颤蚓生物扰动对Cu和Cd从上覆水向沉积物迁移的影响

通过实验室模拟沉积物/水体系中颤蚓的生物扰动过程,研究颤蚓密度和上覆水pH对颤蚓生物扰动效应及其对Cu和Cd向沉积物迁移速率的影响.实验结果表明:颤蚓扰动作用可显著提高Cu和Cd向沉积物迁移的速率,且Cu受影响的作用大于Cd;随着颤蚓密度的增加,Cu和Cd的迁移速率均增大;酸碱胁迫均可促进生物扰动,碱性条件下生物扰动作用更显著;生物扰动促进的物质交换作用可显著增强实验体系对酸碱的缓冲能力,使体系pH趋于中性、均一;Cu和Cd的迁移速率同时受体系pH和扰动强度的影响,总体随上覆水pH值的增大而增加;生物扰动对Cd迁移的促进作用更大.     

颤蚓及其生物扰动对表层沉积物微环境pH和溶解氧的影响

以颤蚓为扰动生物,通过室内模拟实验,借助微电极研究颤蚓孔穴附近沉积物微环境pH和溶解氧(DO)的高分辨率分布及变化规律.结果表明:沉积物的pH值随扰动时间延长先升高后降低,颤蚓扰动对pH值的降低有抑制作用;当扰动时间相同时,颤蚓使沉积物表面的pH值以颤蚓孔穴为中心出现下降(最多达0.3pH单位),该下降作用可影响孔穴周围半径1mm的范围;无生物体系中的水-沉积物界面附近DO值随时间延长逐渐降低,但颤蚓的扰动作用使孔穴附近沉积物表面的DO值在水平方向上升高(可升高9.2~17.0μmol/L),并增加DO的渗透深度,使最大渗透深度从3mm增加到5mm.因此,沉积物中的颤蚓可通过改变沉积物微环境pH和DO的分布特征,进而影响水-沉积物界面附近污染物的环境行为.     

颤蚓及其生物扰动对表层沉积物微环

以颤蚓为扰动生物, 通过室内模拟实验, 借助微电极研究颤蚓孔穴附近沉积物微环境pH和溶解氧(DO)的高分辨率分布及变化规律. 结果表明: 沉积物的pH值随扰动时间延长先升高后降低, 颤蚓扰动对pH值的降低有抑制作用; 当扰动时间相同时, 颤蚓使沉积物表面的pH值以颤蚓孔穴为中心出现下降（最多达0.3 pH单位）, 该下降
作用可影响孔穴周围半径1 mm的范围; 无生物体系中的水 沉积物界面附近DO值随时间延长逐渐降低, 但颤蚓的扰动作用使孔穴附近沉积物表面的DO值在水平方向上升高（可升高9.2~17.0 μmol/L）, 并增加DO的渗透深度, 使最大渗透深度从3 mm增加到5 mm. 因此, 沉积物中的颤蚓可通过改变沉积物微环境pH和DO的分布特征, 进而影响水 沉积物界面附近污染物的环境行为.     

表层沉积物中重金属形态与酶活性的相关性

利用改进的Tessier连续萃取法研究实验室模拟的表层 沉积物中重金属（Fe,Mn,Cu,Zn和Pb）在一定时间（45 d）内的形态分布特征, 同时考察了沉积物体系中pH值、 氧化还原电位(Eh)及其中酶（蛋白酶、 脱氢酶、 磷酸酶、 蔗糖酶）活性的变化规律. 结果表明, 在考察的时间范围内, 沉积物体系中Mn的形态主要由可交换态向碳酸盐结合态、 铁/锰氧化态转化（分别为10.2%和32.1%）, 可交换态的Zn向铁/锰氧化 态转化了11.5%, 而Pb的有机质结合态则增加了20.1%； pH值初期波动较大而后趋于平缓, Eh则呈现波动状态； 蛋白酶、 脱氢酶的活性分别增加了88.9%和71.4%. 沉积物体系中pH值与碳酸盐结合态的Fe,Cu呈显著正相关, 蛋白酶活性与Mn的碳酸盐结合态、 铁/锰氧化态, Zn的可交换态、 铁/锰氧化态以及Pb的有机质结合态之间显著相关（n=8, p=0.05）, 脱 氢酶活性与Pb的碳酸盐结合态也存在显著相关性（n=8, p=0.05）, 表明除pH值外, 酶活性是沉积物中重金属形态转化的一个重要影响因素.     

