酸溶硫化物(AVS)对沉积物-孔隙水系统中二价有毒金属化学活动性的影响

本文的主要目的为,通过对具不同AVS含量的沉积物的金属加标实验和膜渗透平衡交换孔隙水采样技术,探讨孔隙水中二价有毒金属浓度对不同沉积物AVS含量的化学响应关系和沉积物-孔隙水系统中二价有毒金属在固、液两相间的地球化学分配机制,并以此揭示在AVS作用下,沉积物中二价微量金属的化学活动牲和生物可获得性.研究结果表明,用于加标实验的具不同硫化物含量的沉积物基质中,固相沉积物对镉、锌的吸收容量依AVS含量而异,如按摩尔浓度计,固相沉积物对铺或锌的吸收容量与AVS大致相等.当沉积物中与酸解硫化物同步被提取的金属铺或锌对AVS的摩尔比,[SEM]/[AVS]小于1时,孔隙水中辐或锌难于被检出;而[SEM]/[AVS]大于1时,沉积物中镉或锌开始表现出强烈的化学活动性,它们在孔隙水中的浓度开始跟随总量浓度变化而变化.[SEM]/[AVS]=1,似乎是判断缺氧海洋沉积物中二价有毒金属是否具有化学活动性的临界点.因此,AVS归一化沉积物中的二价有毒金属([SEM]/[AVS]摩尔比)被证明是一种方便直观地反映沉积物中二价有毒金属化学活动性的浓度表达方式,进而可被直接应用于金属沾污沉积物毒性或沉积物环境质量的评价.     

应用平衡分配模型评价渤海湾和莱州湾沉积物重金属潜在生物毒性

为探讨渤海沉积物中重金属的生物毒性,采集了渤海湾和莱州湾共72个站点的表层沉积物,测定了酸可挥发性硫化物(AVS)、同步萃取金属(SEM)、有机碳(TOC)等参数,应用平衡分配模型(EqP Model)评价了沉积物中重金属的潜在生物毒性。研究显示,有8个站点超过了EqP Model的毒性阈值,显示潜在生物毒性,而61%的站点应无生物毒性。本研究同时测定了沉积物的总含量,应用几种常用的沉积物质量基准进行了评价虽然有部分站点的Cu、Ni、Cr超过了基准值,但与渤海的背景值比较,这些基准值可能并不适用于评价渤海沉积物。研究显示,EqP Model可以更有效的评价沉积物中重金属的活性和生物毒性,尤其针对我国近岸海域的沉积物,TOC和AVS含量偏低而重金属生物毒性偏高的情况可能普遍存在,更应积极考虑应用EqP Model进行重金属生物毒性的评价。     

品清湖沉积物酸可挥发性硫化物与重金属生物毒效性研究

测定了广东汕尾品清湖海域7个站位表层沉积物样品的酸可挥发性硫化物(AVS)和同步浸提重金属(SEM)质量摩尔浓度,对AVS、SEM及其比值以及分布进行了分析。结果表明,该海域表层沉积物AVS质量摩尔浓度范围为0.315～1.635μmol.g-1;SEM质量摩尔浓度分布范围为1.332～2.424μmol.g-1。通过分析,品清湖表层沉积物中Cu和Pb的生物有效性较高,对底栖生物存在潜在的毒性效应,其它单个重金属不会对底栖生物产生毒性效应。     

潮间带沉积物中重金属的AVS归一化研究

采集胶州湾河套镇养殖区潮间带高、中、低潮带的沉积物样品 ,将重金属 AVS归一化法应用于粘土质潮间带沉积物研究 ,测定了酸可挥发硫 (AVS)和酸化过程中溶解释放的重金属 (SEM) ,并根据 SEM与 AVS的摩尔浓度关系评价二价重金属 (Cu、Pb、Zn、Cd、Ni)的化学活性和生物可获得性。结果表明 :河套镇养殖区除各潮带表层 0～ 2 cm外 ,SEM/ AVS均小于 1,重金属的生物活性小 ,不会对养殖的底栖生物造成影响。 8cm以下 AVS平均含量高潮带 >中潮带 >低潮带 ,在同一潮位 AVS随深度增加而增加 ;相同潮位的 SEM垂直变化趋势相同     

