海洋沉積物地球化學(xué)特性對重金屬生物可利用性的影響研究.pdf

1、在判斷海洋沉積物中重金屬的生物毒性的過程中，重金屬的生物可利用性是必須要考慮的關(guān)鍵因素，因為同一濃度的金屬污染物在不同區(qū)域和不同時期的沉積物中可以表現(xiàn)出不同程度的毒性。沉積物中重金屬的各個結(jié)合相對固定重金屬，降低其生物可利用性起著各自不同的作用。90年代初，酸揮發(fā)性硫化物(acidvolatilesulfide，AVS)被發(fā)現(xiàn)可以按照等摩爾比例對二價重金屬進行固定，通過測定酸揮發(fā)性硫化物和同步提取金屬(simultaneouslyext

2、ractedmetals，SEM)，可以確定重金屬的潛在生物可利用性。 本研究中，實驗用沉積物基質(zhì)取自大連龍王塘河口區(qū)域，用于一系列沉積物金屬加標(biāo)實驗；急性毒性檢驗用的底棲生物日本大螯蜚取自小平島灘涂區(qū)域，在實驗室馴化培養(yǎng)后用于生物急性毒性實驗，以此確定金屬污染物在海洋沉積物中的分布特征和結(jié)合程度。同時還選擇了錦州灣這個金屬污染較嚴重的海區(qū)作為與實驗室進行對比和驗證的現(xiàn)場實驗區(qū)，通過采集和分析錦州灣的沉積物和間隙水樣品，確定酸揮

3、發(fā)硫化物在固定金屬，降低其生物可利用性方面發(fā)揮的作用。為了更準(zhǔn)確地描述海洋沉積物中金屬的生物可利用性，對另外兩個在海洋沉積物環(huán)境中可能對金屬的生物可利用性造成影響的因素也進行了初步的研究，它們分別是物理影響因素—沉積物的粘土礦物和化學(xué)影響因素—沉積物中有機質(zhì)的含量。 實驗室和現(xiàn)場的研究結(jié)果顯示，總體上，生物急性毒性實驗的結(jié)果與生物可利用性的預(yù)測結(jié)果具有很好的吻合性，SEM與AVS的差值(SEM-AVS)仍能基本上對沉積物中金屬的

4、生物可利用性進行正確的評估。即，當(dāng)同步提取金屬SEM與酸揮發(fā)性硫化物AVS的差值(SEM-AVS)小于0μmol/g干重時，金屬在沉積物間隙水中的濃度非常低，而且在生物急性毒性試驗中也很少發(fā)現(xiàn)生物致死的現(xiàn)象。相反，當(dāng)二者的差值(SEM-AVS)大于0μmol/g時，金屬在沉積物間隙水中的濃度則明顯升高，而且在生物急性毒性試驗中受試生物致死率迅速增加。 在本研究中，沉積物中粘土礦物對金屬的強吸附作用也是影響金屬生物可利用性的主要因

5、素之一，在Cd、Cu和Zn的金屬加標(biāo)實驗中發(fā)現(xiàn)，在沉積物中AVS被金屬耗盡后的很長一段金屬濃度增長范圍內(nèi)，粘土礦物的存在仍然使金屬在間隙水中的濃度水平保持在較低的水平，而且粘土礦物對不同金屬的吸附表現(xiàn)出不同的親合性。 在本研究中，沉積物中有機質(zhì)對Cd的影響不明顯，對Cu則效果顯著，有機質(zhì)含量的增加能夠大幅提高Cu在間隙水中的濃度，有機質(zhì)影響金屬生物可利用性的主要部分是腐殖質(zhì)，由于其結(jié)構(gòu)中含有大量親水基團，使腐殖質(zhì)絡(luò)合金屬后仍然保

6、持溶解態(tài)，也就使金屬通過有機質(zhì)的作用而增加了其在液相的分配量，這與AVS和粘土礦物的作用是相反的。 在復(fù)雜的沉積物系統(tǒng)內(nèi)，各種影響因子的含量和作用強度將直接決定金屬在沉積物固—液相之間的分配。具體到缺氧沉積物系統(tǒng)中，以SEM和AVS的差值作為主要判斷依據(jù)，并輔助以對沉積物粒度和有機質(zhì)含量的考慮才會使重金屬生物可利用性的評估結(jié)果更加科學(xué)和準(zhǔn)確，特別是在AVS含量很低的沉積物樣品中關(guān)注有機質(zhì)和粘土礦物含量對金屬生物可利用性的判斷尤為