改变镉生物有效性对植物吸收积累镉的影响

土壤镉的生物有效性受土壤成分和土壤环境条件的影响,有机质、pH、氧化还原电位等的变化都会影响土壤中镉由有机结合态和残渣态一不能被植物吸收积累的镉形态向可交换态、碳酸盐态、铁锰氧化态一容易被植物吸收利用的形态转化．一些土壤改良剂、有机物料、营养元素以及微生物都可以改变土壤镉的有效性,进一步影响植物积累镉的量,对植物生长及品质造成影响．由于有效态镉直接影响植物对镉的吸收积累,寻找有利途径以减少土壤有效态从而降低植物对镉的吸收显得非常关键．     

摇蚊幼虫扰动对沉积物-水微界面氧化还原特征的影响

生物扰动是影响沉积物-水微界面反应的重要因素,为了明确生物扰动作用对沉积物-水微界面氧化还原特征的影响机制,从环境微界面角度出发,以摇蚊幼虫为例,借助高分辨率的微电极系统解析沉积物-水微界面O_2、p H、氧化还原电位(Eh)的垂向分布特征。结果表明,摇蚊幼虫的生物扰动作用显著增加了沉积物-水微界面处的溶解氧浓度;降低了上覆水的p H值,提高了沉积物的p H值,且上覆水p H时空变化较大,沉积物p H值变化较小;廊道里O_2增加,使Eh值也相应地提高,而没有生物扰动到的地方Eh值偏低。摇蚊幼虫通过呼吸和摄食作用将富含氧气的上覆水引进廊道,充入的氧气改变了微界面的氧化还原条件。     

石灰用量和培养时间对红壤镉形态转化的影响

石灰是酸性镉(Cd)污染土壤修复的主要钝化材料。通过室内培养试验,研究了石灰不同用量对镉污染红壤土壤pH、阳离子交换量和Cd赋存形态的影响,并探讨Cd形态间与土壤pH和阳离子交换量的关系。结果表明,与对照比,施用石灰显著提高了土壤的pH值(43.86%~54.05%)和阳离子交换量(7.57%~20.67%),且随施入量的增加而效果明显。培养期间土壤Cd形态主要以可交换态为主,其次是碳酸盐结合态和铁锰氧化物态,而有机结合态和残渣态含量最少;随培养时间土壤可交换态Cd所占比例呈降低趋势,其他4种形态Cd均呈增加趋势。随着石灰用量的增加,土壤交换态Cd降低比例逐渐增大,培养120 d后,在0.5 mg·kg-1 Cd污染条件的土壤可交换态Cd同对照比依次减少了29.74%、43.99%和47.61%;而在1 mg·kg-1 Cd污染条件的土壤可交换态Cd同对照比依次减少了37.47%、38.09%和54.28%;两个Cd溶度下其他4种形态Cd均增加。相关性表明,土壤pH、阳离子交换量与碳酸盐结合态Cd和残渣态Cd呈显著正相关,而与可交换态Cd呈显著负相关;可交换态Cd与其他4种形态Cd呈显著负相关。总之,石灰通过影响土壤中的pH、阳离子交换量等,使Cd从可交换态向其他4种形态转化,从而降低土壤中Cd的有效性。     

