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近年来,随着经济的快速发展以及工业的现代化,世界范围内有关硫污染的问题越来越严重,很多湖泊水体中SO42-的浓度在不断的升高。一些研究表明:水体中SO42-浓度的升高会促使沉积物中PO43-的释放,使水体PO43-浓度升高,并导致二次富营养化,进一步恶化水质。沉积物中硫化物的升高能固定重金属,限制其移动并减少其毒性作用,然后硫化物遭到氧化时则会释放重金属,从而对水生生物产生毒害作用。近年来,太湖梅梁湾与五里湖水体中的SO42-浓度有逐年增加的趋势,由于这两个水域是太湖富营养化最为严重区域之一,因此弄清太湖沉积中硫的环境地球化学行为以及富营养化与硫循环的关系将为我们治理太湖沉积物污染和湖泊富营养化提供科学依据。
本研究通过野外与室内实验季节性分析,重点研究了太湖梅梁湾与五里湖沉积物中硫的环境化学行为及其与重金属、营养盐之间的关系,得出以下结论:
(1)间隙水中SO42-的分布趋势符合沉积物早期成岩的模式,该研究湖区是以Fe3+的还原为主,而不是SO42-。沉积物中的酸可挥发性硫化物(acidvolatilesulfide;AVS)和黄铁矿在沉积物中有两种分布形式:在冬、春以及秋季,其浓度均有自表层沉积物至深层沉积物先增加而后降低的趋势,而夏季表层沉积物由于死亡蓝藻残体大量的输入使其在沉积物中的分布具有逐渐降低的趋势。沉积物中无机硫以黄铁矿为主,AVS次之,单质硫所占的比例最小,沉积物中AVS均可以有效地转化为黄铁矿。
(2)太湖沉积物硫循环对PO43-循环影响较弱。沉积物表层10cm左右间隙水中PO43-浓度具有明显的季节性波动。不同季节各采样点沉积物中的无定形三价铁(ASC-Fe)垂向分布趋势基本相同,均有自表层沉积物向底层沉积物逐渐降低的趋势且其含量具有明显的季节波动。相关性分析沉积物以及间隙水中铁磷硫之间的关系说明在所研究区域中沉积物硫的循环对沉积物中PO43-循环并不产生影响,细菌还原三价铁以及有机磷的分解可能是PO43-释放的主要原因。
(3)梅梁湾与五里湖表层沉积物中的AVS与同步可提取金属(simultaneouslyextractedmetals;SEM)的分布具有相同的特征,其浓度均自河口稳定沉降区向湖(湾)心方向减小;柱状沉积物中AVS与SEM分布趋势迥异。表层沉积物中AVS/SEM<1,说明表层重金属可能对生物产生毒性。AVS浓度在垂直层面上具有先增加后减小的趋势,而SEM浓度则保持恒定,这导致AVS与SEM的比值由表层的小于1逐渐过渡到大于1,最后又出现小于1的情况。由SEM与重金属总量的比值得知:Cu和Ni硫结合态有自表层至下层逐渐增加的趋势,AVS对Pb和Zn的控制作用较小。
(4)沉积物中的AVS浓度在时空上具有较大的波动,而SEM基本保持恒定。沉积物中.AVS的浓度夏季最高,冬季最低,秋季处于中间且其间的浓度无明显差别。沉积物中AVS的浓度分布具有两种:夏季梁溪河口与五里湖沉积物中AVS的浓度有自沉积物向下逐渐降低的趋势,这与夏季大量死亡藻类残体的输入有关;在其他季节,沉积物中AVS有沿沉积物先增加而后降低的趋势。利用AVS/SEM,SEM-AVS以及SEM-AVS/foc对沉积物中重金属毒性进行评判发现:各季节沉积物重金属均无毒性,但冬季和春季表层沉积物评价值接近模型的阈值,有潜在产生毒性的危险。
(5)溶氧对上覆水、间隙水以及沉积物中的氧化电位敏感性元素有不同的影响。厌氧情况下上覆水中的H2S、NH4+和Mn随时间序列有显著的释放差异而对PO43-和Fe的释放无差别。好氧和厌氧培养能明显控制表层沉积物(<4cm)间隙水中Fe2+和Mn2+,甚至NH4+和PO43-的浓度,而两种培养方式对底层沉积物(>4cm)间隙水中上述各物质的影响差异较小。两种培养方式未对表层沉积物(<4cm)中的AVS含量产生明显影响,但对底部沉积物(>4cm)中的AVS、黄铁矿、表层2.5cm以上沉积物中的无定形铁以及ASC-P的含量产生显著影响。