太湖沉积物中重金属的地球化学形态及特征分析

用连续提取法分析了太湖沉积物5种重金属的地球化学形态,对地球化学形态的组成和地理特征进行了分析研究.重金属地球化学形态配分的共同特点是可交换态最低,残渣态最高.两种形态中Cd的可交换态最高,Cr的残渣态最高,可交换态最低.Cd的碳酸盐态较高,Cr的最低;Pb、Cd的Fe-Mn氧化态较高,Cu的偏低;Cu的有机态最高,Cd的最低;Zn的地球化学形态比例大都处于中间.地域上变化较大的元素是Cd和Cu,变化不明显的元素有Pb和Zn.化学成分中Fe2O3、MnO与重金属地球化学形态的相关性最好,TOC与Cu的形态相关系数最高.综合对比分析表明,太湖沉积物重金属的生物有效性以Cd为最高,其次为Pb.     

湖泊沉积物中三种磷提取方法比较

水体沉积物中磷的分级提取没有统一的方法,大多数的提取方法只对沉积物中无机磷(IP)进行了研究,有机磷(OP)是作为一个整体被研究,OP的形态尚不清楚。文章探讨了SMT法、Ivanoff法和Golterman法三种方法对湖泊沉积物中磷形态提取的特征,分析了各方法应用于IP和OP形态提取的联系和差别。结果表明SMT法提取的钙磷(Ca-P)是Golterman法提取Ca-P的16倍,Golerman法提取的铁铝结合态磷(Fe/Al-P)是SMT法提取的近3倍。从OP提取结果来看,Goterlman法>Ivanoff法>SMT法,Golterman法和Ivanoff法提取的酸可提取有机磷相差较大,其他形态OP含量则相当。研究结果对于沉积物磷形态分析提取方法的合理选择具有指导意义。     

湖泊沉积物中磷形态标准物质研制

水体富营养化与沉积物中磷元素的形态有密切关系。为了准确测定沉积物中不同形态的磷的含量,欧盟在2000年研制了第一个湖泊沉积物中磷形态标准物质(BCR 684),但基本用尽已不能满足需求,而且该标准物质采集于欧洲某湖泊,沉积物类型及污染情况与我国湖泊不相匹配。本文结合我国沉积物的类型和湖泊污染状况,研制了我国首批2个湖泊沉积物中磷形态标准物质(编号为 GBW 07462和GBW 07463)。候选物样品采集地点为江苏太湖和湖南洞庭湖,样品经过自然干燥、研磨、灭菌、陈化等加工处理,随机抽取15个子样采用单因素方差分析(F检验法)进行均匀性检验,检验的F实测值均小于临界值,表明样品均匀性良好。根据ISO导则35推荐方法对候选物样品在一年内进行四次稳定性检查,分析结果无方向性变化,再通过2次验证实验,样品稳定性良好。此批磷形态标准物质采用8家实验室联合定值,定值参数包括五种磷形态:总磷、无机磷、有机磷、磷灰石态磷、非磷灰石态磷;磷形态提取方法采用欧盟SMT法,测定方法采用钼锑钪光度法和电感耦合等离子体发射光谱法(实验过程中用欧盟BCR 684作为质量监控);按照《一级标准物质研制规范》(JJG 1006—1994)和ISO导则35的要求给出了五种磷形态的标准值和不确定度。此批磷形态标准物质样品代表了我国典型富营养化湖泊的沉积物类型,采样点的区域代表性强,定值项目选择合理、量值准确,可应用于环境、地质、农业、地球化学等研究领域沉积物的磷形态样品质量监控。     

沉积物中磷的赋存形态及磷形态顺序提取分析方法

阐述了当前我国水体富营养化的现状,水体的富营养化与水体中磷、氮的浓度以及二者的浓度比值有着密切的关系。水体富营养化时氮和磷的浓度均很高,但没有一个固定的值,是在一个较宽泛的富营养范围内,氮和磷的浓度比值大多在10∶1～20∶1。湖泊沉积物作为湖泊水体中磷的重要蓄积库,是湖泊流域磷循环的重要归属,也是湖泊水体内源性磷的主要来源,沉积物中极少量的稳定磷转化为活性磷就会造成湖泊水体富营养化。文中介绍了沉积物中无机磷形态的分类,评述了欧盟标准局在研制湖泊沉积物磷形态标准物质时比对采用的4种提取方法(Willimas法、Hieltjes-Lijklema法、Ruttenberg法、Golterman法),总结了国内外学者所应用的沉积物中磷的各种形态提取方法和磷各形态的分析测定方法,国内学者应用的方法是在国外学者方法的基础上提出的,阐述了顺序提取方法及其地球化学意义。简要评述了湖泊沉积物中磷的生物释放、物理释放和化学释放三种释放机制,这三种释放机制相辅相成,在一特定的环境条件下某一过程可能占主导地位来控制沉积物磷的释放。最后提出应该加强对沉积物中磷的各种形态的专属提取剂及其提取有效性的分子表征和检测,更加细化对于沉积物中磷形态的分类和创新各种磷形态的分析方法,建立沉积物-水体磷的迁移、循环和转化模型,这对于从根本上解决富营养化问题具有重要意义。     

