收稿日期:2005-05-19修回日期:2005-08-26
作者简介:卢玫桂(1980-),女,硕士研究生,生物地球化学专业。*广西科技厅创新能力建设项目(桂科能0322027-8)和国家自然科学基金项目(90202016)联合资助。
广西科学Guang xi Sciences 2006,13(1):58～64
桂林毛村石灰土和红壤元素生物地球化学特征研究*
The Comparative Study of Biogeochemistry between Limestone Soil and Red Soil in Maocun ,Guilin
卢玫桂1,2,曹建华1,何寻阳1
LU M ei-gui 1,2
,CAO Jian-hua 1
,HE Xun-yang
1
(1.中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部岩溶动力学重点实验室,广西桂林 541004;2.
柳州市环境保护科学研究所,广西柳州 545006)
(1.Karst Dy namic Laboratory Ministry of Land and Resources,CAGS,Guilin,Guangx i,541004,China ;2.Liuzhou Institue of Environment Protection ,Liuzhou ,Guangx i ,545006,China )
摘要:以桂林毛村作为研究对象,对石灰土和红壤背景条件下的植物根区土的元素全量、微量元素有效态含量、
pH 值、
有机质、全钙含量进行对比分析。结果表明:由于石灰土的全钙含量较高并为红壤的3倍多,土壤pH 值比红壤的高2.16个单位,尽管石灰土K 、N a 、B 、M o 和I 含量比红壤的相应元素含量低,但石灰土其它元素的含量都比红壤的相应元素的含量高;植物体的大量元素,除K 元素之外,生长在石灰土上的植物体内的元素含量都比生长在红壤上的高,至于微量元素,除了Cu 、M o,生长在石灰土上的植物体含量较高之外,其它元素含量均是生长在石灰土上的植物比红壤上的低;石灰土的微量元素有效态的含量一般都比红壤的低,石灰土的pH 值与微量元素有效态含量则主要呈负相关(负相关比例为62.5%),红壤的pH 值与土壤微量元素有效态含量的关系以正相关为主(正相关比例为62.5%);所以由于石灰土的偏碱富钙制约了微量元素的有效态含量,导致石灰土的微量元素有效态含量偏低。
关键词:土壤 元素 含量 石灰土 红壤
中图法分类号:P 593 文献标识码:A 文章编号:1005-9164(2006)01-0058-07
Abstract :We have compared and analyzed the total elements ,available elements ,the pH value and organic com pounds of rhizospheric soil betw een lim estone soil and red soil .The results are as fol-lows.It w as found that the total Ca content of limestone soil is three tim es larg er than the red soil.T he pH value of limestone soil w as higher than red soil,which is higher about 2.16units.T he total contents of elements in the limestone were hig her than the red soil ex cept K ,Na ,B ,M o and I .As to the elements contents of plants,it w as found that the plants living in limestone soil had higher ele-ment content than the plants living in red soil,but the content of K of plants from limestone was low er .How ever ,the contents of trace elements in plants living in the red soil ex cept Cu and Mo w ere much higher .By analyzing the av ailable elem ent contents of rhizospheric soil ,it w as found that the available contents of trace elements in limestone soil were much low er than in red soil.And the element available content of red soil had positive correration w ith the pH value,which w as about 62.5%.But the elem ent available content of lim estone soil had an opposite relation and the organic com pounds had positive correration w ith trace available content of rhizospheric soil of elements.So that the character of limestone abundant in Ca restricts the available content of trace elements.Key words :soil ,element ,content ,limestone soil ,red soil 富钙偏碱的岩溶环境造成岩溶植被的分布有别于同纬度的地带性生态环境。在相同的气候条件下,岩溶森林生态系统的环境容量低于同纬度的地带性
森林生态系统,具有脆弱性生态特征。为研究不同地质背景对植被生长的制约作用,本文以桂林毛村两类不同林地中的同种植被作为研究对象,从元素丰度的角度,研究岩溶生态系统中土壤元素的分布特征。
1 研究区概况和研究方法
1.1 研究区概况
广西桂林潮田乡毛村为典型的峰丛洼地和峰丛
谷地代表,距桂林市30km 。桂林位于亚热带季风区,多年平均降雨量为1915.2mm ,多年平均水面蒸发量为1378.3mm ,年平均气温为18℃,降雨季节分配不均是该区基本的气候特点。
研究区地层主要由泥盆系融县组和东岗岭组碳酸岩盐及一套含铁砂岩组成,石灰土母岩有石灰岩和白云岩,详见图1
。
图1 毛村地质示意图
F ig.1 Geolog ical map of M aocun
1.融县组;
2.东岗岭组;
3.砂岩;
4.断层;
5.采样地点。 1.Rong xian format ion;2.Dong G ang ling for mation;3.Sandst one ;4.Fault ;5.Collecting site
1.2 研究方法
按研究区岩性的不同,确定调查路线和选择未受人类干扰或干扰较少的11种植物:桂花(Osmanthus f r agrans )、木(L orop etalum chinense )、盐肤木(Rhus chinensis )、马尾松(Pinus massomana )、黄荆(V itex negundo )、金樱子(Rosa laevigata )、枫香(L iquidamlar f ormosana )、樟树(Cinnamomum camp hora )、野菊(Chr ysanthemum indicum )、千里光(Senecio scadens )、龙牙草(Agr imonia p ilosa )的根区土和植物的叶片作为研究对象并带回实验室进行分析。采样点如图1所示。
将土壤风干和植物叶片烘干,分析样品的N 、P 、
K 、Na 、Ca 、Mg 、Fe 、M n 、Cu 、Zn 、M o 、Co 、B 、Ni 、Cr 、Sr 、
V 、As 、Se 、I 、Cd 、Pb 共22种元素和有机质的含量。每种样品分析3次,取其平均值。元素分析方法参照文献[1]进行,其中pH 值用电位法,有机质含量用重铬酸钾容量法即外加热法,N 含量用半微量凯氏法,P 含
量酸溶钼锑抗比色法,K 和Na 含量用酸溶原子吸收分光光度法;岩石和植物体内的Ca 和M g 含量用酸溶EDTA 容量法,其他的元素的全量都用酸溶(HF +HNO 3+HClO 4)ICP -M ES 法测定,石灰土用土-DTPA 浸提,红壤用盐酸浸提。
用SPSS 软件对分析结果进行统计和分析。用生物吸收系数[2,3]
来表示植物对化学元素的吸收和积蓄能力,用植物根区土壤中元素的全量、有效态含量、有效率和植物叶片中元素的含量对石灰土和红壤上采集的11种植物进行聚类分析[4]
,更好地说明石灰土和红壤元素的生物地球化学特征。
生物吸收系数=(植物中某元素含量/土壤中该元素含量)×100
2 结果与分析
2.1 不同岩性元素分析结果
从表1可以看出,石灰岩和白云岩的元素含量相似性比较大,这两种岩石与砂页岩的元素含量存在较大的差异。
2.2 岩溶区土壤环境是富钙偏碱的环境
从图2可以看出,毛村石灰土上植物根区土的pH 值为6.22～7.63,平均值7.05;红壤上植物根区土壤的pH 值为4.14～5.84,平均值为4.81。石灰土植物的根区土壤pH 值明显高于红壤上生长的同种植物根区土壤的pH 值。土壤pH 值主要受成土母质的影响,石灰土是由碳酸盐岩风化经成土作用形成的,偏碱是石灰土的显著特征,所以毛村石灰土的pH
