沉积物中典型氧化物矿物吸附的镉对芦苇的生物有效性研究

选用沉积物中5种典型氧化物矿物：针铁矿、磁铁矿、三水铝石、氧化铝、二氧化锰,以水培法和单一矿物吸附Cd为培养介质,以芦苇为受试植物,研究环境中不同化学形态Cd（即吸附在不同矿物表面）的生物有效性差别.经过45 d的培养,发现矿物吸附的Cd被芦苇吸收富集,不同形态Cd的富集强度不同,根组织富集量72.70～320.44 mg·kg^-1,并遵循以下规律：Al(OH)₃ > Al₂O₃ > Fe₃O₄ > MnO₂ > FeOOH. Cd的富集特征反映了不同矿物吸附Cd能力和稳定性的差异,通过采用3种低分子量有机酸对Cd的解吸,评价了这几种矿物对镉的吸附强度.结果表明,Cd的解吸量遵循如下规律,乙酸、苹果酸：Al(OH)₃ > Fe₃O₄ > Al₂O₃ > FeOOH > MnO₂;柠檬酸：Al(OH)₃ > Al₂O₃ > Fe₃O₄> FeOOH > MnO₂,这与芦苇对各种矿物吸附镉的富集程度顺序基本一致.Cd的化学形态是影响其生物有效性的重要因素.     

无定形Fe (OH)3 和Fe3 O4 共沉淀态As的化学提取

无定形铁氧化物结合态砷的迁移性和生物可利用性易受环境变化影响.分别以1 mol·L-1盐酸和0.2 mol·L-1草酸铵缓冲溶液为提取剂,以新制备和室温老化(3个月、6个月)的共沉淀态Fe(OH)3-As和Fe3O4-As为提取对象,研究提取时间、液固比、Fe/As摩尔比和室温老化对As提取效率的影响.结果表明,1 mol·L-1盐酸提取Fe(OH)3-As、Fe3O4-As共沉淀时液固比应分别为50、200左右,0.2 mol·L-1草酸铵缓冲溶液提取Fe(OH)3-As、Fe3O4-As共沉淀时需保证加入的草酸根与固相中Fe的摩尔比分别为4、2.5;盐酸和草酸铵缓冲溶液提取时间2 h即可.样品Fe/As摩尔比和室温老化对Fe(OH)3-As共沉淀的溶解提取影响不大,但对Fe3O4-As共沉淀的提取影响比较大,Fe/As摩尔比越大,Fe3O4-As共沉淀越不易被提取;老化时间越长,其中共沉淀的As越不易被溶解提取.值得注意的是:盐酸和草酸铵缓冲溶液提取过程中如果有不溶固相存在,会发生As的再吸附,使无定形铁氧化物共沉淀态砷的测定不准确.     

大辽河水系表层沉积物中Cd的迁移动力学及生物有效性

为了研究大辽河水系表层沉积物中Cd的迁移特征及生物有效性,在大辽河水系采集了8个表层沉积物样品.测定了沉积物的理化性质、Cd的总含量和可交换态含量,利用DGT方法和离心方法测定了沉积物孔隙水中Cd的浓度.在试验的基础上采用DIFS模型计算了沉积物中Cd从固相到液相释放的动力学参数Tc和解吸速率常数k-1.结果表明,表层沉积物中Cd的总含量为0.16～4.86mg·kg-1,高于中国土壤和辽宁省土壤背景值.离心法测定的孔隙水中Cd的浓度为0.28～3.88ng·mL-1,而DGT测定的浓度为0.08～0.72ng·mL-1.DGT测定的浓度CDGT比离心方法测定的孔隙水浓度低,体现了平衡分配方法和动力学方法在预测生物有效性方面的差异.DIFS模拟结果表明,沉积物中Cd的响应时间Tc和解吸速率常数k-1跨度非常大,分别为10.16～9.999×106s和0.01×106～558.16×106s-1,体现了沉积物中Cd在固/液相之间反应的动力学差异,此外,吸附态和液相之间的平衡分配系数Kd也是影响沉积物中Cd从固相到液相的再补给能力和生物有效性的重要因素.     

