pH对长江下游沉积物中重金属元素Cd、Pb释放行为的影响

河流沉积物中的重金属元素对水生生物和人类具有潜在的危害性,主要是由于环境条件的变化会使沉积物中的重金属元素释放到水体中。因此,研究影响沉积物中重金属元素释放的因素是十分重要的。研究了长江下游沉积物在不同pH条件下重金属元素Cd、Pb的释放能力和释放前后Cd、Pb形态的变化。结果表明,Cd、Pb在沉积物中的释放主要是在酸性条件下发生的,并且释放率随pH的升高而迅速降低,pH＞7.0后,释放率都非常低。释放能力Cd明显大于Pb。形态分析的4个典型沉积物样品中,Cd在南京位点样品中主要存在于残渣态中,其余3个位点样品主要存在于弱酸态和可还原态中,Pb在4个典型沉积物样品中主要存在于可还原态中。pH的变化使沉积物中Cd的各形态都不同程度地发生了释放,弱酸态和可还原态释放的程度最大,而Pb的各个形态释放都不明显。     

土壤中重金属元素Pb、Cd地球化学行为影响因素研究

通过研究湖南洞庭湖地区水稻土中Pb、Cd与土壤有机质、粘粒和pH值的关系,结果表明,(1)土壤中有机质含量与Cd、Pb有着显著的正相关性,土壤中有机质含量增加可明显降低Cd和Pb的离子态和可交换态含量。(2)随着粘粒含量增加,Pb和Cd离子可交换态占全量的比值略有增加,这说明粘粒表面吸附的Pb和Cd容易进入植物体中,对生态系统安全具有危害的组分。(3)Cd离子交换态与土壤pH值呈显著相关关系,土壤酸化使Cd的离子交换态比例上升,可直接导致农作物中Cd含量增加,防止土壤酸化是控制Cd对生态系统危害的有效途径;Pb的离子交换态与全量的比值与pH值具有显著的相关性,对于Pb污染严重的土壤,保持土壤pH值在弱酸性至弱碱性范围,防止土壤酸化和盐碱化,可以降低Pb危害。土壤有机质含量、pH值等是控制重金属元素地球化学行为的重要因素之一。     

长江口海域表层沉积物重金属元素赋存形态特征

通过长江河口地区水下表层沉积物样品多种化学元素的赋存形态分析测试数据,综合分析重金属元素的赋存形态特征。研究结果显示：镉、汞、铅残渣态所占比例均小于50%,锌、砷、铬、铜、镍残渣态占比均大于50%;8个元素的残渣态与全量呈显著正相关关系。沉积环境和沉积物粒径对重金属元素赋存形态具有重要影响。沉积物的物质来源、矿物组成特征、水动力作用与沉积物粒度和物理化学条件等是长江口地区表层沉积物重金属元素赋存形态的主要控制因素。     

湘江入湖河段沉积物主元素组成对重金属污染的指示

本次工作利用X射线荧光(XRF)和电感耦合等离子质谱(ICP-MS)分析技术,对湘江人湖河段沉积物进行主元素和重金属元素分析.结果表明,湘江入湖沉积物中主元素含量变化相对稳定,沉积物具有明显亏CaO、Na2O,而富MnO、A12O3的化学组成特征.其化学组成和风化蚀变特征(蚀变指数CIA值大于78)指示流域上游花岗岩为沉积物提供了主要的物源.主元素揭示的沉积物矿物组成主要包括A12O3表征的细粒黏土矿物类和SiO2、Na2O表征的粗粒碎屑矿物类两部分.沉积物中重金属元素含量变化大,重金属综合富集指数EI值自湾河WH (EI=4.7、14.2)向湘阴XY (6.6、5.6)再向屈原农场QN沉积柱(18.4)趋于增大,重金属污染程度自上游向下游趋于增强.重金属污染程度主要与以A12O3为代表的Ⅰ类元素呈正相关关系.预示重金属污染主要与黏土矿物、铁锰氧化物、有机质、及磷灰石等副矿物相关.其中Bi、Pb、Mn、T1等重金属污染更趋于在黏土矿物、锰氧化物、有机质等矿物相中增强,Cd污染可能主要与铁锰氧化物、有机质等有关,U污染则主要与铁氧化物矿物有关,而Cu、Sb污染主要与有机质关系密切.不同的矿物相可能引起不同种类的重金属污染.     

