武汉东湖沉积物中重金属生物有效性研究

沉积物中的酸挥发性硫化物(AVS)是预测厌氧沉积物中重金属生物有效性的重要参数,SEM/AVS大于1时沉积物中重金属具有潜在生物毒性,小于1时则无生物有效性. 本文研究了东湖三个不同污染负荷的站点的同步提取金属SEM(Cu, Zn, Pb, Cd, Ni, Co, Ag, Cr)和SEM/AVS的深度分布,研究表明东湖沉积物中主要重金属是Zn, Cr和Cu,约占SEM总量的90%. I站、II站沉积物中AVS是重金属生物有效性的主控因子之一,对重金属的深度分布影响较大,重金属不具有生物有效性;III站沉积物中AVS对重金属的深度分布影响较小,重金属具有潜在的生物毒性. 相关分析表明,I站、II站沉积物中Cr、Ni、Ag、Cd与AVS在P<0.05有显著性相关,AVS对这些金属的深度分布具有更强的控制作用;虽然两站沉积物中Cr的含量差别不大,东湖I站沉积物中Cr/AVS比值(0.02)显著高于II站(0.003),沉积物中Cr与硫化物的结合主要是受还原反应的影响.     

太湖表层沉积物AVS与SEM分布特征及相互关系

对全太湖28点的表层沉积物中的AVS及SEM的分布特征与相关性进行研究.结果表明:表层沉积物的AVS浓度在空间分布上具有较大的波动(变异系数达100.77%),河口沉积物中赋存高浓度的AVS.结合AVS的分布特征得知:沉积速率及SO42-负荷可能是造成AVS空间差异性的原因.河口区域具有较高浓度的覵EM;太湖北部湖区沉积物覵EM浓度高于南部.应用SEM/AVS,SEM-AVS及SEM-AVS/foc这三个模型来评价太湖表层沉积物的质量(当SEM/AVS>9或SEM-AVS>2或SEM-AVS/foc>150靘ol/g(OC)时,沉积物重金属将具有毒性),结果表明:只有O#号点和6#号点超过这三个模型其中的一个和两个的阈值范围,其它采样点均在阈值范围之内.总之,除O#号点和6#号点外,太湖表层沉积物(约10cm)中重金属不会对底柄生物产生明显毒性.     

三峡库区沉积物还原性无机硫形态的分布特征、控制因素及对内源磷释放的影响

还原性无机硫(RIS)包括硫酸盐还原产物和活性铁(Fe_HR)形成的酸可挥发性硫(AVS)、硫的中间产物元素硫(S⁰)及沉积物中硫铁元素的最终积累物质黄铁矿硫(S_py),RIS不仅可以影响沉积物重金属的生物有效性,还控制铁还原及内源磷的释放等生源要素的地球化学行为。为了研究三峡库区沉积物中RIS分布特征及其环境意义,于2017年7—8月和12月采集三峡库区云阳至秭归段17个点的表层沉积物样品并测定其RIS含量。结果表明:与其他湖泊、河流相比,三峡库区表层沉积物RIS含量较低,其中,AVS的含量为0.06～0.65μmol/g,S⁰为0.50～1.66μmol/g,S_py为0.96～17.54μmol/g.AVS和S⁰含量夏季高于冬季,云阳至秭归段RIS变化趋势大致为先降低后增加再降低,有较明显的季节和地域差异。相关性分析、主成分分析和聚类分析表明,研究区沉积物生物可利用磷(BAP)、Fe_HR及上覆水体SO₄     

