太湖梅梁湾沉积物中重金属的赋存相态及其对污染历史的示踪

本文以梅梁湾沉积物中的重金属元素为研究对象,利用五步连续提取的方法将梅梁湾沉积物中的重金属元素分水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残留态六种相态.应用210Pb、137Cs定年法相结合,通过对百年沉积物的连续提取及元素富集系数的分析,得到重金属元素在不同相态中的含量随时间的变化.与历史时期人类活动相比较,重建了自19世纪末期到2000年的人类活动影响流域环境的历史,证实了重金属元素含量变化主要受人类活动的强度和方式制约.具明显影响的人类活动分三个时段,其中最为严重的时段是自1977年至今.与无锡历年工业产值变化的对比分析表明,各相态中重金属含量的相似变化记录了梅梁湾受湖湾沿岸居民的经济生产活动影响,污染程度日益加剧,且工业废污水中重金属主要以铁锰氧化物结合态进入太湖生态系统中.     

湖泊沉积物中元素相态的连续提取分析—以岱海为例

如何利用湖泊/海洋沉积物地球化学代用指标有效地指示环境很大程度取决于元素的来源及其在沉积物中赋存形态的确定.对位于半干旱区的内蒙古岱海14个沉积物样品的连续提取实验及18个元素在水可溶态、可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态及残留态等六种赋存相态中含量变化进行了测试和研究,结合沉积物的矿物组成,结果表明在岱海流域内只经历了较弱的化学风化过程,除了Ca和Sr外,其他元素主要赋存于残留态中,只发生了很小程度的活化溶解.受元素亲合性和湖水物理化学状态的制约,出溶的Sr与Ca的赋存相态基本一致,而出溶的Pb、Be、Co、Cu、K、Mn、Fe等元素则与自生碳酸盐、有机质表现出一定的亲合性.元素在不同赋存相态中分布为地球化学环境代用指标的提取和解释提供了机理性的实验依据.     

天津于桥水库沉积物磷赋存特征及其环境意义

研究天津于桥水库沉积物中磷形态的空间分布特征和垂直分布特征对了解水源型水库富营养化现状及其过程具有重要的现实意义.利用抓斗式采泥器及柱状采泥器分别采集表层沉积物样品及柱状沉积物样品,采用Psenner提出的连续提取法对沉积物磷形态进行分级测定,揭示整个水库沉积物各形态磷的空间分布特征以及不同区域垂直方向上的分布规律.结果表明:于桥水库表层沉积物总磷(TP)含量为303.7~997.8 mg/kg,各形态磷含量大小顺序依次为:钙结合态磷(Ca-P)铁结合态磷(Fe-P)残渣态磷(Res-P)铝结合态磷(Al-P)有机态磷(Org-P)可交换态磷(Ex-P).表层沉积物中Fe-P、Al-P、Ca-P与TP含量由东至西逐渐递减,主要受到黎河河水夹带的外源性磷输入的影响;Res-P含量由东至西逐渐递增,与活性磷的分布规律相反,表明水库下游比上游的水质更好.垂直分布上,南部区域底层与表层沉积物相差不大,说明从1960s以来磷的沉积量就比较大;西部区域沉积物中Fe-P和Org-P含量较高,随深度的增加有明显降低的趋势;中心区域的各形态磷和TP含量均较低,且随着深度增加逐渐降低,现阶段沉积物中的磷以滞留为主,释放潜力较小.     

太湖沉积物重金属和营养盐变化特征及污染历史

通过对太湖北部开阔湖区沉积岩芯粒度、营养盐、重金属元素等指标的分析,结合硅藻分析结果,讨论了该湖区近100年来沉积环境变化特征、营养演化规律及重金属元素污染历史.结果表明,20世纪20年代前后,流域人为活动方式的改变及强度加大使沉积物特征开始发生变化,沉积物粒度变粗,重金属元素及TP含量减少.20世纪50年代～20世纪70年代末期,受人为污染影响,沉积物及水体TP含量逐渐增加,湖泊处于中等营养水平.20世纪70年代末期以来,沉积物中TOC,TN含量升高,C/N比值增大,沉积物中人为排放的外源有机成分所占比例增加,沉积物及水体中TP含量明显升高,硅藻组合以富营养型种属为主,湖泊水体发生显著富营养化;同期,随着重金属元素人为污染程度的加重,Cu,Mn,Ni,Pb和Zn等元素总量及有效结合态含量升高,并具有一定程度的潜在生物毒性.     