胶州湾李村河口沉积物中酸可溶硫化物与活性金属分布特征

对胶州湾李村河口9个短柱状样沉积物中活性金属、AVS和有机质含量等参数进行了分析.其中AVS含量:198.4～0.4 μmol/g,平均35.8μmol/g.大部分样品活性金属含量具有 Fe > Zn > Cu > Cr >V > Ni > Pb > Co > Cd 的顺序.活性重金属 Zn, Cu, Cr, V, Ni, Pb, Co, Cd 含量之和 ( ΣM ) 为:0.53～17.39 μmol/g.通过对所测数据分析发现,大多数活性金属间具有较好的相关性,反映了它们具有相同的来源或相似的早期成岩地球化学特征.近河口区沉积物的地球化学特征与远河口区差异明显:近河口区底层水为还原环境,AVS 形成的制约因素是活性铁的可获得性,而活性重金属的分布受到AVS的控制并主要以金属硫化物或硫化物吸附态的形式存在,AVS 仍具有较大的吸附重金属的潜力,同时硫化物中重金属再次释放造成二次污染的潜在性也较大;而在离河口稍远的海域,沉积物中 AVS 形成的控制因素是有机质的供给和环境氧化还原状态的变化,活性重金属主要以铁氧化物结合态存在,表层沉积物中重金属的环境敏感性及生物有效性都较高.     

沉积物中酸可挥发性硫化物的分析方法研究

酸可挥发性硫化物(AVS)是评价沉积物中重金属生物毒性的一个重要参数,但AVS易随氧化还原环境变化,所以对分析测试要求较高。以往AVS的测定方法较为费时费力,无法用于常规监测,或不适用于测定AVS含量偏低的沉积物样品。本研究在现有分析方法的基础上进行了改进,建立了一个扩散法和亚甲基蓝比色法联用的分析方法,使其适用于测定AVS含量偏低的海洋和湖泊沉积物样品。通过对回收率、空白、重复性的实验显示,该方法能够快速、准确的进行大批量样品的测试。应用该方法对渤海湾和莱州湾上百个沉积物样品的分析发现,AVS含量低于0.6μmol/g(DW)的样品量达到75%。因我国近岸海域有机碳含量偏低,AVS的含量也可能偏低,所以该方法对我国近岸海洋沉积物中AVS的分析测试有普适性。该分析方法的建立为我国应用AVS对沉积物中重金属生物毒性的研究提供了便利。     

缺氧沉积物中硫化物对镉的生物可利用性的影响

镉是水环境中主要的金属污染物质,趋向于在沉积物中富集,对底栖生物造成潜在的威胁,并且通过食物链最终影响人体的健康.已经证明,作为沉积物中两大主要污染物的有机物和金属,有机碳是控制沉积物中非离子态有机化合物生物可利用性的主要因子[1],因此利用有机碳归一化方法判断沉积物是否受到有机物污染成为可能,而沉积物中金属的毒性或它的生物可利用性会受到诸如生物、物理和化学因子的影响,其中沉积物的部分化学组成会影响金属在固相与间隙水之间的分配,从而成为控制金属生物可利用性的关键因子[2,3].     

珠江口海岸带沉积物中酸可挥发性硫化物与重金属生物毒效性研究

对珠江口淇澳岛附近2个站(QA-2、QA-5)柱状沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)和同步提取重金属(SEM)的垂直分布规律进行了研究。研究表明,AVS在2个站沉积物中的质量摩尔浓度分别为3.44～13.13μmol/g和11.67～15.39μmol/g。QA-2站沉积物中AVS的质量摩尔浓度随深度增加,QA-5站AVS的质量摩尔浓度垂直剖面上没有明显的变化趋势,反映了不同沉积环境对AVS质量摩尔浓度分布特征的影响。2个站的SEM的质量摩尔浓度在沉积物垂直剖面上都随深度增加逐渐减小,这是因为珠江三角洲工业和城市的发展、污染物排放增加导致了重金属在沉积物中的累积。QA-2站表层沉积物(0～5 cm)SEM/AVS>1,表明可能存在重金属的生物毒效应;同时,SEM中Cu和Cd的质量摩尔浓度超过了它们的重金属浓度阈值(TEL),有可能产生重金属毒性作用;QA-2站5 cm以下和QA-5站沉积柱中SEM/AVS<1,不存在重金属的生物毒效性。     

湛江东海岛潮间带沉积物硫化物(AVS)和重金属(SEM)及其生物毒效性评估

对湛江东海岛潮间带表层沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)和同步提取重金属(SEM)的含量及其分布进行了研究。研究表明,东海岛潮间带表层沉积物中AVS含量夏季平均为0.449μmol/g,冬季为1.816μmol/g,大多数站位AVS含量冬季高于夏季;AVS平均含量总体呈南、北区较高,东、西区较低的区域分布规律。潮区沉积物可提取重金属SEM总量夏季在0.56~4.60μmol/g之间,冬季处于0.65~2.21μmol/g之间;各重金属平均含量大小为ZnCrPbCuCd,其中Cd含量占SEM总量不到1%,Zn含量则在70%以上,SEMZn是控制着SEM分布的主要模式。联合利用(∑SEM/AVS)与(∑SEMAVS)法和生物毒性阈值法综合评估重金属对沉积环境的影响,东海岛潮间带大部分区域沉积物中(∑SEM-AVS)处于0~5之间,重金属潜在生物毒性较强的区域为通明海区(7号站和8号站所在),具有较强潜在生物毒性的重金属为夏季通明海区的Zn。     

