典型地區(qū)生物糞土沉積物中砷形態(tài)和相態(tài)分布研究.pdf

1、眾所周知，海鳥在陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)之間扮演著“生物泵”的角色，是一些偏遠(yuǎn)沿海地區(qū)重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)傳輸媒介之一。與此同時(shí)，大量有毒污染物（例如重金屬）也隨著海鳥的聚居行為而在其棲息地環(huán)境中富集，并可能對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)造成潛在的威脅。截至目前，關(guān)于海鳥棲息地環(huán)境中砷、汞、鎘等元素的環(huán)境地球化學(xué)研究還停留在總量的階段。本研究中，我們首次分析了海鳥糞土沉積物中砷的形態(tài)和相態(tài)分布，并對(duì)砷、汞、鎘等鳥類活動(dòng)來(lái)源的重金屬污染狀況進(jìn)行了初步的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

2、研究結(jié)果將有助于我們更好地理解這些生物泵作用來(lái)源的重金屬在南極地區(qū)企鵝棲息地環(huán)境中的環(huán)境地球化學(xué)行為以及它們所帶來(lái)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
　　1.海鳥糞土沉積物中砷形態(tài)化學(xué)分析法的建立
　　在偏遠(yuǎn)的沿海島嶼地區(qū)，海鳥糞是當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)中重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源之一，但與此同時(shí)鳥糞所帶來(lái)的污染物（例如砷）也可能會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)和公眾健康造成潛在的威脅。本研究中，我們建立了一種新的分析方法來(lái)測(cè)定鳥糞和糞土沉積物中的砷形態(tài)分布。我們使用1.0

3、molL-1磷酸和0.1molL-1抗壞血酸的混合溶液作為提取劑，微波提取后用高效液相色譜——原子熒光聯(lián)用(HPLC-HG-AFS)的方法測(cè)定樣品中As(Ⅲ)（亞砷酸鹽）、DMA（二甲基砷酸鹽）、MMA（一甲基砷酸鹽）和As(Ⅴ)（砷酸鹽）4種不同砷形態(tài)的含量。在優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)條件下，樣品中4種砷形態(tài)之和相對(duì)總砷所占比例超過80％，結(jié)果表明應(yīng)用該方法對(duì)糞土沉積物進(jìn)行砷形態(tài)分析可以獲得良好的提取效率。該方法中As(Ⅲ)、DMA、MMA和As

4、(Ⅴ)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSDs)分別為9.60％、6.15％、6.34％和2.93％(n=7)，4種砷形態(tài)的檢出限分別為0.82、2.38、1.45和2.31μgL-1。此外，我們成功應(yīng)用該方法測(cè)定了采自中國(guó)南海西沙地區(qū)鳥糞樣品中的砷形態(tài)分布，結(jié)果表明現(xiàn)代鳥糞和古鳥糞中砷形態(tài)分布分別以As(Ⅲ)和As(Ⅴ)為主導(dǎo)。
　　2.東南極羅斯海地區(qū)海鳥糞土沉積物中砷形態(tài)分布及影響因素
　　海鳥糞土沉積物中富集毒性元素As，對(duì)棲息地生

5、態(tài)系統(tǒng)造成潛在的威脅。本研究中，我們對(duì)采自東南極羅斯海地區(qū)的3個(gè)受企鵝糞影響的沉積剖面MB6、BI和CC進(jìn)行了總砷和砷形態(tài)分析。結(jié)果顯示3個(gè)剖面中總As和總P含量的分布呈現(xiàn)很好的一致性，表明企鵝糞輸入是控制糞土沉積物中總砷分布的主要因素。此外，我們發(fā)現(xiàn)MB6和CC剖面中砷主要以As(Ⅴ)的形態(tài)存在，而在BI剖面中As(Ⅲ)占據(jù)主導(dǎo)地位。與之不同的是，新鮮鳥糞樣品中砷主要以DMA的形式存在，我們推測(cè)鳥糞被企鵝排出后所經(jīng)歷的后期成巖蝕變過程

6、是造成新鮮鳥糞和沉積物樣品中砷形態(tài)組成存在明顯差異的主要原因。基于對(duì)所研究糞土沉積物的沉積環(huán)境的進(jìn)一步分析，我們發(fā)現(xiàn)氧化還原環(huán)境對(duì)糞土沉積物中的砷形態(tài)分布模式有重要影響。此外，MB6和BI剖面中As(Ⅲ)與Chla（葉綠素口）的含量分布具有很好的一致性，表明糞土沉積物中砷形態(tài)分布還可能受到水生藻類豐度的影響。
　　3.西南極和西沙地區(qū)海鳥糞土沉積物中砷形態(tài)的初步分析
　　關(guān)于西南極菲爾德斯半島海鳥糞土沉積物(ADY2)以及背

7、景對(duì)照沉積剖面(LL2)的砷形態(tài)分析結(jié)果表明，沉積物中的砷主要以無(wú)機(jī)形式存在。相關(guān)性分析結(jié)果表明，該剖面中總砷分布主要受企鵝糞輸入的影響。糞土沉積剖面和鳥糞土中總P、TOC的平均值顯著高于背景對(duì)照樣品，表明海鳥活動(dòng)對(duì)附近土壤和沉積物的理化性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)水平有重要影響。ADY2剖面和鳥糞土中As(Ⅲ)/As(Ⅴ)的平均值顯著高于背景對(duì)照樣品，這可能與兩者在氧化還原條件上的差異有關(guān)。西沙地區(qū)海鳥糞土沉積物中砷形態(tài)的分布模式與前述東南極羅斯海和西

8、南極菲爾德斯半島地區(qū)的生物糞土沉積物相似，As(Ⅴ)占據(jù)主導(dǎo)地位。
　　4.東南極和西沙地區(qū)海鳥糞土沉積物中砷、汞、鎘相態(tài)分析
　　為了評(píng)估海鳥生物泵作用帶來(lái)毒性元素的遷移性以及它們所造成的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，我們對(duì)采自東南極羅斯海地區(qū)的3個(gè)糞土沉積剖面樣品(MB6、BI、CC)進(jìn)行了As、Hg、Cd相態(tài)分析。分析結(jié)果顯示樣品中的As主要以殘?jiān)鼞B(tài)的形式存在，Hg主要賦存于殘?jiān)鼞B(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和腐殖酸結(jié)合態(tài)中，這表明糞土沉積物中As和

9、Hg的遷移性較弱。然而對(duì)于Cd而言卻有相當(dāng)一部分以可交換態(tài)的形式存在，表明糞土沉積物中的Cd具有較強(qiáng)的遷移性。我們用沉積物環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)(SQGs)對(duì)樣品中As、Hg、Cd進(jìn)行了初步的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，結(jié)果表明較高濃度的As和Cd可能造成一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，而Hg含量則處于安全范圍內(nèi)。通過應(yīng)用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型(RAC)，我們發(fā)現(xiàn)糞土沉積物中As、Hg、Cd污染造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分別對(duì)應(yīng)適中、低、非常高的級(jí)別。其中鳥糞來(lái)源的有機(jī)質(zhì)是影響沉積物中Hg和C