表1 3种岩石的元素含量
Tabl e 1 The content of nutritious elements of three kinds rock
岩石Rock
大量元素含量T he content of macronutrient(%)微量元素含量
T he content of trace elemen t(mg/kg)K
Na
Ca
M g
Fe
I
Cr
B
M n
Zn
Cu
Co
Cd
M o
V
Ni
Se
Sr
As
Pb
石灰岩
Lime -stone 0.040.0318.462.831012.50560.00130.25222.7534.50116.251.330.686.780.7110.383.0017.5345.257.7316.98白云岩
Dolo-mite
0.070.069.987.961422.50537.50106.75277.5035.25152.754.401.896.101.9885.500.5913.9347.255.0818.63砂页岩
S and-stone
1.310.070.390.3889500.001855.0013
2.50202.75530.006
3.257.3349.75
4.131.2862.5010.788.653
5.508.33262.50
值比红壤的高。
从图2还可以看出,同一种植物在不同的土壤上生长,其根区土壤的pH 值存在较大的差异;不同的植物生长在同一岩性风化形成的土壤上,其土壤pH 值差异也比较大。植物种类不同,其枯枝落叶的化学成分组成不同,分解后形成的腐殖质组成也各异,而且不同植物根系的分泌物不同,特别是所生长的环境不同时,差异更突出,植物根系分泌物影响土壤pH 值主要是由于其中的低分子量有机酸的作用,如喜钙植物的分泌物主要是二元和三元的羧酸,而嫌钙植物根系分泌的分泌物主要是一元羧酸[5]。所以同一种植物在不同的环境上生长或者不同种植物在同一环境下生长,其根区土壤的pH
值往往都会不相同。
图2 土壤pH 值和Ca 的含量
Fig.2 T he pH v alue and co ntents o f Ca in soils
1.桂花;
2.木;
3.盐肤木;
4.马尾松;
5.黄荆;
6.金樱子;
7.枫香;
8.樟树;
9.千里光;10.野菊;11.龙牙草;12.平均值1.O .f r agr ans ;2.L .chinense ;3.Rhus chinensis ;4.P .massomana ;5.V .negundo ;6.Rosa laevigata ;
7.L .f or mosana ;8.C .camp hora ;9.S .scadens ;10.Ch .ind icum ;11.A .p ilosa ;12.Av erage v alue .—○—:石灰土;—●—:红壤。
—○—:L imesto ne soil;—●—:Red soil
如图2所示,石灰土植物的根区土壤全Ca 含量
为0.653%～1.312%,红壤的全Ca 含量绝大部分都在0.34%以下,有的甚至低于0.16%。石灰土全Ca 的平均含量是红壤的3.6倍,明显高于红壤的全Ca 含量。2.3 石灰土营养元素全量含量较高
碳酸盐岩地区采集的土壤是黑色或棕色石灰土,而砂页岩的土壤是地带性红壤,所以石灰土和红壤的有机质含量都比较高,含量都在4%以上,最高可达6.4%(图3)。可溶性碳酸盐与土壤腐殖质结合、凝聚,形成稳定的腐殖酸钙,极有利于土壤有机质累积,所以石灰土有机质的含量比较高[6]
。
植物所需要的大量营养元素全量(如图3),除了K 和Na 之外,其它元素是,石灰土的含量都比红壤的高,特别是Ca 和Mg 的含量明显高于红壤。大多数微量元素的全量,除了B 、M o 、I 外,石灰土的平均含量都比红壤上的高,特别是Cu 、Zn 、Ni 、和Cd 元素无论是从平均值还是从各个物种的绝对量来说,石灰土植物根区土壤的元素含量都比红壤的高;除了个别植物(盐肤木和黄荆)外,石灰土植物根区土的含量比红壤的高;I 、B 、Co 和As
的含量没有明显的规律。
图3 土壤的元素全量含量
Fig.3 T he total contents of elements in soils
■:石灰土;□:红壤
■:L imestone soil ;□:Red soil
2.4 石灰土微量元素有效态含量偏低
从图4可知,石灰土的Cu 和Co 、Ni 的有效态含量比红壤的高,而其它微量元素的有效态,红壤的有效态含量则都比石灰土的高,尤其是红壤的Cr 、B 、I 的有效态含量是石灰土的10倍以上。石灰土和红壤中Fe 、Mn 的有效态含量都是最高的,而Cr 、M o 的有效态含量都是最低的。土壤中的元素从总量上来说,石
灰土的比较高,但有效态含量又都比较低,这些结果是富钙偏碱的岩溶地球化学特点造成的。在碱性条件下,大部分微量元素易形成氢氧化物沉淀,钙表现出较强的与其它离子竞争有机配位体的能力,所以石灰土富钙偏碱的地球化学背景使得元素的有效态,尤其是碱土金属的有效态含量偏低[7～9]。有研究资料表明,石灰土演化过程中随土壤中Ca 、M g 含量的降低,二氧化硅含量的增加,土壤中的微量元素M n 、Cu 、
Co 、Mo 的有效率显著提高[10]。Ca 与有效态含量的相关分析结果(表2)表明,石灰土的大部分微量元素有
效态含量与全Ca
含量呈负相关。
图4 土壤微量元素有效态的含量(平均值)
Fig.4 T he available contents of tr ace elements in soils ■:石灰土;□:红壤
■:L imestone soil;□:Red soil
表2 有机质、土壤pH 值、Ca 与微量元素有效态含量的相关关系
Tabl e 2 The Correl ation between organic matter ,pH ,con -tent of Ca and avail abl e contents of trace elements in soils
元素
Ele-ments 有机质
Organic pH 值pH value
全Ca Total Ca 石灰土Limestone soil 红壤Red soil
石灰土Limeston e
soil 红壤Red soi l 石灰土Limestone
soil 红壤Red soil Zn 0.5380.2550.165-0.347-0.040-0.430Cu 0.800**
0.172-0.248-0.225-0.011-0.233Cd 0.187-0.078-0.692*0.482-0.0770.107Co 0.597*0.329-0.2840.073
0.5010.046Fe 0.2190.140-0.917*
*
-0.2520.1440.280M o -0.594*
0.066-0.150-0.129-0.328
0.024
V 0.175-0.2160.0530.838**-0.3170.990**Ni 0.520-0.055
0.001
0.361-0.1670.135M n 0.351-0.222-0.749
**0.634*
-0.0220.381Cr 0.2750.412-0.802**-0.0430.0220.276B
0.1900.516-0.747**
0.616*0.1830.398Se -0.068-0.2520.3170.680*0.4860.599*Sr 0.0160.0060.4200.818**0.1700.763*
*As 0.211-0.3430.459
0.528-0.1840.804*
*
Pb 0.127-0.432-0.060
0.009-0.191-0.205
I
0.294
0.259
-0.097
-0.041
-0.180
0.283
*:P <0.05,**:P <0.01
2.5 石灰土微量元素的有效率偏低
石灰土的元素有效率(有效态含量与全量的比值)比红壤的低。石灰土的有效率一般是红壤的十分
之一。各种植物根区土元素的有效率不同,就11种植物根区土的有效率平均值(如图5)而言,石灰土的
Co
图5 土壤微量元素的有效率(平均值)
Fig.5 T he r atios of available/total trace elem ens con-t ents in soils
■:石灰土;□:红壤
■:L imesto ne soil;□:R ed soil
有效率略大于红壤的有效率,2种土壤的Cu 有效率没有明显差异,除这两者之外,红壤上植物根区土元素的有效率远高于石灰土的元素有效率。石灰土和红壤的Fe 、Cr 有效率都是最低的,M n 和Pb 的有效率都比较高。石灰土微量元素有效率低于红壤微量元素
有效率的根本原因在于岩溶区的富钙偏碱性。2.6 石灰土微量元素有效态含量与土壤pH 值、全C a 含量主要呈负相关,与有机质含量主要呈正相关2.6.1 微量元素有效态与土壤pH 的相关分析 表2结果表明,不同元素的有效态含量与pH 值的相关性有差异。在土壤pH 值为4～6时,pH 值与Cd 、Mn 、Ni 、V 、B 、Se 、Sr 、As 、Pb 呈正相关,其中B 、Mn 、Se 、Sr 、V 与pH 值的相关性显著,相关系数和显著性概率分别为0.634、0.680、0.818、0.838和0.033、0.027、0.015、0.01、0.009,即当土壤pH 值为4～6时,B 、M n 、Se 、Sr 、V 随土壤pH 值的升高,它们的有效态含量也显著提高,所以当土壤pH 值为4～6时,微量元素的有效态含量与土壤pH 值主要呈正相关。当土壤pH 值为6～8时,元素有效态含量与土壤pH 值为4～6时有很大的区别。这个土壤pH 值范围内,土壤pH 值与Zn 、V 、Ni 、Se 、Sr 、As 呈正相关,与Cu 、Cd 、Co 、Fe 、M o 、M n 、Cr 、B 、Pb 、I 呈负相关。其中Cd 、B 、M n 、Fe 、Cr 、与土壤pH 值呈显著的负相关,相关系数和显著性概率分别为-0.692、-0.747、-0.749、