不同铁氧化物对小麦幼苗镉积累的影响

小麦富镉（Cd）问题受到广泛关注,铁氧化物具备降镉潜力.通过盆栽小麦幼苗实验,分析了三氧化二铁（Fe₂O₃）、氢氧化铁[Fe（OH）₃]及拜耳法赤泥（B-RM）3种铁氧化物的降镉能力.结果显示3种铁氧化物中,Fe（OH）₃可显著降低小麦幼苗茎叶Cd含量,与对照相比降幅为16.3%~27.7%,投加量为0.5%时降Cd效果最优.Fe（OH）₃能够显著降低小麦幼苗根部向茎叶的Cd转运,投加量为10%时富集系数及转运系数最低.小麦幼苗根际土壤Fe/Cd、Cu/Cd及Zn/Cd是影响小麦幼苗茎叶Cd积累的关键因子,当Fe/Cd>25000、Cu/Cd > 50或Zn/Cd > 100时,根际土壤元素比与茎叶镉含量呈显著负相关.该比值的确定对于大田应用中钝化剂材料投加量的确定具有指导意义.     

广州市秋季PM2.5中重金属的污染水平与化学形态分析

采用消解法和连续提取法分析了广州市秋季PM2.5样品中10种重金属元素的总量和化学形态,对广州市PM2.5中重金属的污染水平和生物有效性进行了评价.结果表明,广州市PM2.5和重金属污染非常严重,其中PM2.5日浓度高达0.083 3～0.190 0mg·m-3,为1997年美国EPA相应标准的1.3～2.9倍.PM2.5中cd、Pb、Zn、Cu和Mo的富集因子K＞10,是典型的污染元素;而Ni、Mn、Co和Fe的K值为1-10,除部分来自人为活动外,主要还是自然作用来源.化学形态分析结果显示,超过80%的Al和Fe分布在有机质、氧化物与硫化物结合态和残渣态,而大部分zn、Pb、Cd和Cu分布在可溶态、可交换态、碳酸盐态、可氧化态和可还原态.生物有效性系数(k)分析结果说明,P2.5中重金属的生物有效性相对强弱顺序为:Cd＞Zn＞Pb＞Cu＞Mn＞Mo＞Co＞Ni＞Fe＞Al.其中Cd、Zn和Pb的k＞0.8,为生物可利用性元素;Cu、Mn、Mo、Co和Ni的k值在0.5左右,为潜在生物可利用性元素;Fe和Al的K＜0.2,为生物不可利用性元素.     

广西龙江沉积物重金属污染现状及生物有效性

系统采集广西龙江33个表层沉积物样品,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析测定沉积物样品中重金属含量及其潜在生物可利用态含量,结合富集因子(EF)污染评价方法、Pearson相关性分析与主成分(PCA)分析等统计方法,查明了龙江表层沉积物中重金属(As、Cd、Pb、Sb、Zn和Tl)的污染现状、可能来源及其生物有效性.结果表明,龙江表层沉积物中存在不同程度的重金属(As、Cd、Pb、Sb和Zn)污染现象,它们的最大值分别可达67.0、7.42、227、229和807 mg·kg-1.而Tl含量较低,变化范围较小.重金属污染区域主要集中在干流龙江河中下游、支流大环江下游以及东小江.重金属污染程度大小依次为CdSbZnPbAsTl.As、Cd、Pb、Sb和Zn主要来源于有色金属开采和冶炼工业、城市生活污水以及农业活动等人为源,而Tl主要来源于矿物、岩石自然风化等自然源.沉积物中重金属的生物有效性主要受到来源控制.重金属高生物有效性区域主要集中在人为污染强烈的区域(干流中下游和大环江下游),其中As、Cd、Pb、Sb和Zn的平均生物可利用态比例分别达到26%、51%、49%、38%和47%.龙江沉积物中重金属的高富集系数以及高生物有效性极可能对龙江生态系统造成极高的潜在危害.     

