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              太湖沈積物Cr遷移轉化研究取得重要進展
              【发布时间:2019-04-26 】 【 】【打印】【關閉

                鉻(Cr)作爲重金屬,由于其毒性、致突變性和致癌性,引起人們的廣泛關注。由于在工業上的廣泛使用,Cr已成爲自然水體、土壤、沈積物和空氣中的重要汙染物。在水生態系統中,Cr主要以Cr(III)和Cr(VI)兩種氧化態存在,Cr(VI)的毒性遠遠高于Cr(III)的。隨著全球變暖和人類活動的增加,越來越多淡水湖泊富營養化並遭受藍藻水華災害。藍藻的大量繁衍可直接或間接使沈積物中Cr遷移轉化進一步複雜化。藍藻水華和重金屬汙染是淡水湖泊同時面臨的兩個環境問題,了解它們之間的相互作用對環境修複具有重要意義。然而,有關藍藻水華對Cr在沈積物中遷移轉化影響的研究尚不多見,尤其是在該領域的直接證據方面。在國家自然科學基金委,中科院學科交叉創新群體和中科院严重設備研發等項目的聯合資助下,丁士明研究小組在大型富營養淡水湖泊沈積物Cr遷移轉化及其機制取得重要進展。

                爲研究富營養化湖泊沈積物中Cr的遷移轉化機制,在太湖的梅梁灣進行了連續12月的月度采樣,並進行了相關室內模擬試驗。采用高分辨透析技術(HR-Peeper)和薄膜擴散梯度(DGT)等被動采樣技術分別獲取沈積物溶解態Cr和DGT有效態Cr。結果表明,2016年7月和2017年1月,上覆水中溶解態Cr和DGT有效態Cr(VI)含量均超過了飲用水和漁業水質標准,原因是沈積物中Cr的高移動性。7月(夏季),厭氧沈積物中溶解態Cr含量(134.04±7.20μg/L)較高,主要是由于Cr(III)與溶解性有機物(DOM)絡合導致的。室內模擬實驗的厭氧條件下,溶解態Cr和DOM濃度的同步增加進一步證實了這一機制。1月(冬季),好氧沈積物中溶解態Cr(97.55±9.65μg/L)和DGT有效態Cr(VI)(25.83±1.25μg/L)較高,主要是Mn(III/IV)氧化物對Cr(III)的再氧化所致,該機制進一步被溶解態和DGT有效態Mn(II)在1月份濃度最低所證實。本研究加深了人們對富營養化湖泊沈積物中Cr的全年變化及其機制的認識(圖1),強調了Cr汙染修複的急迫性,特別是在冬季。

               

              1. 梅梁灣典型藻區Cr迁移转化的机制圖 

                在阐明蓝藻暴发区Cr迁移转化机制的基础上,在太湖的草型和藻型湖区同步进行了季度采样,进一步研究了大型水生植物和浮游植物分别占主导的不同生态类型湖泊堆积物Cr迁移转化的机制。因而,在太湖的草型湖区和藻型湖区进行了季度采样。结果显示:藻型湖区的间隙水中溶解态Cr浓度、固相堆积物中的总Cr浓度和不同分形Cr组分浓度(溶解,可交换和碳酸根结合态Cr;铁锰氧化态Cr;有机或硫结合态Cr)均高于草型湖区的。然而,堆积物中具有更高毒性的DGT有效態Cr(VI)却是草型湖区的更高(圖2)。溶解态Cr和DGT有效態Cr(VI)浓度在两个湖区堆积物中的季度变化均很明显,而固相堆积物中总Cr和不同分形Cr组分浓度(除了溶解,可交换和碳酸根结合态Cr外)却季度变化不明显。在夏季,两个湖区堆积物中溶解态Cr(草区:103.42± 10.82 μg/L; 藻区: 108.99±4.24 μg/L)的高移动性主要是由有机质与Cr(III)络合导致的。冬季,两个湖区堆积物中溶解态Cr(草区:100.27 ± 22.04 μg/L; 藻区: 102.01±8.81 μg/L)和DGT有效態Cr(VI)( 草区:28.26± 3.73 μg/L; 藻区: 25.82±2.26 μg/L)的高移动性主要是由氧化态锰氧化Cr(III)为Cr(VI)导致的。该研究建立了不同生态类型湖区堆积物中Cr移动性的机制,强调了Cr污染修复的急迫性,尤其是在草型湖区。

              2. 太湖草藻區垂向平均的溶解態CrDGT有效態Cr(VI) 的季度变化圖 

                相关研究成果分别发表在Environmental Science & Technology和Science of The Total Environment上:

                Fan XF, Ding SM, Chen MS, Gao SS, Fu Z, Gong MD, Tsang DCW, Wang Y, Zhang CS. 2019. Peak chromium pollution in summer and winter caused by high mobility of chromium in sediment of a eutrophic lake: in situ evidence from high spatiotemporal sampling. Environmental Science & Technology, DOI:10.1021/acs.est.8b07060.全文链接https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.est.8b07060

                Fan XF, Ding SM, Chen MS, Gao SS, Fu Z, Gong MD, Wang Y, Zhang CS. 2019. Mobility of chromium in sediments dominated by macrophytes and cyanobacteria in different zones of Lake Taihu. Science of The Total Environment, 666: 994-1002. 全文链接https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.02.299

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