第34卷第1期2009年1月
环境科学与管理
ENV I R O N M ENTAL SC I ENCE AND M ANAGE M ENT Vol 134No 11Jan . 2009
文章编号:1673-1212(2009) 01-0037-05
连环湖阿木塔泡沉积物中重金属形态
及其对环境影响分析
李晶, 臧淑英, 宋延山, 肖海丰, 朱德清
1
1
2
1
1
(1. 哈尔滨师范大学地理科学学院, 黑龙江哈尔滨150080; 2. 黑龙江省地球物理勘察院, 黑龙江哈尔滨150080)
摘 要:采用了BCR 三步提取法, 对连环湖阿木塔泡AMT 岩芯沉积物中的Mn 、Cr 、Cu 、Fe 、N i 、Pb 和Zn 等7种重金属元素的化学形态进行了分析。结果表明:Cr 、Cu 、Fe 、N i 、Pb 、Zn 元素以残渣态为主,M n 元素以可交换态及碳酸盐结合态为主。Cr 、Cu 、N i 、Pb 的有机物及硫化物结合态、Fe -M n 氧化物结合态含量较高, Zn 的有机物及硫化物含量较高。其中,Mn 、Cr 、N i 和Pb 对环境产生危害的可能性最大, 对这几元素应该予以足够的关注。关键词:重金属形态; BCR 法; 阿木塔泡; 环境中图分类号:X524文献标识码:Speciati on Analysis of om
Lake
, , Song Yanshan , Xiao Haifeng , Zhu Deqing
1
1
2
1
1
(1. College of Geographic Science, Harbin Nor mal University, Harbin 150080, China;
2. Heil ongjiang Academy of Geophysical Survey, Harbin 150080, China )
Abstract:The BCR sequential extracti on p r ocedure is app lied t o the s peciati on of heavy metals (Mn, Cr, Cu, Fe, N i, Pb and Zn ) in lake sedi m ents of core AMT in Amuta lake of L ianhuan lake . The result show that the s peciati on of Cr, Cu, Fe, N i, Pb and Zn are mainly ass ociated with residual bound fracti ons, Mn mainly with exchangeable and carbonate fracti ons . The content of organic /sul phide fracti ons and Fe -Mn oxide fracti ons of Cr, Cu, N i, Pb and organic /sul phide fracti ons of Zn are higher . Mn, Cr, N i and Pb may p r oduce a hazard on envir on ment, s o they should be paid more attenti on t o .
Key words:heavy metal s peciati on; BCR; Amuta Lake, envir on ment
连环湖位于松嫩沉降盆地中心最洼处, 是由构造断陷形成的。地理位置处于北纬46°30′-46°50′, 东经123°59′-124°15′。由阿木塔泡、他拉红泡、霍烧黑泡、西葫芦泡、哈布塔泡、马圈泡、德龙泡、北津泡、羊草壕泡、二八股子泡、小尚泡、红源泡、亚门气泡、敖包泡、那什代泡、铁哈拉泡、牙门喜泡、东湖等18个湖泊联合组成, 以河沟相连形似连环而得名。连环湖是松嫩平原上的一个大型浅水湖泊, 湖
2
区范围内的陆地地势低平, 总面积556106km 。湖
收稿日期:2008-07-22
基金项目:国家自然基金资助项目“哈大齐工业走廊LUCC 过程、机
(40771195) 制与环境效应”
作者简介:李晶(1982-) , 女, 黑龙江省五常人, 哈尔滨师范大学在读
硕士研究生, 研究方向:资源环境信息系统。
通讯联系人:臧淑英
水平均水深2114米, 最大水深416米。湖水依赖湖
面降水和地表径流补给, 主要入湖河流为乌裕尔河, 上游有来自嫩江支流托力河口人工渠八一幸福运河的水, 北部有引嫩六支干渠头道桥和乌台北桥两个
2