利用化学萃取法研究长春市土壤重金属化学形态及其影响因素

利用化学萃取法研究长春市土壤重金属化学形态， 分析其化学形态与土壤负荷水平、 理化性质的关系表明， 土壤中Pb和Cu主要以残渣态和有机结合态为主； Cd主要以残渣态和交换态为主； Zn主要以残渣态和铁锰氧化态为主. Cd的活性形态含量最高， 为31.98%. 交换态Cd和Zn含量及活性与土壤重金属负荷水平呈正相关； Cu和Pb铁锰氧化态的含量随负荷水平增加而下降； Zn和Pb碳酸盐结合态与负荷水平无关. 交换态Cd与土壤阳离 子交换量呈显著正相关， 而Cd的活性与土壤阳离子交换量呈显著负相关； 在碱性条件下， Cd， Cu， Pb和Zn的碳酸盐结合态与pH呈正相关； 重金属铁锰氧化态含量随着氧化还原电位的增加而降低， 而残渣态相反. Cu有机结合态与有机质呈显著正相关.     

基于平面光极技术研究颤蚓生物扰动对水中Cd2+向沉积物迁移的影响

制备了一种能够选择性识别Cd~(2+)的平面传感膜;该膜具有响应速度快(20 s)、准确性高及稳定性好等特点。利用该传感膜制备的Cd~(2+)平面光极系统,应用于生物扰动存在的水/沉积物体系中,根据体系垂直剖面Cd~(2+)的分布及迁移情况,研究颤蚓生物扰动对上覆水中Cd~(2+)向沉积物迁移的影响。研究发现:制备的Cd~(2+)平面光极系统可以反映出上覆水中Cd~(2+)向沉积物迁移的过程。无生物扰动时,沉积物仅表层及水/沉积物界面下2 cm深度范围内第1~3 d的Cd~(2+)浓度略有升高,随后趋于稳定;深度超过2 cm的沉积物Cd~(2+)浓度几乎不变(同背景浓度)。有生物扰动时,深度约5 cm范围内的沉积物中Cd~(2+)浓度显著增加,深度越浅的沉积物中的Cd~(2+)浓度增加越快,深度超过5 cm的沉积物中Cd~(2+)浓度基本不变。与无生物相比,颤蚓扰动可以显著促进Cd~(2+)由上覆水中向沉积物的迁移。     

生物扰动下水/沉积物体系中pH,DO和p_(CO_2)的变化规律

利用平面光极技术,制备pH、溶解氧(DO)和CO_2分压(p_(CO_2))荧光传感膜,构建集3种膜于一体的水/沉积物模拟体系,并研究颤蚓扰动作用下体系中pH,DO,p_(CO_2)的二维分布与协同变化规律.结果表明:无生物扰动体系中上覆水和沉积物各参数变化较小;存在颤蚓扰动体系中各参数随时间变化均较显著,随着扰动时间延长,体系中pH,DO,p_(CO_2)呈均一化趋势;在有生物扰动的体系中,3个参数间存在一定的协同变化趋势并相互影响.     

铅和镉在实验室水环境模拟体系中的分布特征研究

选取长春市南湖作为采样地点,通过建立实验室水环境模拟体系(包括人工培养生物膜、沉积物和水)模拟自然条件下铅和镉的分布特征。研究结果显示:重金属进入到水环境之后,其浓度持续下降,Langmu ir动力学方程可以很好地描述其在水相中的变化规律。重金属在沉积物和生物膜中富集。生物膜对外界金属浓度变化的灵敏度高于沉积物。当水相中的重金属浓度降低到一个较小值时,生物膜中富集的重金属会被部分释放出来,通过水相,最终转移到沉积物中。沉积物对重金属的富集作用持续时间较长,富集速率较慢。水相、生物膜、沉积物三者共同作用,影响着重金属在自然水体中的分布规律。不同金属的分布过程变化趋势相似,但也存在一定差异。     

