松花江腐殖酸的提取、表征及与重金属的络合作用

本文提得了第二松花江水及底泥中的黄腐酸(FA)和棕腐酸(HA),测定了总酸性基、羧基、醌基等官能团并进行了元素分析,研究了红外、紫外及荧光光谱,与一般水体腐殖酸的特征相同。 选用凝胶过滤法研究了腐殖酸与汞、镉、锌的络合作用,测定了水及底泥的FA和HA对Zn、Cd、Hg的络合容量,其趋势为Hg>Cd>Zn,计算了条件稳定常数,logA值显示出汞与腐殖酸的稳定性高于汞与水体中除S~(2-)及SH-外的其它配位络合物,合成了腐殖酸汞固体络合物,用红外光谱确定其络合作用,测定了腐殖酸汞在水中的溶解度。     

沉水植物对沉积物及土壤垂向各形态无机磷的影响

该研究利用相同区域湖泊沉积物及土壤在室内模拟条件下培养黑藻,运用化学连续浸提法分离不同层次底质中各形态无机磷,并通过对水体中磷质量浓度和Eh值的测定,分析不同层次底质中各形态无机磷质量分数和间隙水中磷质量浓度的变化,揭示在沉水植物作用下淹水土壤和沉积物中不同层次各形态无机磷的迁移转化规律.结果表明,本试验条件下,黑藻主要影响上层和下层(根系所在层)底质中各形态无机磷的迁移转化;黑藻主要吸收利用弱吸附态磷和可还原态磷,并通过改变底质氧化还原环境影响可还原态磷和铁铝氧化态磷的迁移转化;黑藻的生长促进钙结合态磷的释放,但是黑藻的腐烂促进钙结合态磷的沉积;土壤中各形态无机磷比营养水平相当的沉积物中的磷容易迁移转化,黑藻对沉积物中各形态无机磷迁移转化的影响大于土壤.     

腐殖酸与Cd~(2+)的结合特性及其影响因素

利用纳米粒度及Zeta电位仪、离子选择电极法等,研究腐殖酸与Cd~(2+)结合的荷电特性、聚集特性和结合能力,探讨pH值、离子强度和温度对腐殖酸与Cd~(2+)结合的影响规律及机制.结果表明,pH值从5.0升高到6.0时,腐殖酸与Cd~(2+)结合的Zeta电位绝对值增大,其结合的条件稳定常数和表观结合容量增大.离子强度从0.01 mol·L~(-1)增大到0.1 mol·L~(-1)时,腐殖酸与Cd~(2+)作用后Zeta电位绝对值减小而聚集性增大,导致其结合的表观结合容量减小.温度从20℃升到50℃时,腐殖酸与Cd~(2+)结合稳定性减弱,其结合的条件稳定常数减小,而表观结合容量增大.在pH为6.0、离子强度为0.01 mol·L~(-1)、温度为20℃条件下,商品腐殖酸和天然腐殖酸与Cd~(2+)结合的条件稳定常数(lg K)分别为6.34和6.31,表观结合容量分别为1.15 mmol·g~(-1)和0.94 mmol·g~(-1).     

水体沉积物结合态镉对大型溞（Daphnia magna）的生物毒性研究

选择大型溞(Daphnia magna)作为受试生物,以大型溞体内金属积累量、金属硫蛋白含量和死亡率作为测试指标,考察了上覆水体系与水柱-沉积物共存体系中金属镉(Cd)的毒性状况,探讨了水体沉积物中重金属的生物毒性作用机制.结果表明:暴露于水柱-沉积物共存体系和上覆水体系中的大型溞体内的生物积累量均随沉积物Cd含量的升高而升高,且前者显著高于后者,说明沉积物中的Cd可通过食物吸收等途径对生物体致毒、致害;暴露于两种体系中的大型溞体内的MT含量在低浓度条件下随沉积物中Cd含量的升高而升高,当Cd含量高于800μg·g-1时MT含量大幅度下降,并且两体系之间无显著差别;暴露于两种体系中的大型溞幼溞死亡率无显著差别.上覆水中溶解态Cd和沉积物中可交换态Cd是对水生生物重要的毒性影响形态.     

