沉积物中铁、锰的形态分析

土壤和沉积物12种金属元素的测定土壤和沉积物中的金属元素是环境科学研究中重要的内容之一。

这些金属元素对环境和生态系统的健康和稳定性具有重要影响。

本文将介绍土壤和沉积物中常见的12种金属元素的测定方法和其在环境中的意义。

一、土壤和沉积物中金属元素的测定方法土壤和沉积物中金属元素的测定方法主要包括化学分析和仪器分析两种方法。

化学分析方法是最常用的金属元素测定方法之一。

该方法通过一系列的化学反应将金属元素与其他成分分离，并通过重力、电位差或滴定等方法测定金属元素的含量。

常用的化学分析方法包括酸溶法、碱溶法和氧化法等。

仪器分析方法是近年来发展起来的一种新型金属元素测定方法。

该方法利用各种仪器设备（例如原子吸收光谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪等）对样品进行分析，能够快速、准确地测定金属元素的含量。

二、土壤和沉积物中常见的12种金属元素1. 铁（Fe）：铁是土壤和沉积物中含量最丰富的金属元素之一，对植物生长和土壤肥力起着重要作用。

2. 铜（Cu）：铜在土壤和沉积物中的含量较少，但对土壤微生物和植物的生长有一定影响。

3. 锌（Zn）：锌是植物生长所必需的微量元素之一，但过量的锌会对土壤生态系统产生负面影响。

4. 镉（Cd）：镉是土壤和沉积物中的重金属元素之一，对环境和人体健康具有较高的毒性。

5. 铅（Pb）：铅是土壤和沉积物中的常见重金属元素，来源主要是工业废弃物和汽车尾气等。

6. 砷（As）：砷是土壤和沉积物中的有毒金属元素之一，主要来源是煤矿、冶炼和农药等。

7. 汞（Hg）：汞是土壤和沉积物中的有毒金属元素之一，主要来源是煤矿和工业废水等。

8. 铝（Al）：铝在土壤和沉积物中的含量较高，但过量的铝会对土壤和水体产生不良影响。

9. 镍（Ni）：镍是土壤和沉积物中的常见金属元素之一，对植物生长和土壤质量有一定影响。

10. 锰（Mn）：锰是土壤和沉积物中的微量元素之一，对植物的光合作用和呼吸过程有重要影响。

11. 铬（Cr）：铬是土壤和沉积物中的重金属元素之一，主要来源是工业废水和废弃物等。

实验十一沉积物中铁、锰的形态分析前言为了研究污染物在环境中的迁移转化、自净规律、致毒作用机理以及最后归趋等环境化学行为，不仅要了解污染物的数量，而且还要研究其存在的化学形态，因为不同的化学形态具有不同的化学行为、环境效应和生态效应。

例如，对水中溶解态金属来说，甲基汞离子的毒性大于二价无机汞离子；游离铜离子的毒性大于铜的络离子；六价铬的毒性大于三价格；而五价砷的毒性则小于三价砷。

对于沉积物中的结合态金属来说，交换态金属离子的毒性大于与有机质结合的金属及结合于原生矿物中的金属等。

因此，在研究污染物在环境中的迁移转化等化学行为和生物效应时，不但要指出污染物的总量，同时必须指明它的化学形态及不同化学形态之间相互转化过程。

影响化学形态变化的因素很多，包括水体的物理化学性质、其他化学物种、水生生物、微生物的种类和数量、土壤、岩石、沉积物、固体悬浮颗粒物质的表面性质等，因此化学形态变化过程的研究是一个极其复杂的问题。

化学形态变化过程的研究可借助于各种能确定化学形态存在的方法，包括各种已有的化学分析方法和仪器分析方法来进行；当考虑生物代谢作用时，还要采用生物化学方法；当研究化学形态变化的环境效应、健康效应或生态效应时，还要采用毒理学方法或生态毒理学方法。