老化作用促进生物炭已吸附Cd (Ⅱ)的进一步稳定化研究

环境变化是否会导致已被生物炭吸附Cd(Ⅱ)的活化?本文通过人工加速模拟老化实验研究老化作用对生物炭已吸附Cd(Ⅱ)稳定性的影响.首先进行2种生物炭对Cd(Ⅱ)的饱和吸附实验,再将饱和吸附Cd(Ⅱ)的秸秆生物炭(RS+Cd)和浮萍生物炭(LM+Cd)分别进行化学老化、物理老化和自然老化,通过TCLP(Toxicity characteristic leaching procedure)提取实验研究生物炭吸附Cd(Ⅱ)的稳定性并探究可能存在的稳定机理.结果显示,老化56 d时,RS+Cd的3种老化处理的TCLP提取态Cd(TCLP-Cd)较老化初期降低了18.58%~49.23%,而LM+Cd降低了15.10%~26.16%,老化作用提高了生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附稳定性,稳定化效果依次为化学老化物理老化自然老化.进一步稳定化机理为老化作用提高了生物炭表面氧化性,增加含氧官能团,并且老化后生物炭发生破碎,有利于生物炭内部的P、Fe、Ca等元素的溶解释放,为Cd(Ⅱ)提供更多的吸附点位.浮萍生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附较秸秆生物炭有更强的稳定性.     

沉积物中颗粒态镉的赋存形态对文蛤富集效性的影响

利用颗粒物悬浮系统研究了沉积物中Cd的特定赋存形态(如氢氧化铁结合态、氢氧化铝结合态、二氧化锰结合态)对其在文蛤体内富集速率的影响.结果表明,结合于沉积物中不同组分Cd的生物有效性存在明显差异.在Cd浓度为70 mg/kg时,22 d富集实验中氢氧化铁结合态和氢氧化铝结合态Cd在文蛤体内均没有明显的积累,而二氧化锰结合态Cd在文蛤体内有明显的富集,其富集速率为(0.009 4±0.001 0)μg/(g.d)(r2=0.853 9,p0.000 1).在Cd浓度为140 mg/kg时,氢氧化铁结合态Cd仍然无法被文蛤吸收,氢氧化铝和二氧化锰结合态Cd则可以被文蛤富集,其富集速率分别为(0.016 6±0.001 7)μg/(g.d)和(0.024 8±0.001 7)μg/(g.d).不同赋存形态Cd的生物有效性表现为:Cd-MnO2Cd-Al(OH)3Cd-Fe(OH)3.对于不同赋存形态的Cd,吸收效率(AE)和摄食率(IR)的差异导致了其生物有效性的不同.     

长江中下游浅水湖泊沉积物对磷的吸附特征

研究了长江中下游浅水湖泊1 1个沉积物对磷的吸附等温线及其吸附动力学,并分析了沉积物理化特征对磷吸附特征的影响,研究发现:①沉积物对磷酸盐的吸附主要在前1 0h内完成,在0.5h内吸附反应十分迅速,并逐渐达到吸附平衡;②沉积物本底吸附态磷与其有机质、CEC、总磷、无机磷、有机磷、Fe/Al 磷和总氮显著正相关;对磷酸盐的最大吸附量与其CEC和无机磷、有机质和总磷呈显著负相关;而总最大吸附磷量与其有机质、CEC、总磷、无机磷、有机磷、Fe/Al 磷和总氮含量呈显著正相关;③就目前长江中下游浅水湖泊的水质而言,其沉积物存在解析;沉积物对磷酸盐的吸附 解吸平衡浓度与其有机质,CEC ,总氮,总磷以及各形态磷含量均有显著的正相关关系.本研究条件下,即使是污染较为严重的湖泊,其沉积物也具有向上覆水体释磷酸盐的趋势.     

