景区，从非退化到退化的过程中，土壤的物理结构均发生了明显的压缩状况，而从土壤粒级含量和分形维数变化的趋势上看，在两背景区均呈现随着向退化过程的发展，土壤中大粒径颗粒增加，小粒径颗粒减少的的现象，特别是细粉粒最为显著。而从喀斯特背景区内土壤各级团聚体的变化中可以看出，当土壤退化至石漠化时，土壤大团聚体已遭到严重破坏，其抗蚀性能决定着地表植被一旦遭到破坏就会引起强烈退化。而在非喀斯特背景区，其大团聚体的百分比值远高于喀斯特背景区，土壤抵抗环境退化的承受力较强。 在不同背景区土壤化学性质方面，土壤均呈现随着退化程度的发展，土壤有机质、全N含量呈现降低的趋势。喀斯特背景区土壤中易于移动的营养元素表现出递减的趋势，而难于移动的元素呈现增加的趋势。而在非喀斯特背景区，由于非退化样地在其黄壤发育阶段经过了长期的、明显的脱硅富铝化过程，造成难移动的营养元素大量聚集的现象。因此土壤中移动性较高的营养元素随着退化程度的加深呈现逐渐递减的趋势，而移动性相对较弱的营养元素含量也呈现逐渐递减的现象。而不同背景区土壤有效态营养元素除P、K普遍低于临界值水平外，其余营养元素的变化趋势大致与全量变化趋势相似，并且喀斯特背景区的上述营养元素含量普遍要高于非喀斯特背景区。 在对土壤中营养元素含量与植物叶片δ13C值关系的研究中，尽管从非退化到退化过程中样方水平上来分析不同背景区土壤营养元素含量与植物叶片δ13C值的相关关系时与已有的研究结果存在一定的差异，但从宏观上比较喀斯特背景区与非喀斯特背景区，土壤中营养元素含量与植物叶片δ13C值呈现的是明显的正相关关系，即营养元素含量高的样地其植物WUE也随之增高。 三、不同背景区土壤-植被系统的退化协变关系 本论文重点对不同背景区退化过程中土壤-植被系统间土壤各项理化性质和植物叶片营养元素含量的相关性进行了分析。在喀斯特背景区退化的过程中，土壤物理性质与植物中P元素相关的要素是最多的，喀斯特背景区的P元素是一个重要的影响因子。而在非喀斯特背景区退化的过程中，土壤的物理性质与植物叶片营养元素之间均无显著性相关关系。并且在不同背景区退化的过程中，土壤化学性质与植物叶片营养元素含量大都呈现的是不显著相关关系。 对不同背景区从非退化到退化的过程中植物叶片的生物吸收系数与植物叶片营养元素含量和土壤营养元素含量的分析中表明，在喀斯特背景区退化的过程中，植物叶片营养元素的吸收系数受到植物和土壤中营养元素含量的双重影响。而在非喀斯特背景区退化的过程中，植物叶片营养元素的吸收系数受到的影响与植物自身营养元素的含量密切相关，而土壤营养元素含量的背景则对其吸收系数影响不大。 四、不同背景区植物叶片营养元素含量与植物叶片δ13C值的关系 在对不同背景区植物叶片营养元素含量的相关分析中表明，不管是喀斯特背景区还是非喀斯特背景区，植物叶片营养元素N、K、Ca、Mg 、Fe的含量都较高，但P元素的含量却低于临界值，营养元素的含量特点属于Ca＞K＞Mg型，Ca含量都高于10000μg/g。在喀斯特背景区退化过程中，植物叶片的营养元素N、Na、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn含量与植物叶片δ13C值呈现正相关关系，而P、K、Fe营养元素的含量与δ13C值则呈现负相关关系。而非喀斯特背景区退化过程中，营养元素N、K、Ca、Mg、Cu的含量与δ13C值呈现负相关关系，Mn、Na与δ13C值呈现正相关关系，且营养元素P、Fe、Zn与δ13C值相关关系不显著。另外，喀斯特背景区植物w(N)／w(P)比值与δ13C值存在正相关关系，而非喀斯特背景区植物w(N)／w(P)比值与δ13C值则存在负相关关系。这些差异可能与不同背景区各样地之间小生境的条件和植物的种类差别有着一定的联系。 五、不同背景区土壤含水量的变化趋势与植物叶片δ13C值的关系 本论文选取了一场30mm降雨过后的7天，不同背景区土壤含水量与植物叶片 δ13C值的相关关系表明，石漠化样地土壤在7天内的失水幅度是最快的，尤其是在与该样地植物生长密切相关的0-20cm厚度范围内。这说明由于受其样地生境条件限制，土壤的水分蒸发量较大，含水量也较低；无石漠化样地由于受土壤厚度条件限制，其土壤含水量低于次生林土山；土山样地的土壤含水量也存在较大变化，而且其上、中、下坡的水分含量呈现逐渐递增的趋势，但无明显的显著性差异；次生林土山的土壤含水量变化幅度最小，说明其优越的生境条件对土壤水分保持是具有优势的。并且随着土壤含水量的逐渐增大，植物叶片δ13C值与之呈现显著的负相关关系，即土壤含水量越大，植物的WUE就越小。 六、不同背景区植物叶片解剖形态结构与植物叶片δ13C值的关系 本论文对不同背景区植物叶片解剖形态结构的分析表明，不同背景区退化样地上的植物叶片解剖形态结构中的栅栏组织厚度、海绵组织厚度、栅栏组织厚度/海绵组织厚度、上角质层厚度、下角质层厚度、最大导管直径和气孔密度均较未退化的样地呈现显著性差异。其中，随着从未退化到退化过程的发展，解剖形态结构中除海绵组织厚度逐渐变薄外，其余指标则逐渐增厚，并且石漠化样地上的植物叶片解剖形态结构上述指标均显著高于其它样地。而生长在喀斯特背景区和非喀斯特背景区的同种植物叶片解剖形态结构差异性不显著。不同背景区退化过程中的上述主要植物叶片解剖形态结构指标均与植物叶片δ13C值呈现正相关关系。这说明了在本研究小流域内，由于光、热、水、气等外部影响因素的一致性，植物为了适应环境的改变其自身产生的形态结构响应具有一致的趋势。