-0.802、-0.917和0.013、0.005、0.005、0.002、0.000。也就是说,当土壤pH 值为6～8时,Cd 、Fe 、Mn 、Cr 、B 随土壤pH 值的升高而降低。由此可推断:当土壤pH 值为6～8时,很多微量元素的有效态含量与土壤pH 值主要呈负相关,在不同的土壤pH 值范围内,元素的有效态含量与土壤pH 值之间的相关性会改变。当土壤pH 值小于6时,B 与土壤pH 值呈显著的正相关,当pH 值小于8,大于6时,B 、Fe 、Mn 与土壤pH 值呈显著的负相关,M o 与土壤pH 值都呈
正相关,与文献[7,11～18]的研究结果是一致的;文献[7,11～18]的研究表明:Fe、M n、Cu、Zn与土壤pH 值呈显著的负相关,但本研究的结果是Fe、Mn、Cu、Zn的有效态与土壤pH值的相关性并不是很显著,而且有的元素如Zn与土壤pH值之间存在正相关的关系。因为含Na较高的碱性土则Zn的有效性会增加,这种土壤的Zn易形成锌酸钠,其溶解性较好[18],所研究的土壤均为植物根区土,土壤中的元素有效态含量受到根系分泌物的影响,而且不同的植物在活化和吸收养分方面有显著的基因型差异,所以土壤中元素的有效态含量不仅仅受土壤pH值的影响,根系分泌物能活化或者钝化某些元素,这种活化或者钝化对元素有效态含量的影响大于土壤pH值对它们的影响,所以使得有些结果跟很多研究结果存在一定的差异。
2.6.2 微量元素有效态含量与全Ca的相关分析
如表2所示,石灰土的Ca与Zn、Cu、Cd、M o、V、Ni、Mn、As、Pb、I呈负相关,与Co、Sr、B、Fe、Cr、Se呈正相关;红壤的Ca与Zn、Cu、Pb呈负相关,与Cd、Mo、V、Ni、Mn、As、I、Co、Fe、Cr、Se、Sr、B呈正相关。因为红壤的Ca与V、Se、Sr、As的正相关性很显著,当红壤Ca含量较低时有可能会造成土壤中的V、Se、Sr、As有效态含量比较低,所以当红壤V、Se、Sr、AS 的供应不足时,可以通过施用石灰来缓解缺这几种微肥的缺乏症状。Ca是石灰土微量元素有效态含量的限制因子,Ca具有缓解重金属污染的作用[19～21],它可以与Ni离子和Co离子在土壤中发生代换吸附,还可以减轻Cu离子的毒害作用[19]。但本研究的结果是,钙与重金属元素的负相关性并不显著。重金属元素也是植物必须的微量营养元素,当土壤中重金属元素的含量还未达到污染的标准时,就可能不出现钙元素与重金属的显著拮抗作用。
2.6.3 微量元素与有机质的相关分析
如表2所示,当土壤pH值为4～6时,Fe、Cu、Zn、Mo、Co、Cr、B、Sr、I与有机质呈正相关;Cd、V、Ni、Mn、Se、As、Pb与有机质呈负相关。当土壤pH值为4～6时,元素与有机质的相关性都不显著。当土壤pH 值为6～8时,Fe、Mn、Cu、Zn、Co、V、Ni、Cd、Cr、B、As、Pb、I与有机质呈正相关,而Mo、Se、Sr、B与有机质呈负相关。其中Zn、Co与有机质呈非常显著的正相关,Mo和有机质也呈显著的负相关。所以当土壤pH 值较高时,提高有机质的含量可以增加元素有效态的含量,特别是植物必需元素有效态的含量。文献[22～28]研究表明,微量元素有效态含量与有机质含量呈显著的正相关。当有机质分解时,土壤有效态养分增加[23,24],土壤中低价态微量元素的增多,可以促进微量元素络合物的稳定性,以至于在碱性介质中都不会发生沉淀,使得土壤中的微量元素有效态含量增加,又具有缓效性,所以在石灰岩地区,通过提高有机质的含量可以增加土壤中植物必需元素的有效态含量。
2.7 岩溶区植物体内营养元素含量偏低
如图6所示,石灰土上植物体内的N、Ca、Mg、P 含量比红壤的高,而K反而是红壤上植物体内含量比石灰土上植物体内的含量高,而植物体的微量元素含量正好与土壤里的元素含量、植物体的大量元素含量相反,除了Cu和Mo元素之外,红壤上植物体内微量元素含量都比石灰土上的高。虽然石灰土的微量元素含量比红壤的高,但有效态含量一般都比红壤的低。土壤中只有元素的有效态才能被植物体吸收利用。因为石灰土中微量元素的有效态含量比较低,从而导致红壤上植物体的微量元素含量一般都比石灰
土上的植物体高。
图6 植物元素的含量(平均值)
F ig.6 T he contents of elements in plants
■:石灰土;□:红壤
■:L imesto ne soil;□:R ed soil
2.8 岩溶区元素生物吸收系数比较低
图7显示,2种土壤的生物吸收系数存在比较大的差异,N、Ca、Mg从总体上来说,红壤的生物吸收系数明显大于石灰土;而K元素正好相反,除了盐肤木
外,石灰土的生物吸收系数均大于红壤。石灰土的元素全量虽然含量都比较高,但是有效态的含量反而比较低,而植物能吸收利用元素的多少主要取决于元素的有效态含量,因为偏碱富钙的岩溶地球化学的影响,石灰土中植物可吸收利用的元素含量比较少,从而导致了石灰土植物元素的生物吸收系数比较低。 对于微量元素,结果与大量元素相似。除Mo 元素之外,红壤上其它元素的生物系数上都比石灰土上的高。虽然重金属在各种植物根区土都有一定的含量,但植物上检测出的重金属含量都比较低或者检测不出,说明了植物体重金属的含量比较低,所研究的这几种植物都没有富集重金属的现象。石灰土的微量元素全量比较高,但有效态含量却比较低,而且土壤中的微量元素全量并不能很好的反映元素有效态含量的多寡,一般植物对微量元素的吸收主要取决于土壤中元素的有效态含量。所以说植物从石灰土中可以吸收利用的微量元素有效态含量是比较少的,最终导致了同一种植物在石灰土上的微量元素生物吸收系
数一般比红壤低。
图7 植物元素的生物吸收系数(平均值)
F ig .7 T he coefficients of biolo gical abso rption of ele-ments in plants ■:石灰土;□:红壤
■:L imestone soil;□:R ed soil
2.9 岩溶区与非岩溶区的元素生物地球化学各显自己特征
图8表明,岩溶区与非岩溶区的土壤-植物系统中
的元素生物地球化学各自有自己显著的特征。
图8 聚类分析结果
Fig.8 T he dendrog ram of cluster analysis
*的为红壤上的植物,不带*的为石灰土上的植物。O.桂花Osmanthus f r agr ans 、L o.木L orop etalum chinense 、Rh.盐肤木Rhus chinensis 、P.马尾松Pinus massomana 、V.黄荆V itex negundo 、R.金樱子R osa laevigata )、L.枫香Liquidamlar f or mosana 、C.樟树Cinnamomum camp hor a 、Ch.野菊Chr y santhemum indicum 、S.千里光Senecio scadens 、A.龙牙草A gr imonia p ilosa
3 结束语
除了K 、Na 、B 、M o 、I 外,石灰土其它元素的全量含量都比红壤的高,而对于植物体而言,一般情况,红壤上的植物元素含量比石灰土的高(如K 、Fe 、M n 、Zn 、B 、Co 、Cd 、Ni 、Cr 、I 、Sr )。 石灰土的根区土壤pH 值与微量元素的有效态主要以负相关为主,而红壤的根区土壤pH 值与微量元素的有效态含量主要以正相关为主。
石灰土和红壤的有机质与微量元素主要以正相关为主,尤其是石灰土的必须微量营养元素除了M o 和Se 之外,其它的微量营养元素都与有机质呈正相关,所以通过增加土壤有机质的含量是改良石灰土的一条有效途径。
石灰土的全Ca 与微量元素之间主要呈负相关,而红壤的全钙与微量元素的相关性主要以正相关为主,所以随石灰土的自然演化,钙离子的不断淋失,石
灰土里的很多微量元素有效态含量会增加,所以红壤地区,适当施用石灰,增加土壤中Ca 元素的含量也可以提高土壤中许多微量元素的有效态含量。 富钙偏碱的地质背景下石灰土的微量元素有效态含量一般比红壤的低。
尽管石灰土和红壤的地球化学特征具有一定的差异,但存在很多共性的因素,因此,需要进行深入研究探讨其机制。
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(责任编辑:邓大玉)
我国首个既抗乙肝病毒又抗艾滋病病毒的新药
我国是乙肝大国,乙肝病毒携带者约有10%,超过1亿人,同时我国艾滋病形势也不容乐观,有超过65万的艾滋病病毒感染者,乙肝和艾滋病给广大患者带来了巨大的痛苦和经济负担。
军事医学科学院放射与辐射医学研究所董俊兴教授长期从事抗辐射、抗病毒等中草药有效成分研究和新药研究。针对乙型肝炎和艾滋病,他利用我国丰富的中医药资源,经过长期的反复筛选,得到具有显著抗乙型肝炎病毒和艾滋病病毒作用的中药“旋覆花”,经活性追踪分离得到抗病毒单体成分“二咖啡酰奎尼酸”,并证实它是一种新结构类型的抗乙型肝炎病毒和艾滋病病毒的化合物。
由于“二咖啡酰奎尼酸”在中药中含量较低,分离纯化工艺复杂,难以进行规模化生产,因此科研人员经过多年艰苦努力,最终用化学合成的方法成功制备出了单体化合物“二咖啡酰奎尼酸”,这一合成方法获得了中国发明专利授权。