沉积物中吸附态菲的解吸与微生物降解的相互作用

从长江武汉段采集4个沉积物样品,向样品中添加菲后采用XAD-2大孔树脂模拟研究沉积物中吸附态菲的非生物解吸过程,并且利用从长江水样中分离纯化的菲降解菌进行吸附态菲的生物降解试验,比较吸附态菲的生物降解和非生物解吸过程.结果表明,菲的非生物解吸大致可分为快速、慢速和极慢速解吸3个阶段.在慢速解吸阶段,生物条件下沉积相菲浓度降低速率是其非生物解吸速率的1.9-4.0倍.微生物加速了菲从沉积物中的释放过程.微生物的活性影响沉积物中吸附态菲的微生物可利用性,在降解后期通过向体系添加微生物和营养盐,在保持微生物活性的条件下,生物降解时菲的固相残留值远小于非生物解吸条件下菲的固相残留值.吸附态菲的平均生物降解速率约为其解吸速率的1.2倍,且沉积物中与黑炭结合的菲也能部分被微生物利用.由此说明,沉积物中吸附态菲的解吸过程并不完全限制其微生物降解,微生物能够部分利用沉积物中较难解吸的吸附态菲.     

北江沉积物中镉的生物可利用性研究

北江长期受到上游采矿和冶金行业排放的含镉废水的污染,使其沉积物中镉含量偏高.研究通过采集北江表层沉积物,并对其中镉的含鲢和形态进行分析测定,系统研究了北江表层沉积物中镉的含量和可交换态、碳酸盐态、铁锰态、有机态、残渣态镉占总量的比例.在此基础上计算出镉的生物可利用态、生物潜在可利用态和生物不可利用态的含量,研究了镉被水...     

太湖表层沉积物重金属赋存形态分析及污染特征

为了解太湖表层沉积物中重金属的污染状况,对太湖表层沉积物中4种重金属（Cd、Pb、Cu、Zn）的含量及空间分布分别进行了对比研究,并采用BCR三步分级提取法分析了太湖表层沉积物中4种重金属（Cd、Pb、Cu、Zn）不同赋存形态的含量,评估了这4种重金属的生物有效性,最后采用潜在生态危害指数法对重金属污染程度及潜在生态危害进行了评价.结果表明,太湖表层沉积物中4种重金属元素均有一定程度的富集,其中Cd的富集程度最为严重;赋存形态分析表明4种金属均主要以可提取态形式存在,各元素生物有效性即可提取态含量排序为：Cd〉Pb〉Zn〉Cu;潜在生态危害指数法评价结果表明,元素Cd为太湖表层沉积物中最主要的污染元素,且具有较强的生态危害.其次是Pb,Cu和Zn则较为轻微.4种重金属潜在生态危害由大到小排序为：Cd〉Pb〉Cu〉Zn.     

渤海湾海岸带开发对近岸沉积物重金属的影响

为了解渤海湾围填海造成的生境变化趋势及重金属污染状况,对2003年和2011年渤海湾表层沉积物4种重金属(Cd、Pb、Cu、Zn)的含量及空间分布分别进行了研究,并采用BCR三步分级提取法分析了2011年渤海湾表层沉积物中这4种重金属不同赋存形态的含量,评估了这4种重金属的生物有效性,最后分别采用富集系数法和潜在生态危害指数法对2011年重金属污染程度及潜在生态危害进行了评价.结果表明,2011年渤海湾沉积物中Cu、Cd、Pb的含量均比2003年偏高,重金属污染形势趋于严峻.Cu、Zn、Cd的空间分布趋势基本相似,其高值区均集中在渤海湾的中部海域.Pb的高值区主要集中在近岸河口和渤海湾中部及南部.4种重金属相互之间相关性显著,说明它们之间可能具有一定的同源性.形态分析表明Cu、Zn、Cd主要以残渣态存在,Pb主要以可还原态存在,各元素生物有效性排序为:Cd>Pb>Cu>Zn.Cd为渤海湾表层沉积物中最主要的污染元素,且具有较强的生态危害.Cu、Zn、Pb污染程度较低,生态危害轻微.     

