崇明東灘濕地元素砷的時(shí)空分布特征及其影響因素初探.pdf

1、已知自然環(huán)境中砷的含量過高將對(duì)人體和生物產(chǎn)生不良的影響，因此有必要研究自然環(huán)境中砷的時(shí)空分布特征及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，從而更好的了解自然界中元素砷的來源及遷移過程，以便更有針對(duì)性的開展防范與治理工作。
　　 潮灘受周期性潮水的淹沒，處在氧化-還原交替變化的環(huán)境下，生物地球化學(xué)過程活躍，水體與沉積物之間的物質(zhì)交換十分強(qiáng)烈，這對(duì)于研究自然環(huán)境中砷的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律是一個(gè)理想的場所。本論文選取崇明東灘自然保護(hù)區(qū)作為典型區(qū)域，以沉積物、潮溝水、孔

2、隙水和三種典型潮灘植被(蘆葦、互花米草、海三棱藨草)為主要研究對(duì)象，利用物理化學(xué)等分析手段，揭示崇明東灘沉積物和潮灘水體中總砷的時(shí)空分布特征；三種典型潮灘植被對(duì)砷的富集規(guī)律以及不同植被對(duì)砷的遷移轉(zhuǎn)化影響的差異。運(yùn)用分步提取方法，研究潮灘沉積物中不同形態(tài)砷含量的變化，探討不同形態(tài)砷在互花米草和海三棱藨草植被下的垂向變化規(guī)律。研究孔隙水中砷的垂向累積特征并初步探討pH、Eh、鹽度、粒度、有機(jī)質(zhì)、硫化物、鐵鋁錳氧化物和氫氧化物對(duì)潮灘砷遷移轉(zhuǎn)化

3、的影響。
　　 通過此次研究，得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：
　　 1．崇明東灘表層沉積物總砷含量符合國家自然保護(hù)區(qū)要求，基本不存在污染現(xiàn)象。同世界上其它地區(qū)沉積物中砷含量相比，崇明東灘表層沉積物總砷含量處于較低水平。同一采樣點(diǎn)的砷含量存在明顯的四季差異，除東線中潮灘外，其余各點(diǎn)均呈現(xiàn)出春、冬＞夏、秋的含量分布特征。兩種典型植被下沉積物中的總砷在表層(0～5cm)含量較高，不同的植被下沉積物中總砷含量的變化范圍相當(dāng)，但變化趨勢存在較

4、大差異。總砷的變化趨勢與＜16μm粒度組分有很好的一致性。
　　 2．潮溝水總砷不存在明顯的四季變化，其含量符合國家水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。與長江口和其他國家的河口水體中溶解態(tài)砷相比，潮溝水中溶解態(tài)砷的含量較高。
　　 3．三種典型潮灘植被中總砷的含量分布存在著差異，蘆葦根與莖葉中總砷含量都較低，互花米草和海三棱藨草中的砷主要集中在毛細(xì)根，莖葉中的總砷含量也較低。
　　 4．潮灘沉積物中5種不同結(jié)合態(tài)砷含量順序?yàn)闅堅(jiān)鼞B(tài)＞非晶

5、形結(jié)合態(tài)＞晶形結(jié)合態(tài)＞強(qiáng)交換態(tài)＞弱交換態(tài)。各結(jié)合態(tài)砷含量的垂向變化規(guī)律較復(fù)雜，強(qiáng)交換態(tài)砷、非晶形/晶形結(jié)合態(tài)砷含量隨著深度的增加有減小的趨勢，殘?jiān)鼞B(tài)砷含量則隨著深度的增加而逐漸增大。沉積物中砷可能存在從晶形水合鐵鋁錳氧化物結(jié)合態(tài)到非晶形水合鐵鋁錳氧化物結(jié)合態(tài)再到交換態(tài)的相互轉(zhuǎn)化過程。
　　 5．兩種植被下孔隙水中的砷主要富集于21cm以上部分，砷的釋放伴隨著鐵氧化物和氫氧化物的還原。
　　 6．潮灘沉積物砷含量主要受到粒

6、度大小的控制，與粒度呈正相關(guān)關(guān)系。氧化還原環(huán)境導(dǎo)致鐵鋁錳的氧化物和氫氧化物的氧化還原作用是控制砷遷移的第二大因素。弱交換態(tài)砷和非晶形結(jié)合態(tài)砷在pH=6.0～7.0，隨pH上升吸附量增大。有機(jī)質(zhì)的降解、沉積物含水率、環(huán)境溫度以及鹽度通過改變氧化還原環(huán)境和與砷發(fā)生競爭吸附作用而間接影響沉積物中砷的分布。
　　 7．潮灘沉積物中元素砷的遷移主要通過沉積物-孔隙水界面進(jìn)行，鐵硫的循環(huán)控制著砷的遷移。在還原條件較弱的環(huán)境中，砷主要吸附于鐵

7、的氧化物和氫氧化物表面或與鐵、鋁、錳、鈣等結(jié)合生成相應(yīng)得難溶鹽類，遷移能力較弱。此時(shí)硫主要以硫酸鹽的形式存在，對(duì)砷的遷移不起到主要作用。還原環(huán)境增強(qiáng)時(shí)，砷隨著鐵、鋁、錳水合氧化物和氫氧化物的還原被釋放到孔隙水中向著濃度較低的方向遷移，向上遷移的砷隨著氧化環(huán)境的增強(qiáng)再吸附于氧化物表面，向下遷移的砷則主要受到硫化物的影響，生成砷的硫化物或與金屬硫化物結(jié)合，再次沉淀到沉積物的表面。由于植物根系的輸氧作用當(dāng)還原環(huán)境變?nèi)鯐r(shí)，硫化物又會(huì)被氧化，與之