广州市新塘镇水环境重金属污染特征研究

为调查广州市新塘镇水环境重金属污染状况,以镇内地表水及东江北干流新塘段为研究对象,对不同样点的20个样中6种重金属进行分析。采用单因子评价法、地质累积指数法对地表水水体、底泥进行污染程度评价,利用潜在生态危害指数法评估底泥中重金属对周围环境的潜在生态危害。结果表明:新塘镇地表水水体中Cu、Zn、Cd、Hg、Cr均达到我国《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)三类水质标准,有轻微Pb污染;底泥中重金属污染程度依次为ZnHg、CdPb,其中Zn对环境造成偏重污染,无Cu、Cr污染;潜在生态危害评价法显示底泥中Hg、Cd对环境存在极强生态危害,Zn、Pb、Cr、Cu不构成生态危害。分析底泥中重金属浓度间相关性,表明Hg与Cd、Zn与Cu、Zn与Cd有显著相关。     

巢湖表层沉积物与上覆水体中重金属分配特征及其相关性研究

采集巢湖3个主要支流(南淝河、裕溪河与杭埠河)的河口处表层沉积物和水样各27个,利用ICP-OES及AFS等仪器测试了沉积物中重金属(Cd,Cr,Cu,Pb,Zn,As,Hg)的含量、水体可溶性的重金属含量,并检测了各河流水体理化指标;计算重金属在表层沉积物与水体中的分配系数;分析每个河口处各元素的相关性.结果表明,南淝河口处总氮总磷超过地表水环境质量标准的Ⅴ类,水体中重金属除元素汞以外,含量基本低于Ⅰ类地表水质标准,大部分沉积物样品中重金属的含量均超过背景值.南淝河口处污染最为严重,元素Cr,Cu,Pb,Zn,As的分配系数远低于其他两河口处;杭埠河口的Cd、Hg两元素的分配系数相对较低,且Cu、Cd、Hg三元素的相关性很高.     

长江源区重金属分布特征及生态风险评价

于2017年6月在长江源区12个采样点采集表层水样和沉积物样品, 测定重金属含量, 并结合地累积指数、水质指数和潜在风险指数等, 评价长江源重金属污染和生态风险。结果表明, 水体中Mn, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb和Cr的浓度范围为ND~4.21, 0.609~3.71, 0.033~5.01, ND~34.86, ND~0.06, ND~0.55和0.235~2.66 μg/L, 沉积物中重金属含量为445.93~627.32, 10.11~17.85, 15.61~24.57, 45.40~125.20, 0.19~0.56, 14.85~235.21和27.94~46.18 mg/kg, 与其他流域相比处于较低水平。长江源沉积物重金属含量由环境背景值主导, 水化学因子对沉积物中重金属分布的影响较小; 在不同环境条件下, 溶解态金属浓度还受其他自然或人为因素影响, 如NH₄-N, NO₃-N, 悬浮物(SS)和水温等。水质和风险评价结果表明, 长江源区水质极好, 流域西部高海拔地区存在不同程度的沉积物Zn, Pb和Cd污染, 与该区域附近的铅锌矿床有关。Cd是构成长江源沉积物潜在生态风险的主要因素。研究结果能够弥补长江源实测数据缺乏的不足, 为长江源乃至整个长江流域的重金属污染防控提供理论依据。     

长江武汉段和黄河花园口段水体中重金属污染物的急性毒性效应

采用Q67发光菌和大型蚤为试验生物,在实验室条件下对长江武汉段、黄河花园口段的河水及表层沉积物和孔隙水及其加标样品(Cu、Pb、Zn、Cd、Ni)进行了毒性测试,通过测定样品对受试生物的EC50和LC50值,评价了2河段水体重金属毒性和对毒性的屏蔽效应.结果表明长江武汉段和黄河花园口段的上覆水和沉积物孔隙水均未对Q67发光菌产生毒性,但是长江沉积物样品在96 h内对大型蚤产生明显的急性毒性.加标重金属后,长江孔隙水中观察到的毒性均小于黄河孔隙水;而在上覆水中,加标后毒性增加,其中加入相同质量浓度Zn和Ni,长江表现出的毒性反而大于黄河;对加标的长江沉积物,不同重金属对大型蚤的毒性大小顺序是Cd,Cu,Zn,Pb.     