进水口引嫩江水入湖, 集水面积7247k m , 无出流。湖区属温带大陆性半湿润气候。阿木塔泡位于连环湖的西南部如图1所示, 以渔业、水禽狩猎、旅游相结合为主的综合型湖泊。近年来, 由于农业生产、工业废弃物的排放以及旅游业的发展, 重金属污染已经成为多数湖泊的重要问题。环境中特定重金属元素的生物可给性及在生物体中的积累能力, 以及对生物毒性与该元素在环境中存在的物理形态及化学形态密切相关。水体沉积物中重金属的迁移转化规律、毒性以及可能产生的环境危害更大程度上取决
[1]
于其赋存形态, 为此, 本文针对阿木塔泡的沉积岩
・37・
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李晶等・连环湖阿木塔泡沉积物中重金属形态及其对环境影响分析
Vol 134No 11
Jan . 2009
芯的重金属元素化学形态展开分析。
2007年7月, 利用重力采样器在连环湖的阿木
1 样品采集与分析
1. 1 样品采集
塔泡湖心采集了长41c m 的未经扰动的AMT 柱状岩
芯(见图1) , 采样点位置46°34′1516″N, 124°01′05. 3″E, 按1c m 间隔进行分割, 带回实验室4℃冷藏
。
图1 AMT 沉积岩芯位置
1. 2 样品分析1. 2. 1 样品处理
B1) 、可还原态(铁一锰氧化物结合态B2) 、可氧化态有机物与硫化物结合态和残渣态(B3) 和残渣态。
将AMT 岩芯在荫凉处自然风干, 进行研磨直至全部过200目筛, 过筛后的样品装入聚乙烯保鲜袋密封保存, 防止受潮。1. 2. 2 实验方法
重金属元素形态的分级提取方法具有代表性的是Tessier 形态分析分类法方法, 将重金属元素的形态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机(包括硫化物) 结合态与不可提取的残渣中的硅酸盐称之为残渣晶格结合态
[2]
本文采用了BCR 连续分级提取法
[3]
, 所用器皿用2
mol/L的硝酸浸泡24h 以上, 并用去蒸馏水清洗2
。此后有许多学
者提出了改进意见, 如Kersten 和fortsner 于1986年在此基础上提出了改进的六步提取法, 将重金属的形态分为可交换态、碳酸盐结合态、易可还原态、中等可还原态、氧化态及残渣态; 欧盟共同体众多学者在研究了Tessier 法和其他研究工作中的改进意见后, 提出了现在欧盟地区通用的BCR 多级形态分类法, 将沉积物中的形态按实验操作定义为水溶态、可交换态与碳酸盐结合态可提取物(Hac 可提取物・38・
遍, 再用去离子水清洗3遍, 然后在通风橱内晾干。提取步骤如下:1. 2. 2. 1 可交换态及碳酸盐结合态
取0. 8g 样品, 放入离心管中, 加入32m l 0. 11mol/L醋酸(CH 3COOH ) , 把试管放入振荡器中, 室温下30r pm 振荡16h, 振荡过程中确保物质处于悬浮状态; 然后8000r pm 离心20m in, 澄清后上部液体倒入100m l 容量瓶中, 用去离子水定容, 在4℃下储存待测。再往残渣中加16m l 的蒸馏水或去离子水, 振荡15m in, 再离心20m in, 上部液体倒掉, 残渣不要倒出。振动残渣使其分离, 以备下一步使用。1. 2. 2. 2 Fe -Mn 氧化物结合态
往第一步剩余的残渣中加入32m l 浓度为0. 1mol/L的HONH 2・HCl (PH =2) , 然后按照第一步振荡、离心、移液、洗涤等步骤进行此步的操作。
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1. 2. 2. 3 有机物及硫化物结合态
往第二步残渣试管中缓慢加入8m l 818mol/L的H 2O 2(防止剧烈反应而溅出) , 用盖片盖住试管, 放置室温下1h, 间隔(15分钟) 用手振荡, 拿去盖子, 放到砂浴锅中在85℃下温浴1h, 待溶液基本上蒸发完后, 凉置, 再加入8m l 的8. 8mol/L的H 2O 2, 再放到砂浴锅中在85℃下温浴1h, 待溶液基本上蒸发完后, 凉置, 加入40m l 醋酸铵(CH 3COONH 4, 1mol/L,pH =2) 。按照上面的步骤进行振荡、离心、移液、洗涤等。1. 2. 2. 4 残渣态
往第三部的残渣中加入经过两次蒸馏的蒸馏水3～5m l, 8m l 的6mol/LHCl 和2. 66m l 的14mol/L的HNO 3, 放到砂浴锅中在150℃下蒸发至快干, 缓慢加入2mol/L的HNO 3, 然后用blue band filtering paper 过滤, 试管用相同的酸溶液清洗, 收集溶液于100m l 容量瓶中, 定容储存待测。所得的待测液均用I CP -AES 进行测定Mn 、Cr 、Cu 、Fe 、N i 、Pb 、Zn 元素。
