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《地质学报》2017,(3)
黑碳是由生物质和化石燃料等燃烧产生的一系列含碳物质,长期广泛分布于土壤、大气等多种载体中,且表现出不同的环境效应。土壤作为一种不可再生的自然资源,是人类生存与发展不可缺少的物质基础,也是支撑城市发展的空间和生态基础。土壤中的黑碳构成土壤有机碳库的重要组分,且影响着土壤肥力、结构、有机污染物等多方面。目前,对黑碳的研究集中在其对环境的影响,我国在这方面的研究开始较晚,特别是对土壤中黑碳的研究还处于起步阶段。本文详细分析了土壤黑碳的可能来源(自然火灾、人类农业活动、化石燃料燃烧以及汽车尾气排放等),概括了常见的土壤黑碳来源辨析方法(黑碳形态特征分析、黑碳/有机碳比值分析、黑碳碳同位素分析),总结了国内外对不同自然环境、不同城市功能区的土壤黑碳研究现状。最后,提出了全球黑碳研究亟待关注和解决的关键问题,以期为将来合理制定控制黑碳排放的相关政策,减缓黑碳对环境质量和人体健康的影响,提供重要的理论依据。 相似文献
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随着城市迅猛发展,城市土壤性质发生显著变化,不同功能区之间呈现明显差异性。为了深入讨论人为影响方式和程度、污染来源的差别对土壤碳库(特别是黑碳)的影响,本研究以北京市为对象,对比研究了城区和郊区不同功能区(公园、居民区、道路绿化带)土壤有机碳(SOC)含量、黑碳(BC)含量以及含量比值(BC/SOC)的特点,并通过BC/SOC指标对土壤受到的人类活动影响方式和程度进行详细讨论。结果显示,北京市城区不同功能区的土壤SOC富集程度不同,且公园和居民区土壤在人为管理下SOC含量趋于平均;而郊区不同功能区的SOC含量值接近,表明其受人为影响较小,更接近于自然土壤。城区不同功能区的土壤BC含量存在较大差异,由大到小是公园(0.60%~2.28%,平均值为1.56%)、道路绿化带(0.12%~2.20%,平均值为0.62%)、居民区(0.11%~1.15%,平均值为0.35%),其中公园内区域性的翻种、施肥使得BC大量聚集,道路绿化带受到来自交通环境的强烈影响;而郊区不同功能区的BC含量值低且接近,代表了区域土壤BC含量背景值。土壤BC/SOC总体介于0.11和0.5之间,且郊区BC/SOC小于城区,指示了化石燃料和生物质的燃烧均是城区和郊区土壤BC物质的来源,但所占比重不同,且城区是郊区土壤黑碳的重要来源。另外,城区个别地区BC/SOC显著偏高,反映了BC/SOC不但指示土壤污染程度,同时与城市化时间、特定的人类活动密切相关。 相似文献
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为研究兰州市冬季亚微米气溶胶的吸光特性,利用2014年1月10日至2月4日黑碳仪（AE31）和高分辨率飞行时间质谱仪（HR-ToF-AMS）观测资料,对气溶胶的吸光特性进行了分析。首先根据黑碳气溶胶（BC）和棕色碳气溶胶（BrC）的光学特性差异对二者进行区分,然后分析两者的吸光特性。结果表明：观测期间亚微米气溶胶中黑碳和有机物的平均浓度分别为3.7 μg·m-3和29.3 μg·m-3。随着亚微米气溶胶浓度的增加,黑碳和棕色碳吸收系数均增加,但棕色碳吸收系数增加得更快。黑碳和棕色碳在550 nm处的平均吸收系数分别为（9.9±5.9）Mm-1和（51.0±28.1）Mm-1。棕色碳的Angstrom指数为4.4。另外,采用正定矩阵因子解析模型（PMF）将棕色碳的来源划分为六种（碳氢类有机气溶胶（HOA）、烹饪类有机气溶胶（COA）、生物质燃烧（BBOA）、燃煤排放（CCOA）、半挥发低氧化程度有机气溶胶（SV-OOA）和低挥发高氧化程度有机气溶胶（LV-OOA））,并通过多元线性回归方法计算了各来源的吸光贡献,其中BBOA和CCOA对棕色碳吸光系数的贡献为41.5%,其次是SV-OOA（32.8%）、LV-OOA（14.2%）、HOA（7.8%）和COA（3.8%）,说明一次和二次有机气溶胶均为兰州地区棕色碳的重要来源。 相似文献
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浙江省长兴县煤山剖面二叠—三叠系过渡地层中的黑碳记录及其地质意义 总被引：2，自引：1，他引：1
首次报道了浙江煤山二叠-三叠系界线地层中黑碳的含量及其碳同住素的变化特征。黑碳含量在26层存在一个明显的峰值,含量高达0．51％。黑碳与总有机碳比值从25层底部开始持续升高,在26层达到最高,稳定在0．40以上。黑碳的碳同位素在24层和25层之间有一个陡然的降低,降低幅度达2‰,在25和26层中则存在一个幅度达3‰的缓慢降低,总降低幅度达5‰。黑碳是动植物和化石燃料燃烧的天然记录,浙江煤山二叠-三叠系界线附近黑碳特征反映了二叠纪末期陆地生态系统发生了突然的衰退,发生了强烈的天然大火。根据事件层大火燃烧的长期性或频繁的特征,以及黑碳同位素大幅度陡然降低和缓慢降低,认为燃烧源除了陆地植被外,还有其他富含轻碳的化石燃料,即大火的燃烧源除了植被外,还可能有煤和甲烷水合物等。浙江煤山剖面的黑碳记录,反映了二叠-三叠纪之交地球陆地环境的剧烈变化,有助于理解和揭示生物大灭绝的过程和原因。 相似文献
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为确定中国西南背景区不同季节细颗粒物中黑碳的浓度水平和来源特征,分别于2018年冬季(1月)和夏季(7月)在贵州普定喀斯特生态系统观测研究站采集细颗粒物样品,测定其水溶性离子成分、黑碳浓度及稳定碳同位素组成(δ13CBC),结合贝叶斯模型探讨黑碳来源贡献。结果表明,采样期间黑碳冬季平均浓度为(1.2±0.6)μg/m3,夏季为(1.9±0.6)μg/m3,接近于其他区域背景点浓度水平。δ13CBC平均值冬季为(?23.4±0.9)‰,夏季为(?24.3±0.8)‰,处于煤燃烧及机动车排放来源的δ13C值范围。贝叶斯模型结果表明,机动车尾气在冬、夏季节对黑碳贡献较高,分别为(45.1±14.2)%和(69.5±8.6)%,煤燃烧贡献分别为(41.7±9.8)%和(24.1±7.2)%。结合后向轨迹分析结果可知,西南背景区冬季黑碳来源受燃煤、机动车尾气排放及生物质燃烧共同影响;夏季黑碳污染源主要为机动车尾气和煤燃烧,生物质燃烧较少。 相似文献
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碳质气溶胶的放射性碳同位素(~(14)C)源解析:原理、方法和研究进展 总被引：2，自引：0，他引：2
