Nu Surficial Environment & Hydrological Geochemistry Laboratory

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铁(Fe)是土壤中含量最高的氧化还原活性元素之一,在养分循环、有机碳稳定及土壤形成过程中发挥着重要作用。热带地区长期受强烈风化、频繁干湿交替及土地利用变化影响,Fe迁移、富集与同位素分馏过程十分活跃。然而,土壤质地与土地利用强度如何协同调控Fe循环,以及Fe同位素在不同土层中的响应规律,目前仍缺乏系统认识。近期,中国科学院地理科学与资源研究所张倩高级工程师与中国地质大学(北京)韩贵琳教授合作,以泰国蒙河流域典型热带土壤为研究对象,结合Fe含量、Fe同位素、土壤质地及土地利用强度,探讨了土壤Fe循环的协同调控机制。研究表明,土壤质地决定了Fe的长期储存能力,而土地利用强度则改变了Fe迁移及同位素分馏过程,两者共同控制热带土壤Fe的生物地球化学循环(图1)。
 河流颗粒态铁(FeSPM)是陆源物质向海洋输送的重要组分,其含量与铁同位素组成(δ⁵⁶Fe)可反映流域岩石风化和土壤侵蚀等自然过程,也可指示农业活动和矿业输入等人为影响。然而,在自然风化与人为输入叠加的复杂流域中,如何定量区分河流FeSPM的不同来源,仍是环境地球化学研究面临的关键问题。
随着稀土元素在工业、农业和医疗领域的广泛应用,其在水环境中的来源与迁移行为受到广泛关注。河流中的稀土元素既来自岩石风化和土壤侵蚀,也可能受到农业径流和污水排放的影响。在热带农业流域,雨季降水在产生稀释作用的同时,也会增强陆源物质输入,使稀土元素呈现复杂的季节变化。然而,不同河段及轻、中、重稀土元素的季节响应差异仍缺乏充分认识。泰国蒙河流域农业用地广布、干湿季分明,为研究上述问题提供了典型案例。揭示其溶解态稀土元素的季节变化与来源特征,可为区分自然背景与人为影响、开展分季节水环境监测提供科学依据。
“隆升-风化”假说认为,构造隆升通过增强侵蚀,促进硅酸盐岩风化并消耗大气CO2,驱动气候变冷。但侵蚀也会暴露硫化物,其氧化生成的硫酸可溶解碳酸盐,在地质时间尺度上释放CO2,削弱硅酸盐岩风化的碳汇效应。因此,风化的碳效应取决于硅酸盐岩、碳酸盐岩和硫化物等风化过程的相对强度。然而,不同岩石风化过程对侵蚀速率变化的响应规律仍缺乏系统认识。
稀土元素(REEs)及钇(Y,合称REY)广泛应用于高新技术、能源、医疗和农业等领域,并日益在城市环境和人体生物样品中被报道。成熟牙釉质高度矿化、无细胞且不发生生理性更新,能够保存形成过程中获得的部分化学信息。然而,现有生物磷灰石REE研究主要集中于考古或化石牙齿和骨骼材料,易受到埋藏后元素摄取和成岩改造影响,现代人牙釉质中La–Lu(不含Pm)及Y的浓度范围和配分特征仍缺乏系统认识。
大型水库在防洪、发电、航运和水资源调控中发挥着重要作用,但蓄水运行也会重塑天然河流的水动力格局。流速降低、停留时间延长以及干支流回水交换增强,容易在支流湾区形成不同程度的分层、混合和物质滞留,从而增加藻华发生风险。三峡水库支流众多,干流入侵方式和水团结构具有明显空间差异,准确识别这些隐藏的水动力状态,是理解藻华空间分异并开展精细化管理的关键。氢氧同位素(δ2H、δ18O和δ17O)能够记录水源、蒸发和混合信息,结合贝叶斯模型与机器学习,可进一步识别具有不同水动力特征和藻华风险的水团,为大型水库生态风险分区与调度管理提供新的方法依据。
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发布时间:2020-02-13 00:00:00

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