浅水湖泊沉积物中磷的地球化学特征

对太湖不同污染状况和生态系统状况的湖区沉积物中磷的地球化学形态及其分布进行了研究。结果发现,沉积物的理化性质和磷的化学形态一般都在表层下深5～15cm发生明显的转折;草型湖区、藻型湖区、开阔湖面的大湖区沉积物的理化性质、间隙水中的磷浓度及沉积物中磷的形态存在较大的差异。东太湖沉积物间隙水磷浓度和交换态磷含量都显著低于其他湖区;风浪扰动相对剧烈的开阔湖面湖区沉积物中磷的沉积规律也不同于梅梁湾藻型湖区和东太湖草型湖区。研究表明,浅水湖泊中水生生物状况、风浪扰动状况对沉积物中磷的地球化学行为有至关重要的影响。     

长江悬浮颗粒物中磷的赋存形态

2006年9~10月在长江采集悬浮颗粒物样品,应用改进后的SEDEX法对磷的赋存形态进行了分析.结果表明,自生磷灰石磷是长江悬浮颗粒物中磷的主要赋存形态.涪陵至万州江段,碎屑磷灰石磷的含量较高,弱吸附态磷和有机磷含量较低,磷的赋存形态主要受悬浮颗粒物含量的影响;香溪至葛洲坝下江段,弱吸附态磷和有机磷含量较高,碎屑磷灰石磷含量较低,磷的赋存形态主要受浮游植物生长及泥沙粒径的影响;城陵矶至大通江段,有机磷、碎屑磷灰石磷和铁结合态磷含量较高,弱吸附态磷含量较低,磷的赋存形态主要受泥沙粒径和洞庭湖输入的影响.长江悬浮颗粒物中生物可利用磷占颗粒态磷的45.6%,长江上游水体中生物可利用磷含量较低,下游含量较高.     

海河干流表层沉积物中磷形态的空间分布特征及其对水相磷的影响

为了控制水体富营养化,对沉积物中磷的分布特征进行了研究。在海河干流采集13个表层沉积物和表层水样,采用逐级提取法获得可交换态磷(NH4Cl-P)、可还原态磷(BD-P)、铁铝结合磷(NaOHP)、钙磷(HCl-P)和残渣态磷(Res-P),分析各形态磷空间分布及其对水相(间隙水、表层水)磷的影响。结果表明:海河干流表层沉积物中总磷质量分数较高,为808.5~1 698.7mg·kg-1,上游和下游的采样点含磷量较低,中游采样点含磷量较高;不同形态磷的质量分数差异较大,NH4Cl-P、BD-P、NaOH-P、HCl-P和Res-P的质量分数变化范围分别为8.1~31.1、41.9~84.9、151.6~348.2、312.2~819.9、226.8~1 003.0mg·kg-1,分别占总磷(TP)的0.65%~1.85%、3.19%~6.57%、10.8%~24.34%、20.26%~52.18%、24.41%~58.33%;间隙水中总溶解性磷与沉积物中NH4Cl-P、BD-P、NaOH-P的质量分数相关性较高,相关系数分别达到0.892、0.848、0.749。研究结果表明海河内源磷释放的主要控制方向为NH4Cl-P、BDP、NaOH-P。     

太湖及其主要入湖河流沉积磷形态分布研究

选择了我国第三大浅水湖泊--太湖及其主要入湖河流进行沉积磷形态的连续提取研究.太湖湖区沉积磷中不稳态磷(LP)及铝结合态磷(Al-P)含量很低,其余形态磷为铁结合态磷(Fe-P)＜钙结合态磷(Ca-P)＜有机磷(Org-P).河流沉积物中有机磷的相对含量高于湖泊沉积物,绝对含量平均值约为湖泊沉积物的3.9倍,铁结合态磷的绝对含量约为湖泊沉积物的3/4,湖区沉积物Fe-P含量与水体中PO3-4-、Chla呈显著正相关关系,同时与间隙水的氧化性呈显著负相关关系.太湖各湖区沉积物的磷形态表现为空间差异较大,活性组分的差异性要大于活性较差的组分.总的来说北部湖区沉积物中Fe-P和Org-P含量高于其他湖区,这与太湖北部湖区水体高营养级和藻类爆发关系密切.湖区沉积磷的垂直分布规律较复杂,既有随深度增加的,也有随深度降低的,河流沉积物同样如此.这与太湖及河流生态条件、污染物排放以及沉积动力学条件不同有关.     