碳质气溶胶(或颗粒物)作为大气气溶胶的重要组成,对环境、气候和人类健康造成了巨大的危害。其主要组成成分有机碳和元素碳具有不同的来源特征,且对人类健康和气候系统的影响也具有明显的差异。放射性碳同位素(14C)不仅能定性区分生物源和化石源,还能定量分析不同来源对有机碳和元素碳的贡献比率。重点评述了放射性碳同位素法对气溶胶源解析的技术原理、分离测试方法以及在我国应用的研究进展;最后提出了国内研究应加强的领域和利用放射性碳同位素法研究大气气溶胶的发展趋势。 相似文献
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城市大气颗粒物暴露与人群健康不利效应密切相关,由于颗粒物来源广泛、组成复杂,其引致的健康毒性效应不尽相同。本研究旨在探查城市颗粒物的化学组成、来源及其对人体细胞的毒性效应。采集泰国曼谷城区一年的大气总悬浮颗粒物(TSP)样品,分析水溶性离子、微量金属元素、碳质组分及有机分子标志物含量,并利用正定矩阵因子(PMF)模型解析曼谷TSP来源;测定人肺上皮细胞A549暴露于TSP水萃取组分和有机萃取组分后细胞毒性的变化,包括细胞存活率、活性氧(ROS)生成、白细胞介素-8(IL-8)及细胞凋亡。结果表明,曼谷TSP浓度呈现干季高、湿季低的季节趋势,有机组分和水溶性离子是TSP的主要组分(>50%)。PMF模型解析结果显示,生物质燃烧(24.7%)、陆地化石燃料燃烧(21.1%)和土壤扬尘(20.6%)是干季内曼谷TSP质量浓度的主要贡献者,而湿季内曼谷TSP的主要来源为陆地化石燃料燃烧(29.5%)、生物质燃烧(16.6%)及海盐(16.0%)。曼谷TSP水萃取组分和有机萃取组分均可引起A549细胞毒性,其中TSP有机萃取组分暴露后的细胞具有更高的死亡率、ROS水平和凋亡率,而TSP水萃... 相似文献
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燃烧形成的黑碳粒子进入大气中可影响辐射平衡,导致全球气候变暖,其沉降在河流、湖泊、海洋、土壤等环境中对全球生物地球化学循环起到重要的作用,成为当前国际地球科学研究的热点问题。综述了黑碳的定义及排放、沉降、降解过程,并总结了其在现在及过去环境和气候系统中的重要作用与研究意义。黑碳是全球惰性有机碳库的重要组成部分,在全球慢速碳循环中发挥潜在作用。因其具有很强的吸光特性,它在区域气候变暖过程中扮演重要角色。沉降在不同地质载体中的黑碳难以降解,可以保存几百万年,为地质历史时期古气候和古环境重建研究提供重要信息。海洋沉积物过去数百万年的黑碳记录指示了天然火的演化信息,晚第四纪黄土剖面黑碳也指示了天然火的变化信息,最近千年的湖泊和冰芯黑碳记录既反映了天然火的信息,也指示人类活动的信号。未来黑碳研究应进一步关注标准测量方法,以真正理解黑碳在全球气候与环境系统中的作用。 相似文献
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利用气相色谱、气相色谱-质谱分析法从北京市西北城区四个季节大气可吸入颗粒物（PM10）中检测出种类丰富的饱和烃,主要包括正构烷烃、萜烷及甾烷等系列化合物。利用饱和烃的多项参数（如主峰碳数、碳优势指数CPI、藿烷22S/(22S+22R)比值等）对大气PM10中可溶有机物的来源及分布作了探讨。北京市西北城区PM10中正构烷烃的主峰碳数均介于23和27之间,而CPI值介于1和3之间,表明北京市西北城区PM10中的饱和烃均不同程度地受到了高等植物等现代生物和化石燃料（石油、煤等）不完全燃烧产物两种来源的影响,其中在春、夏季以高等植物、花粉、微生物等生物来源占比重较大,而在秋、冬季,尤其在冬季,化石燃料的不完全燃烧造成的污染比较明显。萜烷类物质的检出,表明北京市西北城区四个季节PM10中部分饱和烃来自于石油等化石燃料的不完全燃烧。甾烷类物质的检出,表明北京市西北城区四个季节PM10中部分饱和烃是来自于车辆释放的机油等。 相似文献
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Black carbon (BC) is a poorly understood type of organic carbon but it is present in almost all environmental systems (i.e., atmosphere, soil and water). This work focuses on soot BC in desert soils and, in particular, urban soils from the Phoenix, Arizona metropolitan area. Soot BC is that fraction of black carbon formed from the condensation of gas phase molecules produced during burning. Soot BC in Phoenix area soils exhibits a range in both concentration and isotopic composition. Soot BC concentration in 52 soils (desert, agricultural and urban) ranges from 0.02–0.54 wt% and comprises from < 1 to as much as 89% of the soil organic carbon (OC). Soot BC concentrations are higher in urban soils than in desert or agricultural soils. The average isotopic composition of soot BC is −18‰ ± 3‰; this is an enrichment of 5.5‰ relative to bulk soil organic carbon. The distribution in concentration and variation in isotopic composition across the study area suggests soot BC in this arid-land city has multiple sources, including a significant fossil fuel component. 相似文献