此外，还可以通过化学热力学和化学动力学计算，或利用计算机软件进行相应的模型计算等方法进行模拟。

还可将这些方法适当组合来进行研究。

沉积物是从水体中沉降下来的固体物质，其中所含的金属化合物，一般认为它们是难溶化合物，由于沉积物的吸附水带来的可溶性盐类的量应是极少的。

除一部分来源于矿物质风化的碎屑产物外，相当一部分是在水体中由溶解态金属通过吸附、沉淀、共沉淀及生物作用转变而来的。

对铁、锰来说，简单的难溶化合物形态主要有：氢氧化物、氧化物、碳酸盐、硫化物、磷酸盐、各种难溶有机螯合物以及金属单质等。

沉积物中不同形态金属含量的分配比与沉积物的颗粒组成及各种金属离子自身的性质有关，更与水环境的污染程度有关。

环境化学实验一、说明（一）课程性质专业限选课程。

（二）教学目的《环境化学实验》包括环境分析化学、环境污染化学和污染控制化学三部分内容，重点是环境污染化学部分，着重探讨污染物来源及其在环境介质中的存在形态、浓度水平和迁移、转化与降解等环境行为及其影响因素等。

通过《环境化学实验》课程的学习，深化《环境化学》课程讲授的基本知识，促进对环境化学领域研究动态及前沿的理解，掌握研究环境化学问题的基本方法和手段，提高实验数据科学分析能力和实验技能，使学生具备初步的独立科研能力。

（三）教学内容依据新的环境化学实验教学大纲，将整个教学环节分为“基础性实验”和“综合设计性实验”（项目总表）两个部分，增加了以独立科研能力培养为目标的“综合设计性实验”环节。

在“综合设计性实验”环节中，教师设计了多个研究题目供学生参考选择，要求学生在查阅文献的基础上，写出开题报告，并在教师的配合下自行设计实验方案、自行准备实验所需的材料。

在研究过程中，实验室（包括仪器设备）向学生开放，在教师的配合下学生自主进行实验活动。

在学期末，学生应完成一篇符合规范的研究论文。

（四）教学时数36学时。

（五）教学方式实验教学。

二、本文（一）基本要求通过该实验课程的学习，学生应熟练掌握环境化学的基本实验技能，了解环境化学领域当前国际最新研究动态和研究方法。

（二）项目总表（三）实验内容与要求实验一环境空气中挥发性有机物的污染评价实验目的1. 了解VOCs的成分、特点。

2. 了解气相色谱法测定环境中VOCs的原理，掌握其基本操作。

实验原理将空气中苯、甲苯、乙苯、二甲苯等挥发性有机化合物吸附在活性炭采样管上，用二硫化碳洗脱后，经色谱柱分离，火焰离子化检测器测定，以保留时间定性，峰高（或峰面积）外标法定量。

本法检出限：苯1.25ng；甲苯1.00ng；二甲苯（包括邻、间、对）及乙苯均为2.50ng。

当采样体积为100L时，最低检出浓度苯为0.005mg/m3；甲苯为0.004 mg/m3；二甲苯（包括邻、间、对）及乙苯均为0.010mg/m3。

沉积物中重金属的形态及迁移转化机制研究一、引言沉积物中的重金属是环境污染的主要来源之一。

沉积物中重金属的形态及其迁移转化机制研究是环境保护和污染治理的重要内容。

本文将从沉积物中重金属形态的分类、影响因素分析、迁移转化机制探究等方面进行探讨。

二、沉积物中重金属形态的分类沉积物中的重金属以不同的形态存在，对环境的影响也不同。

根据重金属在沉积物中的化学形态、组成、反应活性、生物有效性等方面进行分类，目前主要有以下四种分类方法：1. 岩石相沉积物可以分为机械岩石相、碳酸盐岩石相、铁锰氧化物岩石相等。