研究人员在抗乙型肝炎病毒的试验中发现,“二咖啡酰奎尼酸”能显著抑制乙肝表面抗原和e抗原的产生以及病毒DNA的复制,且作用持久。在抗艾滋病病毒体内外试验中发现,“二咖啡酰奎尼酸”具有显著抑制HIV整合酶的作用,显著抑制病毒复制,延缓或逆转猴艾滋病病变,是明显不同于现有抗艾滋病病毒药物的一类非常重要的HIV整合酶抑制剂。大量动物试验中,没有发现存在显著的毒副作用。“二咖啡酰奎尼酸”为治疗乙型肝炎和艾滋病开辟了新途径,成为我国第一个具有自主知识产权的抗乙型肝炎病毒和艾滋病病毒的新药,国家食品药品监督管理局已批准其作为一类一级新药进入Ⅰ期临床研究。
(据《科学时报》)
一、元素地球化学背景特征 工区对Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、W、Sn、Mo等十一种元素的含量进行了统计分析，其地球化学特征参数见表3-1。 1、全区内背景值对比特征， （1）从1∶5万水系沉积物测量—土壤测量—岩石测量，背景值逐渐增高的有Sb、Pb、Ag、Cu、Zn等元素，其中以Pb、Ag、Zn变化最为显著，Pb在1∶5万水系沉积物测量中最低为17.36×10-6,到1∶1万土壤地球化学测量中增加到40.64×10-6,在岩石中最高为85.45×10-6;Ag在1∶5万水系沉积物测量中最低为0.06×10-6,到1∶1万土壤地球化学测量中增加到0.10×10-6,在岩石中最高为0.13×10-6,增加了一个数量级;Zn在1∶5万水系沉积物测量中最低为72.78×10-6,到1:1万土壤地球化学测量中增加到96.38×10-6,在岩石中最高为537.88×10-6, 增加了一个数量级,是正常的成矿序列,反映了是区内的主成矿元素，从岩石中迁移进入土壤经次生变化后迁移到水系中进一步的贫化。 （2）区内从岩石测量或土壤测量—1∶5万水系沉积物测量，背景值逐渐增高的有Sn、Au等元素，Sn在岩石中最低为1.72×10-6; 到1:1万土壤地球化学测量中增加到 2.21×10-6,在1∶5万水系沉积物测量中最高为2.51×10-6,是一个反正常的变化序列,但同处一个数量级；Au在岩石中为0.97×10-9; 到1:1万土壤地球化学测量中减少到0.54×10-9,在1∶5万水系沉积物测量中最高为1.22×10-9,反映出Sn、Au元素从岩石中迁移进入土壤经次生变化后，迁移到水系中富集。 （3）区内从土壤测量—1∶5万水系沉积物测量—岩石测量，背景值逐渐增高的有Bi、W、Mo等元素，这类均是高温元素，其中Bi在土壤中最低0.36×10-6，在1∶5万水系沉积物测量中为0.46×10-6, 在岩石中最高为0.50×10-6; W在土壤中最低2.19×10-6，在1∶5万水系沉积物测量中为2.29×10-6, 在岩石中最高为3.18×10-6; Mo在土壤中最低0.51×10-6，在1∶5万水
《地球化学》实习测验 REE图表处理及参数计算 一、实习目的 1、掌握稀土元素组成模式图的制作方法。 2、掌握表征稀土元素组成的基本参数。 3、培养独立查阅文献及处理数据的能力。 二、基本原理 1、稀土元素组成模式图 1、原子序数为横坐标 2、标准化数据为纵坐标 3、对数刻度 2、表征稀土元素组成的基本参数 3、稀土总量 4、轻重稀土比值 5、轻稀土分异指数 6、重稀土分异指数 7、铕、铈异常 三、实习测验内容 1、绘制各类侵入岩的稀土元素组成模式图； 2、计算各类侵入岩稀土元素组成的基本参数； 3、对已绘制的图表和计算出的数据进行解释。 4、在以上实习内容掌握之后，自行查阅文献一篇，并进行以上3项操作。
四、实习测验步骤 1、根据查阅文献数据，找到自己想要的数据 表1 蒙库铁矿床岩石、矿石、矿物稀土元素成分分析（ppm） 2、选出自己要的数据建立表格 表2 稀土元素组成模式图（ppm） 3、对数据进行球粒陨石标准化 表3球粒陨石标准化后稀土元素组成模式图(ppm) 图1 蒙库铁矿床稀土元素配分图 5、计算稀土元素基本参数 表4 表征稀土元素组成的基本参数 6、数据及图表的解析 （1）绿帘石：∑REE=266.49ppm，表明稀土元素含量较高；LR/HR=4.98，表明轻重稀土元素间发生了较大的分异，轻稀土元素相对富集；(La/Sm)N=2.26，(Gd/Lu)N=1.47，显示轻重稀土元素内部都发生了分异作用，轻稀土元素分异更明显。Eu异常值=1.23，为强正异常；Ce异常值=0.95，表明Ce基本无异常；稀土元素配分模式为轻稀土富集，重稀土相对亏损的右倾型，图像具有左陡右缓特点，Eu正异常明显特征。 （2）磁铁矿矿石：∑REE=10.75ppm，表明稀土元素含量较低；LR/HR=3.15，表明轻重稀土元素间发生了较大的分异，轻稀土元素相对富集；(La/Sm)N=1.47， (Gd/Lu)N=0.88，显示轻重稀土元素内部都发生了分异作用，轻稀土元素分异更明显。 Eu异常值=1.8，为强正异常；Ce异常值=0.84，位弱Ce异常；稀土元素配分模式为轻稀土富集，重稀土相对亏损的右倾型，图像具有左陡右缓特点，Eu正异常明显特征。
第7章生物地球化学循环第1节土壤的组成 第2节土壤的性质 第3节物质循环与土壤形成 第4节土壤分类与土壤类型 第4节生态系统的组成与结构 第6节生态系统的能量流动 第7节生态系统的物质循环 第8节地球上的生态系统
引子：生物地球化学循环概述 一、何谓生物地球化学循环？ 1.概念：生命有机体及其产物与周围环境之间反复 不断进行的物质和能量的交换过程。 2.过程：物能的吸收-同化-排放-分解-归还-流失 3.性质：非封闭的循环（进入土壤、岩层、海底） 4.主体：生物和土壤 5.循环的介质：水和大气 二、人类对生物地球化学循环的影响 1.大气、水体、土壤的污染 2.污染物质的迁移、转化和集散 3.对人类健康的威胁
第1节土壤的组成 引言：土壤与土壤肥力 1. 土壤：在陆地表层和浅水域底部、由有机和无机物质组成、具有肥力、能生长植物的疏松层。 2.土壤的本质是肥力，指土壤中水、热、气、肥（养分）周期性动态达到稳、匀、足、适地满足植物需求的能力。 3. 土壤是一种类生物体 代谢和调节功能比生物弱（如温度） 不具有生长、发育和繁殖的功能 不具有功能各异的器官
一、土壤的无机组成 1. 原生矿物：在物理风化过程中产生的未改变化学成分和结晶构造的造岩矿物。 土壤中各种化学元素的最初来源； 土壤矿物质的粗质部分； 经化学风化分解后，才能释放并供给植物生长所需养分。 2. 次生矿物：岩石在化学风化过程中新生成的土壤矿物，如粘土矿物。 土壤矿物质中最细小的部分； 具有吸附保存呈离子态养分的能力，使土壤具有一定的保肥性。
二、土壤的有机组成 1.原始组织：包括高等植物未分解的根、茎、叶；动物分解原始植物组织，向土壤提供的排泄物和死亡之后的尸体等。 土壤有机部分的最初来源 2.腐殖质：有机组织经由微生物合成的新化合物，或者由原始植物组织变化而成的、比较稳定的分解产物，呈黑色或棕色，性质上为胶体状（颗粒直径<1μm）。 具有极强的吸持水分和养分离子的能力，少量的腐殖质就能显著提高土壤的生产力。
化探复习 1、勘查地球化学的概念; 在地质与地球化学的理论指导下,在各种介质(包括岩石、土壤、水、水系沉积物、生物、气体等)中系统地在不同比例尺与规模上采集地球化学样品,经测试分析与数据处理,发现地球化学异常与其它地球化学指标,据此作为找矿的线索与依据,进而寻找矿床;同时用以解决一些地质等其它问题。 2、勘查地球化学的分类; 丰度(Abundance):泛指元素在一定的自然体系中的平均含量,也叫克拉克值。 浓集系数:它就是某元素在矿体中的含量(通常以最低可采平均品位作标准)与其地壳丰度的比值。 浓集系数反映了元素在地壳中局部集中(成矿)的能力。 浓集系数较大的元素在矿体周围呈现的地球化学异常强度较大。 对于某些伴生的微量元素,如果其浓集系数较主要成矿元素明显地大,则这些伴生元素便就是寻找该矿床的良好指示元素。Hg、Sb、Bi、As成为金矿床的指示元素便就是这个原因。浓度克拉克值:即地质体中某元素的平均含量与其克拉克值的比值。浓度克拉克值＞1,说明元素富集,反之则分散。 化学元素在不同成分岩浆岩中的丰度变化,反映了岩浆成因与物质来源的差异,以及结晶分异与地球化学演化过程中元素的分配;同时也体现出造岩元素对微量元素含量变化的制约作用。 研究岩浆岩中化学元素的丰度变化具有重大找矿意义。 2、化学元素在各类沉积岩中的分布 (1)碱金属元素(2)碱土金属(3)亲氧元素 元素在地质体内的分布形态一般有五种情况:
①结合在多种矿物中的元素一般服从正态分布; ②集中在一、二种矿物内的元素呈对数正态分布; ③多次地化作用迭加形成的含量呈正态分布;单一作用呈正态分布。 ④扩散作用形成的含量呈对数正态分布;对流混匀作用呈正态分布。 ⑤两次不同地质作用,可引起两种类型相同而参数不同的分布形式。 研究分布类型的目的就是:正确选择背景值、背景上限以及各种数据处理方法。 通过对分布形式检验直接得到某些地化信息。 地壳中元素的存在形式与元素的迁移 地球化学环境就是使元素所在的地球化学系统得以保持平衡的各种物理化学条件的总合 原生环境,就是指从天然降水循环面以下直到能够形成正常岩石的最深水平的环境; 次生环境,就是地表天然水、大气所能够影响范围的环境 丰度研究的意义 1.判断特殊地球化学过程 2.衡量研究区化学元素富集或贫化的程度 3.作为选择分析方法灵敏度的依据 4.作为矿产资源评价预测的依据 地球化学系统中元素的总量称为地球化学储量。 在地球化学储量中,能被人类开采利用的部分叫作资源,资源中被探明的部分叫作矿产储量。资源量占地球化学储量的百分比叫作矿化度。 短吨= 907、18474 公斤=0、91吨 岩石的酸度,就是指岩石中含有SiO2 的重量百分数。 岩石的碱度即指岩石中碱的饱与程度 通常把Na2O+K2O的重量百分比之与,称为全碱含量 各岩类的标型元素组合为: 1、超基性岩元素,典型代表就是Cr、Ni、Co、Mg及Pt族。 2、基性岩元素,Cu、Fe、V、Ti、P、Mn、Ca、Sc、Sb等。 3、亲中性岩元素,Al、Ga、Zr、Sr等。 4、亲酸性岩元素,种类最多,以Li、Be、Ta、U、Th、K、Rb、Cs、F、B为代表。 5、碱性岩以富含Nb、Ta、Be及REE(稀土元素)为特征。 沉积岩可以分为碎屑岩、泥质岩与化学沉积岩三个类型 二、元素的赋存形式 1、矿物形式:独立矿物(主要造岩矿物)、副矿物、主矿物中的机械包裹体、固熔体分解物、液相包裹体中的子矿物; 2、非矿物形式:类质同象混入物,元素呈离子、分子、胶体被矿物表面吸附,超显微非结构混入物,有机结合物。 三、元素迁移 元素迁移的方式 1、化学及物理化学迁移 2、机械迁移 3、生物及生物地球化学迁移 地球化学异常:就是指某些天然物质(岩石、土壤、水系沉积物、生物等)中某一特征元素的含量偏离正常含量或某些化学性质明显的发生变化的现象。 地球化学背景及背景区: 在化探中将无矿或未受矿化影响的天然物质(岩石、土壤、水系沉积物、生物等)中某一特征元素的正常含量(一般含量)称为背景。 而将那些具有正常含量的地区称为背景区或正常区。