贵州草海湿地不同水位梯度沉积物中汞、砷形态分布及风险评价

通过改进Tessier连续提取法对贵州草海黑颈鹤栖息地不同水位梯度下沉积物汞(Hg)、砷(As)形态及生态风险进行了研究.结果表明,草海湿地沉积物中Hg含量在0.45～1.51-mg/kg之间,超过国家土壤环境质量农用地土壤风险管控标准;形态组成上,残渣态汞(Res-Hg)有机结合态汞(Org-Hg)碳酸盐结合态(Car-Hg)铁锰氧化态(Fe-O-Hg)可交换态(Ex-Hg),不同水位梯度下含量和赋存形态在不同区域不一致.As含量在16.4～23.8-mg/kg之间,形态依次为残渣态砷(Res-As)有机结合态砷(Org-As)铁锰氧化态砷(Fe-O-As)碳酸盐结合态砷(Car-As)可交换态砷(Ex-As).-As含量与贵州省土壤背景值持平,随着水位梯度的抬升,其总量呈增加趋势,残渣态占比逐步增多,性质逐渐稳定.采用地积累指数(I_(geo))、潜在生态风险指数(E_r~i)、风险评价编码法(RAC)对Hg、As的危害程度进行分析表明,基于草海较高Hg环境背景值,Hg整体污染风险较高,As处于低水平的污染风险等级且对环境影响较小.该研究揭示了不同水位梯度下Hg、As总量及形态分布特征,对草海湿地水位抬升恢复湿地提供了参考.     

武汉典型湖泊沉积物中重金属累积特征及其环境风险

采集武汉市8个典型湖泊的表层沉积物,分析11种重金属的含量及其不同形态组成,研究了不同湖泊金属元素的富集与污染程度,探讨了沉积物中重金属的污染来源及其潜在生态风险,结果表明,沉积物中重金属Cd累积最严重,Zn和Hg也发生明显累积,龙阳湖污染较重,南太子湖和墨水湖污染中等,其它湖泊污染总体较轻.沉积物性质对重金属累积的影响不显著,城市工业活动强烈影响着重金属的分布,不同重金属的形态分布差异较大,Cd生物可利用态含量最高,其次为Mn、Zn、Co、Cu和Pb;而Sb和Hg以残留态占绝对优势,生态风险较小,相关分析和主成分分析表明,化石燃料燃烧、金属冶炼等是武汉市湖泊沉积物中重金属来源的主要贡献者,同时岩石风化等地球化学过程也影响着重金属的污染.     

太湖流域滆湖底泥重金属赋存特征及其生物有效性

为了探讨太湖流域滆湖底泥重金属(Cd、Cr、Cu、Zn、Ni和Pb)的赋存特征及其生物有效性,对底泥重金属总量、形态以及生物富集量进行了分析.结果表明,6种重金属含量的空间分布表现为北部湖区最高,其次为南部湖区,中部湖区最低,重金属Ni、Cu、Zn和Pb含量显著高于沉积物背景值,分别是背景值的4.77、3.89、2.96和2.76倍,重金属总量与沉积物中的黏土成分含量具有显著相关性.采用三级四部提取法对重金属形态进行分析表明,6种重金属的生物有效态(弱酸结合态、可还原态和可氧化态之和)含量顺序为CdCuZnPbNiCr,其中Cd、Cu、Zn和Pb的生物有效态含量分别占总量的84.15%、78.47%、76.50%和64.29%.Cu和Zn在铜锈环棱螺中富集含量要显著高于其他金属元素.相关性分析表明,6种重金属中仅Cr和Pb的生物富集量与有效态含量具有显著相关性,这表明,重金属在生物体内的富集不仅与有效态含量有关,还与底泥重金属总量有关.因此,评价滆湖重金属的生态风险时需要综合考虑重金属的总量及生物有效态含量.     

首钢工业区土壤剖面重金属含量及其结合态的磁指示作用的研究

对取自首都钢铁厂附近的土壤样芯进行了重金属含量、形态分析和的磁学测量.探讨了利用磁参数追踪和指示重金属污染和有机结合态和铁锰氧化结合态重金属的可行性.结果表明:土壤样芯中Cu、Pb、Zn、Fe和Mn的含量与χ、SIRM和ARM存在着十分相似的垂向变化特征,且相关关系显著(0.98>R>0.86).进一步对磁化率和Cu、Pb、Zn、Fe和Mn各结合态进行相关分析表明:五种元素的有机结合态与铁锰结合态和磁化率呈显著相关关系(0.98>R>0.56),而交换态和残渣态重金属与磁化率基本不存在相关关系.反映了磁性矿物和和重金属在赋存状态的本质联系.表明了磁性测量可作为工业区土壤重金属污染及有机结合态与铁锰结合态重金属记录信息提取的辅助手段.     