黑河金盘水库沉积物中重金属形态分布特征及潜在生态风险评价

西安市黑河金盘水库是西安市的重要供水水源地,为了解重金属污染状况,对黑河金盘水库沉积物中重金属Cd、Zn、Cr和Pb的污染特征和潜在生态风险进行了研究。用EDTA铵盐溶液单一提取法和BCR连续提取法分别研究了黑河金盘水库沉积物中Cd、Zn、Cr和Pb的生物有效性和形态分布特征。结果表明:黑河金盘水库沉积物中Cd和Cr含量分别为1.68±0.81 mg/kg和87.05±9.33 mg/kg,高于中国水库底泥重金属含量背景值。沉积物中Cd的单项潜在生态风险系数远大于其它重金属,高达100.8,具有较强的生态危害性;而其它三种重金属只显示出轻微的生态危害性,因此Cd是黑河金盘水库沉积物中重金属的潜在生态风险的主要贡献者。沉积物中Pb主要以可还原态形式存在,Cd的赋存形态除残渣态外,主要以更易从沉积物孔隙水向上覆水体释放的水溶态、可交换态形式存在。各采样点沉积物中Zn和Cr的生物有效态含量与总量之比B/T值均小于5%,潜在环境效应微弱;而Pb的B/T值在50%~60%范围内,Cd的B/T值均大于10%,最高可达76.2%。上述数据表明沉积物中Pb和Cd的生物可利用性程度较高,具有较强的潜在环境危害性。     

广州市南沙区第四系剖面镉富集特征及生物有效性

了解土壤重金属镉的分布格局及富集规律,掌握其活性及影响因素,对保障农用地和建设用地土壤环境安全,改善土壤环境质量至关重要.测试南沙区第四系剖面重金属Cd含量,采用地质累积指数(I_geo)和潜在生态风险指数法（E_r）对污染水平进行评价,采用因子分析（FA-MLR）方法,确定镉元素全量及各形态与土壤理化性质的相关性.结果表明,土壤pH值的差异导致镉含量随深度呈现不同的变化趋势,酸性环境中深层土壤镉的迁移量及纵向迁移深度更大;第四系沉积物镉含量随深度的变化趋势呈双峰分布,镉含量分别在20～25 m和5～10 m达到峰值,该段岩心沉积物多为海相沉积物的淤泥和淤泥质黏土,阳离子交换量及有机质均较高;以黏性土为主的细粒级沉积物中镉元素I_geo和E_r明显高于以砂性土为主的粗粒级沉积物;pH变化对镉迁移转化的影响不完全体现在对镉全量的影响上,更重要的是改变了镉的有效态,从而影响了镉的生物有效性;由水溶态、离子交换态和碳酸盐态组成的不稳定镉约占总镉的37.92%～49.10%,土壤镉有较强的不稳定性.今后需要进一步研...     

重金属形态与生物毒性及生物有效性关系的研究进展

简要介绍了近年来环境化学中与生物毒性有关的重金属化学形态分析研究。同时归纳了环境因素对形态分布及生物毒性影响的研究进展,如何建立起形态和毒怀两者间的联系,即由物理化学测试给出生物毒性和生物有效性信息,是形态分析的发展方向,在形态与生物毒性上建立起飞析的水质标准,是目前研究的重点。     

Zinc and lead sequestration in an impacted wetland system

The fate and bioavailability of pollutant metals is important to the long-term health of freshwater wetland systems, particularly in areas with elevated background levels of trace metals. Precipitation of some authigenic mineral phases in wetland sediments can potentially limit metal bioavailability through sequestration in low-solubility compounds, such as metal sulfides. Zinc and Pb concentrations were analyzed in water, plant and sediment samples taken from a metal-contaminated wetland in Chicago, IL, USA in order to assess metal fate and bioavailability, while X-ray absorption spectroscopy (XAS) studies were conducted to determine zinc speciation in the wetland sediments. The results showed sequestration of metal into the pond sediments, most likely in iron precipitate phases. In surface sediments, re-release of Zn and Pb into pore waters was correlated with microbial iron reduction, while the presence of sulfide in anoxic pore waters corresponded to decreased dissolved concentrations of both elements. Analysis of extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) data confirmed that sulfide compounds dominated zinc speciation throughout the sediment. Uptake of trace metals in Phragmites plants was limited primarily to plant roots, while concentrations of both Pb and Zn in aquatic vegetation were significantly elevated, representing a potential bioaccumulation hazard.