煤中稀土元素地球化学的研究进展 刘文中,肖建辉,陈 萍 (安徽理工大学地球与环境学院安徽省矿山地质灾害防治重点实验室,安徽淮南 232001) 摘 要:对国内外有关煤中稀土元素丰度的资料做了最新的统计分析,并讨论了煤中稀土元素的丰度、来源和赋存形式及地质成因。研究结果表明,稀土元素在煤中主要与硅酸盐矿物结合,其来源主要是陆源碎屑或溶液,同时也不排除煤中有机质在吸附稀土元素时起的重要作用;煤中稀土元素的分布特征继承了陆源物质铕(Eu)负异常的地球化学特征;煤中稀土元素的分布特征不受煤变质程度的影响,煤中稀土元素含量主要取决于煤的无机组分含量。 关键词:稀土元素;地球化学;煤 中图分类号:P595 文献标志码:B 文章编号:0253-2336(2007)11-0106-03 R esearch progress on geochem istry of rare earth elem ent i n coal LIU W en zhong ,X I A O Jian hu,i C HEN P i n g (Anhui P rov i n ci a lK ey L ab of m i ne g eolog ic a l d isaste r pre v e n ti on and con t rol ,School o f Ea rt h and E nvironm e n t , Anhui Universit y o f S cie n ce and Tec hn ology,Hua i nan 232001,C hina ) 基金项目:安徽省教育厅高校省级自然科学重点研究资助项目(KJ2007A006) 稀土元素有特殊的地球化学性能,如化学性质稳定、均一化程度高、不易受变质作用干扰,一经 纪录 在含煤岩系中,容易被保存下来,是研究煤地质成因的地球化学指示剂。稀土元素在自然界分布广泛,虽然煤中稀土元素含量不高,但在煤灰中稀土元素可以富集,并可望得到综合利用。因此,对煤中稀土元素的研究已成为煤地质学、环境科学以及材料科学的重要内容。 1 煤中稀土元素的丰度 国外研究煤中稀土元素起步较早,一些学者在 实验基础上得出了可靠的数据,如Sw a i n 报道了世界多数煤中稀土元素含量大致范围[1] ;世界煤中 稀土元素总量的平均值为46 3 g /g [2] ;美国煤中稀土元素总量的平均值为62 1 g /g [3];加拿大悉 尼盆地煤中稀土元素总量的平均值为30 g /g [4] 。 国内开展煤中稀土元素研究始于20世纪90年代,近年来取得了一些重要的研究成果。赵志根等人对中国110个煤样中稀土元素的含量分布进行了分析与总结[5] ,由于煤中稀土元素的赋存受多方面因素影响,稀土元素在煤中的含量分布范围相当宽,中间值段80%样品的分析数据可较为客观地 反映中国多数煤中稀土元素的丰度。研究者们还发现,在La ,Ce ,N d ,Sm,Eu ,Tb ,Yb,Lu 这8个稀土元素中,除Eu 外其余7个元素在煤中的平均值含量明显高于世界煤。华南二叠纪煤中稀土元素总量的平均值最大,其次是华北石炭、二叠纪煤,中新生代煤最小 [6] 。淮北煤田二叠纪煤中稀 土元素明显富集,稀土元素总量平均值为141 2 g /g ,高于中国及世界其他地区的煤 [7] 。华南地 区晚二叠世和晚三叠世的煤中,不同煤层的稀土元素含量平均值变化较大,在32~456 g /g [8] 。虽然不同地区、不同数量煤样的分析结果丰富了煤中 稀土元素丰度的数据,但就样品数量和代表性而言,研究中国煤中稀土元素的丰度仍具有很大的局限性。 2 煤中稀土元素的来源和赋存形式 近年来,国内外陆续报道了有关煤中稀土元素来源和赋存形式的研究成果:!保加利亚Piri n 煤中稀土元素主要与硅酸盐矿物相结合,煤中稀土元素的含量随灰分的增高而增加;与灰分及灰分的主要成分(S,i A ,l Fe ,Na )具有较好的正相关关系,而与低灰分中的典型组分钙缺少相关性,煤和岩石夹层的稀土元素标准化分布模式相似;与典型的陆源灰分的微量元素(T ,i Pb ,C r ,Th ,Ta , 106
生物地球化学性疾病单选题第一套 一、单项选择题 1．地方性甲状腺肿的好发年龄是（） A．0～10岁 B．15～20岁 C．25～35岁 D．40～50岁 E．55～65岁 2．碘是人体必需微量元素，在无外来含碘的食物下，水碘含量可用于衡量当地居民摄碘量，当饮水碘含量低于多少时，可有碘缺乏病的流行（） A．<1μg/L B．<5μg/L C．10μg/L D．20μg/L E．50μg/L 3．当碘摄入量低于多少时可发生碘缺乏病的流行（） A．5μg/d B．20μg/d C．40μg/d D．75μg/d E．150μg/d 4．下列关于砷"三致"作用的描述，不正确的是（） A．目前尚未见砷对人的致畸胎作用的流行病学调查报道 B．短期体外筛检实验从不同水平、不同角度证明了砷具有较强的致突变作用 C．砷致人类癌症的内在理论基础是体细胞突变学说 D．动物实验结果显示砷具有致癌作用 E．WHO已将砷定为确认致癌物 5．在下列症状中哪一条不是慢性地方性硒中毒的特异性表现（）A．毛发脱落 B．指甲脱落 C．皮肤湿疹 D．脚趾干性坏疽
E．运动障碍 6．下列哪种作物中含硒量较高（） A．小麦 B．玉米 C．水稻 D．大蒜 E．黄豆 7．地方性氟中毒发病明显增加一般在（）A．6岁以后 B．16岁以后 C．26岁以后 D．36岁以后 E．46岁以后 8．下列哪种症状不是慢性砷中毒的特异性表现（）A．皮肤色素代谢异常 B．掌跖部皮肤角化 C．末梢神经炎 D．乌脚病 E．麻痹性震颤 9．在下列因素中哪一条不是克山病的致病原因（）A．环境硒水平过低 B．柯萨奇病毒感染 C．营养素失衡 D．环境硒水平过高 E．真菌污染粮食 10．3价砷在机体内蓄积量较高的组织是（）A．肝脏 B．毛发、皮肤 C．肺、脾 D．肠、胃 E．肾脏 11．不易受镰刀菌污染的粮食是（） A．小麦 B．玉米
西藏阿里多龙地区中侏罗统碎屑沉积岩的地球 化学特征及其构造环境分析 学号：120110100 姓名：胡维云专业：构造地质学 前言 班公湖—怒江成矿带西段位于西藏自治区西北部的阿里地区境内，跨班公湖—怒江缝合带南北两侧，由于仅开展过 1∶25 万区域地质调查、1∶20万区域化探等少量基础地质工作，是西藏地质工作程度最低的地区之一。近年来该成矿带内资源评价工作取得了突出的进展，多龙超大型斑岩铜金矿床和嘎尔穷、嘎拉勒、弗野、材玛等大型矽卡岩型铜铁多金属矿床的相继发现与评价，揭示出班公湖—怒江成矿带成矿条件优越，找矿潜力巨大。关于班公湖—怒江结合带所代表的特提斯洋盆的性质，打开、闭合的时限和多龙大型矿集区的构造背景、成矿作用，不同的学者存在很大的争议。目前，己有许多资料证明了该带代表了一个已消失的具有一定规模的洋壳盆地。王恒忠等（2005）认为班公湖--怒江缝合带内的早白奎世OIB型火山岩是班公湖—怒江洋盆演化晚期的洋岛(塔仁本区早白垩世OIB型玄武岩(主要依据于上覆灰岩中化石时代))；而张玉修等（2004）研究认为该套玄武岩是早白垩世冈底斯弧弧后盆地的产物。 一、研究目的及意义 拟通过研究多龙地区中侏罗统地层的岩石类型及组合特征和岩石地球化学特征，分析该地区中侏罗统地层形成的大地构造环境，为正确认识多龙超大型斑岩铜金矿床的成矿地质背景和结合带的演化提供了新的线索。 二、研究区地质背景 构造位置上，多龙地区处于班公湖—怒江缝合带北侧, 羌塘地块的南缘；地理位置上处于西藏自治区阿里地区。该区构造以断裂为主，呈近东西向带状断续展布。断裂构造主要表现为一系列走向近东西向且大致平行的北倾逆冲断层，并控制着地层和岩浆岩的分布。沿构造-岩浆带，大规模的岛弧火山活动发生在中—晚侏罗世，形成燕山早期陆缘火山弧，为一套含大量火山碎屑岩的以安山质为主的玄武—安山—流纹岩组合，火山作用晚期岩浆成分向碱性演化，以陆相中心式喷发为主，兼具熔岩溢流（西藏自治区区域地质志，2000）。岩浆的深成侵入作用发生在早白垩世至晚白垩世早期，以中酸性幕式侵入为特点，岩体一般呈岩珠或小岩基沿东西向呈带状分布，岩性主要有石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、似斑状花岗岩及花岗斑岩，年龄在70—140Ma之间（西藏自治区区域地质志，2000）。研究区地层主要为晚三叠统的日干配错组、中侏罗统的曲色组一段、色哇组、，早白垩统的美日切组，新近系中新统的康托组、更新统和全新统。地层属羌塘—昌都地层区内的羌南地层分区之多码分区，出露宽度大于10km。 三、研究依据 据现有资料研究表明：砂岩的TFe2O3+MgO、TiO2含量，以及Al2O3/SiO2、K2O/Na2O 和A12O3/(CaO+Na2O)等比值具有显著的构造背景差异，因而成为其形成的大地构造环境判别的重要参数(Bhatia，1983)。Roser等人(1986)认为，K2O/Na2O值与SiO2值可有效地示踪砂岩形成构造环境，并编制了构造判断图解。在Bhatia(1983)提出的TiO2-TFe2O3+MgO图解，Roser和Korsch（1988）提出了区分物源区是铁镁质的、中性的或长英质火成岩和石英沉积