富硫型水库沉积物AVS和SEM空间分布特征及重金属风险评价

随着湖库外源性污染的有效控制,沉积物污染特征成为影响湖库水环境质量的关键因素。本文以富硫型水库——汤河水库为研究对象,分析探讨水库沉积物的理化性质、重金属总量、酸可挥发性硫化物(acid volatile sulfide,AVS)和同步提取重金属(simultaneously extracted metals,SEM)的空间分布特征,采用沉积物基准法(sediment quality guidelines, SQGs)和AVS与SEM关系法对重金属可能诱发的生态风险和毒性效应进行评估。结果表明:汤河水库沉积物中AVS含量在0.03~51.75 μmol/g之间,并呈现坝前深水区>东支流库区>西支流库区的空间分布特征。根据Pearson相关性分析可知,汤河水库沉积物AVS含量与间隙水中SO₄^2-浓度、沉积物烧失量(LOI)含量呈显著正相关,与沉积物间隙水中NO₃^-浓度和沉积物pH呈现显著负相关。间隙水中SO₄^2-浓度和沉积物LOI含量是控制AVS产量的重要因素。水库沉积物中ΣSEM变化范围为0.52~2.75 μmol/g,呈现出东支流库区>坝前深水区>西支流库区的分布规律。水库沉积物中ΣSEM/AVS和ΣSEM-AVS的变化范围分别为0.06~22.73和-49.18~2.44 μmol/g,显示出水库坝前深水区表层0~10 cm沉积物不具有生态风险,而东、西支流库区沉积物中的SEM因为不能完全被AVS所固定而存在潜在生态风险。就单一重金属而言,汤河水库坝前深水区和东西支流中部区域沉积物Ni、Cu、Pb和Zn含量均介于临界效应含量(threshold effects level, TEL)值和可能效应含量(probable effect level, PEL)值之间,可产生低级风险毒性效应,但Ni的毒性效应风险接近中级,今后应予以重点关注。富硫型水库沉积物中容易出现高含量AVS,沉积物间隙水中SO₄^2-和NO₃^-的浓度是决定沉积物AVS净产量的重要因素。流域内重金属土壤背景值以及工业、采矿产业排放的废水类型直接影响着诱发生态风险的重金属种类。     

白洋淀沉积物重金属潜在生态风险及生物可利用性分析

沉积物是湖泊水体重金属的主要汇集场所,也是湖泊重金属污染研究及整治的重点.本文分析了白洋淀多个淀区沉积物中16种重金属含量水平及垂向分布特征,解析了其中典型有害重金属潜在生态风险,并基于酸可挥发性硫（AVS）及同步可提取金属（SEM）、间隙水溶解态金属、可转化态金属形态分级等研究,对重金属生物可利用性进行了分析.结果表明：沉积物重金属含量均值高低依次为Fe （29630.50 mg/kg）>Ti （3213.07 mg/kg）>Mn （539.44 mg/kg）>Zn （104.01 mg/kg）>V （76.63 mg/kg）>Cr （52.60 mg/kg）>Cu （43.49 mg/kg）>Ni （35.83 mg/kg）>Pb （26.75 mg/kg）>Co （10.32 mg/kg）>As （8.96 mg/kg）>Mo （2.06 mg/kg）>Sb （1.57 mg/kg）>Tl （0.43 mg/kg）>Cd （0.31 mg/kg）>Hg （0.16 mg/kg）;其中,10种重金属在各淀区沉积物中呈现出自北往南逐渐降低的趋势,各金属在不同淀区分布差异性主要由污染输入所致.除北部烧车淀区域外,其余区域重金属潜在生态风险总体处于较低水平.重金属污染主要来源于该区域周边河道,但近10年来污染输入及在沉积物中的富集总体趋于稳定并呈逐渐降低的趋势.入淀污染不仅增加了该区域沉积物中重金属总量,也使得其中可转化态重金属比例较高,大多在30%~90%之间,提升了重金属生物可利用潜力.水生植物等内生性有机质的大量富集导致沉积物还原性较强,AVS含量较高,沉积物中AVS和ΣSEM均值分别为（10.59±6.37）和（2.23±1.53）μmol/g （dw）.Cd、Cu、Ni、Pb、Zn等金属由于高含量还原态硫的固定而生物可利用性较低.然而,As和Hg在这样的高有机质和强还原环境下更容易溶解和释放,是潜在生物可利用性相对较高的金属,在间隙水中的浓度分别达到（17.07±0.23）和（2.39±0.94）μg/L,未来研究及整治中应给予更多关注.     