渤海湾秦皇岛段潮间带表层沉积物重金属污染分析

基于对秦皇岛段潮间带表层沉积物的调查研究,分析了表层沉积物中Cu,Pb,Zn,Cd的污染特征,并采用潜在生态风险指数法对其评价.结果表明,表层沉积物中Cu,Pb,Zn的平均质量分数符合国家土壤环境质量的一级标准,Cd平均质量分数超过国家土壤环境质量二级标准的4.6倍.4种金属的潜在生态风险顺序是CdPb,CuZn.各样点Cu,Pb,Zn均属于轻微生态风险程度;而Cd具有很强-极强的潜在生态风险程度,可能会影响近岸水体和海洋生物的质量.     

淮河干流污染物分布及变化规律

为了研究淮河干流水体和沉积物中总磷(TP)、沉积物中重金属的沿程分布规律和时空变化特征，于2014—2017年采集淮河干流(正阳关—洪泽湖)19个断面的水样和沉积物样品，分析各采样时段干流各断面水样和沉积物中TP、沉积物中重金属砷(As)、铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)等污染物的浓度和分布，探讨河道流量、温度等因素对水体及沉积物中TP、重金属时空分布的影响。结果表明:水体、沉积物中TP和沉积物中重金属浓度汛前大于汛后；水体中各形态磷浓度汛中沿程分布较汛前、汛后更均匀；流量、温度是影响TP和重金属分布的主要原因。     

水库底泥污染物释放模拟研究

通过对底泥主要污染物稳定性实验研究及模型分析,了解底泥污染物释放对水库库区水体水质的影响,为水库底泥处置和底泥污染治理工作提供技术依据和指导性分析。通过对底泥动态释放模拟实验,对底泥中部分重金属Cd、Mn、Zn及TN、P对水体的污染程度进行了分析和预测。其结果表明:底泥中重金属Zn、Cd、Mn的释放速率及年释放量较低,对于库区水体水质影响较小;TN和P的释放速率及释放量较高,对于库区水体水质影响较大。这些结果对确定底泥的处理方案及防止底泥二次污染具有一定的借鉴意义。     

河流植物群落下底泥中碳氮磷和重金属富集效应分析

【目的】探明河流植物群落下的底泥中碳氮磷和重金属的积累机制。【方法】在淮河上游地区索河流域不同生境类型(浅滩区和浅水区)下分别选取3处当地优势植物扁秆藨草(Scirpus planiculmis)和黑三棱(Sparganium stoloniferum)单优势群落,采集植物群落下和对照(植物盖度5%)0~10 cm(表层)、≥10~20 cm(中层)和≥20~30 cm(下层)处的底泥,用独立样本t检验分析植物群落下3个层次的底泥中OC(有机碳)、TN(全氮)、TP(全磷)、As、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn是否有显著富集效应,计算底泥中各元素的相对富集指数E(relative enrichment index,E),并用偏最小二乘回归(PLSR)法分析相对富集指数的影响因素。【结果】扁秆藨草和黑三棱群落下的底泥中OC、TN、As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb和Zn有显著富集作用,且富集作用主要发生在表层底泥。整体上,植物群落下0~30 cm深的底泥中OC、TN和各重金属的E值主要受到各元素在底泥中本底值的影响,其次为植物种类,再次为生境类型,而底泥质地对其影响相对较小。【结论】在污染河流中种植当地优势挺水植物种可以使河流中的营养元素和重金属定向转移到植物群落下的底泥中,尤其是表层底泥中。这其中的主要驱动力表现为植物对水体中颗粒物和营养物质的拦截,以及植物枯落物和死亡根系的分解及矿化。扁秆藨草可能对Cd、Cr、Hg、Pb和Zn有吸收富集作用。