小于10%。, 空I CP -AES 检(0. 002mg/L ～0. 01mg /L) , 说明试验使用试剂对沉积物元素形态提取结果没有影响, 因此AMT 岩芯沉积物重金属形态BCR 提取结果具有较高的精度和稳定性。
2 结果与讨论
2. 1 重金属元素形态特征
AMT 岩芯的重金属元素形态分布特征如图2
和图3所示
。
图2 AMT 沉积岩芯重金属元素形态平均含量柱状图
B1 可交换态及碳酸盐结合态;B2 Fe -Mn 氧化物结合态; B3 有机物及硫化物结合态;B4 残渣态。
图2为重金属元素形态分布的平均含量柱状图, 由图可知, Cr 、Cu 、Fe 、N i 、Pb 、Zn 元素以残渣态为主,Mn 元素以可交换态及碳酸盐结合态为主。图3为重金属元素形态分布图, 由图可以看出可交换态
及碳酸盐结合态、Fe -Mn 氧化结合态、有机物及硫化物结合态含量垂向上没有完全一致的变化趋势, 不同元素的各种结合态所占总量的比例是不同的, 这与元素的地球化学性质及沉积物的理化性质有关。由于各种重金属的地球化学性质的差异, 它们的主要存在形态也有所不同。具体如下:
Mn 元素形态分布规律:可交换态及碳酸盐结合态>残渣态>Fe -Mn 氧化物结合态>有机物及硫化物结合态,Mn 元素的可交换态及碳酸盐结态所占比例最高平均为61103%。
Cr 元素形态分布规律:残渣态>Fe -Mn 氧化结合态>有机物及硫化物结合态>可交换态及碳酸盐结合态, Cr 元素以残渣态为主平均为45. 25%。
Cu 元素形态分布规律:残渣态>Fe -Mn 氧化结合态>有机物及硫化物结合态>可交换态及碳酸盐结合态58. 26%, 而:残渣态>Fe -Mn 氧化>有机物及硫化物结合态, Fe 元素以残渣态为主, 平均为75. 37%, 其次是Fe -Mn 氧化结合态平均14. 51%, 其两种形态均未超过10%。
N i 元素形态分布规律:残渣态>Fe -Mn 氧化结合态>有机物及硫化物结合态>可交换态及碳酸盐结合态, N i 元素以残渣态为主, 平均为53. 03%, 其次是Fe -Mn 氧化结合态平均为24. 53%, 其他两种形态均未超过15%。
Pb 元素形态分布规律:残渣态>有机物及硫化物结合态>Fe -Mn 氧化结合态>可交换态及碳酸盐结合态, Pb 元素以残渣态为主平均为39. 48%, 有机物及硫化物结合态及Fe -Mn 氧化结合态也较高, 分别为25. 44%、23. 51%。
Zn 元素形态分布规律:残渣态>有机物及硫化物结合态>可交换态及碳酸盐结合态>Fe -Mn 氧化结合态, Zn 元素以残渣态为主平均为67. 3%, 其次是有机物及硫化物结合态平均为23. 06%, 而其他两种形态均未超过6%。2. 2 重金属形态的环境影响分析
可交换态及碳酸盐结合态是指重金属元素被吸附在粘土等颗粒表面或被束缚在碳酸盐中的部分, 可交换态形式存在的重金属专性吸附并且可进行离子交换, 含有过量阳离子的溶液就可将这部分重金属释放出来, 因而可交换态重金属是生物可直接吸收和利用的。Fe -Mn 氧化物结合态指重金属元素被Fe -Mn 氧化物包裹或本身就成为氢氧化物沉淀
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的一部分, 属于较强的离子键结合的化学形态, 在还原条件下可重新释放进入水体。有机物及硫化物结合态指重金属元素与有机质活性基团或硫离子结合的部分, 在氧化条件下可由于有机质或硫离子的氧化而重新释放进入水体。残渣态的重金属被包含在矿物晶格中, 性质非常稳定, 对沉积物中重金属的迁移和生物可利用性贡献不大, 因此一般认为对环境是安全的
。
图3 AMT 沉积岩芯重金属元素不同形态含量变化曲线
a . 可交换态及碳酸盐结合态; b . Fe -Mn 氧化物结合态; c . 有机物及硫化物结合态; d . 残渣态。
由图2可见,Mn 元素的可交换态及碳酸盐结合
[3]
态所占比例最大, 这与其他研究结果相似, 这是Mn 的地球化学性质决定的,Mn 在地壳及土壤中的含量较高, 在天然水中, 同其他金属离子相比,Mn 易
2+2+
于吸附在细颗粒表面;Mn 的氧化过程比Fe 慢得
2+
多, 有相当一部分Mn 主要以还原态(Mn ) 碳酸盐
2+2+
锰离子存在;Mn 的离子半径(0. 091nm ) 同Ca 、2+
Mg 的离子半径(分别为0. 108nm 和0. 080n m ) 很
2+2+2+
相近,Mn 易于同Ca 、Mg 发生类质同像替代, ・40・
由此造成沉积物中较高含量的可交换态及碳酸盐结
[4]