太湖近代沉积物中重金属元素的累积

利用210Pb、137Cs定年技术,对来自太湖不同生态和沉积特征的三个湖区的沉积物柱状样品进行了定年,用ICP—AES分析了沉积物中重金属等元素的含量,分析了太湖沉积物中重金属的累积特征及其成因.污染较重、蓝藻水华暴发频繁的梅梁湾沉积物中的重金属含量在近25年来逐年增加;太湖上游风浪较大的夹浦湖区表层10cm沉积速率大、粒度粗,除表层1cm外,1—10cm沉积物中各种重金属含量都较低,且层间变化剧烈;下游湖区正逐渐草型化的胥口湾除表层3cm外,沉积物中重金属的含量自底层向表层大致呈不断下降的趋势.研究表明,不同年代的太湖沉积物中重金属含量差异很大,明显大于不同湖区间沉积物重金属平均含量间的差异.水动力作用引起的沉积物粒度分异很可能是影响沉积物中重金属积累的一个重要因素.总体上太湖沉积物中重金属的污染比较轻微,但已经有一定程度的Cd污染,梅梁湾沉积物中自上世纪70年代开始明显积累Cd,其他重金属元素的积累也逐渐增加,值得关注.     

南沙珊瑚礁生态系中稀有元素的垂直通量

用沉积物捕捉器(ST)研究了南沙珊瑚礁生态系中Zr,Hf等18种稀有元素的颗粒垂直转移量、稀有元素的转移形态、稀有元素垂直转移量与海水温度的关系.结果显示,大部分元素在永暑礁泻湖的垂直转移量高于渚碧礁泻湖,永暑礁内垂直沉降颗粒物中的大部分稀有元素以碳酸盐的形式向海底转移,但Ta,As,Th是主要以离子交换态,Ag主要以铁猛氧化物结合态,Sb以有机态硫化物态向海底转移,这18种稀有元素没有一种主要以硅酸盐碎屑态形式向海底转移,这表明稀有元素从陆地进入海洋后在颗粒物中元素进行了重新分配.稀有元素的垂直转移量还与海水温度密切有关,对表层海水温度的敏感性Rb>V>As>Ti>U>Zn>Sb>Hf>Ag>Cs.     

南京玄武湖底泥重金属形态与环境意义

通过对玄武湖12个底泥样品采用连续提取的方法,分别获得湖中6种金属的总量和形态分布数据,并用因子分析的方法对金属总量进行统计分析.金属总量结果表明,部分样点的Ni和大部分样点的Cr、Pb、Zn超过背景值,显示有轻度污染,这与玄武湖周围的地理环境和人类活动对底泥重金属的影响有关.对金属形态分析的结果表明,在所测金属中残渣态是主要的存在形式,其次比例较高的是有机物和硫化物结合态,而Pb、Zn有潜在的生物危害性.     

湖滨带芦苇恢复过程中沉积物氮赋存形态及含量变化:以巢湖为例

水生植被对于维持水生态系统结构和功能稳定性具有举足轻重的作用,而重建水生植物被认为是污染湖泊生态修复的重要手段.氮素是水生态系统重要的限制性元素之一,根着挺水植物生长发育无疑将深刻地影响着沉积物氮的迁移转化过程,但水生植物不同生长阶段对沉积物氮的需求和植物代谢强度均不同,目前对挺水植物完整生长过程中沉积物氮组分及含量变化认识仍十分不足.本研究通过为期120d的沉积物柱芯培养和水槽模拟试验,探究巢湖芦苇恢复完整生长过程中沉积物总氮(TN)、无机氮(TIN)与可转化态氮(TF-N)的变化及其关键调控因子.结果表明,芦苇完整生长过程将持续激发沉积物氮活性,沉积物TIN与TF-N含量逐渐增加,而沉积物TN和非可转化态氮(NTF-N)含量显著降低.模拟试验期间,指数型增长的芦苇生物量提高了沉积物铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)含量,但亚硝态氮(NO_2~--N)含量却逐渐降低;与第0天相比,第120天沉积物离子交换态氮(IEF-N)、碳酸盐结合态氮(CF-N)、铁锰氧化态氮(IMOF-N)和有机态及硫化物结合态氮(OSF-N)含量分别增加了 1.10、3.40、3.60和1.40倍,这主要受芦苇吸收利用、根系代谢强化根际沉积物氧化还原电势和改变pH微环境共同驱动.在第120天,沉积物NH_4~+-N和NO_3~--N含量急剧升高,分别是第90天的9.43和2.22倍,表明芦苇衰亡凋落过程将向沉积物释放大量的TIN,故需要综合采取湖泊物理—生态工程手段来有效管控芦苇枯落物,从而提升水生植被修复效果并构建长效稳态机制.     

