好氧不产氧光合细菌反馈作用下的五里峡水库坝前水体化学特征研究
宋昂, 彭文杰, 何若雪, 靳振江, 卢晓漩, 房君佳, 黄炳慧, 李强
doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2017.02.011
微生物是水体生物地球化学循环的主要驱动者,也是能量代谢的主要参与者,在水体生态系统多样性与稳定性方面发挥着举足轻重的作用。好氧不产氧光合细菌(AAPB)是水体中一类分布广泛的重要功能类群,它们可利用光能补充自身能量代谢,并影响水体化学组分,其重要性被人们广泛认可并深入研究。为探讨岩溶区AAPB反馈作用下的五里峡水库坝前水体化学特征,本文对坝前不同层位水体进行实地监测,在获得不同层位水体溶解有机碳和颗粒有机碳稳定碳同位素特征的基础上,采用荧光定量PCR技术检测、研究了坝前水体不同层位AAPB分布规律。结果表明:取样期五里峡水库坝前水体为HCO3--Ca2+-Mg2+贫-中营养型;通过水体溶解氧、δ13CPOCδ13CDOC和碳氮比综合分析得出,坝前水体有机碳主要由微型生物产生;AAPB占总浮游细菌的相对丰度范围在1.33%~1.60%,且AAPB在不同层位的丰度变化强度要高于总浮游细菌的丰度变化强度,表明相较于总浮游细菌,AAPB对水化学特征的反馈作用更加敏感;使用典范对应分析可揭示水体理化性质与AAPB的内在联系,结果显示AAPB和总浮游细菌均受浊度的影响较大,故基于颗粒沉降的海洋微生物泵作用也适用于陆地岩溶水库。因而,AAPB反馈作用下的水化学特征对揭示CO2-水-碳酸盐岩-微生物代谢体系具有重要的启示意义。
关键词: 好氧不产氧光合细菌, 荧光定量PCR, 岩溶水化学, 五里峡水库, 贫-中营养型水库
基于遗传算法的BP神经网络模型在岩心扫描仪测定海洋沉积物多种组分中的应用研究
李强, 刘坚, 李小穗, 涂公平, 杨天邦
doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2016.05.007
海洋沉积物样品成分复杂,由于基体效应的影响,利用岩心扫描仪开展X射线荧光光谱分析只能得到目标元素的强度信息,不利于该方法在成矿机制和古环境等研究领域更好地发挥作用。本文采用岩心扫描仪测定海洋沉积物中的铝硅钾钙钛锰铁钒铬铜锌铷锶钇和铅15种元素,尝试引入BP神经网络模型利用其非线性拟合能力校正基体效应。实验表明,以水系沉积物、海洋沉积物和岩石国家标准物质以及定值海洋沉积物样品为训练样本,采用遗传算法优化BP神经网络的初始权值和偏置,可以有效校正除硅之外的14种元素基体效应的影响,实现了岩心扫描仪XRF测量结果由强度到浓度的转化。本方法的精密度为0.6%~6.8%(RSD, n=11),国家标准物质和海洋沉积物实际样品中15种组分的预测值与参考值的相对偏差在0.5%~17.5%之间,适合于海洋沉积物中多种主次量组分的快速分析,拓展了岩心扫描仪的功能。
关键词: 遗传算法, 神经网络, 岩心扫描仪, 海洋沉积物, 基体效应
铅锌矿尾砂重金属污染物对不同土地利用类型土壤性质影响的典范对应分析
胡清菁, 张超兰, 靳振江, 曹建华, 李强
广西阳朔思的村铅锌矿尾矿砂坝坍塌造成了大面积农田污染,已往报道多集中在金属矿山开采过程中产生的废液及大量固体废弃物堆砌而造成的环境污染,较少关注因尾矿砂坝坍塌所造成的这种土壤重金属特殊污染模式。本文运用典范对应分析(CCA)研究铅锌矿尾砂坝坍塌对不同土地利用类型(玉米地、柑橘园、水稻田)造成的重金属(铅、锌、铜、镉)污染以及对土壤理化性质(有机碳、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量、碳氮比、pH值)的影响。CCA分析结果表明,研究区污染以铅、锌、镉为主,铜次之,其中锌和镉的空间分布格局受土地利用类型的影响更明显,并且镉对水稻田产生的环境风险最高。此外,在土壤中尾矿砂分布不均的前提下,土地利用类型是造成土壤重金属污染空间分布不同的重要驱动力,受土壤质地和矿砂性质的影响,重金属污染引起的酸化效应在供试土壤中不明显,使得CCA图中pH值所代表的点远离重金属箭头连线;阳离子交换量距重金属连线较近,受重金属影响明显并随重金属污染的加剧而减小;碱解氮、速效磷、速效钾等速效养分受重金属污染的影响并不显著,但与施肥配比和农业管理密切相关;有机碳与重金属箭头连线分布象限相同且包裹于其中,与重金属质量分数呈正相关关系,相较于玉米地和柑橘园,水稻田中有机碳积累量更大,达到18.14 g/kg,可能因稻田中微生物的碳源代谢利用能力明显降低,土壤中有机碳的矿化分解受阻,导致水稻土中有机碳的积累。此外,尾矿砂作为土壤重金属的持续性释放源,尽管对土壤的基本理化性质尤其是速效养分的影响并不明显,但能够通过影响土壤微生物群落间接影响土壤碳循环。
关键词: 尾矿砂, 土地利用类型, 典范对应分析, 土壤性质
手持式X射线荧光光谱仪在富钴结壳资源勘查中的应用
张学华, 李强, 黄雪华, 姚会强
便携式X射线荧光光谱仪具有快速、无损分析的特点,本文重点研究了手持式X射线荧光光谱仪在富钴结壳碎块和浅钻岩心野外现场原位分析中的应用能力。采用压片法制样,以富钴结壳国家标准物质(GBW 07337~GBW 07339)和多金属结核国家标准物质(GBW 07249、GBW 07295和GBW 07296)作为校准样品,建立了手持式X射线荧光光谱仪测定富钴结壳样品的校准曲线。方法经国家标准物质GBW 07339验证,元素Mn、Fe、Co、Ni和Cu的精密度(RSD)在0.3%~3.0%之间,满足富钴结壳样品现场分析的要求。在海上资源勘查现场,应用手持式X射线荧光光谱仪对富钴结壳碎块和浅钻岩心原样进行了现场原位分析。富钴结壳碎块原样烘干后直接测试分析数据与实验室压片制样XRF分析数据对比表明,Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素的测定值一致性良好;浅钻岩心的原位分析数据与实验室人工分层分析数据对比表明,各层位Mn、Fe、Co、Ni和Cu元素直接测试数据与实验室压片制样XRF分析数据分布趋势基本一致。实际应用研究表明,手持式X射线荧光光谱仪适合于现场原位分析,满足野外富钴结壳资源快速评价的要求,同时原位分析能更真实地反映原始富钴结壳岩心不同层位中各元素的变化特征,为进一步研究富钴结壳成矿机制提供更丰富的数据资料。