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.     

长江下游青弋江、水阳江水系湖泊沉积物中重金属变化特征研究

2004~2008年在青弋江、水阳江流域石臼、固城、南漪三湖采集得到岩芯钻孔。运用核素 210 Pb和 137 Cs对获得沉积物进行定年,同时分析了岩芯沉积物金属元素,研究近代湖泊重金属演化历史以及人类活动的影响,并对重金属进行了评价。文章运用Al元素作为粒度的代用指标对重金属进行标准化,并获取了重金属富集系数。研究表明,石臼、固城、南漪三湖钻孔中Cu和Zn的富集系数高于Pb,但Pb,Zn,Cu和Cr富集系数都不超过2,并且Cr的富集系数较小。自20世纪80年代中期以来流域内人类活动对石臼湖湖泊沉积物造成了显著的重金属污染,在南漪湖则推迟了10年左右,而在固城湖其重金属污染相对不明显。根据沉积物质量基准进行评价,发现石臼、固城、南漪三湖虽然存在一定的Cu,Pb,Zn和Cr污染,但污染造成的生态效应还不明显。     

盐酸提取条件下土壤重金属元素的释放特征

采用河南省黄淮海平原典型农田土壤样品,开展了不同浓度盐酸(1,0.1,0.001,0.000 01 mol/L)和振荡时间(2,24,48,96 h)的土壤重金属元素提取实验,分析了盐酸浓度和振荡时间等对土壤重金属元素释放的影响,探讨了不同提取条件下土壤重金属元素的释放效果及其影响因素。研究表明:土壤Cr、Cu、Ni、Zn和Pb采用1 mol/L盐酸振荡48 h时萃取率显著高于其他处理,其中Pb的萃取率最高,土壤As采用1 mol/L盐酸振荡2 h时萃取率最高,碱性土壤Cd采用0.1 mol/L盐酸振荡2 h时萃取率最高。在此基础上,根据1 mol/L盐酸振荡2 h的提取结果,采用统计分析方法分析了土壤重金属元素全量、理化性质以及土壤类型对土壤重金属元素释放的影响,结果表明:土壤Cr全量越高,Cr萃取率越高;土壤干密度越大,Pb萃取率越高;土壤pH值越低,土壤Ni萃取率越高,而土壤Pb正好相反;土壤有机质对重金属元素萃取率无统计上的显著影响;Cu、As、Pb在碱性土壤(黄河流域)萃取率相对较高,而Cr、Ni、Zn在酸性土壤(淮河流域)萃取率相对较高;土壤类型对重金属元素释放的影响表现为砂姜黑土Cr,水稻土Cu、Ni、Zn,潮土As、Pb的萃取率相对较高。     

滇西沘江沉积物剖面重金属元素分布特征

采用连续提取法测定流经兰坪金顶铅锌矿区的沘江3个沉积物剖面中重金属元素的含量,分析Pb、Zn、Cd和As在流域的分布特征和在沉积物剖面中的分布特征。结果表明,距矿山75km的河段沉积物中,浅层沉积物中4种金属元素均污染严重,金顶铅锌矿是沉积物中重金属元素的主要来源,随着矿山开发规模的不断扩大,污染程度加深。4种重金属元素中Cd活性态比例高,且污染程度最强、范围最广、深度最大,Zn、Pb次之,As污染相对较轻、范围较小。潜在生态危害指数法研究结果表明,浅层沉积物中重金属元素表现出中等—很强的生态风险性,产生生态危害的主要重金属元素是Cd,其后依次是Pb、As和Zn。     

雅鲁藏布江表层沉积物地球化学元素研究

雅鲁藏布江流域还没有大的工业污染源,仍然属于自然河流.对雅鲁藏布江16个表层沉积样品的全样、小于20μm 和小于63μm 粒级的32种元素含量进行了测定,并分析了与人类活动密切相关的元素 Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd 和 Pb 的含量分布特征,以及这些元素含量与粒径之间的关系.结果表明,多数元素(Cs 除外)与西藏土壤元素背景值相差不大, B、Cr、Ni、As 和 Cs 含量高于中国陆壳元素丰度值,但这些元素主要来源于该流域富含这些元素的页岩、片岩和千枚岩等母岩.由于相似的地球化学行为,沉积物中 Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn 之间显著正相关;除 Pb、As 外,一些元素(如 Zn、Ni)与沉积物的粒径显著负相关     

不同酸度淋溶条件下石煤中Cd、Pb释放速率

模拟天然降雨成分在三种酸度(pH 3.5、5.5和7.5)下对浙江省下寒武统荷塘组含钒石煤进行了淋溶作用实验,利用ICP-OES、ICP-MS等技术分析了滤出液中的Cd、Pb含量,研究了它们在不同酸碱度的淋溶条件下的释放特征.结果表明,石煤滤出液中Cd含量高低与淋滤液pH值的大小呈反比关系,在强酸性淋滤条件下滤出率为1...     