机械岩石相主要由颗粒和矿粒组成，孔隙度较大，重金属主要以无机结合形态存在；碳酸盐岩石相主要以碳酸盐、硫酸盐等形态存在；铁锰氧化物岩石相主要以铁锰氧化物、铁锰酸盐等形态存在。

2. 形态相根据重金属在沉积物中的化学形态进行分类，主要有水溶态、可交换态、硫化态、有机结合态等四种形态。

3. 分子尺度相根据重金属在分子水平上与其他元素或组分的亲和性进行分类，主要有浸出态、氧化态、磷酸态等。

4. 生物有效相根据重金属对生物的影响及其毒性水平进行分类，主要有生物利用相、植物毒害相、动物毒害相。

三、影响因素分析沉积物中重金属的形态和迁移转化机制与多种因素有关，包括沉积物基质、重金属种类、pH值、氧化还原电位、有机质含量、盐度等。

针对在沉积物中的不同形态存在的重金属，其存在状态是由沉积物特性控制的。

不同的结构、成分以及基质类型可导致重金属吸附、结合、沉淀、还原和溶出等过程的变化。

同时，pH值也是沉积物中重金属形态及其迁移转化的重要影响因素。

沉积物中的pH值变化，可以对不同形态的重金属造成影响。

有机质含量能影响沉积物中重金属形态的分布和传输，因为有机质具有显著的化学性质，可以与重金属进行配位等反应。

盐度是沉积物中重金属形态、迁移转化机制中的另一个重要影响因素。

水体中的盐度会改变重金属与溶解态之间的平衡，从而影响了重金属形态等因素。

一个含金银的铁锰矿床地质特征简介的报告，600字
铁锰矿床地质特征简介
铁锰矿床是一种含金银的多金属矿床，它具有明显的地质特征，可以帮助矿业工作者准确识别和挖掘矿产资源。

