长寿湖水库垂直剖面不同形态汞的季节变化特征及其影响因素

分别于2013年9月至2014年7月,在三峡库区长寿湖水库设置5个采样点,分季节、分层次对水样和沉积物间隙水进行了采集和分析,考察了水库水体和沉积物间隙水不同形态汞浓度及垂向分布特征,并研究了沉积物中汞向上覆水的扩散通量.结果表明,长寿湖水库水体总汞浓度平均值为(14.77±12.24)ng·L-1,总甲基汞浓度平均值为(0.41±0.47)ng·L-1.夏秋季采样点溶解态甲基汞浓度在表层下4~8 m出现峰值,随之其值降低近湖底部再次跃增.颗粒态甲基汞浓度峰值出现在表层下8~20 m而非在沉积物-水体界面处,主要与上层水体颗粒物吸附甲基汞的沉降有关.长寿湖水库垂直剖面间隙水甲基汞峰值出现在表层下16 cm和28 cm,可能硫酸盐还原细菌活动扩展到更深的区域,从而导致了沉积物深处甲基化率的提高.间隙水溶解态甲基汞在秋季和夏季向上覆水体扩散通量分别为28.2 ng·(m2·d)-1和30.0 ng·(m2·d)-1,远高于冬季3.8ng·(m2·d)-1,这与夏秋两季水温较高有关.夏季、春季水体DMe Hg浓度与DO相关关系(r=-0.482**,P0.05;r=-0.339*,P0.01),秋季和冬季不具有相关性.     

三峡库区消落带土壤淹水过程中汞的释放及甲基化特征

为探索三峡库区消落带土壤淹水期汞的环境化学行为,利用模拟试验,设置A(15℃,低溶解氧(DO))、B(30℃,低DO)、C(15℃,高DO)3组处理,在人工气候培养箱中进行消落带土壤淹水过程中汞的释放与甲基化特征研究,淹水试验共进行了40 d.结果表明,淹水初期(0—10 d)土壤汞呈释放趋势,A、B、C等3组处理水体中总汞浓度逐渐增加,而土壤中总汞含量相应降低;随淹水时间的延长(10 d),二者达到平衡.淹水后,A、B、C处理上覆水甲基汞浓度随淹水时间的延长而升高,且分别在第15天、第8天、第15天达到峰值,第30天基本达到平衡;土壤甲基汞含量随淹水时间的延长而增高,并在第30天达到平衡,平衡时土壤及上覆水甲基汞浓度规律均表现为BAC.土壤-上覆水系统温度的适当升高利于土壤汞的释放及甲基化;高溶解氧利于土壤汞的释放,低溶解氧则更利于汞的甲基化.     

三峡库区典型消落带土壤及沉积物中溶解性有机质(DOM)的紫外-可见光谱特征

溶解性有机质(DOM)是陆地生态系统的重要组成部分,在环境地球化学中扮演着重要角色.在测定三峡库区典型消落带土壤及沉积物DOM的紫外-可见光谱基础上,通过特征参数及光谱模型来获取DOM的地化特征和信息.紫外-可见光谱特征参数表明土壤DOM的芳香性、疏水组分及腐殖化程度都明显低于上层沉积物,与高程和土地利用类型无关;而所选择的4种吸收光谱模型中以模型2为最优.同时,不同模型和不同拟合波段均对DOM光谱曲线斜率(S)有影响:S值随波长增加而减小;而不同波段S值相关性存在差异,表明各波段S值仅反映DOM部分信息,而非全部.此外,特征斜率之比(SR)反映出表层沉积物所受降解程度(光漂白或生物降解)小于土壤和往年沉积物,其芳香性更高,分子量更大,参与降解的反应活性也更大;这表明DOM越新鲜,其受到的光照和生物作用相对较小,降解潜力越大.     