1-2 Origins 1. How is the nitrogen cycle coupled (or linked) to the carbon cycle? In other words, how is the carbon cycle important in driving some components of the nitrogen cycle?氮循环跟碳循环的联系（1-8图） 总体来说碳循环为氮循环提供物质（分子骨架）和能量。植物吸收矿质态氮合成自身物质，在这个过程中需要碳为其提供分子骨架以及氮吸收同化过程中需要碳为其提供能量。另外在土壤中有机氮的矿化、硝化和反硝化过程中微生物都需要碳为其提供能量。因此碳氮循环式紧密联系在一起的 2. What is the average oxidation state of carbon in soil organic matter?土壤有机碳平均氧化态值1.11 3. Where does the energy (or electrons) that drive the process of denitrification come from?反硝化过程所需能量或电子来源1-12二价铁，硫，硫化氢 4. Where does the energy that drives the process of N-fixation by rhizobia bacteria on legume plants come from?豆科植物根瘤菌固氮能量来源（1-15表）光能利用菌能量来源光照，无机营养菌来源无机营养，异养菌来源有机碳 5. Which form of nitrogen contains more energy for metabolic processes, NH4+ orNO3-? How did you make your decision?哪种形式的氮包含代谢更多的能量NH4+ or NO3-？为什么？NH4+ 1.10 因为NH4+是一种电子供体，NO3一般作为一种电子受体，还原性化合物（富含电子的电子供体）比氧化性物质含有较高的能量。另外一方面，NO3在被植物利用的过程中需要首先转换成NH4+在用于有机质的合成，这一过程也需要一部分能量。 6. Rank the following electron acceptors in terms of the energy available to organisms when they are used in the oxidation of soil organic matter. 土壤有机碳氧化态生物可用能量电子受体排序(#1 = most energy; #6 = least energy)_2_ NO3 __6_CO2 _1_ O2 _4 Fe3+ _3_Mn4+ _5_ SO41-14
成都市土壤元素地球化学背景 四川省地质矿产勘查局区调队朱礼学刘志祥陈斌邮编610213 国土资源部成都岩矿测试中心李小英邮编610081 摘要：本文扼要介绍了成都市辖区环境背景及土壤环境地球化学背景的调查方法，重点介绍了成都市土壤第一环境、第二环境地球化学元素的背景值及元素分布特征，地球化学分区，首次揭示本区土壤的地球化学背景。 关键词：成都市，土壤，地球化学背景。 成都市位处四川省中部，四川盆地西部，成都平原腹地，地跨东经1020 55＇—1050 53＇北纬300 6＇—310 26＇，东西长192km，南北宽148km，幅原12900多平方公里，境内有平原、台地、丘陵、山地等多种地貌，海拔387—5364m，气候属于亚热带湿润季风气候区，是四川省工农业、政治、经济文化中心，随着社会的进步与发展，资源与环境日渐成为人们关注的热点，土壤与水、大气、阳光一样是万物生长之源，其环境背景及现状倍受人们关注。由中国地调局部署，四川地勘局实施的国土资源大调查项目“成都平原多目标地球化学调查”首次揭示了成都市土壤环境地球化学背景值及元素分布特征。 一、成都市土壤环境背景 成都市辖区北西部为龙门山区，南东为龙泉山区，腹地为平原，平原与山地间分布有浅丘台地，龙门山区为浅覆盖深切割区或基岩裸露区. 龙泉山区为浅切割、浅覆盖地区，平原区为深覆盖地区，全区覆盖及切割特征见图1。 除龙门山基岩裸露区外，全市土壤是以第四系、第三系、侏罗系、白垩系母岩为基础发育而成的。主要有水稻土、紫色土、黄土、棕壤等主要土壤类型（图2）。 全市土地农业综合分区可划分为五大区： Ⅰ．近郊平原、浅丘粮、油副食品区；Ⅱ．中部平原农、牧、渔区；Ⅲ．中部丘陵粮、果（经作林、枚区）；Ⅳ．远郊中低山林、土特产区，Ⅴ．远郊高山水源涵养区（图3）。 二、土壤环境元素地球化学背景调查方法 不同地球化学景观区，土壤成土母质、成土作用、覆盖厚度、农业土壤利用存在着较大差异。地球化学背景的影响因素亦较为复杂，用以确定本地区地球化学背景的样品的采集深度、层位、采集密度、样品分析介质的粒度等应力求一个科学的、经济可行的、易于实施的模式。经国土资源部物化探研究所（河北廊坊）周国华等人研究评估（2000年）认为:本地区土壤第二环境浅层采集深度0—0.2m ，第一环境（深层）深度在0.8m以下，分析样土壤粒度平原区过干筛-20目，低山丘陵区紫色土-40目，土壤样品中地球化学元素的分布能较好地反映采样区的土壤环境地球化学背景。 （一）采样方法技术 平原区采样深度1.50—1.80m，丘区紫色土地区采样深度0.40—0.80m，龙门山区0.80m以
举例说明碳循环与气候反馈的过程和机理。 1.碳循环 碳循环：是指碳元素在自然界的循环状态。碳循环是地球系统物质和能量循环的核心，是地圈－生物圈－大气圈相互作用的纽带。 1.1 全球碳库分布与碳储量 《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)将温室气体“源”定义为向大气中释放温室气体的过程或活动, 温室气体“汇”为从大气中清除温室气体、气溶胶或温室气体前体物的过程、活动或机制。全球碳循环的源与汇是以大气圈为参照系, 以从大气中输出或向大气中输入碳为标准来确定。全球碳源与碳汇分布极为普遍, 由陆地到海洋、由耕地到森林、由自然界到人类社会等都存在碳源与汇。 地球上最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，含碳量约占地球上碳总量的99.9%。这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。地球上还有三个碳库——大气圈库、水圈库和生物库。这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换，容量小而活跃，实际上起着交换库的作用。 碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在；在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在；在水圈中以多种形式存在；在生物库中，则存在着几百种被生物合成的有机物。在大气中，二氧化碳是含碳的主要气体，也是碳参与物质循环的主要形式。在生物库中，森林是碳的主要吸收者,它固定的碳相当于其他植被类型的两倍。森林又是生物库中碳的主要贮存者,贮存量大约为4.82×1011吨，相当于目前大气含碳量的2/3。 1.1.1 岩石圈中的碳 地壳岩石中平均含有0 .27 %的碳, 约有6 .55 ×1011 GtC , 其中73 %是以碳酸盐岩(海相碳酸盐岩、沉积碎屑岩中碳酸盐胶结物以及泥质岩中碳酸盐矿物)和幔源碳的形式存在, 其余部分以石油、天然气、煤等各种有机碳形式存在。在各种内外营力作用过程中(如脱碳气、氧化、热裂解、微生物降解等), 碳以水溶气相、油溶气相、连续气相、连续液相等各种形式迁移或转化, 最终以CO2 等气体形式通过地下水、油(气)田、地热区、活动断裂带和火山活动不断地释放出来, 或者储存在沉积地层中成为CO2 气田。 尽管地质碳库是最大的碳库, 但其中储存的绝大多数的碳不参与全球的碳循环。除了人类大规模的矿产和燃料开采, 使岩石圈储存的碳得以释放, 并 直接影响全球碳循环平衡外, 岩石圈的碳的活动一般只对地球的局部产生影响(如火山喷发引发区域的CO2 浓度升高)或者只会在较大的时间尺度内(千年以上)发生作用。 1.1.2 岩溶作用过程中的碳循环 岩溶碳循环是全球碳循环的重要一环, 全球陆地碳酸盐岩体碳库容量估计近1 ×108GtC , 分布面积为2 .2 ×107 km2 。碳酸盐的产生与地质历史时期的大气、气候、水热和生物环境条件密切相关, 它是过去全球碳循环方向和强度变化过程中被固化的部分。岩溶作用是岩溶水系统内可溶岩、水、空气、生物界面之间的地球化学场上能量、物质交换的表现及结果, 在岩溶作用过程中存在CO2 -H2O -碳酸盐岩三相动态平衡过程。碳酸盐岩的溶蚀过程是从大气中吸收碳的过程, 凝结钙华的过程是碳的排放过程。当大气中CO2 浓度降低时, 岩溶系统中将出现钙华凝结沉降, 并向大气中排放CO2 , 反之则吸收CO2 。在目前全球CO2 浓度普遍过高的状况下, 岩溶系统对碳的调节作用主要以吸收碳为主。 1.1.3 陆地生态系统中的碳
地球化学稀土元素配分分 析 Final revision by standardization team on December 10, 2020.