云南兰坪金顶超大型铅锌矿区镉的环境地球化学研究

矿产资源开采利用过程中导致的重金属环境污染问题日益严重。我国铅锌矿资源丰富，其开采利用过程中镉的环境污染也日益突出。本文通过对云南兰坪金顶Pb-Zn矿区矿床开采利用过程中镉等重金属元素的环境地球化学行为及矿区生态环境的研究，得出如下主要结论。 1. 矿石淋滤实验表明矿区部分氧化铅锌矿石可以很快被再次氧化或者被溶解并释放出大量镉等有害元素，滤出元素可以迅速发生沉淀或被沉淀物包裹，其释放能力表现为Zn>Pb>Cd。铅锌氧化矿石中菱锌矿组分含量是影响镉淋失的主要因素。在开放体系的水-岩作用下，矿区岩石、矿物的自然风化极易造成当地水系统中镉污染。 2. 矿区不同岩（矿）石中镉含量分布差异比较大，围岩中镉含量为50-650 ppm，平均310 ppm，原生矿中镉含量为14-2800 ppm，平均767 ppm，氧化矿中镉含量为110-8200 ppm，平均1661 ppm，其平均值最高。Zn、Cd地球化学性质的差异导致了二者在原生矿和氧化矿中的不同地球化学分配特点，原生矿Zn/Cd高于氧化矿Zn/Cd，表明氧化环境中镉更容易在氧化矿中富集，而锌更容易被氧化析出到环境中。氧化矿中Cd与Ca呈负相关，这表明Cd的富集和Ca的氧化淋失是同时进行的，并且还可能有Cd对Ca的类质同像代替存在。 3. 矿区上游对照区土壤中的高含量Cd浓度是因土壤母质层重金属高背景值造成的，而非人为污染。矿区中心区土壤受到严重Cd污染，可能与选厂、采场废石堆、尾矿库和露采矿山大范围暴露有关。矿区沿沘江下游两岸土壤中Cd含量远远超出上游土壤背景值和金顶全区土壤背景值，这可能是与污水灌溉有关。通过加权综合污染指数评价法发现矿区土壤污染的主要因子是Cd，其次是Zn和Pb，矿区土壤重金属污染贡献顺序为：Cd>Zn>Pb。矿区土壤污染主要表现为：矿区土壤污染有从中心区向沘江下游扩散区土壤中蔓延的趋势。 4. 矿区水体中出现较高含量的镉，高出天然河流中镉含量的50-100倍。矿区架崖山、北厂和跑马坪等采矿区水体中镉浓度范围在15-30 µg/L之间。矿区水体中镉含量水平表现为：矿山浅层地下水>矿山溪流水>沘江河水。研究结果表明，矿区沘江下游河段水体明显受镉污染，其中水体中镉的平均含量为15.7 µg/L，悬浮物中镉含量为49.3 mg/kg，沉积物中镉含量为203.7 mg/kg。矿区载镉岩石和矿物的自然风化是造成矿区水环境中镉污染的直接原因。 5. 跑马坪采场的废弃石具有较低的Cd含量，而北厂、架崖山采场的废弃石具有较高的Cd浓度，可能与废弃矿石类型本身差异有关。尾矿剖面中的Cd含量，在表层中随剖面深度呈递减趋势，在中层随剖面深度变化不明显，而在底层中明显富集。尾矿库表层尾矿样品中弱酸提取态和可还原态Cd高于底层尾矿样品，相比之下，表层尾矿中Cd等重金属元素易于释放到环境中，对环境的潜在危害大。老尾矿库尾矿砂中Cd金属总量高于新尾矿库尾矿砂，可能还是因为选矿工艺、技术的差异造成的。 6. 矿区污染段水体中硫同位素值较低，远远低于上游非污染区硫同位素值。矿区水体中δ34S值保持了金顶铅锌矿山源区矿山物质硫同位素的特征，显示了矿山来源物质的影响。根据水体硫酸盐中硫同位素稀释原理，研究发现沘江下游水体SO42-中85 %的硫来源于矿山物质。 7. 从矿区筛选出Cd、Zn、Pb的超富集植物共有4种：其中Cd超富集植物有2种，分别是本地生条裂萎陵菜（Potentilla lancinata Card. In Lecomte）和辣子草（Galinsoga parviflora Cav.）；Zn超富集植物仅发现有1种植物，为节节草（Equisetum ramosissmum Desf.）；Pb超富集植物发现了1种植物，为毛莲菜（Picris hieracioides L.）。这些植物均具备了超富集植物的基本特征，在污染土壤治理与修复方面具有一定的实践意义。 8. 建立了金顶铅锌矿山（床）地质环境模型。Cd的释放、迁移扩散模式为：雨水淋滤时，矿山固体废弃物产生富Cd的酸性或弱酸性矿山排水，通过下渗淋滤发生测向和垂向迁移，进入周边水体和土壤，然后被水系沉积物中针铁矿、方解石等吸附，并在沉降物中沉淀富集，导致矿区主要河流沘江水体的自净能力下降，加速水体的进一步恶化，破坏生物生存环境。矿区受污染水体、土壤和大气中的有害物质通过生物链进入动植物体内，进而危害人类健康。

