ICP-OES研究罗布泊“大耳朵”湖相沉积物常量元素地球化学特征及环境意义

光谱分析技术应用于地球化学元素分析研究,为湖泊沉积物反演环境变化提供了更多的环境信息。以罗布泊“大耳朵”区域L07-10剖面沉积物为研究对象,利用ICP-OES对常量地球化学元素进行了测定分析,结合AMS进行14C年代学测定,初步探讨了该地区16.34 ka BP以来的气候环境变化。结果表明：常量元素地球化学特征可以灵敏的指示环境变化,元素环境代用指标很好的反映了该地区的气候变化过程。总体来看, 常量元素分布特征指示16.34 ka BP以来,罗布泊区域气候经历了暖湿-暖干-凉湿-暖干的变化,在8.09～6.34 ka BP期间发生了一次较明显的短期升温阶段,这一时期气候温暖干燥,降水减少,与全球及区域气候变化相关记录相吻合。近2 000 a以来气候总体温暖,降水量减少,源区水热条件变差,水运的搬运能力降低。     

人工湿地沉积物中磷的赋存形态研究

为更好了解湿地沉积物磷循环过程,采用分级提取方法和31P-NMR技术,开展黑土洼人工湿地沉积物中磷的种类组成和赋存形态研究。结果表明,沿湿地工艺流程,磷在湿地沉积物中存在一个逐渐累积的过程,沉积物中总磷、有机磷、无机磷及有机质含量均呈现上升趋势。沉积物中的磷主要以正磷酸盐、磷酸单酯、DNA、焦磷酸盐等四种形态存在,且以正磷酸盐与磷酸单酯占主导地位,但DNA-P和焦磷酸盐在湿地磷循环中的作用不容忽视,有机磷在湿地磷循环及沉积物磷“源-汇”转化中占有重要意义。相对而言,31P-NMR技术具有样品前处理相对简单、组分分析完全等优点,该技术的推广应用,将有助于弥补以往湿地磷生物地球化学循环研究中知识缺位。     

HR-ICP-MS研究丰水期黄河甘宁蒙段表层沉积物中重金属的形态分析与污染评价

为连续、系统地研究不同年份丰水期黄河甘宁蒙段表层沉积物中重金属的含量、污染状况和潜在生态风险,在前期工作的基础上,采用三级四步提取法(BCR)和高分辨电感耦合等离子体质谱(HR-ICP-MS)对2012年丰水期黄河甘宁蒙段包头浮桥(S2)、石嘴山陶乐镇(S6)和乌金峡(S9)等10个采样点水体表层沉积物中Cd,Pb,Cr,Ni,Cu,V,Co,Zn和Mn九种重金属元素进行含量测定和形态分析,并对重金属元素的污染作出评价。结果表明：各重金属元素在每个采样点分布趋势相同,平均含量顺序依次为：Mn＞V＞Zn＞Cr＞Cu＞Ni＞Pb＞Co＞Cd;表层沉积物中重金属主要以残渣态形式存在,表明重金属的生物有效性低,对环境影响较小;地积累指数法 (I_geo) 的评价结果显示Cd元素的I_geo值最高,对环境污染程度较高,其余元素对环境影响较小,其中Mn元素影响最小;富集因子法(EF)评价结果表明,Cd和Cu元素在某些采样点表现为显著富集,尤其是Cd在S5点处EF值高达4.69,表明该点处Cd受人类活动影响较为明显,其余元素均为非富集元素,这与I_geo评价结果吻合;潜在生态风险指数法(RI)表明,黄河甘宁蒙段S1,S2和S5点的RI值在150~300之间,为中等危害范畴,其余各采样点RI值均小于150,为轻微危害。研究结果为相关部门提供可信的实验数据和理论依据,也为建立该河段泥沙-污染物输移数学模型和系统研究持久性有毒污染物迁移转化规律及环境评价提供技术支撑。     

利用荷花与睡莲对沉积物中重金属的修复研究

选取水景植物荷花、睡莲对黑臭河道沉积物中重金属进行修复,用ICP-AES全谱直读电感耦合等离子发射光谱法测定沉积物、植物中重金属镉、铬、铜、镍、铅的总量与形态的量,重金属在植物中分布。结果表明：荷花对沉积物中重金属平均去除率为20.42%,睡莲为18.23%;睡莲、荷花种植后沉积物重金属形态的量呈减小趋势,经植物修复后沉积物中铬、铅、镍的主要形态为残渣态,镉、铜的主要形态为弱酸溶解态。铜、镍在睡莲中的分布特征为茎<叶<根,镉和铅为叶<茎<根,铬为茎<根<叶。铬、镍在荷花中分布为根<叶<茎, 铜为叶<根<茎,镉、铅主要积累在荷花的叶部组织。     