缓变型地球化学灾害:概念、模型及案例研究

缓变型地球化学灾害是由于长期积累而存在于土壤或沉积物中的包括重金属(原生或后生叠加)和有机污染物在内的环境污染物,因环境的理化条件(例如温度、pH值、湿度和有机质含量等)的变化而超过了环境容量,使得某种或某些形态的污染物大量地被重新活化和释放出来并造成严重生态和环境损害的灾害现象.在讨论缓变型地球化学灾害的特征的基础上,把典型的缓变型地球化学灾害演化过程用一个非线性多项式表示出来.多项式的一阶和二阶导数的零值点和最大最小值点是缓变型地球化学灾害的风险评价和预测标志.缓变型地球化学灾害爆发过程和机理主要体现在污染物的不同存在形态之间的相互转化上.定义了缓变型地球化学灾害研究中十分重要的两个概念:“污染物可释放总量”和“活动形态的总浓度”,讨论了这种灾害时空传播的可能性.案例研究表明,在可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残留态之间存在逐级释放、跳跃式释放或链式反应的转化机制,并形成缓变型地球化学灾害.     

太湖流域上游东苕溪干流沉积物和悬浮物的氮形态分布及影响因素

氮是影响和控制水体富营养化的重要因素,不同形态的氮对水体富营养化贡献不同.使用连续提取法对东苕溪干流悬浮物、表层沉积物样品中各形态氮含量进行测定,探讨各形态氮的分布特征及其影响因素.结果表明,东苕溪水体氮污染严重,总氮浓度均值为4.48 mg/L.悬浮物中各形态氮含量均高于沉积物,其中悬浮物中铁锰氧化态氮(IMOF-N)含量所占比例最大,均值为1506.94 mg/kg;沉积物中有机硫化物结合态氮(OSF-N)含量最高,均值为625.31 mg/kg.IMOFN、OSF-N含量受阳离子交换量、粒径影响显著,均与总氮浓度显著相关.相关性分析表明水体的性质对IMOF-N及OSF-N含量影响较显著,并且总体上对悬浮物的影响强于沉积物.另外,悬浮物有助于水体中的氮发生硝化反应向硝态氮转化,沉积物则有助于水体的氮发生还原作用向氨氮转化.在一定程度上,水体中的悬浮物对藻类具有抑制作用.     

福建山仔水库不同季节表层沉积物内源磷负荷分析

对山仔水库沉积物各形态磷的季节性特征以及夏、冬季磷释放速率进行研究.结果表明,该水库表层沉积物含有较丰富的磷,4个季节各采样点表层沉积物总磷含量范围为(521.23±7.60)~(1255.54±11.03)μg/g,夏季各采样断面中总磷含量及各形态磷含量均高于其他季节.表层沉积物磷以无机磷为主,且主要赋存形态为铁/铝结合态磷.活性较大的铁/铝结合态磷和有机磷占总磷量的77%~90%.柱状样模拟实验结果表明:夏季溶解性磷释放平均速率范围在1.66~2.49 mg/(m2·d),冬季溶解性磷释放平均速率范围为0.69~1.29 mg/(m2·d),夏季各采样点表层沉积物磷释放速率约为冬季的2倍.由于水温分层,夏季沉积物释放的溶解性磷主要滞留在上覆层,但夏季暴雨天气可能导致水温分层破坏,沉积物释放的溶解性磷对水体将产生重要影响;冬季由于水温分层破坏导致上、下水层混合,沉积物释放的溶解性磷被带到上层,对上覆水体水质的影响不容忽视.     

贵州草海不同水位梯度下沉积物氮赋存形态及分布特征

利用分级浸取分离法,分析贵州草海湿地沉积物总氮（TN）与可转化态氮（TF-N）含量及分布特征,试图揭示水位抬升对草海湿地沉积物氮潜在释放风险的影响.结果表明,草海湿地沉积物TN含量在1.94~14.07 g/kg之间,均值为7.76 g/kg;TF-N含量较高,在1.70~7.59 g/kg之间,占TN的68.7%;不同形态氮含量依次为有机态及硫化物结合态氮（OSF-N） > 离子交换态氮（IEF-N） > 铁锰氧化态氮（IMOF-N） > 弱酸可浸取态氮（WAEF-N）;不同水位梯度下各形态氮含量变化规律不同,OSF-N、IMOF-N含量沿着水位升高呈逐渐增加趋势,IEF-N含量呈先增加后降低的趋势,WAEF-N含量变化不大;TN和总非可转化态氮（NTF-N）与有机质（SOM）含量之间呈显著正相关,可能具有相似的来源.总之,草海沉积物TF-N含量及比例较高,潜在释放风险较大,而水位抬升抑制氮的转化,促进沉积物氮积累,增加释放风险.该研究揭示了不同水位梯度下沉积物氮形态分布特征,丰富了水文条件对氮迁移转化影响的理解,为湿地生态补水工程的管理决策提供了科学依据.     