不同pH下低分子量有机酸对黄壤中铝活化的影响

用一次平衡的方法研究了不同pH下低分子量有机酸对黄壤中铝活化的影响.结果表明,低分子量有机酸体系可以通过质子和有机酸阴离子两个因素促进黄壤中铝的活化.当pH>4.3时,有机酸通过络合作用促进铝溶解的大小顺序为:柠檬酸>草酸>水杨酸>乳酸,与有机酸和铝形成络合物的稳定常数大小一致.有机酸阴离子可以通过自身的吸附增加土壤交换态铝的量,但质子作用对黄壤交换态铝的活化比有机酸阴离子的吸附起着更为重要的作用,随pH值的降低这种趋势更加明显.有机酸对交换态铝的活化作用随pH值的降低而增加.低分子量有机酸活化的铝主要分布在土壤表面的交换位上,但在柠檬酸和草酸体系中,当pH值分别大于4.40和4.55时,活化铝主要分布在土壤溶液中.     

海洋沉积物—水界面营养盐交换过程的研究

对胶州湾和渤海沉积物分别进行室内培养实验。结果表明,在沉积物中加入营养盐后,铵氮、硅酸盐由沉积物向水体的迁移增大,铵氮的迁移在总量溶解态氮的交换中起主要作用,其交换量约占总溶解态氮扩散量的76％,硝酸盐及磷酸盐由水体向沉积物的迁移减弱,在上覆水中加入营养盐后,硝酸盐、磷酸盐由水体向沉积物的迁移减弱,在上覆水中加入营养盐后,硝酸盐、磷酸盐由水体向沉积物的迁移增大,硝酸氮的迁移占总溶解态氮交换的主要部分,约为62％,铵由沉积物向水体的迁移减弱,硅酸盐变成由水体向沉积物迁移,沉积物对于上覆水中营养盐的浓度具有一定的调节作用,无论在充空气或氮气条件下,磷及硅的交换速率变化不明显,铵氮的迁移占总溶解态氮扩散量的98％以上,充氧条件下硝酸盐由沉积物向上覆水的迁移通量较充氮气条件增加,比较两种不同的通量计算方法（积分和拟合）,结果表明由两种计算方法计算的交换率的变化趋势基本一致的。     

海洋沉积物-水界面营养盐交换过程的研究1

对胶州湾和渤海沉积物分别进行室内培养实验.结果表明,在沉积物中加入营养盐后,铵氮、硅酸盐由沉积物向水体的迁移增大,铵氮的迁移在总溶解态氮的交换中起主要作用,其交换量约占总溶解态氮扩散量的76%,硝酸盐及磷酸盐由水体向沉积物的迁移减弱.在上覆水中加入营养盐后,硝酸盐、磷酸盐由水体向沉积物的迁移增大,硝酸氮的迁移占总溶解态氮交换的主要部分,约为62%.铵由沉积物向水体的迁移减弱,硅酸盐变成由水体向沉积物迁移.沉积物对于上覆水中营养盐的浓度具有一定的调节作用.无论在充空气或充氮气条件下,磷及硅的交换速率变化不明显,铵氮的迁移占总溶解态氮扩散量的98%以上.充氧条件下硝酸盐由沉积物向上覆水的迁移通量较充氮气条件增加.比较两种不同的通量计算方法(积分和拟合),结果表明由两种计算方法计算的交换速率的变化趋势基本是一致的.     

提取剂pH对沉积物释放金属的影响

本文研究了不同提取剂pH变化对从沉积物中释放金属浓度的影响.结果表明:沉积物中所释放的金属浓度随提取剂pH增加而减少,当pH为1.0时,相同的提取条件下,各种提取剂提取所获得的金属浓度相近.同时也研究了在所选择的提取液中沉积物对金属离子的吸附作用,发现沉积物对所加金属离子有明显的吸附作用.结果强烈地支持在实际对沉积物样品提取过程中存在着再吸附作用和提取剂的pH将对从沉积物中释放金属浓度起重要控制作用. 拟定了沉积物中三步连续提取的方法,即把沉积物金属结合态分为无机态(酸可提取态)、有机(包括硫化物)态和残渣态,并与Tessier的连续提取法进行比较.发现在非残渣态中二种方法的金属释放量类似,但三步连续提取法具有简单,快速和低消耗等优点.     