合态Mn 。而其他重金属元素的可交换态及碳酸盐结合态比例相对较小, 都小于20%, 只有在酸性条件下容易释放, 所以对生物的有效性较小。Cr (24. 75%) 、N i (24. 53%) 和Pb (23. 51%) 元素的Fe -Mn 氧化结合态所占比例较大, 在还原条件下可重新释放进入水体, 这部分重金属的形态浓度对水体、生物等生态环境具有潜在的危害。Zn (23106%) 和Pb (25144%) 元素的有机物及硫化物结合态所占比
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例较大, 这可能是因为Zn 和Pb 元素易与有机物结合形成络合物或螯合物, 或者易与硫离子结合形成硫化物有关, 随着沉积物氧化还原环境的改变, 以及有机质的降解, 有机物及硫化物结合态具有一定的释放潜力, 所以这部分重金属的形态也不能忽视。
由图3还可以看出Cu 、Zn 、N i 的可交换态及碳酸盐结合态近年呈上升趋势, 这种重金属的形态极易被生物所利用, 所以应该多予以关注, 以防出现污染事故。
Cr 、N i 和Pb 的Fe -Mn 氧化物结合态在一定的条件
下, 能重新释放到水体, 对生态环境有潜在的危险。由此看出, 当地政府应该采取相应的环境保护措施, 防止更多的重金属进入湖泊, 危害环境及生态系统。
参考文献:
[1]Kot A , Na m iesik J. The r ole of s peciati on in analytical che m istry . Trends in Analysis Che m istry, 2000, 19(2+3) :69.
[2]Tessier A, Ca mpbell P G C, B iss on M. Sequential ex 2tracti on p r ocedure for the s pecificati on of particulate trace metals [J ].Anal . Chem, 1979(51) :844-850.
[3]刘恩峰, 沈吉, 朱育新. 重金属元素BCR 提取法及在
3 结论
在阿木塔泡的沉积岩芯中,Mn 主要以可交换态
及碳酸盐结合态存在, 其它重金属主要以残渣态存在, 其中, Cr 、N i 和Pb 的Fe -Mn 氧化物结合态含量也较高。以可交换态及碳酸盐结合态存在的Mn 可直接被生物吸收利用, 对环境可能产生较大的影响, 其它以残渣态为主的重金属对环境影响不大, 但是
太湖沉积物研究中的应用[J ].环境科学研究, 2005, 18(2) :
57-60.
[4]刘恩峰, 沈吉, 刘兴起, 朱育新. 太湖MS 岩芯重金属元
素地球化学形态研究[J].地球化学, 2004, 33(6) :602-608.
(上接第29页)
在资金筹措方面, 可采用“国家拨一点、集体补一块, 个人出大头”的原则, 保证生态旅馆建设项目的推进。4. 3 创新生态旅馆的形式, 开展连锁经营
一是建筑形式的创新。除了普通的钢筋混凝土建筑外, 中国众多少数民族的建筑也颇具特色, 如苗族、土家族的吊脚楼、傣族的竹楼、蒙古族和哈萨克族的圆形毡房、傈僳族的竹篾房和木楞房等。在生态旅游开发中, 将部分少数民族民居改造为生态旅馆也是可行的。一方面, 这些建筑本身与当地的自然环境融为了一体, 另一方面, 这些建筑本身就是重要的旅游资源, 通过它, 游客可以更深入地了解当地的风土人情。如贵州雷山县西江千户苗寨的“苗家乐”旅馆就是一种简单的生态旅馆形式。
二是经营模式的创新。目前, 中国生态旅馆基本上还是以农户个体经营为主, 资源分散, 标准不一, 难于管理。因此, 引进酒店连锁经营的理念, 对生态旅馆进行连锁管理也是可行的, 将来也是生态旅馆发展的必然趋势。4. 4 将生态旅馆纳入生态旅游开发的大范畴, 与周边景点联动开发
生态旅馆的一个重要特征是除了住宿设施之外, 还要提供其他生态旅游产品, 主要包括山径远足、民俗体验、野生动物游、观鸟游和河流旅行等。如住在
贵州雷山县的苗家吊脚楼, 还可以欣赏当地的民族歌
舞表演, 感受当地独有的“拦路酒”。还要有目的地将生态旅馆纳入生态旅游开发的大范畴, 在景点组合上要注重与周边景点的联合开发, 如贵州雷山西江苗寨与附近的雷公山国家森林公园在促销和线路安排上要同步, 将住生态旅馆、享民族风情、观自然美景紧密地结合起来, 实现“多赢”的局面。
参考文献:
[1]Russell,D. , Bottrill, C . , and Meredith, G . (1995) ‘I n 2ternati onal ecol odge survey ’, in The Ecol odge Sourcebook -f or Planners and M anagers[N].North Benningt on, VT:The Ecot our 2is m Society .