贵州喀斯特山区植物营养元素和碳、氮、硫同位素组成研究--以贵阳花溪杨中流域为例

喀斯特的面积分布很广，占全球总面积的10%。我国喀斯特面积占国土面积的13%，主要集中在我国的南方。而贵州喀斯特山区位于西南喀斯特地貌最集中成片分布的中心区，是我国乃至世界热带、亚热带喀斯特地貌连续分布面积最大、发育最强烈的高原山区。和非喀斯特地区相比，贵州喀斯特山区由于碳酸盐岩的特殊理化特性，造成土层浅薄、土被不连续、岩石裸露率高、持水量低，适生树种少、群落结构单一、植被生长极其缓慢，生态环境十分的脆弱。加之人类不合理的活动，使得喀斯特山区植被退化非常严重。因此，开展贵州喀斯特山区植物的营养元素和碳、氮、硫同位素的研究是为了更好的了解该区植被的营养元素状况、生理生态特性以及营养元素的生物地球化学循环，更好地为该区森林、植被的治理、恢复以及生态系统的保护等提供决策依据。本研究选择典型喀斯特山区作为研究点，并以非喀斯特山区为对照。研究喀斯特山区植物的营养元素含量水平、分布状态、变异特征以及营养元素之间的相互关系和碳、氮、硫的同位素组成的种间差异、生境差异特征以及时空变化特征进行了研究。主要得到以下几点认识： 1、植物的N、P、K、Ca、Mg、S的平均含量大于1000 μg∙g-1； Fe、Mn、Al的平均含量在100 μg∙g¬-1～1000 μg∙g¬-1之间；Zn、Sr的平均含量为10 μg∙g¬-1～100 μg∙g¬-1之间；Cu和Mo的含量小于10 μg∙g¬-1，Mo最低(仅为0.17 μg∙g¬-1)。Ca、P、K、 Fe、Mn、S、Sr高于所报道的陆生植物元素的含量；Mg低于陆生植物的元素含量；其它元素在元素含量范围内。植物营养元素的特点为Ca>K>Mg型，和我国其它地区相比，喀斯特山区植被具有高钙的特征。 2、N、P、K、Mg为正态分布；Ca、Al、Fe、Mn、Cu、Zn、Sr、Mo、S为对数正态分布。Al、Fe、Mn、Sr的变异系数大于100%；N、P、K、Ca、Mg、S、Cu的变异系数小于60%。其中，Ca的变异系数最小(为11.8%)。P和K、P和Cu、Al和Fe、Al和Zn、Fe和Zn之间具有极显著的相关关系；N和P、P和Mg、K和Al、K和Cu、Ca和Sr、S和Mo之间具有显著的相关关系。 3、不同的生境下植物营养元素存在差异，差异在2倍范围内。其中，Mn、Al、Sr元素差异较大，分别达到2.1、1.5、1.4倍。 4、植物δ13C、δ15N、δ34S值的分布范围分别为-26.98‰～-29.15‰、-4.08‰～-0.79‰、-8.69‰～-6.04‰；平均值分别为-28.14‰、-2.41‰、-7.53‰。δ13C除了高于我国热带雨林区植物外，均低于其它地区，且变化范围较窄；不同地区之间植物的δ15N、δ34S值存在较大差异。 5、不同植物种之间的δ13C、δ15N、δ34S值存在较大的差异，不同生境条件下植物的δ13C、δ15N、δ34S值也存在差异。植物的δ13C值从生长初期到末期有降低的趋势；δ15N、δ34S则无一定的变化规律，不同的植物种的季节变化不同。植物的δ13C、δ34S随海拔的升高而增大，但δ15N随海拔的升高而降低。