《地球化学》实习测验 REE图表处理及参数计算 一、实习目的 1、掌握稀土元素组成模式图的制作方法。 2、掌握表征稀土元素组成的基本参数。 3、培养独立查阅文献及处理数据的能力。 二、基本原理 1、稀土元素组成模式图 1、原子序数为横坐标 2、标准化数据为纵坐标 3、对数刻度 2、表征稀土元素组成的基本参数 3、稀土总量 4、轻重稀土比值 5、轻稀土分异指数 6、重稀土分异指数 7、铕、铈异常 三、实习测验内容 1、绘制各类侵入岩的稀土元素组成模式图； 2、计算各类侵入岩稀土元素组成的基本参数； 3、对已绘制的图表和计算出的数据进行解释。 4、在以上实习内容掌握之后，自行查阅文献一篇，并进行以上3项操作。 四、实习测验步骤 1、根据查阅文献数据，找到自己想要的数据 表1 蒙库铁矿床岩石、矿石、矿物稀土元素成分分析（ppm） 2、选出自己要的数据建立表格 表2 稀土元素组成模式图（ppm） 3、对数据进行球粒陨石标准化 表3球粒陨石标准化后稀土元素组成模式图(ppm) 图1 蒙库铁矿床稀土元素配分图 5、计算稀土元素基本参数
表4 表征稀土元素组成的基本参数 6、数据及图表的解析 （1）绿帘石：∑REE=，表明稀土元素含量较高；LR/HR=，表明轻重稀土元素间发生了较大的分异，轻稀土元素相对富集；(La/Sm)N=，(Gd/Lu)N=，显示轻重稀土元素内部都发生了分异作用，轻稀土元素分异更明显。Eu异常值=，为强正异常；Ce异常值=，表明Ce基本无异常；稀土元素配分模式为轻稀土富集，重稀土相对亏损的右倾型，图像具有左陡右缓特点，Eu正异常明显特征。 （2）磁铁矿矿石：∑REE=，表明稀土元素含量较低；LR/HR=，表明轻重稀土元素间发生了较大的分异，轻稀土元素相对富集；(La/Sm)N=， (Gd/Lu)N=，显示轻重稀土元素内部都发生了分异作用，轻稀土元素分异更明显。Eu异常值=，为强正异常；Ce异常值=，位弱Ce异常；稀土元素配分模式为轻稀土富集，重稀土相对亏损的右倾型，图像具有左陡右缓特点，Eu正异常明显特征。 （3）块状黄铁矿：∑REE=225ppm，表明稀土元素含量较高；LR/HR=，表明轻重稀土元素间发生了较大的分异，轻稀土元素相对富集；(La/Sm)N=，(Gd/Lu)N=，显示轻重稀土元素内部都发生了分异作用，轻稀土元素分异更明显。Eu异常值=，为强正异常；Ce异常值=，为Ce弱异常；稀土元素配分模式为轻稀土富集，重稀土相对亏损的右倾型，Eu正异常明显特征。 五、结论 1、绿帘石、磁铁矿矿石、块状黄铁矿的配分模式具有相似性，均为右倾型，正Eu 异常，富集轻稀土元素。差别在于（1）稀土元素含量，绿帘石和块状黄铁矿具有较丰
第7章 生物地球化学循环 思考题 1．土壤与岩石和生物有什么不同？ 2．什么是土壤肥力？影响土壤肥力的因素有哪些？ 3．土壤的基本组分有哪些？什么样的组分有利于提高土壤的生产力？ 4．土壤自然剖面包括哪些基本层次？各层有什么特点？ 5．简述土壤质地和土壤结构的差别与联系，以及它们对土壤肥力的影响。 6．说明土壤孔隙度的概念和计算方法，以及它与土壤质地的关系。 7．土壤温度状况受哪些因素影响？它的日变化和季节变化具有什么特点？ 8．什么叫土壤胶体？它如何实现土壤的供肥和保肥功能？ 9．解释土壤阳离子交换量和土壤盐基饱和度的含义。 10．什么叫活性酸度和潜在酸度？试述土壤缓冲作用的原理。 11．试述土壤酸碱度对土壤养分有效性的影响。 12．什么是土壤氧化还原反应？土壤中主要的氧化剂和还原剂有哪些？试述土壤氧化还原状况对土壤其他性质的影响。 13．简述土壤养分系统的基本组分及其对土壤养分状况的影响。 14．试述成土因素学说的主要内容。 15．试述土壤形成的一般过程和主要成土过程。 16．试述世界十大土壤类型（土纲）的主要特征及土地利用方向与问题。 17．什么是生态系统？它的组成成分有哪些？
18．什么是植物群落的季相和演替？演替有哪几种类型？ 19．简述光、温、水对植物生长发育的影响。 20．简述水热条件和海拔高度与植被分布之间关系的一般模式。 21．举例说明生态系统的营养结构、食物链和食物网的构成。 22．解释光合作用和呼吸作用的概念。从热力学角度看，光合作用的生成物对于生态系统有何重要意义？ 23．解释初级生产量、生物量和次级生产量的概念。分析全球各类生态系统的净初级生产量和生物量特征。 24．结合实例说明生态系统能量传递与转化的基本特征，以及“十分之一定律”的含义。 25．什么是生物地球化学循环？简述生物地球化学循环的图解模型。 26．解释储存库、周转率和周转时间的概念。 27．简述氧循环的过程，并说明氧循环与碳循环之间的关系。 28．简述碳循环的主要自然过程和人类活动对碳循环的影响及其控制途径。 29．简述氮循环的主要作用过程，并说明人类活动对氮循环的影响。 30．简述磷循环的过程及其非闭合的性质，并说明人类活动对磷循环的影响。 31．什么叫大地女神假说？它在解释地球表层环境形成与变化方面的主要观点有哪些？ 32．什么叫生物多样性？举例说明生物多样性丧失的主要原因和保护生物多样性的重要意义。 33．简述陆地生态系统主要类型的地理分布和基本特征，以及人类活动对它们的影响。
第4卷第1～2期1997年3月 地学前缘(中国地质大学,北京) Earth Science Frontiers(China Univ ersity of Geos ciences,Beij ing) Vo l.4No.1～2 Mar. 1997 全球生物地球化学循环研究的进展 庄亚辉⒇ (中国科学院生态环境研究中心,北京2871信箱,100085) 摘 要 简要介绍了全球元素生物地球化学循环研究的新进展。首先说明几十年来生物地球 化学循环研究重点的转变,其次分析了当前研究的特点,这就是多层次地(时空及生态系统)进 行实验和数学模拟并外推至全球,比经典的循环研究要细致得多。经典研究往往只是将定位点 上的结果简单地外推到区域甚至全球。最后有选择地阐述了生物地球化学循环各领域(源、汇、 转化过程、测量方法、模式等)内的发展趋势与热点,其中主要有农业生态系统含碳、氮痕量气体 的源、遗漏的碳汇、碳、氮、硫、磷间的耦合作用、同位素丰度比及指示物的应用和氧化亚氮和甲 烷释放模式。 关键词 生物地球化学循环 释放源 汇 传输及转化过程 痕量气体测定 过程模拟 CLC P593,Q14,P69 全球生物地球化学循环是研究元素的各种化合物在生物圈、水圈、大气圈、岩石土壤圈各储库之间的迁移和转化。除了各种物理、化学、生物过程与通道的研究外,还包括其源、汇、通量、储库及模式研究〔1〕。在50年代以前,经典的元素循环是以自然界的生物地球化学过程为对象的〔2～3〕,二次世界大战结束后,大量的核试验引起人们对人工核素的全球沉降和迁移过程的关注。60～70年代工农业的发展带来了化肥、农药、洗涤剂和重金属的全球性污染。在国际科联环境科学问题委员会(SCOPE/ICSU)的倡导下,开展了全球碳、氮、硫、磷和重金属的生物地球化学循环的研究〔4～6〕。80年代以来,国际地圈生物圈计划(IGBP)以及其它许多的国际全球科研计划针对人类活动引起的系列全球变化,例如温室效应、臭氧层破坏、海平面升高、森林锐减、土地退化等进行研究。这些问题均与元素循环有关,因此给碳、氮、硫、磷生物地球化学循环的研究带来了新的推动力和新的研究内容,使元素循环研究进入一个新的阶段〔7〕。1987年,美国地球物理学会为此专门出版了Global Biogeochemical Cycles学术刊物,刊登此方面的新成就。 由于篇幅限制,本文只讨论碳、氮、硫、磷四个元素的一些新进展,分别介绍生物释放源、汇、转化传输机理、实验方法及模式的前缘内容、热点与趋势。但这并不意味着其它元素不重要。例如,人们已认识到卤素元素生物地球化学的循环对全球变化的影响,氧循环(也就是水循环)的重要性更是毋庸置疑的。 ⒇ 收稿日期:1996-07-08 修改稿收到日期:1996-11-30 作者简介:庄亚辉,男,1930年生,研究员,环境化学博士生导师,国际科联环境问题委员会中国委员会委员,从事氮、硫氧化物的活化与转化以及碳、氮、硫痕量气体释放源的研究。 本研究受美国国家科学基金会1995～1997年项目、国家自然科学基金委员会化学部课题、国家自然科学基金委员会跨学部项目、中国科学院环境科学委员会及资源环境局重大科技项目基金资助。