一般来说，铁锰矿床的地质特征有：
1. 组分：铁锰矿床以铁，锰和含金银的元素组成。

矿床中铁的含量可以高达50％，而锰的含量可以在10％以上，并且通常
带有一定量的其他金属（如镍、钛、钽、铌、钡、钒、铊、铅）。

2. 地表形态：铁锰矿床常常以精细的黑色或青黑色粉末状物质存在，可以在地表上形成碎屑样内土（内垫）晶状胶状结构。

3. 内部结构：铁锰矿床通常具有微细细粒结构，具有赝粒、芯粒和夹层结构。

4. 地质背景：铁锰矿床的形成是由火山喷发的深部熔融岩浆所引发的，随之而来的有含金银的岩浆受低温环境的影响而放射性氧化，从而形成金属氧化物地质体。

此外，铁锰矿床也可以从地质动力学上得到进一步的解释，因为它们多数存在于断裂带上，可以说是由断裂带上流动岩浆引发的自然形成。

总之，铁锰矿床地质特征可以大致分为组分、地表形态、内部结构和地质背景四个方面，它们都可以帮助矿业工作者了解和识别的矿产资源。

沉积物中重⾦属的形态分析及风险评价第42卷第12期 2009年12⽉天津⼤学学报 Journal of Tianjin UniversityV ol.42 No.12Dec. 2009收稿⽇期：2008-10-09；修回⽇期：2009-04-14.基⾦项⽬：国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项⽬(2007CB407306). 作者简介：董丽华（1980— ），⼥，博⼠研究⽣. 通讯作者：董丽华，lemon_tju@/doc/f25fddf27c1cfad6195fa7b9.html .沉积物中重⾦属的形态分析及风险评价董丽华1，李亚男1，常素云1，杨幼安2，刘华3(1. 天津⼤学环境科学与⼯程学院，天津 300072；2. 93756部队，天津 300131；3. 天津市环境保护科学研究院，天津 300191)摘要：在对各种⾦属进⾏形态分析的基础上，采⽤风险评价准则(RAC )和平均沉积物质量基准系数法(SQG-Q )，对沉积物中重⾦属的污染程度和⽣态风险进⾏了评价．按照RAC 准则，Cd 的有效态质量分数⼤于50%，对环境构成⾮常⾼的风险；Ni 次之，超过30%，对环境构成了⾼风险；Zn 对环境构成中等程度的风险；Pb 和Cu 对环境的危害均处于低风险状态．采⽤SQG-Q 法，其SQG 系数为7.4，远远⼤于1，表明该区域呈现出⾮常⾼的潜在不利⽣物毒性效应．应⽤PEL/TEL 准则对单⼀重⾦属的⽣物毒性进⾏判断，表明这⼏种⾦属的潜在⽣物毒性很⼤，不利⽣物效应将频繁发⽣．关键词：重⾦属；风险评价准则；可利⽤性；平均沉积物质量基准系数法；⽣物毒性中图分类号：TU992.0 ⽂献标志码：A ⽂章编号：0493-2137(2009)12-1112-06Fraction Distribution and Risk Assessment of Heavy Metals in SedimentsDONG Li-hua 1，LI Ya-nan 1，CHANG Su-yun 1，YANG You-an 2，LIU Hua 3(1. School of Environmental Science and Engineering ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China ；2.The People’s Liberation Army 93756，Tianjin 300131，China ；3.Tianjin Academy of Environmental Sciences ，Tianjin 300191，China )Abstract ：Based on fraction distribution analysis of various metals ，metal contamination and ecological risk of heavy metals in the sediment have been assessed with risk assessment code (RAC )and mean sediment quality guideline quotient (SQG-Q )in this study. According to the RAC ，more than 50% carbonate and exchangeable mass fraction of Cd is of very high risk to the environment ；Ni takes second place and is of high risk. For Zn ，a medium RAC value has been found. With less than 10%carbonate and exchangeable fractions ，Pb and Cu pose low risk to the environment. The SQG index，calculated with SQG-Q ，is 7.4，which is far more than 1，indicating that the sediment has very high potential for biological toxicity effect. Assessment of biological toxicity with PEL/TEL guideline shows that all these metals have great potential for biological toxicity and the adverse effects will frequently occur.Keywords ：heavy metal ；risk assessment code ；availability ；mean sediment quality guideline quotient ；biological toxicity河流沉积物扮演了⼀个重要的污染物的⾓⾊，它综合反映了河流中污染物的特性及河流污染的历史．重⾦属是沉积物中最普遍的环境污染物质，可能来源于⾃然环境或⼈类的活动．前者主要指岩⽯和矿物的地质风化作⽤，后者指采矿和冶⾦⼯业、⾦属加⼯、垃圾和废渣堆的⾦属淋溶、动物和⼈体的排泄物等⼈类⽣产活动带来的重⾦属直接或间接的排放．与⼤多数有机物不同，重⾦属是⾮降解元素型有毒物质，⼀般不能借助于天然过程从⽔⽣态系中除掉，也不会因化合物结构的破坏⽽丧失其毒性．多数重⾦属半衰期长，⼀般短期内不易消失．进⼊⽔体后，由于本⾝特性的作⽤和环境因素的影响，表现出⼀定的特征性，其趋势是从⽔相向固相转化，⽔体中的悬浮颗粒物充当了重⾦属迁移转化的主要载体，⽽河流沉积物则成了重⾦属迁移转化的主要归宿．毒性⾦属如汞、铜和其他许多⾦属都趋向于积累在底部2009年12⽉董丽华等：沉积物中重⾦属的形态分析及风险评价 ·1113·沉积物中，它们以改变的形态迁移到⾷物链中，并进⼊⼈体引起慢性或急性的疾病．此外，通过⽣物富集和放⼤作⽤，重⾦属会对⽣态系统构成直接或间接的威胁．因此，对沉积物中的重⾦属进⾏污染评价是⾮常必要的．不同的重⾦属有不同的毒性效应，⽽且⾦属浓度和暴露时间不同，其毒性效应也会有所不同[1]．在沉积物中重⾦属以多种化学形态存在，在化学反应、迁移性、⽣物可利⽤性和潜在毒性⽅⾯，展现出不同的物理和化学⾏为[2]．研究发现重⾦属的各组成状态⽽不是其总浓度是理解其⽣物效应的关键[3]，也是理解重⾦属⽣物地理化学转换和最终命运的关键[4]．因此，本⽂以选定河流为研究区域，系统分析了重⾦属的存在状态，并采⽤风险评价准则(risk assessment code，RAC)和平均沉积物质量基准系数法(mean sediment quality guideline quotient，SQG-Q)对重⾦属的污染程度、⽣物可利⽤性和⽣态风险进⾏了评价．1 材料与⽅法1.1 研究区域概况以天津市⼤沽排污河的沉积物为研究对象．该河建于1958年，北起陈台⼦排污河顶端，流经南开区、西青区、津南区、塘沽区，最终在⼤沽⼝⼊渤海，河道总长83.6 km，是天津市的两⼤排污河之⼀．⼤沽排污河由于常年承担天津市⽣活污⽔和⼯业废⽔的排放，底泥中沉积了⼤量的污染物，其中重⾦属的富集现象⼗分严重，尤以铅(Pb)、铬(Cd)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)为甚，这⼏种⾦属都是属于极毒且较易被⽣物吸收的重⾦属．