三峡库区消落带3种植物淹水后汞的动态变化及其对水体的影响

被淹没的植物是水库甲基汞异常升高的来源之一.为探寻淹水条件下三峡水库消落带植物中汞的动态变化特征及其对水体的影响,通过室内模拟试验,研究淹水条件下稗草、狗牙根、玉米秸秆中汞含量变化及其向水体释汞情况.结果表明,3种植物总汞含量范围为9.21~12.07 ng·g-1,甲基汞占总汞的质量分数约为1%~2%.淹水后,植物总汞含量逐渐降低,其降幅为35.81%~55.96%;而上覆水溶解态汞(DHg)浓度迅速上升,增幅为103.23%~232.15%,说明植物腐烂分解会向水体释放汞.淹水环境为植物体组织内甲基化提供了充裕条件,导致植物残体甲基汞含量升高,为初始含量的3.04~6.63倍,而上覆水溶解态甲基汞(DMe Hg)浓度也显著升高,为初始浓度的14.84~16.05倍.淹水期间,上覆水中DMe Hg与溶解氧(DO)浓度表现为极显著负相关,与可溶性有机碳(DOC)浓度存在显著正相关.而在整个淹水过程中,上覆水DHg浓度变化量为植物总汞释放量的41.74%~47.01%,且各植物残体总汞含量与上覆水DHg浓度存在极显著负相关.     

纳米TiO2对底泥中汞释放及活化的影响

为了研究纳米TiO2对底泥汞的释放及活化的影响,采用模拟淹水实验,分析纳米TiO2对底泥和上覆水中总汞和甲基汞浓度的影响,并结合底泥中各形态汞的变化情况探讨纳米TiO2对汞的迁移转化的影响.结果表明,纳米TiO2可促进底泥中汞的释放,导致更多的汞释放到水中,与对照相比,4g·kg-1纳米TiO2导致上覆水中总汞浓度最高时上升91.32%,最终土壤汞的释放量增加约10%,主要原因是纳米TiO2可促进氧化态汞的溶解,这可能会提高水体汞污染的风险.此外,在本实验条件下,短期内纳米TiO2可能降低了底泥甲基汞的形成和释放,但长期淹水后没有明显的影响.总体来看,纳米TiO2对底泥汞释放和转化的影响随浓度升高而增大.因此,随着底泥或土壤中纳米TiO2含量的升高,其对汞的地球化学循环过程的影响可能加剧.     

利用紫外-可见吸收光谱估算三峡库区消落带水体、土壤和沉积物溶解性有机质(DOM)浓度

溶解性有机质(DOM)是陆地和水生生态系统的重要物质,有色溶解性有机质(CDOM)是可用光谱测定的DOM组分.基于2012年7月采集的土壤和沉积物样品以及2012年11月采集的水体样品,通过单波长、双波长、吸收光谱斜率(S值)和三波长模型建立CDOM与DOM浓度之间的关系.结果表明,4种模型中三波长模型效果最佳,水体数据模型的决定系数为0.788,土壤数据模型的决定系数为0.933,沉积物模型的决定系数为0.856.同时,利用2013年随机采集的32个土壤样品和36个水体样品对模型精度进行检验,结果表明,土壤DOM浓度的相对均方根误差(RRMSE)和平均相对误差(MRE)分别为16.5%和16.9%,水体分别为10.32%和9.06%,相比土壤DOM而言,三波长模型对水体DOM的预测精度更高.     

三峡库区长寿湖水体不同形态汞的空间分布特征

以三峡库区长寿湖为调查对象,采用网格法均匀设点采样分析,并基于Arc GIS地统计模块,研究了长寿湖水体不同形态汞浓度及其空间分布特征.结果表明,长寿湖表层水总汞浓度变化范围为0.50~3.78 ng·L-1,平均值为1.51 ng·L-1;总甲基汞浓度变化范围为0.10~0.75 ng·L-1,平均值为0.23 ng·L-1.表层水体各形态汞的块金效应值分别为总汞50.65%、溶解态汞49.80%、颗粒态汞29.94%和活性汞26.95%,具有中等程度空间自相关性,表明在空间分布上一方面受水体内在属性的影响,另一方面也与渔业养殖、工业活动、农业耕种等人为外源输入干扰因素有关.表层水体溶解态甲基汞块金效应值3.49%,小于25%,表现很强的空间自相关性,其分布主要受到水体内在环境因素等的控制.各采样点水体总甲基汞占总汞的比例均较高,均达到淡水湖泊和河流中总甲基汞占总汞的质量分数上限值30%,暗示长寿湖水体内在环境条件利于汞的甲基化.     