三峡库区丰都-忠县段消落带不同高程土壤镉及其形态的分布特征

镉(Cd)是目前三峡库区消落带主要的污染物之一,其迁移和形态转化直接威胁水环境安全.选择库区丰都-忠县段消落带,按照高程差异分别于不同土地利用类型(农田、林地、果园和村庄)下采集土壤样品,利用化学连续提取法测定Cd的形态组成,探讨影响消落带土壤中Cd及其形态空间分布的关键因素.结果表明,消落带土壤中Cd的平均含量为0.65 mg/kg,可交换态及碳酸盐结合态是土壤中Cd的主要形态,占比达到41.21%,残渣态和铁锰氧化物结合态次之,有机物及硫化物结合态占比最低.不同土地利用类型下消落带土壤Cd的含量整体上不存在显著性差异,表明当地人类活动对土壤Cd的直接贡献较弱.消落带土壤Cd及其形态的含量与高程呈显著负相关,且在160～165 m区域发生明显转变,水位变化导致的泥沙沉积可能是控制消落带Cd空间分布的主要因素.此外,土壤理化性质,尤其是细颗粒泥沙对Cd及其形态分布具有明显影响,将来需重点关注泥沙理化属性对Cd迁移及形态转化的影响.     

洞庭湖水质评价(2002-2004年)

采用化学连续提取和等离子质谱仪(ICP-MS)测定法,对安徽巢湖悬浮颗粒物中稀土元素的含量、赋存形态和配分模式进行了研究．结果表明:巢湖悬浮物中稀土总量在19．20-174．82mg／kg之间,东西两个湖区含量差异明显,东半湖区高于西半湖区．巢湖东西湖区悬浮物残渣态稀土元素具有截然不同的页岩标准化配分模式,东半湖区为轻稀土富集型,西半湖区为重稀土富集型,说明巢湖东西湖区具有明显不同的物质来源．巢湖东半湖区和西半湖区悬浮物稀土元素赋存形态比例也不同,东半湖区为残渣态>铁锰氧化物结合态>>有机结合态、AEC态;西半湖区为铁锰氧化物结合态>残渣态>>有机结合态、AEC态,这是由于巢湖水体从西到东受到的污染强度减轻造成的,稀土元素赋存形态可以作为判别湖泊污染程度的新依据．     

典型小型水库表层沉积物重金属分布特征及生态风险

以典型乡镇水库通济桥水库表层沉积物为研究对象,在分析其中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn等有毒、有害重金属分布特征的基础上,分析重金属来源,评价重金属污染程度及其潜在生态危害.结果表明:通济桥水库表层沉积物中,上述8种重金属均存在一定程度的污染,坝前和入库区污染物蓄积更为明显.其中,Hg和Cd的污染范围较广、污染程度较严重.受重金属Hg和Cd的影响,水库表层沉积物存在中等程度的重金属生态危害风险,其中坝前区域已处于强风险等级.为保障水库水体水质安全,防范重金属污染应提到当前水库管理工作的重要位置.     

镧改性膨润土对浅水湖泊水体磷浓度和沉积物磷形态的影响

分析湖泊沉积物磷形态的变化是揭示控制沉积物磷释放机理的关键.本研究分析了暨南大学南湖加镧改性膨润土前后水体磷浓度和沉积物磷形态变化,以探讨镧改性膨润土对削减水体磷浓度的效果.结果显示,镧改性膨润土添加后,上覆水磷浓度波动较大,总体呈下降趋势;至60 d时,水体总磷、颗粒态磷、总溶解磷和溶解性反应磷分别比添加前下降了45.1%、44.1%、48.2%和85.3%;沉积物中的弱结合态磷和氧化还原敏感性磷含量减少,更稳定的磷灰石结合态磷和残渣磷含量增加,而金属氧化物磷和有机磷含量变化较小.本研究表明镧改性膨润土能改变沉积物磷形态,使活性磷转化为稳定的磷形态,从而提高沉积物对磷的滞留能力、降低湖水磷含量,改善水质.