水环境中磷的赋存形态及其分析方法研究进展

文章归纳总结了近年来国内外在水环境中磷的赋存形态这一领域的研究进展,着重介绍了水体和沉积物中磷赋存形态的分类、不同形态磷的前处理及其提取、分析测定方法,概括了其研究现状,并对以后的发展趋势作了展望。这对于深入揭示水环境中磷的赋存形态及其环境与生物地球化学循环有着重要的指导意义。     

滇池内源磷释放潜力的区域差异:来自沉积物磷形态的证据

采集了7组滇池近代沉积物柱芯,测定了其中总P(TP)、Fe、Al、Ca的含量,并首次获得了埋深大于25 cm的沉积物的不同形态磷的数据,分析了TP与不同形态磷的时空分布特征及TP与总Fe、Al、Ca含量的关系,探讨了滇池内源磷释放潜力的区域差异和制约因素。结果表明,自北向南,TP含量出现随深度先升高后降低的变化特征,各形态P之间的关系为:碎屑磷(DP)>有机磷(OP)≈铁结合态磷(Fe-P)>闭蓄态磷(Oc P)>钙结合态磷(Ca-P)>铝结合态磷(Al-P)>可交换态磷(SRP)。纵向上Fe-P随深度逐渐升高,Oc P逐渐降低,其它形态P的变化规律不明显;区域上TP、DP、OP、Fe-P、Ca-P和Al-P南部高于北部。在滇池南部DP通量较高的区域,TP与Fe、Al呈正相关关系,与Ca呈负相关关系,其它区域无相关性。分析表明,滇池南部内源磷的释放潜力大于中部和北部,而南部内源磷受DP输入的影响,风浪扰动对北部内源磷的释放有更强的抑制作用。     

太湖入湖河道沉积物中生物利用磷和营养水平分析

为了解太湖入湖河道的营养状况,研究了太湖西部河流沉积物生物利用磷的组成与分布。研究结果显示,北部沉积物中营养元素较高,南部较低;沉积物中生物利用磷的含量次序为藻类可利用磷(AAP)>NaHCO3提取磷(OLP)>水溶性磷(WSP)>易解吸磷(RDP),其中AAP是重要的生物利用磷,AAP的比例越高,富营养化程度越高。AAP与营养元素的相关性在不同区域河道有所不同,北部河道与总氮(TN)、总磷(TP)相关性较好,中部和南部河道与沉积物有机质总量(TOM)相关性较好。沉积物的生物利用磷受不同污染源影响较大。对比河道沉积物与湖泊沉积物的特征,发现湖泊沉积物中生物利用磷(BAP)/总磷(TP)、藻类可利用磷(AAP)/总磷(TP)都高于河道沉积物,表明湖泊沉积物中的磷更容易被植物吸收。     

Vertical variation of phosphorus forms in surface sediments from Wuli Bay, Taihu Lake, China

1IntroductionPhosphorus,an essential nutrient for the primaryproductivity in freshwater systems,is an important fac-tor controlling lacustrine eutrophication.Although ex-ternal input of phosphorus has been assumed as the vi-tal responsibility for the eutrophication of lakes(ZhuJun et al.,2005),the remobilization of phosphorus insediments has a distinct influence on it as well(Bostr m et al.,1982).The concentrations of totalphosphorus(Ptotal)in the sediments are often related tothe trophic st…     

太湖北部底泥中氮、磷的空间变化和环境意义

以太湖底泥为研究对象，通过分析不同形态N，P的含量，揭示太湖北部底泥N，P的区域和垂向变化特征，探讨了主要营养元素的环境意义。太湖北部底泥N，P的高值区分布在五里湖，梅梁湾北部和竺山湖北部，有效氮的分布与总氮的分布一致。相关分析表明，有效磷与无机磷具有很好的正相关性，N，P的含量还与粘土矿物的含量成正比。柱状样的N，P垂直变化显示，数千年人类的活动并未明显影响底泥中N，P的含量，而在近代则明显增加。底泥中大量的N，P主要来自生活污水，其次是农田肥料和围网养殖。     

强弱风浪扰动下太湖的营养盐垂向分布特征

在一次风速12m/s的强风浪过程中及在连续多天弱风浪之后,对太湖梅梁湾一浅水区营养盐、悬浮物等的垂向分布进行了观测和分析。结果表明,在水底沉积物约20cm的情况下,强风浪期间与弱风浪期间相比,湖水中悬浮物浓度提高了10倍,总磷浓度提高了3 6倍。而强风浪期间与弱风浪期间的水体溶解性总磷(DTP)、溶解性活性磷(SRP)的浓度无显著差异。说明尽管强风浪过程引起沉积物大量悬浮,水体悬浮颗粒态营养盐显著增高,但是由于悬浮过程营养盐释放与沉降机制作用十分复杂,活性营养盐的浓度未必能提高。无论强风浪还是弱风浪期间,水体的表层至水土界面上50cm层的悬浮物浓度、营养盐浓度没有明显的分层现象,但明显低于水土界面上50cm内的悬浮物浓度和总磷浓度。无论是强风浪期间还是弱风浪期间,表层到底层水体SRP浓度无显著差异。     