冷扩散法提取沉积物中的酸可溶硫化物及其在中国边缘海区的应用

为了快速而有效地对中国边缘海区沉积物中的酸可溶硫化物(AVS)进行研究,冷扩散法被引入。用冷扩散法提取不同体积硫化物溶液中的AVS,所得到的AVS含量与所加溶液体积的相关性较好,说明此方法具有较好的提取效果。在中国边缘海不同典型海域的浅表层沉积物中,利用冷扩散法对AVS进行了分析:胶州湾李村河口AVS的浓度在0.4~120.1μmol/g之间;南黄海西北部陆架在0~11.1μmol/g之间;南海北部陆坡一柱状样沉积物中多数样品<1μmol/g。结果显示不同典型海域沉积物中AVS的分布差别较大,符合不同环境沉积物中AVS含量的一般规律。因此冷扩散法作为一种有效的AVS提取方法,值得在研究中使用与推广。     

珠江口淇澳岛海岸带沉积物中硫酸盐还原和不同形态硫的分布

对珠江口淇澳岛海岸带3个站位(QA-11,QA-9和QA-14)的沉积物中不同形态的还原硫(酸可挥发性硫,黄铁矿和有机硫)、总有机碳(TOC)和孔隙水中SO42-,甲烷浓度进行了测定,并且利用稳态扩散模型计算其中2个站位(QA-9和QA-14)硫酸盐还原通量[1.74和1.14 mmol/(m2.d)]和甲烷厌氧氧化通量[0.34和0.29 mmol/(m2.d)]。研究结果表明由于潮间带沉积物受到SO42-供给的限制,因此位于潮间带的QA-11站位硫酸盐还原带较浅(约16 cm);在潮下带的QA-9和QA-14站位,随离海岸距离和水深的增加,硫酸盐还原通量呈现减小的趋势,并且硫酸还原逐渐受到可利用活性有机质的限制;甲烷厌氧氧化对硫酸盐还原的贡献表现出增加的趋势,由19.2%增加至25.5%。三个站位沉积物中按不同形态还原硫含量由大到小列出,它们是有机硫(OS)、黄铁矿(DS)、酸可挥发性硫(AVS)。沉积物中AVS的空间分布与硫酸盐还原通量有正相关性。QA-11和QA-14站位的黄铁矿与AVS硫的含量比值大于3,分别为7.9和3.6,表明两个站位的黄铁矿形成可能受硫酸盐还原作用的控制;QA-9站位黄铁矿与AVS硫的含量比值为2.2,暗示AVS向黄铁矿转化受到可利用活性铁的限制。     

Relation of asid-volatile sulfide and clay content of sediment to the bioavailability of zinc and cadmium: laboratory plus field experiment

Organic matter and iron and maganese oxides have been considered as the major affecting factors for metals in anoxic or oxidized sediment. In recent research, clay and sulfide are found as major factors in oxic or oxidized sediments that might affect bioavailability of metals. To test this hypothesis, the influence of sulfide, measured as acid-volatile sulfide （AVS）, and clay content on the bioavailability of zinc and cadmium in sediments was examined. Laboratory simulative experiment and field verification experiment were conducted, showing that the bioavailability of zinc and cadmium is strongly correlated to AVS and clay content in sediments. Taking into account both AVS and clay parameters in sediments together can better indicate the bioavailability of zinc and cadmium rather than considering one of them alone.     

洋山海洋倾倒区倾倒前后沉积物中酸可挥发性硫化物与重金属的比较分析

为了更清楚认识洋山海洋倾倒区海域沉积物的污染状况,测定了该海域倾倒前后表层沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)、酸可提取重金属(SEM)的含量,并对AVS、ΣSEM及ΣSEM-AVS差值的平面分布进行了分析。结果表明,该倾倒区及周边海域倾倒前、中、后表层沉积物中AVS含量分别为0.55~2.62,0.83~1.65和0.51~1.23 μmol·g^-1,倾倒后AVS含量呈下降态势,倾倒区AVS含量高于周边海域;ΣSEM倾倒前、中、后平均含量分别为2.80,2.79和2.60 μmol·g^-1,倾倒后ΣSEM含量略呈下降态势,往倾倒区方向富集;从单个重金属对ΣSEM的贡献率来看,Zn＞Cr＞Cu＞Pb＞Cd,SEM_Zn基本在35％以上,SEM_Cr基本在20％以上,而SEM_Cd均在1％以下,ΣSEM分布形态主要受Zn和Cr的控制;ΣSEM-AVS差值均大于0,且在倾倒区其ΣSEM-AVS值低于周边海域,说明倾倒区海域沉积物中重金属对生物可能有一定毒性。     