中国一些河流离子组分初步研究

　　研究人类活动、全球变化对河流水质、离子化学特征及分布的影响具有重要意义。河流离子化学组成可以反映水系的区域岩性，物理化学风化特征。而对于控制河流离子化学自然因素的研究则有助于判别人类活动如农业灌溉施肥、矿山开采、工业生产等对河流的影响。同时，河流组分如NO3-、SO42-、As、Cd等的组成特征可以反映人类活动污染物输入程度。因此，河流水化学特征可以从一定程度上反映人类活动对水环境的影响。同时，研究河水离子化学特征及其分布规律也可以获得化学元素的生物地球化学循环、风化侵蚀及其在陆地—河流—海洋系统循环过程中的重要信息。此外，还有助于评价不同经济因素如人口密度等对河流离子的影响；有助于合理有效的利用河水的自净容量和环境效应，保护水资源；为水资源的开发利用、污染控制提供科学依据。 　　本文以中国南北方代表性流域—西江流域、长江中游（主要为汉水和乌江水系）、淮河上游及黄河下游流域河水为研究对象，通过对河水主要及微量金属离子的考察，结合基本水质理化参数，初步研究了我国南北方一些河流的离子化学特征及影响因素。通过此次研究，得出以下几点认识： 　　1. 西江流域河流pH均值为7.40，长江中游为8.11，黄河下游为8.34，淮河上游为7.95。西江流域河流DO含量均值为7.51 mg/l，低于黄河下游干流的8.27 mg/l；黄河下游支流DO含量显著低于干流。西江流域TDS经向分异显著，随经度增加逐渐降低。西江流域TDS平均值为152.78 mg/l，低于长江、黄河水系。 　　2. 西江流域、长江中游、淮河上游及黄河下游阴离子均以HCO3-平为主，各水系阴离子平均含量顺序均为HCO3- > SO42 -> Cl- > NO3-。研究区域水系中HCO3-平均含量以淮河上游为最高，西江流域最低；SO42 -、Cl-及NO3-平均含量则以黄河下游为最高，长江中游最低。研究区域水系阳离子均以Ca2+为主，西江流域及长江中游阳离子平均含量顺序为Ca2+ > Mg2+ > Na+ > K+，而淮河上游、黄河下游阳离子平均含量顺序则为Ca2+ > Na+ > Mg2+ > K+。 　　从长江中游到淮河上游、黄河下游，区域岩石风化是控制离子组成的主要因素，但蒸发结晶因素的贡献逐渐加强。其中，介于长江和黄河流域之间的淮河上游水系离子组成的过渡特征显著。研究区域水系中NO3-主要源于污染物排放，黄河干流污染较西江干流污染重。 　　3. 西江流域河流溶解态微量金属平均含量Zn>Cr>Cu>As>Al>Pb>Cd，其中Zn平均含量为37.72μg/l，Cd平均含量则仅为0.24μg/l。长江中游溶解态微量金属平均含量Zn>Cr>Pb>As>Cu=Al>Cd。淮河上游溶解态微量金属平均含量Zn>Cr>As>Pb>Al>Cu>Cd。黄河下游溶解态微量金属平均含量Zn>Cr>Cu>As >Al>Pb>Cd。研究区域河流中，西江流域溶解态Cu、Cr的平均含量分别为6.12μg/l和7.61μg/l，高于长江中游、淮河上游及黄河下游。长江中游溶解态Pb和Cd平均含量则高于西江流域、淮河上游及黄河下游。而研究区域中，黄河下游溶解态Al含量最高，达12.7 μg/l，淮河流域则体现出了Zn和Al的高含量特征。 　　化学风化过程在一定程度上导致了水体与风化壳之间不同化学元素的分异，使河水中溶解态Al和As相对于其它微量金属元素强烈富集，而Pb、Zn、Cu及Cr则相对亏损。河流溶解态As和Al除来源于矿物岩石风化外，也受外源输入—人类活动的影响。 　　4. 自然条件的区域差异是形成河流离子化学分异的主要因素，但人类活动对其影响逐步加深。工农业污染物输入在一定程度上改变了天然河流的离子化学组成，使河流组分NO3-、SO42-、As、Al等呈现富集趋势。化学元素在河流这一循环过程中间体中的地球化学行为越来越多地受人类活动影响。

黔西南滥木厂铊矿化区河流沉积物重金属环境地球化学及环境效应研究

矿山环境重金属污染及其生态效应研究是环境地球化学研究的热点问题之一，其中水环境生态系统中的沉积物重金属污染由于可能影响流域水环境安全而备受关注。贵州矿产资源丰富，其开采利用过程中的重金属元素污染十分严重，尤其是Tl、As和Hg的污染备受关注。本研究选择黔西南滥木厂铊矿化区为研究对象，通过分析该地区河流沉积物中铊、砷、汞等重金属元素的环境地球化学分布特征，对重金属污染状况进行评价，并探讨其对环境的生态危害，得到以下几点认识： 1. 滥木厂铊矿化区河流沉积物中重金属Tl、Hg、As和Cd的含量相对很高。其中，Tl、Hg和As在矿山影响区河流沉积物中平均含量分别为23.3 mg/kg、46.8 mg/kg 和97.3 mg/kg，比页岩平均含量高几十倍至上百倍，而矿山未影响区及对照区河流沉积物中含量都相对较低。Cd在矿渣以及清水河矿山影响区、矿山未影响区和对照区河流沉积物中的平均含量都相对较高，分别为0.97 mg/kg、1.31 mg/kg、1.17 mg/kg和1.21 mg/kg，约为页岩平均含量的2～5倍，且变化不明显。重金属环境地球化学分析表明，Tl、Hg和As为同源污染物质，主要来自矿山硫化物的风化淋漓；Cd的高含量与矿山联系不明显，可能是由于地域上的Cd异常所致。Cu、Cr、Zn和Pb的含量都相对较低，只略高于页岩平均含量。 2. 地质累积指数（Igeo）和潜在生态危害系数（RI）分析评价结果显示，滥木厂清水河沉积物主要受到Hg、Tl、As以及Cd的污染。受矿山影响的河流沉积物中Hg和Tl的污染很严重，具有很强的潜在生态危害；As和Cd次之；Zn、Cu、Cr和Pb的污染不明显，潜在生态危害很小。 3. 沉积物中重金属各形态分级提取分析（BCR）表明，受矿山影响的滥木厂清水河沉积物及剖面沉积物中：不但总Tl含量很高，有效态Tl含量也高，平均分别为6.0 mg/kg 和5.9 mg/kg，对环境的生态危害很大；Hg虽然总含量非常高，但其酸可提取态含量都低于仪器的检测下限，可还原态含量也不高，平均分别只为0.46 mg/kg 和1.53 mg/kg，主要集中在不易释放的可氧化态和非常稳定的残余态，对环境的生态危害一般；As的总含量较高，但有效态平均含量只为6.51 mg/kg和1.58 mg/kg，对环境的生态危害较小；Cd的总含量也相对较高，有效态平均含量也分别达0.55 mg/kg和0.52 mg/kg，对环境的危害可能较大；Cr、Cu、Zn及Pb的总含量和有效态含量都较低，对环境的生态危害较小。 4. 滥木厂铊矿化区河流沉积物中Tl、Hg和Cd的重金属污染的生态危害性主要表现为Tl、Hg和Cd对食物链的直接或间接污染。Tl和Cd易在农作物中富集，Hg甲基化后也可以在农作物中富集，其人体健康危害性较大。