鉴于重⾦属的富集性和急性毒性，对其进⾏污染分析及风险评价是⼗分必要的．本实验所⽤底泥采⾃⼤沽排污河4～12号桥的图1采样点分布Fig.1Diagram of sediment sampling locations 1.2 重⾦属测定⽅法1.2.1底泥中重⾦属总量的分析底泥中重⾦属总量测定采⽤HCl、HF、HClO4消解，以原⼦吸收光谱仪(HITACHI 180-80 polarized zeeman AAS)测定．底泥的pH值采⽤1∶5⼟液⽐，⽤pH计测定．底泥理化性质的测定参照⼟壤理化分析进⾏，数据的精确性及精度⽤SAS软件进⾏统计检验[5]．1.2.2底泥中重⾦属各形态的分析重⾦属各形态的测定采⽤Tessier的连续提取法[6]．该法把重⾦属分为5种不同的形态：离⼦可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态．其中可交换态的迁移性最强，毒性也最强；碳酸盐结合态也不稳定，易受pH值变化的影响，在酸性条件下会向可交换态转化；铁锰氧化物结合态和有机结合态⽐较稳定，但在⼀定氧化还原电位和pH值条件下也会缓慢地向可交换态转化；残渣态在环境中极为稳定，⼀般不具有毒性和危害．1.3 污染程度和风险评价⽅法沉积物重⾦属污染的评价⽅法很多，基于本课题的研究⽬的及评价⽅法本⾝的特点，笔者选择了风险评价准则(RAC)[2]和平均沉积物质量基准系数法[7]．这两种⽅法分别从重⾦属的有效性和⽣物毒性⾓度⼊⼿，对重⾦属的污染状况进⾏评价，以便对重⾦属进⾏后期治理．1.3.1风险评价准则风险评价准则(RAC)是基于沉积物中重⾦属的不同存在形态对其有不同的结合⼒⽽提出的．该准则将碳酸盐结合态和离⼦可交换态视为重⾦属的有效部分，通过计算这两部分占重⾦属总量的⽐例来评价沉积物中重⾦属的有效性，即可利⽤性，进⽽对其环境风险进⾏评价．重⾦属的有效性越⾼，其对环境构成的风险越⼤，反之亦然．为了对环境风险进⾏定量评价，风险评价准则(RAC)将重⾦属中碳酸盐结合态和离⼦可交换态所占百分数分为5个等级，其分类见表1．表1风险评价准则Tab.1Risk assessment code风险等级重⾦属中碳酸盐结合态和离⼦可交换态所占百分数/%⽆风险＜1低风险1~10中等风险11~30⾼风险31~50⾮常⾼风险>50·1114· 天津⼤学学报第42卷第12期1.3.2 平均沉积物质量基准系数法重⾦属污染的评价⽅法很多，如新的地积累指数法(NI geo )[8]、背景富集指数法(PIN )、海⽔沉积物污染指数法(MSPI )[9]、平均沉积物质量基准系数法(SQG-Q )[7]以及污染负荷指数(PLI )法[10]等．为了便于选择适合的评价⽅法，Caeiro 等[7]以专家知识和判断为基础，对众多评价指数的性能进⾏了评估，并依据其可⽐较性、代表性、可信性、简便性、敏感性以及可接受的不确定性⽔平的程度进⾏了评分．在⽣态风险评价指数中，SQG-Q 因综合考虑了各种污染因素且采⽤了最近修订的基准值⽽具有较⾼的可信性和可接受的不确定性⽔平，因此得分最⾼．故本⽂选⽤SQG-Q 法来评价重⾦属的⽣态风险．该⽅法运⽤可能效应浓度(probable effect level ，PEL )[11]来计算SQG-Q 系数，计算公式为1PEL-Q SQG-Q nii n==∑ (1)PEL-Q PELii c =(2) 式中：PEL-Q 为可能效应浓度系数；i c 为每⼀种污染物的浓度；PEL 为每种污染物的可能效应浓度．根据SQG-Q 系数，可对选定的沉积物区域进⾏⽣态风险评价．若SQG-Q ≤0.1，表⽰该区域未受到影响，具有最低的潜在不利⽣物毒性效应(⽣物毒性与其他的⽣物负效应)；若 0.1 < SQG-Q < 1，则表⽰该区域存在中等程度的潜在不利⽣物毒性效应；若 SQG-Q ≥1，则表⽰该区域存在⾮常⾼的潜在不利⽣物毒性效应．其中，可能效应浓度/临界效应浓度(PEL/TEL )基准，是从北美沉积物⽣物效应数据库(BEDS )中导出的[12]．