[2]明庆忠, 李宏, 徐天任. 生态旅游环境问题类型及保
育对策[J ].经济地理, 2000, 20(4) :114-117.
[3]郭淑华. 生态旅馆:旅游消费趋于“绿色”[J ].绿叶, 2007(6) :36-37.
[4]张畅. 肯尼亚奇观:树顶旅馆[N].城市导报, 2002. 11. 29.
[5]丁一犁, 崔建栋. 旅交会出境旅游探路先[N].申江服务导报, 2004. 11. 22.
[6]巴西别具一格的“树上酒店”《华尔街电讯》htt p://tri p. ws wire . com /htm lne ws/2004/09/07/320218. ht m .
[7]方怀龙, 张敏, 赵垦田. 西藏林芝地区生态旅游发展现状与对策研究[J ].林业科学, 2004, 40(5) :191-196.
[8]张信. 我所向往的文海[N].云南日报, 2006. 1. 26.
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摘 要:采用了BCR 三步提取法, 对连环湖阿木塔泡AMT 岩芯沉积物中的Mn 、Cr 、Cu 、Fe 、N i 、Pb 和Zn 等7种重金属元素的化学形态进行了分析。结果表明:Cr 、Cu 、Fe 、N i 、Pb 、Zn 元素以残渣态为主,M n 元素以可交换态及碳酸盐结合态为主。Cr 、Cu 、N i 、Pb 的有机物及硫化物结合态、Fe -M n 氧化物结合态含量较高, Zn 的有机物及硫化物含量较高。其中,Mn 、Cr 、N i 和Pb 对环境产生危害的可能性最大, 对这几元素应该予以足够的关注。关键词:重金属形态; BCR 法; 阿木塔泡; 环境中图分类号:X524文献标识码:Speciati on Analysis of om
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2. Heil ongjiang Academy of Geophysical Survey, Harbin 150080, China )
Abstract:The BCR sequential extracti on p r ocedure is app lied t o the s peciati on of heavy metals (Mn, Cr, Cu, Fe, N i, Pb and Zn ) in lake sedi m ents of core AMT in Amuta lake of L ianhuan lake . The result show that the s peciati on of Cr, Cu, Fe, N i, Pb and Zn are mainly ass ociated with residual bound fracti ons, Mn mainly with exchangeable and carbonate fracti ons . The content of organic /sul phide fracti ons and Fe -Mn oxide fracti ons of Cr, Cu, N i, Pb and organic /sul phide fracti ons of Zn are higher . Mn, Cr, N i and Pb may p r oduce a hazard on envir on ment, s o they should be paid more attenti on t o .
Key words:heavy metal s peciati on; BCR; Amuta Lake, envir on ment
连环湖位于松嫩沉降盆地中心最洼处, 是由构造断陷形成的。地理位置处于北纬46°30′-46°50′, 东经123°59′-124°15′。由阿木塔泡、他拉红泡、霍烧黑泡、西葫芦泡、哈布塔泡、马圈泡、德龙泡、北津泡、羊草壕泡、二八股子泡、小尚泡、红源泡、亚门气泡、敖包泡、那什代泡、铁哈拉泡、牙门喜泡、东湖等18个湖泊联合组成, 以河沟相连形似连环而得名。连环湖是松嫩平原上的一个大型浅水湖泊, 湖
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区范围内的陆地地势低平, 总面积556106km 。湖
收稿日期:2008-07-22
基金项目:国家自然基金资助项目“哈大齐工业走廊LUCC 过程、机
(40771195) 制与环境效应”