长江沉积物稀土元素的粒度效应研究

依据Stokes定律,将小于63μm的长江沉积物分成小于2、2～4、4～8、8～16、16～32、32～63μm6个粒级,采用ICP-MS法分别测试了分粒级沉积物的REE含量,结果显示:长江沉积物REE的丰度遵循元素的"粒度控制律",即随粒度变细,∑REE含量依次增高;北美页岩标准化分布曲线均呈右倾的近"W"型,轻、重稀土分馏明显,相对富集LREE,明显的Ce负异常和弱Eu亏损。对长江沉积物不同粒级样品进行X射线衍射分析和体视镜下观测,结果表明:长江沉积物随粒度增大石英和长石含量逐步增加,碳酸盐和重矿物在各个粒级中含量甚微并且随粒级变化不大;长江沉积物REE随粒度变细逐渐增加的特征主要受控于沉积物随粒度变化而变化的矿物成分,黏土粒级及细粉砂中较高的∑REE主要是黏土矿物吸附作用的结果,粗粉砂中较低的∑REE主要为长石和石英的稀释作用结果,而碳酸盐和重矿物因其较低的含量对稀土元素含量影响较小。     

Enrichment of Cd and Pb and associations with grain size in sediments in Nanjing alluvial island of Yangtze River

Intermittence belts of metal contaminated sediment have been formed along the urban riverside of the Yangtze River because of rapid urbanization and industrial development during the last three decades. Baguazhou Island, the third alluvial island in the lower reaches of the Yangtze River, was chosen to assess the contaminations level of Cd, Pb, Ni, Cr, Cu and Zn in suspended particulate matter （SPM）, recent sediments and sediment-derived soils. The relations between the metal concentrations and the grain size distributions in sediments were analyzed in order to explore the association of heavy metal settling with sediment deposition. The results showed that significantly high levels of Cd and Pb in SPM dominated enrichment factors （EFs） of recent sediments in the area of Baguazhou Island. High levels of Cd and Pb were found both in the riverine sediments and in the soils. However, the average levels of Cd and Pb in sediments were almost as twice as those in soil. About 43% of all sediment samples have EFCd≥1.5 and 14% with EFCd≥2. There are about 21% of the samples with EFPb≥1.5 and none of them has EFPb≥2. Meanwhile, soil samples with EFCd≥1.5 account for 39% of all 64 samples and no one with EFPb≥1.0. Most of the sediment samples contain more than 80% of fine grains lower than 60 μm in size, and few samples located in the site where flow eroding process dominates contain fine grains lower than 30%. Correlation analysis indicated that the concentrations of Cd and Pb in the sediments have significant relationships with grain size.     

Contamination and bioavailability of heavy metals in sediments from the Yangtze River Delta Region

The Yangtze River Delta Region is one of the most important economic development areas in China. In the process of its industrialization and urbanization, a great deal of wastewater is poured into rivers, lakes and coasts. Researches on contamination and bioavailability of heavy metals can help us to assess the ecological risks in the aquatic environment of the Yangtze River Delta. The samples were collected from three environmental compartments including the Yangtze River, Taihu Lake, and the south coast of Jiangsu. The concentrations of heavy metals were determined by ICP-MS. Metal speciation was determined by the sequential extraction procedure modified based on Tessier＇s scheme. Among the seven elements of Cu, Pb, Zn, Cr, Cd, Co, Ni detected, the contents of Cr, Zn did not vary significantly, while Cd and Pb varied significantly. Compared to the background values （loess in the basement）, all metals detected except Co, Cr exceeded the background level. Cd had the greatest exceeding values, reaching 2 to 7 times. Ni and Pb were followed. The contents of Zn were comparatively high in lake sediments, especially in the lake bays. Ni was enriched in fiver sediments and Cu was highest in sediments from the Yangtze River estuary. Cd and Pb were concentrated in the coastal sediments. Comparatively, in space, Cr was associated with the carbonate fractions in the bay of lake. Cu-bound Fe-Mn oxides and Ni in residual form were highest in the open lake. In the river environment, Fe/Mn oxide-bound Pb, exchangeable Cd were the highest fractions. In the estuary environment, Pb and Zn bound carbonates, Cd-bound Fe-Mn oxides are the largest fractions. Cd in the exchangeable fraction, Cu-bound Fe-Mn oxides had the larger proportions in the coast. In general, the bioavailability of Cu and Cd were high in lake environment, the available Pb, Cd were remarked in river environment, and Pb and Zn were easily assimilated by creatures in estuary.     