应⽤PEL/TEL 还可以对每种重⾦属的⽣物毒性进⾏判别：污染物浓度低于TEL 时，不利⽣物毒性效应很少发⽣；污染物浓度⾼于PEL 时，不利⽣物毒性效应将频繁发⽣，从⽽能够迅速辨别具有潜在⽣物毒性风险的重⾦属和污染区域．2 结果与讨论2.1 测量结果底泥基本性质如下：阳离⼦交换量为496 mmol/kg ；TOC 的质量分数为l7.8％；矿物油4.86％；全氮0.25％；pH 值为7.32．底泥中主要重⾦属总量及各种形态重⾦属含量见表2．表2 底泥中主要重⾦属总量及各形态重⾦属含量Tab.2 Total and different fraction concentrations of heavy metals in the sediments mg/kg存在形态 Pb 含量 Cd 含量 Ni 含量 Cu 含量 Zn 含量离⼦可交换态 0.02 1.88 8.44 4.13 102.50 碳酸盐结合态 15.50 1.94 50.84 1.20 1 743.75 铁锰氧化物结合态 53.83 0.76 62.88 2.72 2 435.00 有机结合态 35.92 0.47 50.87 60.07 1 087.50 残渣态 192.03 0.83 16.64 393.32 1 215.56 总量297.28 5.89 189.67 461.14 6 584.312.2 重⾦属污染程度及各形态分析重⾦属污染是相对于本底值也就是背景值⽽⾔的．由于全球地壳丰度或全国⼟壤背景值对特定区域⽽⾔可能并不合适，故本⽂采⽤研究区域附近流域——海滦河流域的背景值做对⽐，进⾏污染程度分析．⾼宏等[13]对全国主要⽔系沉积物中的元素背景值进⾏了统计研究，其中海滦河流域中Pb 、Cd 、Ni 、Cu 、Zn 的背景值分别为：48.20 mg/kg 、0.059 mg/kg 、16.79mg/kg 、15.81 mg/kg 、44.43 mg/kg ．将所测得的重⾦属总量与背景值⽐较可明显看出，每种⾦属都呈现出不同程度的富集：Pb 富集了6.2倍，Cd 富集了99.8倍，Ni 富集了11.3倍，Cu 富集了26.2倍，Zn 富集了154.3倍．重⾦属Zn 的富集倍数最⾼，这可能与Zn 化合物的⼴泛应⽤有关；Cd 次之，尽管其总浓度最⼩，但由于其较低的背景浓度，导致了较⾼的富集倍数．各元素的污染程度按富集倍数⼤⼩排列依次为：Zn 、Cd 、Cu 、Ni 、Pb ．根据底泥中重⾦属总量及各形态含量可得⾦属的质量分数(如图2所⽰)．由图2可知，重⾦属Pb 的残渣态占其总量的60%以上，铁锰氧化物结合态和有机结合态含量适中，⽽以离⼦可交换态形式存在的Pb ⼏乎难以监测到．这种分配是由于富含Pb 的矿物⼤多抗风化能⼒较强，Pb 不易从中释放出来，⽽有限的可迁移部分⼜易与铁锰形成氧化物，被有机质所吸附，从⽽导致了较低的游离态．Cd 元素在不同结合态的分配是：碳酸盐结合态>离⼦可交换态>残渣态>铁锰氧化物结合态>有机结合态．可以看出Cd 易与碳酸盐发⽣交换反应，⽣成2009年12⽉董丽华等：沉积物中重⾦属的形态分析及风险评价 ·1115·碳酸盐沉淀，Cd在离⼦可交换态和铁锰氧化物结合态的浓度也较⾼，即Cd的迁移性和⽣物有效性较⾼，较低的pH值会加剧其离⼦可交换态含量的增加(pH值是控制Cd等重⾦属元素地球化学⾏为的重要因素[14])，从⽽产⽣严重的⽣态风险．这说明在沉积物中Cd是⼀种易释放的重⾦属，所以Cd的⼆次污染危害较⼤．对Ni来说，其铁锰氧化物结合态、有机结合态和碳酸盐结合态的含量占到了85%以上且含量相当，⽽离⼦可交换态和残渣态仅分别占4.45%和8.78%，这表明重⾦属Ni在⼀定条件下(缺氧、氧化等)很不稳定．pH值、氧化还原电位升⾼时，将有利于铁锰氧化物结合态的形成；⽽pH值降低时，将促使其碳酸盐结合态分解．Cu元素在不同结合态的分配是：残渣态>有机结合态>铁锰氧化物结合态>碳酸盐结合态>离⼦可交换态．从图中可以看出，85%以上的Cu以残渣态形式存在，⽽在离⼦可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态中的百分⽐却很低，这是由重⾦属Cu在表⽣环境中的地球化学⾏为所决定的．