喀斯特丘原区石漠化过程中土壤退化的表征与分析——以清镇王家寨小流域为例

喀斯特石漠化问题是贵州省乃至整个西南地区最大的生态环境问题，对当地的经济发展和人类生存造成极大障碍，虽然石漠化问题日益受到重视，但生态建设超前、基础研究落后却是不争的事实。石漠化过程中土壤性质变化、人为干扰方式对土壤质量的影响、土壤——植被系统的关联退化是石漠化研究中非常重要的基础理论，可作为石漠化等级划分的参考，也是石漠化治理及生态恢复的重要依据。本文以王家寨小流域为研究区域，对喀斯特石漠化过程中土壤、植被的退化进行定量分析研究，以找出石漠化过程中土壤质量演变的规律以及人为干扰对其产生的影响，初步探讨了土壤——植被系统的退化特征及其协变关系，分析了坡位等流域内部影响因素对土壤质量退化的影响，并采用土壤退化指数对其进行评价，取得了以下几点认识： （1）研究区内土壤基本特征为：土层浅薄，剖面层次分化不明显，土壤呈中性至微碱性反应，CEC及盐基饱和度较高，有机质、氮素含量丰富，C/N较低，供氮潜力高，土壤营养元素较为丰富，但P、K、Na相对不足。 （2）石漠化过程中，土壤容重变大，孔隙度降低，土壤质地粘重，水稳性大团聚体减少，小团聚体相对增加；土壤有机质流失，全N含量降低，土壤中易于移动的营养元素，如P、K、Na、Ca、Mg等含量随石漠化程度加深而降低，难于移动的元素，如Fe、Mn、Cu等则表现出增加的趋势，土壤pH及CEC也基本呈降低趋势，土壤养分有效性降低，各元素有效态含量均下降，仅有效Mn例外。 （3）土壤剖面构型多为A—D，A—C型，也有少数已形成较为明显的心土层。土体A层营养状况相对较好。石漠化过程中，粘粒含量增加，尤其在土体中下部聚集更为明显，地球化学性质相对活跃的元素在土壤上、下层含量均降低，流失量上层大于下层，而相对较稳定的元素聚集量下层大于上层，土壤表层CEC降低，下层升高，有效Mn含量增加，有效铁含量仅在土壤下层增加，其他元素均降低。 （4）石漠化过程中土壤理化性质恶化与植被退化相互促进、互为因果，形成一种相互反馈的恶性循环。随石漠化程度加深，植被演替趋势为乔→草灌→灌草→稀疏灌草，其特征主要表现为：植被覆盖度较低，群落结构简单，富N、Ca、Mg，缺P、K、Na。通过对比及相关性分析，得出植物生长的主要限制因子为P、K、Na、Mn、Zn。 （5）石漠化经过一定时期发展，地势较平坦的区域易形成黄色石灰土，其理化性质介于石灰土与黄壤之间，随石漠化发展土壤性质的变化规律也更为明显；而地势陡峭，地形崎岖的区域则易在负地形中残留土壤形成年轻的黑色石灰土，其理化性质较好，剖面没有黄色石灰土分化明显，土壤性质也差异极大，因而在石漠化等级划分及综合治理上应予以区分，不应一概而论。 （6）筛选出土壤退让评价指标并赋予权重，主要包括平均土厚、有机质、全氮、pH、CEC、容重、密度、颗粒组成、水稳性团聚体、全磷、全钠、全钙、全镁、全铜、碱解氮、速效钾、有效铁、有效铜、有效锌等。评价结果显示土壤退化与石漠化发展具有同步性，其中化学性质的退化较物理性质明显，仅石漠化初期表现出相对较强的物理性质退化。轻度至中度是土壤退化最敏感的阶段，退化最为强烈，应予以重点防治。 （7）不同的人为干扰方式对土壤质量产生的影响不同，开垦和放牧作用下的土壤较为粘重，容重、密度都较樵采作用下的土壤大。通过退化评价指数可知，开垦和放牧影响下的土壤退化最为严重，主要表现为开垦、放牧后土壤养分的大量消耗和流失，土壤化学性质的变异引起土壤质量强烈恶化，而樵采和火烧则在一定程度上通过改善土壤的化学性质使退化延缓，因而土壤质量相对较好。 （8）小流域的研究方法虽然可以排除各种外在因素影响，但却无法排除流域内的影响因素，如坡位、坡度、坡向、坡形等。研究结果显示坡位对土壤密度、容积含水率、气相率、水稳性团聚体、C/N、元素全量及有效态含量都有一定影响。土壤退化指数显示土壤退化程度上坡>中坡>下坡。