长江三角洲典型地区土壤-水稻系统中Cd的分布及其迁移制约因素

为了弄清楚长江三角洲土壤-水稻系统中Cd污染和迁移制约因素,采集了典型地区的水稻土壤、秸秆、籽实等样品共66组,测试了这些样品中重金属元素和常量元素的含量、土壤pH值和总有机碳含量等参数指标,并对这些参数进行相关性分析,评估水稻土壤与籽实中的Cd污染,探讨Cd空间分布,讨论土壤中pH值和有机质以及其他金属元素对Cd在水稻中积累的制约作用。结果表明：长江三角洲典型地区水稻土壤和籽实都存在Cd含量超标现象,土壤样品中Cd质量分数为（81.39～1 441.00）×10-9,平均值277.40×10-9,而水稻籽实样品中Cd质量分数为（10.44～692.40）×10-9,平均值55.63×10-9;根据土壤环境质量标准（GB 15618—1995）的二级标准,水稻土壤超标率为9.09%,超标样品主要分布在苏州、镇江和常州;根据食品中污染物的限量标准（GB 2762—2005）,水稻籽实Cd含量超标率为4.55%,超标样品集中在苏州和无锡;影响水稻积累Cd的因素有土壤中总有机碳、CaO、MgO、P的含量和pH值;水稻中S和Se含量与Cd含量关系密切,Cd与Zn表现为协同作用,土壤中S、Se和Zn的含量对水稻积累Cd无明显影响;提高土壤中pH值以及增加土壤总有机碳含量,能适当降低水稻中Cd的积累,适当增加土壤中Ca、Mg和P的含量能在一定程度上降低水稻对Cd的吸收。     

长江镇江段第四纪沉积物重矿物特征及其指示意义

选取长江下游世业洲的第四纪钻孔资料,研究了重矿物的垂向分布特征,以此探讨长江镇江段第四纪以来的沉积类型以及物源演变。结果显示,该区自中更新世开始接受沉积,依次形成河床相、边滩相、漫滩相、河口三角洲相。重矿物自下而上分为2个组合段,分别对应更新世和全新世。更新世地层以角闪石、蓝晶石、石榴石等作为特征矿物,且不稳定矿物含量高于稳定矿物,表明沉积物以近源居多;全新世特征矿物为辉石和钛铁矿,稳定矿物含量高于不稳定矿物,重矿物种类与现代长江中上游类似,表明此阶段沉积物以远源物质为主。     

长江中游地区暴雨过程的气候背景分析

通过用气候信号场研究长江中游地区暴雨发生的气候异常环境,提出了关于信号场的合成图的检验方法,应用到暴雨规律分析中。分析表明,暴雨与500hPa信号场中异常信号显著区的出现在我国东部上空,分布形势呈‘+-+'的波列是暴雨发生的重要征兆。     

长江中下游实时洪水预报模拟

以长江中下游防洪系统为对象,概述了在大型复杂防洪系统水沙运动数值模拟基础上,成功地将面向长江中下游防洪规划论证需求的水沙数学模型转化为面向长江防洪系统防汛方案评估需求的长江中下游实时洪水预报数学模型.为适应实时预报调度快速、准确评估的要求,提出了基于水动力学的循环滚动计算模式和实时校正模式.实现了水文学实时校正方法与水动力学数学模型的耦合,建立了基于水动力学的实时校正模式和分洪溃口洪水预报模式.通过长江中下游防汛期间的试运行,较好地解决了洪水预报误差校正和分洪溃口后洪水预报等关键难题,为防汛方案的制定和实时洪水调度方案优化提供了技术支撑,主要成果已应用于长江中下游防汛调度方案中.