作者简介:李晶(1982-) , 女, 黑龙江省五常人, 哈尔滨师范大学在读
硕士研究生, 研究方向:资源环境信息系统。
通讯联系人:臧淑英
水平均水深2114米, 最大水深416米。湖水依赖湖
面降水和地表径流补给, 主要入湖河流为乌裕尔河, 上游有来自嫩江支流托力河口人工渠八一幸福运河的水, 北部有引嫩六支干渠头道桥和乌台北桥两个
2
进水口引嫩江水入湖, 集水面积7247k m , 无出流。湖区属温带大陆性半湿润气候。阿木塔泡位于连环湖的西南部如图1所示, 以渔业、水禽狩猎、旅游相结合为主的综合型湖泊。近年来, 由于农业生产、工业废弃物的排放以及旅游业的发展, 重金属污染已经成为多数湖泊的重要问题。环境中特定重金属元素的生物可给性及在生物体中的积累能力, 以及对生物毒性与该元素在环境中存在的物理形态及化学形态密切相关。水体沉积物中重金属的迁移转化规律、毒性以及可能产生的环境危害更大程度上取决
[1]
于其赋存形态, 为此, 本文针对阿木塔泡的沉积岩
・37・
第34卷第1期2009年1月
李晶等・连环湖阿木塔泡沉积物中重金属形态及其对环境影响分析
Vol 134No 11
Jan . 2009
芯的重金属元素化学形态展开分析。
2007年7月, 利用重力采样器在连环湖的阿木
1 样品采集与分析
1. 1 样品采集
塔泡湖心采集了长41c m 的未经扰动的AMT 柱状岩
芯(见图1) , 采样点位置46°34′1516″N, 124°01′05. 3″E, 按1c m 间隔进行分割, 带回实验室4℃冷藏
。
图1 AMT 沉积岩芯位置
1. 2 样品分析1. 2. 1 样品处理
B1) 、可还原态(铁一锰氧化物结合态B2) 、可氧化态有机物与硫化物结合态和残渣态(B3) 和残渣态。
将AMT 岩芯在荫凉处自然风干, 进行研磨直至全部过200目筛, 过筛后的样品装入聚乙烯保鲜袋密封保存, 防止受潮。1. 2. 2 实验方法
重金属元素形态的分级提取方法具有代表性的是Tessier 形态分析分类法方法, 将重金属元素的形态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机(包括硫化物) 结合态与不可提取的残渣中的硅酸盐称之为残渣晶格结合态
[2]
本文采用了BCR 连续分级提取法
[3]
, 所用器皿用2
mol/L的硝酸浸泡24h 以上, 并用去蒸馏水清洗2
。此后有许多学
者提出了改进意见, 如Kersten 和fortsner 于1986年在此基础上提出了改进的六步提取法, 将重金属的形态分为可交换态、碳酸盐结合态、易可还原态、中等可还原态、氧化态及残渣态; 欧盟共同体众多学者在研究了Tessier 法和其他研究工作中的改进意见后, 提出了现在欧盟地区通用的BCR 多级形态分类法, 将沉积物中的形态按实验操作定义为水溶态、可交换态与碳酸盐结合态可提取物(Hac 可提取物・38・
遍, 再用去离子水清洗3遍, 然后在通风橱内晾干。提取步骤如下:1. 2. 2. 1 可交换态及碳酸盐结合态
取0. 8g 样品, 放入离心管中, 加入32m l 0. 11mol/L醋酸(CH 3COOH ) , 把试管放入振荡器中, 室温下30r pm 振荡16h, 振荡过程中确保物质处于悬浮状态; 然后8000r pm 离心20m in, 澄清后上部液体倒入100m l 容量瓶中, 用去离子水定容, 在4℃下储存待测。再往残渣中加16m l 的蒸馏水或去离子水, 振荡15m in, 再离心20m in, 上部液体倒掉, 残渣不要倒出。振动残渣使其分离, 以备下一步使用。1. 2. 2. 2 Fe -Mn 氧化物结合态
往第一步剩余的残渣中加入32m l 浓度为0. 1mol/L的HONH 2・HCl (PH =2) , 然后按照第一步振荡、离心、移液、洗涤等步骤进行此步的操作。
第34卷第1期2009年1月
李晶等・连环湖阿木塔泡沉积物中重金属形态及其对环境影响分析
Vol 134No 11
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1. 2. 2. 3 有机物及硫化物结合态
往第二步残渣试管中缓慢加入8m l 818mol/L的H 2O 2(防止剧烈反应而溅出) , 用盖片盖住试管, 放置室温下1h, 间隔(15分钟) 用手振荡, 拿去盖子, 放到砂浴锅中在85℃下温浴1h, 待溶液基本上蒸发完后, 凉置, 再加入8m l 的8. 8mol/L的H 2O 2, 再放到砂浴锅中在85℃下温浴1h, 待溶液基本上蒸发完后, 凉置, 加入40m l 醋酸铵(CH 3COONH 4, 1mol/L,pH =2) 。按照上面的步骤进行振荡、离心、移液、洗涤等。1. 2. 2. 4 残渣态