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Black carbon (BC) in soils plays a key role of carrying hydrophobic pollutants like polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). However, little is known about the spatial distribution, sources of BC and its relationship with PAHs in urban soils. We studied BC, total organic carbon (TOC) and PAHs concurrently in 77 soils collected from downtown area, suburban and rural area and industrial area of Shanghai, China. BC was determined by both chemical oxidation (dichromate oxidation, BCCr) and chemo-thermal oxidation (CTO-375, BCCTO). BC sources were identified qualitatively by BC/TOC concentration ratios and BC-cogenerated high molecular weight (HMW) PAH isomer ratios and quantitatively by principal component analysis followed by multiple linear regression (PCA-MLR). Results showed that BCCr concentration (4.65 g/kg on average) was significantly higher than BCCTO (1.91 g/kg on average) in Shanghai soils. BCCr concentrations in industrial area were significantly higher than those in other two. Stronger correlation was found between PAHs and TOC, BCCr than that between PAHs and BCCTO, which indicates the possibility of PAHs being carried by charcoal and other organic matters thus negating its exclusive dependence on soot. Charcoal was therefore suggested to be taken into account in studies of BC and its sorption of PAHs. BC/TOC ratios showed a mixed source of biomass burning and fossil fuel combustion. PCA scores of BC-cogenerated HMW PAHs isomer ratios in potential sources and soil samples clearly demonstrated that sources of BC in urban soils may fall into two categories: coal and biomass combustion, and traffic (oil combustion and tire wear). PCA-MLR of HMW PAHs concentrations in soil samples indicated that coal and oil combustion had the largest contribution to BC in urban soils while tire wear and biomass combustion were important in downtown and rural area, respectively, which indicated they were main sources of HMW PAHs and presumably of BC. 相似文献
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Biomass burning results in the formation and accumulation of pyrogenic products such as black carbon (BC) and black nitrogen (BN) in soils. The ubiquitous presence of pyrogenic products in natural dissolved organic matter (DOM) and potential implications in global carbon cycling have recently been reported. However, little is known about the environmental dynamics or the importance in the global N cycle of dissolved BN (DBN; or heteroaromatic N). Here we report the coupling between DBN and dissolved BC (DBC) in ultrafiltered DOM from six headwater streams across a climatic region of North America, suggesting similar combustion sources, and that DOC may play an important role in the translocation of soil BN to the dissolved phase. The export of potentially recalcitrant riverine DBN to the ocean may affect the biogeochemical cycling of N and possibly the microbial community structure in aquatic environments. 相似文献