抚仙湖表层沉积物AVS与SEM分布特征及其生态风险评估

以高原深水抚仙湖为研究对象,分析了全湖16个样点表层沉积物（0~5 cm）的酸可挥发性硫化物（AVS）和同步提取重金属（SEM）的分布特征,并利用∑SEM和AVS的物质的量浓度比对全湖重金属潜在生态风险进行了评估.结果表明：AVS在南北湖区分布存在明显差异,南部湖区分布均匀,平均含量仅为0.074±0.043 μmol/g,而北部湖区则由湖岸带向北湖心（N9）呈现出递增趋势,平均含量高达0.317±0.485 μmol/g.SEM在南北湖区分布较为集中,南部湖区主要集中在路居河口（S2）,北部湖区主要分布在老凹地（N5）和东大河口（N4）.除牛摩河口（S5）、梁王河口（N3）和北湖心（N9）外,其余所有点位[∑SEM]/[AVS]>1,且南部湖区平均[∑SEM]/[AVS]值（3.51±1.91）显著高于北湖湖区（2.19±2.10）.因此抚仙湖全湖尤其是南部湖区重金属生态风险应引起高度重视.     

武汉东湖沉积物中酸挥发性硫化物(AVS)的深度分布及其影响因素

提要沉积物中酸挥发性硫化物(AVS)是硫化物的生成、氧化和扩散等综合作用的反映,有机物的供给、硫酸盐的还原等因素都能影响其分布特征。本文对武汉东湖三个污染程度不同站点的AVS深度分布特征进行了研究,结果表明,AVS含量在一定深度沉积物中具有最大值,东湖沉积物中AVS的深度分布具有两种不同的模式,Ⅰ站和Ⅱ站AVS浓度峰在5cm左右的表层沉积物中,且AVS还原层深度较狭窄,而Ⅲ站AVS浓度峰处于10-20cm深度范围,沉积物中有机质负荷的差异是导致这种分布特征的重要原因。沉积物中有机质含量对AVS的深度分布具有重要影响,高有机质负荷导致AVS浓度峰向表层迁移,且AVS还原层分布于较狭窄的深度范围,对方涛等对流-扩散模型的应用表明,该模型在高有机质负荷沉积物中(Ⅰ、Ⅱ站)AVS深度分布的应用较为理想,然而低有机质负荷沉积物中(Ⅲ站)不能准确反映AVS的深度分布特征,说明其应用范围具有一定的局限性。     

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.     

氮和磷是影响三峡库区香溪河表层沉积物中微生物群落结构的主要因素

香溪河是三峡库区最大的入库支流,目前关于香溪河沉积物微生物群落结构特征及其主要影响因素尚不明确。本研究监测香溪河上、中、下游上覆水及沉积物的主要理化指标,通过16S rDNA高通量测序研究香溪河表层沉积物中微生物群落结构特征,使用统计学软件分析细菌与理化指标间的关系。结果表明,上覆水中氨氮(NH₃-N)、叶绿素a(Chl.a)浓度自下游向上游逐渐升高,其中NH₃-N浓度从下游的2.04 mg/L升高到上游的3.14 mg/L。不同点位上覆水中磷酸盐(PO³₄^-)浓度在0.14～0.18 mg/L之间波动;同一点位间隙水中NH₃-N、PO₄^3-浓度明显高于上覆水,10～15cm沉积物间隙水中NH₃-N与PO₄^3-浓度分别是0～5 cm沉积物间隙水的3.4倍和1.7倍。沉积物中Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、酸可挥发性硫化物和铬还原性硫化物含量均表现为上游点位...     

基于梯度扩散薄膜技术(DGT)的氨基生物炭覆盖沉积物水界面铜、铅释放研究

湖泊沉积物的重金属污染防治一直是环境领域的热点问题.本研究采用氨基生物炭作为覆盖材料,利用梯度扩散薄膜技术(DGT),研究了上覆水不同pH及水流扰动条件下Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)在沉积物水界面间的原位释放特征,以及氨基生物炭对湖泊沉积物重金属污染的原位修复效果.研究结果表明,在0 r/min或100 r/min水动力条件下,可移动态重金属离子有不断由沉积物向其他介质扩散的趋势,1.81 kg/m 2的氨基生物炭覆盖强度可降低Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)释放通量达89%以上,有效减小了水环境中重金属的潜在生态风险.在pH=5的酸性及pH=9的碱性水环境中原位修复效果较差,水体中大量的H+或络合物均会削弱氨基生物炭对重金属离子的吸附,当上覆水在pH=7的中性条件时原位修复效果最佳.100 r/min水流扰动下的上覆水Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)含量在释放平衡时较0 r/min条件下高出0.036~0.096μg/mL,说明高强度的水流扰动易造成覆盖材料的扬起和浮动,导致覆盖材料与重金属发生解吸.     