往第三部的残渣中加入经过两次蒸馏的蒸馏水3～5m l, 8m l 的6mol/LHCl 和2. 66m l 的14mol/L的HNO 3, 放到砂浴锅中在150℃下蒸发至快干, 缓慢加入2mol/L的HNO 3, 然后用blue band filtering paper 过滤, 试管用相同的酸溶液清洗, 收集溶液于100m l 容量瓶中, 定容储存待测。所得的待测液均用I CP -AES 进行测定Mn 、Cr 、Cu 、Fe 、N i 、Pb 、Zn 元素。
小于10%。, 空I CP -AES 检(0. 002mg/L ～0. 01mg /L) , 说明试验使用试剂对沉积物元素形态提取结果没有影响, 因此AMT 岩芯沉积物重金属形态BCR 提取结果具有较高的精度和稳定性。
2 结果与讨论
2. 1 重金属元素形态特征
AMT 岩芯的重金属元素形态分布特征如图2
和图3所示
。
图2 AMT 沉积岩芯重金属元素形态平均含量柱状图
B1 可交换态及碳酸盐结合态;B2 Fe -Mn 氧化物结合态; B3 有机物及硫化物结合态;B4 残渣态。
图2为重金属元素形态分布的平均含量柱状图, 由图可知, Cr 、Cu 、Fe 、N i 、Pb 、Zn 元素以残渣态为主,Mn 元素以可交换态及碳酸盐结合态为主。图3为重金属元素形态分布图, 由图可以看出可交换态
及碳酸盐结合态、Fe -Mn 氧化结合态、有机物及硫化物结合态含量垂向上没有完全一致的变化趋势, 不同元素的各种结合态所占总量的比例是不同的, 这与元素的地球化学性质及沉积物的理化性质有关。由于各种重金属的地球化学性质的差异, 它们的主要存在形态也有所不同。具体如下:
Mn 元素形态分布规律:可交换态及碳酸盐结合态>残渣态>Fe -Mn 氧化物结合态>有机物及硫化物结合态,Mn 元素的可交换态及碳酸盐结态所占比例最高平均为61103%。
Cr 元素形态分布规律:残渣态>Fe -Mn 氧化结合态>有机物及硫化物结合态>可交换态及碳酸盐结合态, Cr 元素以残渣态为主平均为45. 25%。
Cu 元素形态分布规律:残渣态>Fe -Mn 氧化结合态>有机物及硫化物结合态>可交换态及碳酸盐结合态58. 26%, 而:残渣态>Fe -Mn 氧化>有机物及硫化物结合态, Fe 元素以残渣态为主, 平均为75. 37%, 其次是Fe -Mn 氧化结合态平均14. 51%, 其两种形态均未超过10%。
N i 元素形态分布规律:残渣态>Fe -Mn 氧化结合态>有机物及硫化物结合态>可交换态及碳酸盐结合态, N i 元素以残渣态为主, 平均为53. 03%, 其次是Fe -Mn 氧化结合态平均为24. 53%, 其他两种形态均未超过15%。
Pb 元素形态分布规律:残渣态>有机物及硫化物结合态>Fe -Mn 氧化结合态>可交换态及碳酸盐结合态, Pb 元素以残渣态为主平均为39. 48%, 有机物及硫化物结合态及Fe -Mn 氧化结合态也较高, 分别为25. 44%、23. 51%。
Zn 元素形态分布规律:残渣态>有机物及硫化物结合态>可交换态及碳酸盐结合态>Fe -Mn 氧化结合态, Zn 元素以残渣态为主平均为67. 3%, 其次是有机物及硫化物结合态平均为23. 06%, 而其他两种形态均未超过6%。2. 2 重金属形态的环境影响分析
可交换态及碳酸盐结合态是指重金属元素被吸附在粘土等颗粒表面或被束缚在碳酸盐中的部分, 可交换态形式存在的重金属专性吸附并且可进行离子交换, 含有过量阳离子的溶液就可将这部分重金属释放出来, 因而可交换态重金属是生物可直接吸收和利用的。Fe -Mn 氧化物结合态指重金属元素被Fe -Mn 氧化物包裹或本身就成为氢氧化物沉淀
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的一部分, 属于较强的离子键结合的化学形态, 在还原条件下可重新释放进入水体。有机物及硫化物结合态指重金属元素与有机质活性基团或硫离子结合的部分, 在氧化条件下可由于有机质或硫离子的氧化而重新释放进入水体。残渣态的重金属被包含在矿物晶格中, 性质非常稳定, 对沉积物中重金属的迁移和生物可利用性贡献不大, 因此一般认为对环境是安全的
。
图3 AMT 沉积岩芯重金属元素不同形态含量变化曲线
a . 可交换态及碳酸盐结合态; b . Fe -Mn 氧化物结合态; c . 有机物及硫化物结合态; d . 残渣态。
由图2可见,Mn 元素的可交换态及碳酸盐结合