HR-ICP-MS研究黄河三个连续区域段表层沉积物中重金属污染的空间分布和季节变化

采用高分辨电感耦合等离子体质谱(HR-ICP-MS) 和地积累指数法(I_geo) 对黄河甘肃、宁夏和内蒙古自治区连续三段表层沉积物中重金属(Cr,Pb,Cd,Cu,Zn 和 Ni)的空间分布和季节性波动(丰水期、枯水期和平水期) 以及污染状况进行系统研究分析,研究结果表明：内蒙古段三个季节中沉积物重金属含量都高于甘肃和宁夏段,同时,除Cd外,丰水期所有点的沉积物重金属含量都高于枯水期和平水期,而枯水期和平水期的重金属含量相近。I_geo结果显示丰、枯水期的Cd,Cu和Cr元素的I_geo值在内蒙古段最高,而在甘肃段最低;所有重金属的I_geo值在丰水期高于枯水期,除Cd外,都在平水期降低,而ICd_geo在平水期各采样点明显上升;丰水期的甘肃段、枯水期的甘肃和宁夏段以及平水期的所有采样点中的Pb,Zn和Ni的I_geo值都小于0,表明这些元素在这些点几乎无污染。就研究区域而言,内蒙古段的重金属含量以及生态风险最高,Cr,Cd和Cu是最具有潜在风险的三个元素;就研究季节而言,丰水期的重金属含量和潜在风险高于枯水期和平水期,可能是跟丰水期沉积物的pH和总有机碳(TOC)含量较高有关。相关性分析(CCA)用来探究重金属与pH/TOC间的关系以及重金属的潜在来源。CCA的结果表明Pb,Cu,Zn和Ni互相相关,并且这四种元素容易受到周围环境pH和TOC的影响,除此之外,Cr,Cd以及TOC 三者相关,且这两种元素受到人类活动影响较严重。该研究工作可为研究区域表层沉积物重金属在不同季节的环境行为提供有效的信息,同时,研究重金属、pH和TOC之间的相关性可有效揭示重金属的潜在来源。     

ICP-MS研究太湖过滤水和表层沉积物中重金属的含量水平及污染评价

采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对太湖22个采样点过滤水和18个采样点表层沉积物中镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)和锌(Zn)六种重金属元素含量进行测定。同时,采用单因子指数法(I_i)、内梅罗综合指数法(I)、地质累积指数法(I_geo)、潜在生态风险指数法(RI)和平均可能影响浓度商法(mPEC-Q)分别对过滤水和表层沉积物进行了污染评价。结果表明, 除S₃,S₄,S₂₀,S₂₂采样点外过滤水中Cu,Ni和Zn元素含量最高。其重金属平均含量水平大小排序为：Zn>Ni>Cu>Cr>Cd>Pb。研究区域的I_i和I值均小于1, 表明所有采样点五种重金属元素(Ni无标准限值)均处于清洁状态。而在表层沉积物中六种元素含量均超过当地背景值, 其平均含量大小排序为：Zn>Cr>Pb>Ni>Cu>Cd, 其中S₁₂采样点(渔民生态园)六种元素含量最高,且它们具有最大的I_geo,RI(327)和mPEC-Q(0.605),表明沉积物存在不同程度的污染。源分析的结果表明, 六种重金属具有较大的相关性,且Cd,Cu,Pb和Zn受电镀、冶炼工业生产及农业活动中化肥使用的影响较大。研究结果对追溯太湖重金属来源、迁移规律、生物效应和综合治理提供可信的实验依据。     

电感耦合等离子体质谱法研究乌梁素海上覆水-沉积物-植物-鱼体系中重金属的分布和评价

重金属污染已经成为全球性问题,由于其毒性、持久性和在食物链中的生物富集特点,对水生环境构成严重威胁。本研究选取乌梁素海为研究区域,采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定、分析了该湖泊中上覆水、沉积物、龙须眼子菜、芦苇和四种鱼类样品中重金属的含量,以探究其空间分布、富集特征、风险评估和可能的来源。结果表明：(1) Cr,Ni,Cu,Mn,Pb和Zn的平均含量大小顺序为：沉积物>龙须眼子菜（沉水植物）>芦苇（挺水植物）>鱼类>上覆水;但是上覆水中As的浓度高于芦苇和鱼类。芦苇中Cd的含量几乎是普通植物的50倍,且鱼类中Cd的含量是中国允许标准阈值的3.3倍。因此,推测Cd可能通过食物链生物累积对鱼类和人类的健康造成潜在危害。(2) 在沉积物中,As和Cd属于中度严重的富集程度。龙须眼子菜具有较高的生物富集因子(BCF)和较低的生物-沉积物积累因子(BASF),表明该物种更有可能从上覆水中积累重金属,并可以作为超积累植物去除乌梁素海的重金属。(3) 沉积物中的Er_i和R_I值表明,Cd具有相当高的生态风险,可能对周围环境产生高风险。由于湖泊的入口、出口处及西北部重金属污染程度较高,因此应被当作金属污染监测和管理的优先区域。(4) 重金属源解析结果表明,Zn和Cd是来自采矿和工业废水,而As与农业的面源污染有关。本研究结果可为改善水环境质量、减少重金属污染对乌梁素海和黄河水质管理带来的风险提供重要信息。     

钼锑抗分光光度法对黄河表层沉积物中磷的形态分布及其吸附-解吸特征研究

采用标准测试程序(SMT)和钼锑抗分光光度法对黄河流域甘宁蒙段表层沉积物进行磷形态的提取和含量测定,同时模拟沉积物对磷吸附-解吸特性进行了探索。结果表明：对照不同的评价标准,12个采样点中总磷(TP)含量均处于不同程度的污染水平,特别是S12采样点磷具有较高的释放风险。TP、无机磷(IP)和钙结合态磷(HCl-P)之间及有机磷(OP)和铁/铝结合态磷(NaOH-P)之间分别呈现出较好的正相关性。沉积物的组成和理化性质对磷的赋存形态产生影响,OP和NaOH-P可能与As,Ni,Co和Pb有相同的污染源。表层沉积物对磷的吸附-解吸过程均符合伪二级动力学方程,主要受化学作用的控制,而磷的等温吸附符合Langmuir方程,且升高温度有利于磷的吸附。水相中离子浓度(KCl)小于0.02 mol·L-1时,吸附作用占优势,反之,解吸作用占优势。水土比的增大会提高沉积物对磷的吸附量。另外,磷的解吸量会随着温度的升高和扰动强度的增加而增大。揭示了黄河甘宁蒙段表层沉积物中磷的形态分布及其吸附–解吸特征,为黄河甘宁蒙段水环境治理和磷负荷调控提供依据。