Variation characteristics of heavy metals and nutrients in the core sediments of Taihu Lake and their pollution history

The sedimentary environment change, trophic evolution and heavy metals pollution history of the northern Taihu Lake in the last 100 years are studied according to the sedimentary geo-chemical proxies of the core sediments, such as grain size, nutrients, heavy metals, diatom, etc. The nutrients in the sediments depended mainly on the lake internal circulation and the heavy metals were from natural geogenic sources before the 1920s, which were not influenced by human activities generally, and grain size was one of the key factors influencing heavy metals content in the sediments. The alternation of manner and strength of human activities in Taihu Lake catchment before and after the 1920s made the lake sediments coarser, and hence heavy metals and TP content decreased contrasted with that before the 1920s. TP content in sediments and water increased from the 1950s to late 1970s due to anthropogenic pollutants discharge, and the lake belonging to mesotrophic state. TN and TOC content and C/N ratio increased due to the increasing external pollutants into Taihu Lake by human activities, TP content also increased obviously in water and sediments, and the diatom association was dominated by eutrophic species since the late 1970s, indicating the eutrophication state of Taihu Lake in this period. Meanwhile the increasing in heavy metals content, such as Cu, Mn, Ni, Pb and Zn, and their proportion of valid fractions in the sediments indicates that they all result from human pollutants since the late 1970s. The heavy metals in the surface sediments have certain potential biological toxicity due to the higher SEM/AVS ratio.     

Variation characteristics of heavy metals and nutrients in the core sediments of Taihu Lake and their pollution history

The sedimentary environment change, trophic evolution and heavy metals pollution history of the northern Taihu Lake in the last 100 years are studied according to the sedimentary geochemical proxies of the core sediments, such as grain size, nutrients, heavy metals, diatom, etc. The nutrients in the sediments depended mainly on the lake internal circulation and the heavy metals were from natural geogenic sources before the 1920s, which were not influenced by human activities generally, and grain size was one of the key factors influencing heavy metals content in the sediments. The alternation of manner and strength of human activities in Taihu Lake catchment before and after the 1920s made the lake sediments coarser, and hence heavy metals and TP content decreased contrasted with that before the 1920s. TP content in sediments and water increased from the 1950s to late 1970s due to anthropogenic pollutants discharge, and the lake belonging to mesotrophic state. TN and TOC content and C/N ratio increased due to the increasing external pollutants into Taihu Lake by human activities, TP content also increased obviously in water and sediments, and the diatom association was dominated by eutrophic species since the late 1970s, indicating the eutrophication state of Taihu Lake in this period. Meanwhile the increasing in heavy metals content, such as Cu, Mn, Ni, Pb and Zn, and their proportion of valid fractions in the sediments indicates that they all result from human pollutants since the late 1970s. The heavy metals in the surface sediments have certain potential biological toxicity due to the higher SEM/AVS ratio.     

The distribution of acid-volatile sulfide and simultaneously extracted metals in sediments from a mangrove forest and adjacent mudflat in Zhangjiang Estuary, China

The distribution of acid-volatile sulfide (AVS) and simultaneously extracted metals (SEM) were studied in sediments collected from mangrove forest, forest fringe and adjacent mudflat in the Zhangjiang Estuary, China. The aim was to examine the spatial distribution of AVS and SEM in sediments of the Estuary and determine the influence of mangrove trees on AVS and SEM concentrations in the sediments. The results indicated that AVS concentrations in forest sediments were significantly lower than those in mudflat sediments. There was a significant positive correlation between AVS values and moisture contents in forest sediments, while LOI played an important role in AVS concentrations of mudflat sediments. In the forest sediment core, the peak value of AVS appeared deeper in the sediment profile compared to it appeared in the mudflat core. The distribution of SEM showed different trends from that of AVS, and potential toxicity existed in the upriver forest sediments.     