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分布于全球中高纬度的黑土因性状好、肥力高，对全球农业生产起着重要作用。自19世纪以来，世界黑土形成与演化研究蓬勃发展，然而不同地区黑土的定义、特征、分类和研究程度不尽相同，这在一定程度上制约了黑土生产力影响因素的研究，有碍于黑土资源的可持续利用。本文系统整理了全球黑土研究，分析了黑土的定义、特征、分类、形成与演化特点，探讨了黑土形成与演化的科学研究方法及发展趋势。广义的黑土主要包括黑土、黑钙土、草甸土、白浆土、暗棕壤、棕壤等，其形成主要由气候、地形地貌、植被、成土母质和水文五大自然因素控制，各种因素使黑土在性质上发生分异，形成不同的黑土类型，土壤性质呈现出一定差异和规律特征；目前学者们利用地球化学分析、孢粉分析、粒度分析等实验方法对黑土形成环境进行反演模拟，利用模型构建、光谱分析、地理信息技术图像解译及联网动态监测等先进科学手段对黑土退化进行模型预测，为保护黑土地提供坚实理论基础。 相似文献
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The incomplete combustion of fossil fuels and biomass has resulted in the global-scale distribution and accumulation of black carbon (BC) in the environment. Recently, the molecular identity of BC in the dissolved phase has been distinguished from that of natural organic matter. However, many of the processes that control BC cycling remain unidentified. We investigate changes in soil charcoal particle morphology and chemical composition using surface area analysis, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, chemical oxidation, and 13C NMR spectroscopy. A comparison of soil charcoals differing in age by 100 years shows that aged charcoal has lower specific surface areas, higher BC/OC ratios, direct associations with soil minerals and microbial biomass, and a greater abundance of non-aromatic carbon. The water-soluble portion of soil charcoal and dissolved organic matter (DOM) from the watershed were also characterized by electrospray ionization mass spectrometry. Aqueous charcoal extracts are comprised mostly of condensed aromatic ring structures (CARS) which are also present in soil pore, river, and ground water samples. We present indirect evidence and a chemical rationale for a microbial BC dissolution mechanism. Furthermore, the speciation of CARS in the soil solution versus river and ground water provides molecular evidence of reactivity in the dissolved phase. The dissolution and export of soil BC are presently unmeasured fluxes with important implications for the global carbon cycle. 相似文献
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【研究目的】近年来，由微塑料造成的生态环境污染问题引起了广泛关注。【研究方法】本文通过查阅大量土壤微塑料方向的文献，综述了国内外关于土壤中微塑料的来源、危害及检测治理技术最新研究进展。【研究结果】主要包括：（1）土壤中微塑料的主要来源是没有高效回收的农用地膜的裂解，此外还有农业生产活动中使用含有微塑料的污水污泥、空气中的微塑料沉降到地表等；（2）土壤中的微塑料能吸附重金属、抗生素等污染物，改变土壤pH、容重等理化性质，影响蚯蚓等土壤动物的发育，降低参与土壤养分循环过程中关键微生物的活性，对土壤环境造成危害；（3）目前还没有统一的微塑料分离检测技术标准，目检法、光谱法和热分析技术是微塑料主要的分析方法。【结论】土壤中的微塑料会给环境及动植物健康带来不同程度的风险，进一步通过食物链威胁人类健康。未来的研究重点包括阻隔土壤微塑料的来源、 土壤微塑料与重金属的复合污染机制和新兴的土壤微塑料检测技术。创新点：（1）目前关于土壤微塑料方面的研究刚刚起步，本文综述了土壤微塑料对农作物、土壤环境的影响及在食物链中传播的风险，对今后有关环境污染和人体健康方向的研究有一定的帮助； （2）本文较为全面地整理了以农业生产活动为主的土壤微塑料来源，由于已被微塑料污染的土壤治理难度较高，笔者提出关于土壤微塑料源的阻断建议，希望能有效降低未来土壤中微塑料的输入量。 相似文献