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)重要的營養(yǎng)物質(zhì)傳輸媒介之一。與此同時，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，并對砷、汞、鎘等鳥類活動來源的重金屬污染狀況進行了初步的生態(tài)風(fēng)險評估。

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的潛在生態(tài)風(fēng)險。
　　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)中重要的營養(yǎng)物質(zhì)來源之一，但與此同時鳥糞所帶來的污染物（例如砷）也可能會對當(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測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)化后的實驗條件下，樣品中4種砷形態(tài)之和相對總砷所占比例超過80％，結(jié)果表明應(yīng)用該方法對糞土沉積物進行砷形態(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)用該方法測定了采自中國南海西沙地區(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，對棲息地生

5、態(tài)系統(tǒng)造成潛在的威脅。本研究中，我們對采自東南極羅斯海地區(qū)的3個受企鵝糞影響的沉積剖面MB6、BI和CC進行了總砷和砷形態(tài)分析。結(jié)果顯示3個剖面中總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。基于對所研究糞土沉積物的沉積環(huán)境的進一步分析，我們發(fā)現(xiàn)氧化還原環(huán)境對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機形式存在。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照樣品，表明海鳥活動對附近土壤和沉積物的理化性質(zhì)和營養(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
　　為了評估海鳥生物泵作用帶來毒性元素的遷移性以及它們所造成的潛在生態(tài)風(fēng)險，我們對采自東南極羅斯海地區(qū)的3個糞土沉積剖面樣品(MB6、BI、CC)進行了As、Hg、Cd相態(tài)分析。分析結(jié)果顯示樣品中的As主要以殘渣態(tài)的形式存在，Hg主要賦存于殘渣態(tài)、有機結(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具有較強的遷移性。我們用沉積物環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)(SQGs)對樣品中As、Hg、Cd進行了初步的生態(tài)風(fēng)險評估，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，而Hg含量則處于安全范圍內(nèi)。通過應(yīng)用生態(tài)風(fēng)險評估模型(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)險分別對應(yīng)適中、低、非常高的級別。其中鳥糞來源的有機質(zhì)是影響沉積物中Hg和C