关键词: 手持式X射线荧光光谱仪, 富钴结壳资源勘查, 原位分析
手持式X射线荧光光谱仪测定富钴结壳样品中锰铁钴镍铜锌
李强, 张学华
便携式X射线荧光光谱仪可以快速进行多元素实时分析,在富钴结壳资源勘查中有广阔的应用前景,但是现有仪器的分辨率和稳定性有待进一步提高,特别是现场原位分析法的应用有待研究。本文针对富钴结壳中目标元素含量相对较高的特点,采用松散粉末法制样,建立了手持式X射线荧光光谱仪快速测定太平洋富钴结壳样品中Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn的分析方法。该方法用多金属结核和富钴结壳国家标准物质进行验证,测定值的相对标准偏差(RSD)在0.2%~3.0%之间,测定值与标准值的相对误差为92.9%~107.6%。样品现场分析和实验室分析的数据对比表明,除了低含量Cu略有超差外,Mn、Fe、Co、Ni、Zn和品位均无超差,完全满足该类矿产资源勘查规程的要求。本法简单、高效,适用于对野外富钴结壳资源作出快速的初步评价。
关键词: 富钴结壳样品, 金属元素, 手持式X射线荧光光谱仪
新疆石河子城区道路尘土的铅污染和铅同位素示踪研究
黄勇, 高博, 王健康, 李强, 郭太君
城市道路尘土中重金属污染已成为当前重大的环境问题之一。本文对我国西部石河子市城区道路尘土的重金属污染进行评价,利用电感耦合等离子体质谱法测定铅的含量及铅同位素组成,采用地积累指数法评价铅的污染程度。结果显示,石河子市城区道路尘土中重金属铅的含量范围为19.36~84.63 mg/kg,平均含量为37.85 mg/kg,高于当地土壤背景值,但明显低于我国其他大中型城市,表明当前石河子市的环境质量已经受到人为活动的干扰;尘土中铅的地积累指数在-0.59~1.54之间,平均值为0.30,属于轻度污染水平。利用铅同位素示踪法识别铅污染的来源,206Pb/207Pb比值的范围是1.159~1.182,208Pb/207Pb比值的范围是2.391~2.457,均接近于煤炭和建筑材料的铅同位素比值,初步判断石河子道路尘土的铅污染主要受到煤炭燃烧和城市建设的影响。
关键词: 铅污染, 地积累指数, 铅同位素, 道路尘土
新疆准噶尔北缘托斯巴斯套铁铜金矿床矽卡岩和磁铁矿矿物学特征及其地质意义
吕书君, 杨富全, 柴凤梅, 张志欣, 李强
托斯巴斯套铁铜金矿床赋存于中泥盆统北塔山组火山岩与闪长(玢)岩的接触带中,矿体呈脉状、透镜状,矿体及其周围发育大量矽卡岩。本文分别利用电子探针、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS),对托斯巴斯套铁铜金矿附近的石榴子石、辉石、绿帘石的化学组分及磁铁矿的主量及微量元素开展研究。结果表明:矽卡岩矿物中石榴子石端员组分以钙铝榴石-钙铁榴石系列为主,辉石端员组分以透辉石为主,绿帘石化学成分富铁富钙,这些特点表明矿区矽卡岩具有钙矽卡岩特征。矽卡岩是由岩浆热液流体交代北塔山组基性火山岩而形成的,磁铁矿的形成与矽卡岩的退化变质作用有关。在石英-硫化物-碳酸盐阶段形成铜和金矿化。
关键词: 托斯巴斯套, 准噶尔北缘, 铁铜金矿床, 矽卡岩, 磁铁矿, 电子探针分析
岩溶水体惰性有机碳含量及其存在机理
李强, 黄雅丹, 何若雪, 于奭, 宋昂, 曹建华
doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201807250088
BACKGROUND:The accepted paradigm is that recalcitrant dissolved organic carbon (RDOC) concentrations in the ocean are about 42 μmol/L. However, the concentrations of RDOC in the karst river systems remain unidentified and there is little evidence about these compounds unavailable to microbial degradation.
OBJECTIVES:To reveal the existence of RDOC and its concentrations in the karst river systems, water samples were collected at different depths (0 m, 5 m and 10 m) from three typical sites (city-river section, reservoir area and outflow area) in dammed Liu River in 2006.