胶州湾李村河口沉积物中重金属分布特征及其控制因素

对胶州湾李村河口4个站点沉积物中的酸可挥发性硫化物(AVS)以及同步提取金属元素(SEM,包括Cu,Cd,Ni,Pb和Zn)的含量进行测定,以研究重金属元素在河口海湾沉积物中的分布特征及影响其分布的因素。结果表明,J1站表层沉积物中同步提取金属含量高于其它站点;除J1站外其他站点的同步提取金属的总量随沉积物深度变化范围不大;J1站的SEM/AVS比值始终小于1,其他站点SEM/AVS比值只在沉积物浅表层大于1。此外,AVS和同步提取Fe的含量对沉积物中同步提取金属的分布有着重要影响,其他的因素如有机质的含量等也会对沉积物中同步提取金属的分布产生影响。     

Acute toxicity of five sediment-associated metals, individually and in a mixture, to the estuarine meiobenthic harpacticoid copepod Amphiascus tenuiremis

The acute effects of many individual, seawater-solubilized metals on meiobenthic copepods and nematodes are well known. In sediments, however, metals most often occur as mixtures, and it is not known whether such mixtures exhibit simple additive toxicity to meiobenthos. The estuarine meiobenthic copepod Amphiascus tenuiremis was tested in four acute (96-h) sediment bioassays to determine sediment and pore-water LC50s for single-metal exposures to copper (Cu), lead (Pb), nickel (Ni) and zinc (Zn). Laboratory-cultured copepods were exposed to clean 98% silt:clay sediments spiked with metal chloride solutions to yield five exposure concentrations plus a control. Trimmed Spearman-Karber analysis gave sediment 96-h LC50 values of 4.4 mumole Cu/g, 5.7 mumole Ni/g, 11.9 mumole Pb/g, 10.3 mumole Zn/g, and pore-water 96-h LC50 values of 2 mumole/l, 11.7 mumole/l, and 5.7 mumole/l for Cu, Ni, and Zn, respectively. Male survival after exposure to Cu, Pb, and Ni was significantly less than female survival (alpha = 0.05). Toxicity of a combined USEPA priority metal mixture to A. tenuiremis was assessed using sediment spiked equitoxically with Cd, Cu, Ni, Pb, and Zn. The sum toxic unit that produced a median lethal dose was 0.72. The mixture had a significantly greater than additive effect on A. tenuiremis survival, with the mixture being 1.4x more toxic than that expected by simple additivity.     

Sensitivity of Salt-leached Clay Sediments in the Ariake Bay Area,Japan

This study aims to determine whether the principle that “divalent cation predominance in the pore water precludes quick clay development” applies to the Ariake Bay sediments. The chemical and geotechnical properties of an Ariake clay sediment are presented, and sensitivity is discussed with a focus on pore-water salinity and cation composition. In recent years, reduction of pore-water salinity has occurred due to permeation of river water through the sediments because of overpumping of groundwater. Sodium remains the dominant pore-water cation in an upper zone, whereas divalent cations are dominant in the deeper zone. Divalent cation domination in the deeper zone is ascribed to Ca release from nearby cement-stabilized sediments and to Mg increase in response to a change in river water quality. The upper zone's sensitivity ranged from 15 to 77, and the remolded strength was mostly <0.5 kPa, such that quick clay was present over much of its depth. In contrast, the deeper zone's sensitivity was <40, and its remolded strength exceeded 0.5 kPa; quick clay was not present despite the <2 g/L salinity. The absence of quick clay is ascribed to the high remolded strength caused by the pore-water divalent to monovalent cation ratio being greater than 0.25.     

Dependence of Cu,Pb and Zn remobilization on physicochemical properties of marine sediments

The resuspension of 65 marine sediments was simulated in the laboratory with elutriates from 30 different sites from the north coast of Spain. The partitioning of Cu, Pb and Zn between sediment and elutriate was studied as a function of different physicochemical characteristics of the sediment: organic matter (OM), fine fraction (FF), redox potential and acid volatile sulfides (AVS). Mean remobilization factors (RF) -calculated as metal concentration in the elutriate (μg/L) divided by metal concentration in the sediment (μg/g dry weight)- were 0.072 for Cu, 0.012 for Pb and 0.071 for Zn. Remobilization of Pb was significantly lower than that of Cu and Zn. Although AVS, OM and FF presented a strong intercorrelation, OM explained great part of the variability on Cu and Pb remobilization while AVS did it for Zn. A multiple regression model considering both OM and AVS explained slightly better the remobilization of Pb and Cu, but not that of Zn.