三峡库区消落带土壤中硫酸盐还原菌对汞甲基化作用的影响

为探究三峡水库这一特殊的周期性干湿交替环境中,硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)是否在汞的生物甲基化过程中起主导作用,本文以库区消落带原土为研究对象,以灭菌土+接种硫酸盐还原菌Desulfovibrio africanus(D.africanus,DSM-2603)为对照(试验A),在每公斤土壤分别添加0、1、5 mg汞浓度条件下,模拟研究原土(试验B)中总汞(THg)和甲基汞(MeHg)含量的动态变化、总硫酸盐还原菌(SRB)数量变化,以及影响土壤中甲基汞含量的环境因子分析.结果表明,淹水状况有利于THg从土壤中释放,且Hg含量越高,释放越快;菌株D.africanus对汞具生态适应性,其菌数与MeHg含量显著正相关:在5 mg·kg~(-1)Hg条件下,D.africanus菌数可达3.65×10~4cfu·g~(-1),MeHg含量也高达7.60×10~4ng·kg~(-1).值得注意的是,试验B处理中,一方面消落区原土中SRB菌数较少,平均仅193 cfu·g~(-1);另一方面,土壤MeHg含量较低:在5mg·kg~(-1)Hg条件下,MeHg含量仅为5.54×10~3ng·kg~(-1),且总SRB菌数与MeHg含量无显著相关性.由此可以推测,在三峡水库消落区这种非严格厌氧土壤环境中,SRB并非优势菌群,其中还存在着其它对生物汞甲基化起主导作用的好氧或兼性厌氧微生物种群.     

三峡库区稻田土壤重金属污染特征及风险评价

以三峡库区(重庆段)12个区县稻田土壤为研究对象,分析了土壤Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn和Ni含量,采用不同方法评估稻田土壤重金属的污染程度、潜在生态风险和人体健康风险.结果表明,三峡库区稻田土壤8种重金属除Cr外,其它7种重金属平均值均超过三峡库区土壤背景值,且分别有12.32%、 4.35%和2.54%的土壤样品Cd、 Cu和Ni含量超过相关标准的筛选值.8种重金属变异系数为29.08%～56.43%,属于中等及以上强度变异水平,受人为活动影响较大.8种重金属在土壤中均存在污染现象,且有16.30%、 6.52%和2.90%的土壤Cd、 Hg和Pb存在重度污染.同时,土壤Cd和Hg的潜在生态风险较高,整体为中度危害.12个区县中,巫溪县和巫山县污染程度较高,内梅罗综合污染评价为中等污染水平,且综合潜在生态风险也达到中度生态危害水平.健康风险评价结果表明,手口摄入是人体非致癌风险和致癌风险的主要暴露途径.土壤重金属对成人没有非致癌风险(HI<1),但有12.68%的点位对儿童具有非致癌风险(HI>1).土壤重金属对儿童具有致癌风险(TCR=5.75...     

纳米TiO2对土壤重金属释放及形态变化的影响

通过室外模拟淹水实验研究纳米Ti O_2对土壤重金属迁移转化的影响,分析了两种纳米Ti O_2对三峡水库典型消落区土壤中Cr、Zn、Pb、Cu和Cd释放和形态变化的影响.结果表明,淹水两个月后,添加4 g·kg~(-1)金红石和锐钛矿颗粒处理均导致约30%的Cr释放到水中,主要促进可氧化态和残渣态Cr的溶出,从而促进土壤Cr的活化,大大提高其生态风险;另外,添加4 g·kg~(-1)金红石颗粒处理导致酸可交换态和可氧化态Pb含量分别下降25.92%和33.09%,增强其迁移性;但添加锐钛矿颗粒处理促进土壤中可氧化态Zn的生成,含量提高约30%,有利于Zn的固定;此外,两种纳米Ti O_2颗粒对Cu和Cd的形态均没有明显的影响.因此,纳米Ti O_2对土壤中Cr释放和形态变化影响最大,其次是Pb和Zn,在进行重金属污染土壤的修复及其风险评估时需要特别注意.