[3]
态所占比例最大, 这与其他研究结果相似, 这是Mn 的地球化学性质决定的,Mn 在地壳及土壤中的含量较高, 在天然水中, 同其他金属离子相比,Mn 易
2+2+
于吸附在细颗粒表面;Mn 的氧化过程比Fe 慢得
2+
多, 有相当一部分Mn 主要以还原态(Mn ) 碳酸盐
2+2+
锰离子存在;Mn 的离子半径(0. 091nm ) 同Ca 、2+
Mg 的离子半径(分别为0. 108nm 和0. 080n m ) 很
2+2+2+
相近,Mn 易于同Ca 、Mg 发生类质同像替代, ・40・
由此造成沉积物中较高含量的可交换态及碳酸盐结
[4]
合态Mn 。而其他重金属元素的可交换态及碳酸盐结合态比例相对较小, 都小于20%, 只有在酸性条件下容易释放, 所以对生物的有效性较小。Cr (24. 75%) 、N i (24. 53%) 和Pb (23. 51%) 元素的Fe -Mn 氧化结合态所占比例较大, 在还原条件下可重新释放进入水体, 这部分重金属的形态浓度对水体、生物等生态环境具有潜在的危害。Zn (23106%) 和Pb (25144%) 元素的有机物及硫化物结合态所占比
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例较大, 这可能是因为Zn 和Pb 元素易与有机物结合形成络合物或螯合物, 或者易与硫离子结合形成硫化物有关, 随着沉积物氧化还原环境的改变, 以及有机质的降解, 有机物及硫化物结合态具有一定的释放潜力, 所以这部分重金属的形态也不能忽视。
由图3还可以看出Cu 、Zn 、N i 的可交换态及碳酸盐结合态近年呈上升趋势, 这种重金属的形态极易被生物所利用, 所以应该多予以关注, 以防出现污染事故。
Cr 、N i 和Pb 的Fe -Mn 氧化物结合态在一定的条件
下, 能重新释放到水体, 对生态环境有潜在的危险。由此看出, 当地政府应该采取相应的环境保护措施, 防止更多的重金属进入湖泊, 危害环境及生态系统。
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[3]刘恩峰, 沈吉, 朱育新. 重金属元素BCR 提取法及在
3 结论
在阿木塔泡的沉积岩芯中,Mn 主要以可交换态
及碳酸盐结合态存在, 其它重金属主要以残渣态存在, 其中, Cr 、N i 和Pb 的Fe -Mn 氧化物结合态含量也较高。以可交换态及碳酸盐结合态存在的Mn 可直接被生物吸收利用, 对环境可能产生较大的影响, 其它以残渣态为主的重金属对环境影响不大, 但是
太湖沉积物研究中的应用[J ].环境科学研究, 2005, 18(2) :
57-60.
[4]刘恩峰, 沈吉, 刘兴起, 朱育新. 太湖MS 岩芯重金属元
素地球化学形态研究[J].地球化学, 2004, 33(6) :602-608.
(上接第29页)
在资金筹措方面, 可采用“国家拨一点、集体补一块, 个人出大头”的原则, 保证生态旅馆建设项目的推进。4. 3 创新生态旅馆的形式, 开展连锁经营
一是建筑形式的创新。除了普通的钢筋混凝土建筑外, 中国众多少数民族的建筑也颇具特色, 如苗族、土家族的吊脚楼、傣族的竹楼、蒙古族和哈萨克族的圆形毡房、傈僳族的竹篾房和木楞房等。在生态旅游开发中, 将部分少数民族民居改造为生态旅馆也是可行的。一方面, 这些建筑本身与当地的自然环境融为了一体, 另一方面, 这些建筑本身就是重要的旅游资源, 通过它, 游客可以更深入地了解当地的风土人情。如贵州雷山县西江千户苗寨的“苗家乐”旅馆就是一种简单的生态旅馆形式。
二是经营模式的创新。目前, 中国生态旅馆基本上还是以农户个体经营为主, 资源分散, 标准不一, 难于管理。因此, 引进酒店连锁经营的理念, 对生态旅馆进行连锁管理也是可行的, 将来也是生态旅馆发展的必然趋势。4. 4 将生态旅馆纳入生态旅游开发的大范畴, 与周边景点联动开发
生态旅馆的一个重要特征是除了住宿设施之外, 还要提供其他生态旅游产品, 主要包括山径远足、民俗体验、野生动物游、观鸟游和河流旅行等。如住在
贵州雷山县的苗家吊脚楼, 还可以欣赏当地的民族歌
舞表演, 感受当地独有的“拦路酒”。还要有目的地将生态旅馆纳入生态旅游开发的大范畴, 在景点组合上要注重与周边景点的联合开发, 如贵州雷山西江苗寨与附近的雷公山国家森林公园在促销和线路安排上要同步, 将住生态旅馆、享民族风情、观自然美景紧密地结合起来, 实现“多赢”的局面。
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