贵阳市大气颗粒物、雨水及土壤中重金属的研究

重金属是指比重大于或等于5.0的金属。随着城市化在全球范围内的飞速发展，以及城市人口的不断增长，客观上需要增加对城市生态环境的了解，以及研究城市生态环境与人类健康之间的相互关系。 大气沉降包括干沉降与湿沉降，大气的干、湿沉降是大气化学、环境化学和生物地球化学研究的重要内容之一，在重金属循环中扮演着重要的角色。大气沉降对土壤重金属地球化学过程有着重要影响。因此，准确把握环境中重金属的主要来源、行为及归宿，对有效控制重金属的污染、保护人类健康提供科学依据具有非常重要的意义。城市土壤是城市生态环境的重要组成部分，对城市的可持续发展有着重要意义。在城市环境中，各种各样的人类活动将大量的重金属带人城市土壤中，造成这些元素在土壤中的积累，并通过大气、水体或食物链而直接或间接地威胁着人类的健康甚至生命。 本研究以贵阳为例，对环境中的重金属进行研究。系统研究了贵阳市大气颗粒物重金属含量与形态、雨水重金属的含量与季节变化及土壤重金属含量与形态。主要结果如下： 1 贵阳市的干、湿沉降与气象因子关系密切。随温度的升高，贵阳市TSP浓度下降；相对湿度与TSP呈负相关性；风速对贵阳市区的TSP浓度的影响主要表现为扩散和稀释作用，随风速的增加，贵阳TSP浓度降低；雨水对贵阳市大气总悬浮颗粒物的有明显的清除作用。随着风速的增加，贵阳市雨水中重金属含量降低；雨量与雨水中的Cd、Cr、Cu、Pb与Zn的含量均呈一定的负相关关系，总体趋势为当降雨量较大的时候，雨水中重金属的含量较低。 2 贵阳市大气颗粒物中重金属含量有明显季节变化规律。Cd、Cr、Pb和Zn冬季的含量明显高于其它季节，而春季和夏季颗粒物中重金属含量相对较低，冬季的浓度是夏季的1.8-4.6倍。同样，贵阳市雨水中Cr、Cu、Zn的最高浓度都出现在冬季，这与贵阳市在冬季大量使用燃煤来取暖的时段相符合。 3与其它城市相比，贵阳市大气颗粒物重金属污染比较严重。同样，与地表水国家标准值相比较，贵阳市大部分样品Cd、Cu、Pb与Zn明显超过地表水国家标准，雨水中Cd、Cu、Pb与Zn的平均值分别国家标准的为2.7、2.2、6.0和1.3倍。贵阳市表层土壤已受到重金属不同程度的污染。表层土壤Cd的平均含量为0.66mg/kg，Co的平均含量为17.31mg/kg，Cr的平均含量为82.91mg/kg，Cu的平均含量为52.20mg/kg，Ni的平均含量38.76mg/kg，Pb的平均含量为71.03 mg/kg，Zn的平均含量为216.05mg/kg。土壤Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的平均含量分别我国土壤元素的背景值的6.8倍、1.36倍、1.36倍、2.31倍、1.44倍、2.73倍与2.98倍，其中以Cd和Zn 积累较明显。 4对贵阳市大气颗粒物、土壤重金属形态分别进行分析，结果表明：大气颗粒物中Cd主要以环境可迁移态存在，占61.4%；Cr和Cu主要稳定态存在，二者对环境不会造成直接影响；Pb主要以环境可迁移态、碳酸盐和氧化物结合态存在；Zn主要以环境可迁移态存在。土壤中，除Cd以外，Co、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn元素的酸可提取态在总的元素含量中所占比例较小，均小于总量的3.0%，而Cd的酸可提取态含量为23.3%。相反，除Cd以外，其它6种金属元素的残渣态含量都比较高，Zn为96.8%，Cr为92.2%，Cu为83.4%，Co为69.2%，Ni为57.4%，Pb为41.9%。 5 贵阳市土壤剖面重金属元素的分布比较混乱，没有规律性，底土层含量仍然很高。城市土壤受到人为因素等影响，已发生严重改变。土壤中有许多不同来源物质的混入，土壤剖面经常受到人为扰动，自然土壤发生层被破坏，导致许多土壤剖面上下土层没有发生学上的联系。

植物碳、氮同位素对喀斯特石漠化过程的响应特征研究——以贵州清镇王家寨小流域为例

本研究选定喀斯特高原区贵州省清镇市王家寨峰丛洼地小流域为研究对象，以植物碳、氮稳定同位素为研究手段，探讨了喀斯特石漠化过程中植物对环境变异的生态响应特征。通过研究，得出了以下几点认识:（1）石漠化过程中，土壤结构呈现出紧密化、粘质化发展趋势；土壤OM、pH、CEC、C/N比值和易移动的元素随石漠化的加深而降低，难移动的元素随石漠化的加深而升高。（2）研究区植物具有高Ca、Fe和低P、K的显著特点，属于Ca > K > Mg型；植物各元素含量种间差异较显著，且除P、K、Fe、Zn外基本均随石漠化的加深而降低，随生长期延长而增加；P是研究区植物生长发育的主要限制因子。（3）研究区常见灌木植物叶片δ13C值主要分布在 -29.5‰ ～ -24.60‰ 之间，种间差异极显著，基本随石漠化的加深而趋正，随生长期的延长而趋负；植物叶片δ13C值对土壤环境的响应较对小气候的响应更敏感。（4）研究区常见灌木植物叶片δ15N值主要分布在 -6.08‰ ～ +1.30‰之间，种间差异同样极显著，随石漠化程度的加深而趋正；植物所吸收氮同位素的种类和数量除了受土壤和气候环境因子的影响外，还受到其自身生理遗传和生长发育的控制。（5）植物叶片δ13C值对小生境的响应不如δ15N值敏感。