METHODS:Water samples (3 L) were pre-filtered in-situ using 3 μm filter membranes, and then filtered through 0.22 μm poresize filter membranes. The 0.22 filters were used for DNA extraction following the manufacturer's instructions of the Power Water DNA Isolation Kit (Mobio Laboratories, Inc., Carlsbad, CA, USA). The real-time PCR assay of the 16S rRNA gene, as a marker of phytoplankton-bacteria, was carried out in a volume of 25 μL. The assay mixture contained 12.5 μL Green-2-Go qPCR Mastermix (Sangon Biotech Co., Ltd, China), 1 μL of primer (10 μmol/μL), 9.5 μL of distilled water, and 1 μL of template DNA (at 5 ng/μL). Thermal cycling conditions for 16S rRNA gene were as follows:an initial cycle of 95℃ for 3 min, 39 cycles of 95℃ for 60 s, 56℃ for 60 s, 72℃ for 60 s, and 72℃ for 5 min. The primers for 16S rRNA gene were designed as 338f (5'-CCTACGGGAGGCAGCAG-3') and 518r (5'-ATTACCGCGGCTGCTGG-3'). Thermal cycling, fluorescent data collection, and data analysis were carried out with CFX96 TouchTM Real-Time PCR Detection System (Bio-Rad, USA) according to instruction manual. The relationship between Ct and log starting concentration was linear (R2>0.99). The amplification efficiency was 90%-105%. The filtrates after through 3 μm filter membranes were transferred to sterile glass bottles. The bottles were incubated in the dark room at 30℃ for 180 days. Dissolved organic carbon (DOC) concentrations of all water samples were determined at 30 days interval on a total organic carbon analyzer (Multi N/C®3100) at the Institute of Karst Geology, CAGS. The obtained data were performed for correlation analyses using the Pearson correlation method (one-tailed t test) with significance defined as P<0.05 by using SPSS 13.0 software for Windows XP (IBM, Armonk, NY, USA).
RESULTS:About 24.63 μmol/L RDOC is stored in the dammed Liu River systems, supporting the hypothesis that they are resistant to microbial degradation and the dilution limits dissolved organic carbon utilization.
CONCLUSIONS:These findings demonstrate the mechanism for the long-term storage of RDOC in karst hydrosphere, which has hitherto been largely ignored. In any case, the advanced techniques (Fourier-transform ion cyclotron resonance mass spectrometry) can provide new evidence to test the initial hypotheses for existence of RDOC in the deep karst reservoir waters.
关键词: karst hydrosphere, dissolved organic carbon, resistant to microbial degradation, dilution limiting dissolved organic carbon utilization

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