氧化还原环境变化对河口沉积物硅影响的模拟

氧化还原环境变化是水生态系统中普遍存在的环境现象,并可能对营养盐迁移转化产生显著影响.本文通过模拟分析好氧/缺氧状态下,典型河口沉积物硅释放及其赋存形态的差异,揭示了氧化还原环境变化对河口沉积物活性硅迁移转化的影响.研究结果表明,厌氧环境下,上覆水中溶解态硅的含量持续上升,在第30天可达4.23 mg·L-1;而好氧环境下上覆水中溶解态硅的含量维持在2.30 mg·L-1左右.其原因可能是厌氧环境下,表层沉积物中Fe/Mn氧化物发生生物还原,氧化层被逐渐破坏,促进溶解态硅的释放.另外,在短期培养过程当中,对于生物硅含量较低且其早期成岩改变程度较高的长江口沉积物而言,厌氧环境并不能有效促进沉积物生物硅的溶解.     

腐殖酸—镉络合物的稳定常数

用离子交换平衡法测定12种不同来源的腐殖酸与镉的络合物的稳定常数,logK值在4.9—7.8之间;配位数在1.2—1.7之间,腐殖酸—镉络合物的稳定常数与腐殖酸的芳构化程度、分子大小和分子的总酸性功能团、未解离的羧基和酚羟基数有关;未解离的羧基和酚羟基可能是其主要络合位,这些结果表明,不仅土壤有机质的含量会影响土壤中镉的形态和含量,而且有机质的性质不同也有不同的影响,就减轻污染土壤中重金属元素对作物的危害而言,施用泥炭等芳构化程度较高的有机物质,可较芳构化程度低的更为有效。     

闽江水体镉的络合容量和配合物易变性常数

以双硫腙为萃取剂建立了天然水中镉的络合容量(CdCC)及相应配合物易变性常数(κobsd)的测定方法.用乙二胺四乙酸、N-(2-羟乙基)乙二胺-N,N',N'-三乙酸、氨三乙酸以及腐殖酸模拟天然水中的有机配体,验证了方法的可行性.将此方法应用于闽江流域不同河段水样的分析,测得CdCC为7.23-7.85μmol·1-1,κobsd在2.5×10-2-2.8×10-2s-1之间,与腐殖酸模型溶液相近.CdCC与水体中可溶性有机碳以及硫的含量有一定的相关性,人类活动和生态环境影响天然水体中有机物的种类和含量及相应的CdCC.     

用荧光光谱研究腐殖酸与金属离子Al^3＋的配合作用

用同步荧光法对两种来源不同的腐殖酸与金属离子Ａｌ＾３＋的配合作用进行了研究,采用非线性回归分析,用荧光强度变化数据,拟合出金属配合物（１：１）的条件稳定常数Ｋ,在配合滴定进行的同时,探讨了溶液在５００ｎｍ处的瑞利散射现象。     

草炭溶解态有机物质与Cu2+、Cd2+络合稳定性的研究

研究了由草炭提取的胡敏酸(HA)、富里酸(FA)、水溶解态有机物质(WSOM)的基团特征,分子量分布及其与Cu2+、Cd2+两种金属离子之间的络合稳定性。对HA、FA及WSOM的红外光谱研究显示三者的官能团组成相似,只是含量略有不同。固态13C-NMR对HA、FA及WSOM结构特征的描述以及水相凝胶色谱法对三种有机质样品的分子量及分子量分布的测定结果显示HA分子最大且含有大量的长链烷烃,而FA分子小得多,结构以碳水化合物及多糖为主,WSOM的分子量略低于FA,结构与FA相近。离子交换平衡法对三种有机质样品与Cu2+、Cd2+的络合配位数和稳定常数的测定结果显示两种介质条件下络合配位数(x)、络合稳定常数(logk)的次序均为:Cu2+>Cd2+;同一介质条件下,对不同有机质而言均满足:M-HA>M-FA>M-WSOM。     