上芒岗金矿床成矿作用过程研究

上芒岗金矿床位于三江褶皱系怒江大断裂西南段，龙陵～瑞丽大断裂(F_1)南东盘，上芒岗次级断裂(F_4)之中。赋矿地层为下二叠统沙子坡组(P_(1s))和中侏罗统勐嘎组(J_(2m))。矿石主要有两种类型，硅质矿石和粘土质矿石；前者主要由石英和少量黄铁矿所组成，金品位平均为2 * 10~(-6)；后者主要由伊利石、高岭石和黄铁矿所组成，金品位一般为2 * 10~(-6) ～ 4 * 10~(-6)。矿石中金星次显微状态，主要元素组合为Au、Ag、As、Sb、Hg、Ba。矿床以强烈的黄铁粘土岩化为特征，热液蚀变作用过程即是金矿化作用过程。根据热液蚀变的矿物共生组合及其生成序次，将金矿化作用过程分为五个阶段：黄铁矿-石英阶段(I)；镁贝得-白云石阶段(II)；辉锑矿-石英阶段(IlI)：黄铁矿-高岭石-伊利石阶段(IV)；网脉状石英阶段(V)。其中黄铁矿-高岭石-伊利石阶段(IV)是金矿化的主成矿阶段。该矿床属于卡林型金矿床。由石英流体包裹体获得不同成矿阶段的温度为，成矿阶段I：210～170 ℃、成矿阶段III：190～160 ℃、成矿阶段V：173～144 ℃。伊利石-水氢同位素温度计测得成矿阶段IV的温度为165 ℃。石英流体包裹体液相成分以K~+、Na~+和Cl~- (F~-)为主，其次为Ca~(2+)、Mg~(2+)和HC0_3~-，由早到晚K~+、Na~+和Cl~-降低，而Ca~(2+)、Mg~(2+)和HC0_3~-升高；气相组分以C0_2为主。石英流体包裹体成分富F，其含量高达8.03 * 10~(-3) mol／kg，正是由于成矿热液富含F，Al才可以与F形成络合物进入热液迁移，即Al成为活动组份，从而形成该矿床所独特的强烈粘土岩化蚀变。稀土元素特征方面，矿石和赋矿地层下二叠统沙子坡以及中侏罗统勐嘎组岩石的稀土配分曲线十分相似，均为右倾型，但是两者的稀土元素总量不同，前者的相对较高。矿石和蚀变岩具有相似的稀土元素配分曲线，但是矿石的稀土元素总量相对较高。与勐嘎组泥岩相比，粘土质蚀变岩和矿石更加富集轻稀土元素，并且更富Eu。这些特征表明，粘土质蚀变岩和矿石是由热液作用形成的，而不是风化作用的产物；矿石与赋矿地层在物质来源上有亲缘关系。不同矿段、不同阶段和不同类型矿石和蚀变岩的Au、Ag、As以及Sb的含量同步变化，这表明在整个成矿作用过程中，成矿流体来源统一，且在成矿体系起主导作用。不同类型的矿石及蚀变岩中Au与Al_20_3，和TFe的含量呈正相关，表明黄铁粘土岩化与成矿关系最为密切。矿石铅同位素~(208)Pb／~(204)Pb、~(207)Pb／~(204)Pb和~(206)Pb/~(204)Pb比值分别为39.12～39.54、15.85～15.95、19.75～20.33；沙子坡组(P_(1s))岩石铅同位素比值分别为:38.407～37.868、15.921～15.589、22.685～22.367;孟嘎组(J_(2m))岩石铅同位素比值分别为：39.499～39.222，15.821～15.772、19.207～18.709。在铅同位素组成相关图中矿石与地层铅的投影点分别集中成群分布。矿石铅与地层铅呈线性分布，而且矿石铅的集中区位于沙子坡组铅集中区和勐嘎组铅集中区之间。这些特征表明矿石铅系由沙子坡组铅和勐嘎组铅混合而成。成矿热液的δ~(18)O由早到晚逐渐升高，I、III、IV、V阶段流体的δ~(18)O值分别为-4.2‰，+0.59‰；+0.76‰，+1.98‰，表现出明显的漂移特征；而δD则表现出高度的一致性，变化范围为-82.5 ～ 79.48‰。由此认为成矿热液系大气降水起源。成矿热液氢、氧同位素组成的这种规律性变化还说明，成矿热液的演化具有继承性和连续性。应用CHILLERR软件包，对上芒岗金矿床的成矿作用过程进行化学反应途径数字模拟。所展示的成矿作用过程为：大气降水沿断裂带下渗，加热循环，获取成矿物质(但不排除有深源成矿物质加入的可能性)；形成起始成矿热液：T = 200℃ P = 228.8bar；pH = 4.4；fs_2 = 10~(-9.89); fo_2 = 10~(-41.28)；aAu(HS)_2~- = 10~(-9.64)，aAuCl_2~- = 10~(-17.86);富含F、Al和Au，贫As、Hg、Zn、Cu和Pb。成矿热液在构造作用的驱动下，上升进入上芒岗断裂上部含水构造破碎带，并与下渗雨水混合而淬冷，形成沿上芒岗断裂呈线状分布的早期硅化石英岩(成矿阶段I)，成矿热液与下渗雨水之比为16:l(成矿阶段I)；继而热液扩散进入下盘破碎带，与白云岩反应，形成矿体下盘的白云石化，水:岩比为193:l(成矿阶段II)。此后成矿热液上升充填裂隙空间，由于热传导而缓慢冷却，成矿体系的温度由189 ℃降为165 ℃，形成含辉锑矿的梳状石英脉(成矿阶段1II)。成矿热液继续上升进入上盘碎屑岩破碎带，停积于构造揉皱的泥质岩，并与之反应，形成上芒岗矿床金矿化的主体—粘占土质矿石，水:岩比为29:1(成矿阶段IV)。最后成矿残液逐渐冷却, 同时伴随C0_2的起泡，形成晚期石英网脉(成矿阶段V)，至此热液金矿化过程结束。由上述可见上芒岗金矿床的成矿作用过程经历了：(初始)成矿热液与下渗大气降水混合(I) → 成矿热液与沙子坡组白云岩反应(II) → 成矿热液缓慢冷却(III) → 成矿热液与勐嘎组泥质岩石反应(IV) → 成矿热液冷却沸腾(V)等5个演化阶段。模拟结果进一步证实了上芒岗金矿床的热液成因。上芒岗金矿床成作用过程化学反应途径数字模拟与地质事实高度吻合，与地球化学研究结果相互印证，再现了上芒岗金矿床的成矿作用过程。由矿床的地质地球化学特征及成矿作用过程化学反应途径模拟结果，归纳出上芒岗金矿床成矿作用过程模型。