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.     

太湖沉积物理化性质及营养盐的时空变化

在不同季节,采集太湖梅梁湾和贡湖湾沉积物柱状样,研究沉积物Eh、pH、总氮、总磷以及有机质四季垂向剖面分布变化特征.研究结果表明,在表层下(0-3 cm),Eh随沉积物深度的增加迅速下降,很快进入还原状态.沉积物剖面上pH变化幅度不大,在6.4-7.8之间,冬季沉积物pH均有所降低.太湖沉积物中含有丰富的营养盐,总氮和总磷最高浓度分别为2.68和0.864 mg/g,其剖面分布特征表明,沉积物表层总氮和总磷含量远高于底层,其含量随深度增加而降低,但四季变化趋势不明显.沉积物中有机质含量在10 cm以上变化幅度较大,随着沉积物深度的增加,有机质含量明显减少,季节变化幅度不大.比较不同采样点发现,位于梅梁湾生态系统试验区内的S1位点沉积物氮磷内源负荷最大.     

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.     

Temporal-spatial variations of euphotic depth of typical lake regions in Lake Taihu and its ecological environmental significance

Euphotic depth can be defined as the portion of wa- ter column that supports the net primary productivity. Its lower end is the critical depth, namely, the depth measured when the daily net primary productivity is zero[1]. In the ecosystems of oceans, lakes and rivers, phytoplankton live in the euphotic depth and euphotic depth is usually taken as the lower boundary, when studying the primary productivity and biomass of phytoplankton; therefore the corresponding depth is sometimes called the t…     

太湖不同湖区底泥悬浮沉降规律研究及内源释放量估算

太湖是一个大型浅水湖泊,湖湾、沿岸及湖心等区域受地形影响,湖流结构及水土界面水力要素均有显著差异.针对目前对不同湖区底泥再悬浮规律差异性研究的缺失,本研究选取了3个具有代表性的点采集太湖底泥,采用矩形水槽开展底泥再悬浮模拟实验,并结合太湖二维水量水质模型及太湖全年实测数据,建立了不同湖区底泥再悬浮通量与风速之间的定量关系;通过室内静沉降实验,得到了静沉降通量与风速的相关关系;最后将底泥再悬浮实验结果参数化应用于太湖二维水量水质模型中,并对底泥悬浮沉降过程进行分解和概化,估算太湖全年内源释放量.结果表明:太湖每日的内源释放量受风速影响显著,和风速变化趋势较为接近,太湖全年进入水体的净底泥量有47.81×104t,夏季最大,冬季次之;就营养物质释放量而言,COD约为2.06×104t、总氮约为1149.05 t、总磷约为564.35 t,其中秋季营养物质释放量最小,夏季最大.     

太湖不同湖区风浪的季节变化特征

为明晰太湖风浪的空间分布及季节变化,在湖心区设立波浪观测站,利用其记录的波浪数据证明SWAN模型能够较好地模拟太湖风浪.基于所建模型,对2013年自然风场条件下太湖不同湖区风浪季节动态进行模拟分析,结果表明:受岸线、地形和岛屿等地理因素影响,大太湖的风浪总是最强,其有效波高均值为0.523 m;而东太湖风浪最小,有效波高均值为0.305 m.受盛行风场季节变化影响,太湖春、夏季有效波高均值明显大于秋、冬季.太湖波浪的能量主要来源于风场,其有效波高随风速增大而增大,两者呈极显著正相关.而风向则可以通过改变风区长度来影响风浪生消.在偏东风作用下,太湖湖西区的风浪大于东部湖区;而受盛行于冬季的偏北风影响,太湖南部水域风浪要大于北部.同时,太湖风浪的时空分布特征是造成太湖水质参数、沉积物和水生植物空间分布差异的重要原因之一.