生物炭对重金属污染沉积物的修复效果

采用1%、2%和5%的生物炭钝化污染沉积物中的重金属,并研究生物炭修复对水体的生态影响.结果表明,生物炭添加后水体的p H值显著增大,上覆水和间隙水中溶解态Cu、Zn和Cd浓度均显著降低.1%(W/W)生物炭添加量使上覆水中溶解态Cu比对照降低了82.4%;在不同添加量下间隙水溶解态Zn降低幅度为11.7%—62.8%.通过BCR重金属形态分级发现沉积物中酸溶态重金属均有向残渣态转化的趋势.在5%生物炭添加量时,酸溶态Cu降低了73.08 mg·kg-1,降低幅度达到32.1%,而可氧化态Pb增加幅度达到67.8%.通过生物可利用实验(PBET)发现,当生物炭添加量为5%时,生物可利用性Cu降低9.8%,Zn、Pb和Cd的生物可利用性也有不同程度降低.生物炭添加到沉积物后,用于植物毒性试验的家独行菜(Lepidium sativum)茎长呈现19.5%—25.7%的增加,根长也随之增加,说明生物炭降低了沉积物重金属的植物毒性.     

径流雨水中不同分子量溶解性有机物分布及其与Cu~(2+)相互作用

为了解径流雨水中溶解性有机物的分子量分布及其与重金属离子的相互作用,采集北京南三环一处典型住宅区的径流雨水样品,采用超滤技术对样品中的DOM进行分子量分级,并采用紫外-可见吸收光谱与三维荧光光谱对不同分子量区间的DOM进行表征.选取径流雨水中含量较高的Cu~(2+)作为重金属离子代表,与不同分子量区间的DOM进行滴定实验,运用荧光猝灭模型拟合与Cu~(2+)络合物的条件稳定常数(KM)及结合容量(CL).实验结果表明,小于1 k Da的有机物所占比例最高,其DOC占雨水样品DOC含量的41%;各分子量DOM的化学组成无明显区别,主要为紫外类腐殖质;分子量为1—3 k Da的DOM其芳香性有机碳或含共轭不饱和双键有机物所占比例相对较高,而3—5 k Da的DOM分子其芳环上一些含氧官能团(如羰基、羟基、羧基、酯类)的取代程度较高;此外,比较不同分子量区间DOM的与Cu~(2+)络合物的条件稳定常数及结合容量,可知1—3 k Da区间的有机物条件稳定常数值最大,3—5 k Da的DOM组分拥有更大的结合容量.实验结果表明,低分子量的有机物(5 k Da)是径流雨水中DOM的主要组成部分,其更易于与Cu~(2+)结合.     

红枫湖生物地球化学过程中Zn的赋存形态及季节性变化特征

通过对贵阳市红枫湖中溶解态锌、颗粒态锌及颗粒态锌中不同结合形态的研究,探讨了红枫湖生物地球化学过程中锌的主要赋存形态与季节性变化规律.结果发现,红枫湖总锌的质量浓度为0.72μg·L-1～13.04 μg·L-1,污染较轻.红枫湖南湖总锌全年均高于北湖,主要是位于南部的羊吕河输入所致.红枫湖水体中锌的主要赋存形式是溶解态锌(占总锌的70%);颗粒态中AEC(吸附态-可交换态-碳酸盐结合态)结合态锌是最主要的赋存形式(占颗粒态锌的72%).溶解态锌含量夏季低而冬季高,_主要是因为复季生物吸收与吸附、以及冬季沉积物孔隙水向上覆水体的释放.颗粒物中有机结合态锌的变化主要受湖泊藻类繁殖的影响.     