生物地球化学复习资料 1.判定植物必须营养元素的标准？(同时满足) （1）所有植物缺少便不能完成其生命周期（不可或缺性） （2）作用具有专一性，只有供给该元素才能得到改善（不可替代性） （3）必须直接参与到植物营养（代谢作用） 大量元素：C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S 微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl 2.我国土壤有机质含量变化规律及其原因，并谈谈有机质在土壤肥力和生态环境上的重要作用？ （1）我国土壤有机质分布状况大体为由北而南，土壤有机质含量逐渐降低；（2）北方由于气候淡热、干燥，一年较多时间不利于土壤中微生物活动，因而土壤有机质矿质化分解受到阻碍，有机质保留于土壤中；而南方则刚好相反，气候湿热，一年中大多时间有利于土壤中微生物活动，因而土壤中有机质大量被矿质化分解，保留于土壤中的有机质则较少。 （3）在土壤肥力上的作用 ①养分较完全 ②促进养分有效化 ③提高土壤保肥性 ④提高土壤缓冲性 ⑤促进团粒结构的形成，改善土壤物理性质 （4）有机质在生态环境上的作用 ①络合重金属离子,减轻重金属污染 ②减轻农药残毒：腐殖酸可溶解、吸收农药，如DDT易溶于HA； ③全球C平衡的重要C库（含C平均为58%）。 3.腐殖质的作用？（腐殖质：土壤有机质经生物化学作用合成的成分结构复杂且稳定的高分子有机化合物） （1）在土壤有机碳库和环境中的作用（是陆地土壤和海洋最重要的有机碳库） ①降低农药残留危害：土壤对农药吸附的74%取决于HA和FA，尤其是FA。农药被吸附后有效率降低，并加速分解。腐殖酸可溶解、吸收农药，如DDT易溶于HA。 ②与某些重金属形成水溶性络合物，随水排出土体，减少危害和污染；或与某些重金属形成不溶性络合物，限制植物的吸收。 （2）对土壤肥力和植物生长的作用 ①土壤N、P、S和微量元素的储存库 ②增加土壤保肥和供肥能力 ③土壤良好结构形成的物质基础，提高土壤透水性，蓄水性，通气性，并改善土壤耕性 ④提高植物生理活性，促进根系的养分吸收、运输，促进种子发芽，根和茎
＊国家自然科学基金:不同水文地貌条件下湿地土壤铁迁移转化及其环境指征(编号:40501030)和中国科学院湿地生态与环境重点实验室开放基金(编号:WELF -2004-B -006)资助 湿地铁的生物地球化学循环及其环境效应＊ 姜 明 1,2 吕宪国1 杨 青1 佟守正 1 (1中国科学院东北地理与农业生态研究所,长春 130012) (2中国科学院研究生院,北京 100039) 摘 要 湿地位于水陆过渡地带,干湿交替引起的氧化还原变化是湿地中最为典型、普遍的现象。铁作为湿地中的主要氧化还原物质,它的变化对湿地环境具有重要的指示性作用。本文介绍了湿地中铁的时空分布及其转化规律,指出湿地铁循环的影响因素,分析了湿地铁循环在湿地土壤形成、湿地植物的生理生态、湿地的物质循环、环境指示等方面的效应;最后对湿地铁循环研究中的存在问题及发展方向提出几点建议。 关键词 铁;生物地球化学循环;环境效应;湿地中图分类号 S154.2 文献标识码 A 湿地是水体系统和陆地系统之间相互联系、相互作用而变化的活跃地带,干湿交替是发生在湿地中的一种非常典型、普遍的现象。铁是主要的氧化 还原物质[1],铁的变化对湿地中的氧化还原环境具有重要的指示性意义[2,3]。在湿地氧化还原物质研究中,对于氮、碳、硫等元素研究广泛,而铁锰等金属离子研究较少[4～8]。国际地圈生物圈计划(I GBP )、国际全球环境变化人文因素计划(I HDP )和世界气候研究计划(W CRP )三大计划提出了碳“汇”和碳通量的时空分布及碳循环动力学研究的科学需求,铁循环影响了碳的源汇过程[9～11];国际水文计划(I HP )第六阶段计划(2002年至2007年)也明确提出加强河床和湿地的金属监测及研究的任务,其中湿地铁循环对重金属、营养物等具有重要的吸附解吸作用,从而对湿地环境过程产生影响,因而在这些研究计划中应该重视湿地铁的生物地球化学循环及其对碳、氮和营养元素迁移转化的影响研究 [12～14] 。 1 湿地铁生物地球化学循环及其特征 1.1 湿地铁化合物的划分及其循环过程 根据矿物学结合胶体化学观点,湿地铁化合物可以在形态上划分为游离氧化铁、无定形铁。早在1877年,Bemmelen 用矿质酸和碱液溶解土壤中的氧化铁和其他胶体物质,1922年Tamm 建议应用草酸 铵缓冲液来分离无定形铁,1950年Deb 开始应用连二亚硫酸钠为还原剂测定游离铁,在此基础上建立了现在广为采用的连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-重碳 酸钠提取法(DCB 法)[1] 。湿地中的铁化合物还可以按照化学方法分为高价态和低价态,这种价态划分对于湿地研究十分重要。但铁化合物的区分在技术上非常困难,同时在提取过程中防止低价铁的氧化是一个重要的问题。目前更多的采用H 2、N 2以隔绝空气的淋洗法,但由于装置复杂、淋洗速度不快,也有一部分低价铁被氧化,因此低价铁的区分及测定仍需改善。 湿地干湿交替、氧化还原过程的反复进行,引起湿地土壤中氧气含量、有机物质含量以及微生物作用过程发生改变,这些过程引起湿地铁的价态改变,导致了湿地铁的氧化沉积与还原溶解(见图1)。受干湿交替影响,许多湿地植物发展了高孔隙的通气组织[15],因此导致根部氧气得以扩散到土壤溶液中,这个过程加强了湿地中的氧化还原过程,影响了湿地中的铁循环,同时在湿地植物根部形成锈斑,包括芦苇(Phragmites australis )、水稻(Oryza sativa )、互花米草(Spartina alterniflora )等[14,16,17],其中水稻田每年约有500kg hm -2锈斑形成[15]。1.2 湿地铁循环特征 湿地铁循环研究中,人工湿地水稻土方面较早且深入。我国早在20世纪30年代就开始对水稻土 第43卷第3期土 壤 学 报 Vol .43,No .32006年5月 ACT A PED OL O GI CA SI NICA May ,2006