广西贺县龙水金矿床的同位素地球化学研究及成因探讨

广西贺县龙水金矿位于湘桂稳定区，桂粤交界山脉的北段，博白-茶陵深断裂的西侧，区内广泛发育加里东期到燕山期的花岗岩，出露的基底地层主要为震旦系到寒武系。本文主要研究龙水金矿II号矿化带。该带位于寒武系水口群清溪亚群和大宁花岗闪长岩体的接触带附近，围岩为寒武系的碳质板岩，矿脉为硫化物石英脉，主要有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿和石英等矿物。金矿化与硫化物密切相关。主要的金矿物为银金矿，少许自然金。确定金矿床的成矿年龄一直是个比较刺手的问题。本文选择矿脉中信为是成矿期的石英作为Rb-Sr等时年龄测定的对象，是基于其纯净和其中的原生气液包体基本可代表成矿热液的特征。结果表明其Rb-Sr等时年龄为120.5Ma，并认为此年龄代表了成矿年龄。有石英Rb-Sr等时线的~(87)Sr/~(86)Sr初始比为0.732089, 与矿脉中碳酸相加矿物的Sr同位素比值（约为0.7337-0.7402）一起，表明Sr应是来自地壳的富Rb盐矿物的Sr源区。另外，为了与围岩的蚀变年龄对比，测定了近矿围岩的Rb、Sr同位素组成，结果形成两条等时线，年龄分别为245.9 Ma和173.6 Ma，表明成矿以前至少发生了两次地质事件，导致了Sr同位素的均一化。这两次地质事件分别与华南的东吴运动及燕山运动第一幕相对应。矿石Pb同位素的~(206)Pb/~(204)Pb、 ~(207)Pb/~(204)Pb 和~(208)Pb/~(204)Pb 分别在18.4-18.9、15.6-16.1和38.4-39.6的范围内，并在~(207)Pb/~(204)Pb vs ~(206)Pb/~(204)Pb坐标图上呈现出斜率为1左右的线性排布。只有个别数据点要以得出依据Doe模式的模式年龄，约为200 Ma。在Zart,am Pb构造模式中，矿石Pb同位素数据大部分位于上地壳Pb线以上，呈现出富放射性成因Pb的特征。为了解释异常Pb的成因，本文进行了定量计算。结果表明矿石Pb为古老的存留地壳Pb与少地幔源Pb的混合，即矿石Pb同位素经历了这样的演化过程：在39-29.8亿年间由地幔分异出的地壳 Pb，未参与壳幔循环作用，一直到燕山期，与少量幔源Pb混合，并加入成矿。混合μ值为9.85-10.22。矿石的地质情况及矿石Pb同位素的Δα-Δβ-Δγ示踪结果均支持这一结论。本文初次研究了脉石英中的U、Pb同位素组成。脉石英中Ｕ含量很低。Pb同位素组成基本可以划分为两组，一组为与方铅矿数据近似的普通Pb组成，另一组则较富放射性成因Pb，并向围岩的Pb同位素组成漂移，可能是随着热液的演化和大气降水的加入，受围岩Pb的影响所致。矿脉中硫化物样品的S同位素比值（加权平均为0.16‰）和碳酸盐矿物样品的C同位素比值（在-0.1～-4.1‰的范围内），表明其应为内生来源。根据脉石英的气液包体均一温度（180-250 ），计算与脉石英存在0同位素平衡的热液的同位素的同位素组成，结果为1.2～-4.8‰，表明有大气降水的参与。石英气液包体水溶液为弱碱性，其成分分析表明其中K_2O/Na_2和CaO/MgO（分别根据K~+/Na~+和Ca~(2+)/Mg~(2+)的换算）与围岩相差很大。另外，矿石中微量元素主要为Au、A2g、Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Mo、Bi、Ga、As、Sb、和Hg，而围岩中微量元素则主要为Cu、Ni、Mn、V、Zr、Ti、Cr和Ba。因此，热液中成矿元素主要不是来自围岩。黄铁矿的Co/Ni、S/Se/的比值可以指示热液化的来源。龙水金矿矿脉中黄铁矿的Co/Ni > 1，S/Se < 15000，均在与岩浆作用有关的热液范围内。因此，热液活动应主要与岩浆岩有关。矿石、围岩和花岗闪长岩的稀土配分模式相似，均呈现向右倾斜的V字型，并且类似于太古代后沉积岩。结合Pb、Sr同位素的研究，推测花岗闪长岩的源岩主要为古老的地壳物质。概括起来，龙水金矿床为约120.5 Ma形成的中低温热液矿床；热液中成矿物质主要来自花岗闪长岩。由于围岩与矿床紧密的空间联系及围岩中的高Au含量，围岩可能提供了一部分Au及其他成矿物质。