羟基磷灰石对沉积物中重金属释放特性的影响

以羟基磷灰石掺杂前后模拟重金属污染沉积物为研究对象,利用混匀释放实验及化学连续萃取法分析沉积物中重金属的释放特征及形态分布特性,考察了羟基磷灰石对重会属污染沉积物中Cu、zn、Pb、Cd稳定性的影响.结果表明不同来源模拟污染沉积物中松花江沉积物中的重金属最易重新释放,而伊通河沉积物中的重金属释放量最小;同时伊通河沉积物中残渣态重金属的比例较其它沉积物高很多,而可交换态和碳酸盐结合态的重金属比例较其它沉积物低很多,说明同时进入沉积物中的重金属,伊通河沉积物中的重金属相对稳定一些.羟基磷灰石的掺杂不同程度降低了沉积物中重金属的释放能力,促使沉积物中的重金属由较不稳定结合态向较稳定结合态转化,减小了沉积物中重金属的生物可利用性,增强了重金属的稳定性.     

不同分子量的腐殖酸存在下2种无机砷的生物毒性效应研究

水环境中天然有机质会与砷形成络合物,进而影响砷的迁移、转化和生物毒性。研究利用超滤方法将腐殖酸(humic acid, HA)分为5个不同分子量的组分,以大型溞为受试生物,探究了不同分子量HA存在下砷对大型溞的毒性效应。结果表明,不同分子量的HA均缓解了As(Ⅲ)和As(Ⅴ)对大型溞的氧化应激损伤和细胞膜损伤,并降低了砷对MT的诱导量。其中1～30 k Da的HA对砷的缓解效果最好,1 k Da的HA毒性缓解效果最差,可能的原因是HA与砷的络合增加溶液中络合态砷的含量,而络合态砷难以进入细胞并被生物利用。不同分子量的HA对砷毒性的缓解差异与其跟砷的络合比例不同有关。     

沉积物不同天然有机组分对氨氮吸附特征的影响

为估算沉积物不同天然有机组分吸附态氨氮携载量．采用平衡吸附法研究西辽河沉积物不同天然有机组分对氨氮吸附特征的影响。结果表明,去除有机质后的沉积物对氨氮的吸附能力大大降低,其碳标化饱和吸附量（Гmoc）和吸附分配系数（Koc）分别为重组的55．30％和69．49％,说明有机质是影响氨氮在沉积物上吸附特征的主要因素。氨氮在轻组有机组分上的吸附以分配作用为主（Koc=85．57）;稳结态和紧结态腐殖质是形成沉积物疏松多孔团聚体结构的重要胶结物质,氨氮在重组有机组分上的吸附除分配作用外,还存在孔隙填充方式的吸附;重组有机组分中的紧结态腐殖质（胡敏素）对氨氮吸附起关键作用（Гmoc,=5857．78mg·kg-1）。轻组有机质、稳结态腐殖质和紧结态腐殖质携载的吸附态氨氮可分别按重组（Гmoc=3477．81mg·kg-1）的0．32、1．21和1．68倍估算。关键词：沉积物;天然有机组分;氨氮;吸附;碳标化吸附分配系数;碳标化饱和吸附量     

典型泥炭源酚铁络合物的藻类可利用性——以铜绿微囊藻为例

铁是影响水生态系统初级生产力的关键微量元素.泥炭沼泽普遍含有丰富的溶解有机质,其中酚酸类物质具有稳定的芳香环结构,与铁有较强的络合能力,提高了陆源溶解性铁向水生态系统的有效输出.泥炭沼泽源酚铁配合物的生物可利用性对藻类生长及铁的生物地球化学循环有重要影响.本文通过一系列培养试验,研究了泥炭源典型酚铁络合物的藻类可利用性及其影响因素.结果表明,4种酚酸对藻类生长的影响均呈现“低促高抑”的规律,从藻类生物量和叶绿素含量来看,抑藻效果从高到低:水杨酸>对羟基苯甲酸>对香豆酸>咖啡酸.当水杨酸浓度达到20 mg·L^-1时,对藻类的光合作用抑制最强.对照试验表明,水杨酸络合态铁更难被藻类利用,这与其络合物稳定性较高有关.利用不同分子量段泥炭源DOM-Fe的培养试验显示,对藻类生长的促进作用从高到低依次为:>3KD,1—3 KD,<1KD.低分子量DOM （<1KD）络合态铁,由于其在培养体系中更加稳定,相对不易被藻类利用.