濕地水-沉積物中砷及其形態(tài)特征研究——以貴州草海為例.pdf

1、砷(As)作為一種典型有毒元素，其在不同環(huán)境介質(zhì)中生物地球化學(xué)行為和生物可利用性成為當(dāng)前科學(xué)研究熱點(diǎn)之一。草海位于貴州省西北部的威寧縣，是貴州省最大的淡水濕地之一，自形成以來(lái)發(fā)生多次湖進(jìn)湖退，生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱，而且人類(lèi)活動(dòng)影響非常嚴(yán)重。有報(bào)道草海部分區(qū)域沉積物中砷己達(dá)到污染水平，且呈堿性，因此選擇草海這一特殊的濕地為研究對(duì)象。本研究于豐水期(2014年9月)和枯水期(2015年4月)對(duì)草海流域范圍進(jìn)行了詳細(xì)的樣品的采集。樣品包括雨水、附

2、近河流水(流出、流進(jìn))、濕地水(表層水、中層水、界面水)、濕地表層沉積物及沉積物剖面和植物。通過(guò)對(duì)常規(guī)水質(zhì)參數(shù)(如pH、EC、Eh、DO等)、As等離子含量以及沉積物pH、有機(jī)質(zhì)和不同形態(tài)As的測(cè)試分析，并對(duì)水-沉積物界面砷的擴(kuò)散通量進(jìn)行了估算，以期揭示砷在草海濕地上覆水體、表層沉積物及沉積物剖面中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。研究分析得到以下結(jié)論：
　　1.草海水體水化學(xué)參數(shù)在豐、枯兩期存在一定的差異，但均表現(xiàn)為：在沉水植物區(qū)pH值偏堿性，D

3、O含量高、EC值較低、Eh總體為正值，顯示為氧化環(huán)境；挺水植物區(qū)則呈相反趨勢(shì)，pH值均顯弱酸性，DO含量低、EC值較高、Eh總體為負(fù)值，顯示為還原環(huán)境。在水體垂向上，隨著水體深度的增加，DO、Eh逐漸降低，EC范圍變化不大，而pH在縱向上變化范圍較小。
　　2.草海出口砷含量為1.59μg/L，明顯高于流入草海的各端元水體(平均值0.32μg/L)和雨水(0.37μg/L)中砷的濃度。豐水期水體砷含量較枯水期含量低，草海豐水期上覆

4、水中砷的含量分別為表層0.40~3.32μg/L、中層0.49~3.48μg/L、界面0.68~3.35μg/L；枯水期上覆水中砷的含量分別為表層1.20~4.98μg/L、中層1.30~4.73μg/L、界面1.37~5.71μg/L。豐、枯兩期水體中砷的含量均表現(xiàn)為挺水植物區(qū)>沉水植物區(qū)，且在垂直分布上大部分采樣點(diǎn)的砷含量變化不大。沉水植物區(qū)在豐水期水體砷平均含量略高于枯水期，而在挺水植物區(qū)則正好相反。豐水期和枯水期挺水植物區(qū)呈還原

5、環(huán)境，水體中的砷大多以As(III)H3AsO3形態(tài)存在。而沉水植物區(qū)，上覆水體呈氧化環(huán)境，以 As(V)HAsO42-形式存在。流出草海水體中的As以毒性較小的HAsO42-形式存在。
　　3.草海豐水期表層沉積物砷平均含量為26.59 mg/kg，變化范圍為17.72～40.25 mg/kg；枯水期表層沉積物砷平均含量為25.02 mg/kg，變化范圍為11.44～40.72 mg/kg。在空間分布上，草海豐、枯兩期表層沉積物

6、中砷的含量變化規(guī)律與上覆水相似，均表現(xiàn)為挺水植物區(qū)>沉水植物區(qū)。豐、枯兩期表層沉積物中砷均以殘?jiān)鼞B(tài)為主要賦存形態(tài)，三種可提取態(tài)砷所占比例依次為可氧化態(tài)>可還原態(tài)>弱酸提取態(tài)?？菟谟袡C(jī)質(zhì)與可還原態(tài)、可氧化態(tài)呈顯著正相關(guān)，殘?jiān)鼞B(tài)、pH與有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)；在豐水期，弱酸提取態(tài)、可氧化態(tài)與有機(jī)質(zhì)分別呈正相關(guān)和顯著正相關(guān)，而殘?jiān)鼞B(tài)、pH與有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)。pH在豐水期與砷的各形態(tài)之間有一定的相關(guān)性，但都不顯著，而在枯水期與砷的生物有效態(tài)均呈

7、顯著負(fù)相關(guān)，與殘?jiān)鼞B(tài)呈顯著正相關(guān)。運(yùn)用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、地積累指數(shù)法和沉積物重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)法對(duì)草海表層沉積物中砷的污染狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，草海表層沉積物中砷潛在風(fēng)險(xiǎn)較小，短期內(nèi)對(duì)周邊生物和環(huán)境不會(huì)造成很大的威脅。
　　4.草海沉積物剖面及孔隙水中總砷含量垂直方向波動(dòng)較大，但與上覆水有相似的規(guī)律，均表現(xiàn)為挺水植物區(qū)>沉水植物區(qū)。其中挺水植物區(qū)沉積物剖面砷含量為19.86~36.45 mg/kg，平均值27.84 mg/kg，沉

8、水植物區(qū)沉積物剖面砷含量為13.05~32.32 mg/kg，平均值19.79 mg/kg。草海豐水期挺水植物區(qū)和沉水植物區(qū)在沉積物-水界面的擴(kuò)散通量分別為73.84μg·m-2·d-1和18.99μg·m-2·d-1、11.45μg·m-2·d-1，均表現(xiàn)為沉積物孔隙水中的砷向上覆水釋放；枯水期C19、C36、T4和T5采樣點(diǎn)的擴(kuò)散通量分別為-1.42μg·m-2·d-1、-0.30μg·m-2·d-1、-10.49μg·m-2·d-

9、1和-9.98μg·m-2·d-1，表示由上覆水向沉積物擴(kuò)散，其它采樣點(diǎn)的擴(kuò)散通量數(shù)值為正表示砷從沉積物向上覆水?dāng)U散。揭示沉積物可能是草海水體中砷重要的輸入源。
　　5.豐水期光葉眼子菜和狐尾藻中砷含量相對(duì)較高，分別為8.31 mg/kg、8.87 mg/kg，而在枯水期均有所降低，分別為3.37 mg/kg和4.62 mg/kg。豐水期6種不同沉水植物中總砷的含量大小依次為：狐尾藻＞光葉眼子菜＞金魚(yú)藻＞穿葉眼子菜＞輪藻＞大茨藻；