Historical eutrophication in Lake Taihu: evidence from biogenic silica and total phosphorus accumulation in sediments from northern part of Lake Taihu

Sediment and water from the Meiliang Bay of Lake Taihu were analyzed to examine the historical relation between the accumulation of biogenic silica (BSi) and total phosphorus (TP). The results indicate that BSi accumulation in the northern part of Lake Taihu had been controlled by diatom production and phosphorus loading since the 1950s. BSi accumulation increased with the growing agricultural activity since the 1950s, up to a maximum level in the 1960s. After that, BSi accumulation decreased due to the diatom dissolution till the 1980s, and then the diatom biomass decreased with BSi accumulation increased. Lake Taihu came into an accelerated eutrophication periods since the 1990s, while BSi accumulation began to increase but the proportion of diatom decreased. Although the onset of silica depletion cannot be confirmed in the present work, it is clear that BSi accumulation was restrained by the input of TP.     

太湖大浦湖区近百年来湖泊记录的环境信息

通过对太湖TJ-2钻孔的137Cs、粒度、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)及化学元素等多指标综合分析,探讨了太湖大浦湖区近百年来的环境演变特征。研究结果表明,20世纪50年代以前,沉积物中大部分金属元素如Al、Mn、Cu、Cr、Ni、Zn与粘土含量具很好的相关性,相关系数在0.74～0.82之间。此阶段湖泊生产力不高,水环境较好,沉积物以较低的营养元素含量为特征。50—90年代,是太湖向现代湖泊环境转化的显著时期,湖区生产力大幅提高,人为活动对湖泊系统严重干扰,湖区迅速达到富营养化。在沉积物中表现为Fe/Mn值下降,有机碳、总氮、总磷与重金属元素急剧上升,且重金属元素变化明显不同于沉积物粒度及Al元素变化曲线。90年代以后,湖区一直持续着富营养化状态,富营养趋势渐缓,沉积物中粘土含量上升、营养元素稍降及重金属指标变化不明显的趋势很好地体现了这一特征。TJ-2钻孔显示的环境信息与湖泊实际环境监测结果基本一致。     

Speciation and potential remobilization of heavy metals in sediments of the Taihu Lake, China

The species of Cu, Pb, Zn, Cd and Cr in sediments of the Taihu Lake, China, have been analyzed using the sequential chemical extraction method. Variations in the chemical fractions of these metals and their geographic distributions have also been studied. For all five metals, the residual fraction is highest but the exchangeable fraction is lowest among all the fractions. Compared to other metals, Cd has the highest percentage in the exchangeable fraction, and Cr is associated mainly with the residual fraction. Cu in the organic fraction and Pb in the Fe-Mn fraction are the important species, whereas the lowest percentages are found for Cd in the organic fraction, Cu in the Fe-Mn oxide fraction and Pb in the carbonate fraction. With respect to spatial differences, the total contents in the non-residual fractions of the metals in bay sediments are found to be higher than those in other sediments. The fractions of Cd, Cu and Cr showed significant variations in different regions. The fractions of Pb and Zn, however, did not show significant variations in spatial distribution, suggesting different amounts and different paths of anthropogenic input for the metals. Comparisons of the metal speciation indicated that Cd might be the most bioavailable metal, followed by Pb.     

Geochemical features of heavy metals in core sediments of northwestern Taihu Lake, China

Sequential core sediments from northwestern Taihu Lake in China were analyzed for grain size, organic carbon and heavy metal content. The sediments are composed of organic-poor clayey-fine silts. The chemical speciations of Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, and Zn were also analyzed using the BCR sequential extraction procedure. Cu, Fe, Ni, and Zn are mainly associated with the residue fraction; Mn is concentrated mainly in exchangeable/carbonate fraction and residue fraction; and Pb mainly in Fe/Mn oxide fraction and organic/sulfide fraction. The exchangeable/carbonate fractions of Cu, Fe, Ni, Zn and Pb are lower. The fractions of Ni, Pb and Zn bound to the Fe/Mn oxide have significant correlations with reducible Mn; the organic/sulfide fractions of Cu, Mn, Ni, Pb, and Zn have significant correlations with TOC. The extractable fractions of Cu, Mn, Ni, Pb, and Zn are high at the top 4 cm of the core sediments as compared to those in the deeper layers, showing the anthropogenic input of heavy metals is due to rapid industrial development. The heavy metal pollution history of the sediments has been recorded since the late 1970s, determined by the result of ^137Cs dating.