在中、碱性条件下，⾦属Cu的活动性低，不易迁移[15]，多以铜盐形式存在，这说明Cu在底泥中是⼀种较稳定的元素．对Zn来说，其铁锰氧化物结合态含量最⾼达36.98%，离⼦可交换态的含量最低仅占 1.56%，这主要是因为铁锰氧化物絮凝时通过吸附、共沉淀过程将游离态的Zn载带下来的缘故；其碳酸盐结合态的含量与底泥的pH值密切相关，随着pH值的增⼤Zn矿物的溶解度会下降，即离⼦可交换态含量会降低；在偏碱性环境中，Zn易被碳酸盐所吸附，从⽽形成Zn(OH)2或ZnCO3沉淀．图2沉积物中重⾦属元素形态分析Fig.2Speciation of heavy metals in the sediments2.3 重⾦属污染评价2.3.1风险评价准则重⾦属在环境中的富集与环境的理化性质有关，在长期的表⽣物理、化学、⽣物作⽤下，化学元素经过活化转移、分散富集、吸附沉淀等作⽤，得到了再分配和分异．然⽽重⾦属元素能否被⽣物吸收利⽤，主要取决于该元素的有效态(离⼦可交换态和碳酸盐结合态)含量．5种重⾦属元素的有效态含量如图3所⽰．不难看出，根据风险评价准则(RAC)，重⾦属Pb、Cd、Ni、Cu、Zn的有效态含量分别为 5.2%、64.9%、31.3%、1.2%、28.0%．重⾦属Cd的有效态含量最⾼达65%，⼤于50%，对环境构成⾮常⾼的风险；重⾦属Ni 次之，超过30%，对环境构成了⾼风险；重⾦属Zn的有效态含量处于10%~30%之间，对环境构成中等程度的风险，但已接近⾼风险的边缘，应引起⾜够的重视；重⾦属Pb和Cu的有效态含量较低，均处于1%~10%之间，对环境的危害处于低风险状态，其中Pb对环境的风险程度要⾼于Cu，这与Cu主要以残渣态存在有关．按该准则，⼏种重⾦属对环境的风险程度由⾼到低依次为：Cd、Ni、Zn、Pb、Cu．图3沉积物中重⾦属离⼦可交换态和碳酸盐结合态的质量分数Fig.3Mass fraction of the exchangeable and bound to carbonate of heavy metals in the sediments在⼏种重⾦属中，Zn的总含量最⾼，但对环境的风险却处于中等⽔平；Cd的总含量最低，却对环境构成了⾮常⾼的风险；Ni 也呈现同样的趋势；重⾦属Cu、Pb总含量虽然较⾼，但绝⼤部分是以稳定的残渣态存在，故对环境呈现了较低的风险．由此可见，在⼀定程度上重⾦属的存在形态对其环境风险起决定性作⽤．重⾦属元素在环境中所呈现的形态与pH值、氧化还原电位、⽆机物组分、有机质含量等多种因素有关．当上述条件发⽣改变时，重⾦属就会发⽣形态的转化，各形态所占⽐例也会发⽣变化．也就是说，可以根据这些影响因素提出控制措施，改变重⾦属的有效性，从⽽减⼩其对环境的危害．2.3.2 平均沉积物质量基准系数法(SQG-Q)采⽤可能效应浓度(PEL)基准值来计算SQG-Q 系数，⼏种重⾦属的PEL/TEL基准值如表3所⽰．由·1116· 天津⼤学学报第42卷第12期式(2)可得Cd 、Ni 、Cu 、Zn 、Pb 的可能效应⽔平系数Cd PEL-Q 、Ni PEL-Q 、Cu PEL-Q 、Zn PEL-Q 、Pb PEL-Q 分别为1.40、4.43、4.26、24.30、2.65．再由式(1)可得沉积物平均质量基准系数SQG -Q 为Pb Cd Ni Cu ZnPEL-Q +PEL-Q +PEL-Q +PEL-Q +PEL-Q SQG-Q 7.415==可见，SQG-Q >1，表明该区域受到了严重污染，并呈现⾮常⾼的潜在不利⽣物毒性效应．表3 PEL/TEL 重⾦属基准值Tab.3 PEL/TEL guideline values for heavy metalsmg/kg项⽬ Pb 含量 Cd 含量 Ni 含量 Cu 含量 Zn 含量PEL 112.2 4.20 42.8 108.2 271 TEL 30.2 0.68 15.9 18.7 124应⽤PEL/TEL 基准，还可以判别单⼀重⾦属的⽣物毒性．将测量结果(见表2)与表3进⾏对⽐，可以看出重⾦属Pb 、Cd 、Ni 、Cu 、Zn 的浓度均⾼于PEL ⽔平，更远⾼于TEL ⽔平，其平均含量分别为PEL 值的2.65、1.40、4.43、4.26和24.30倍，即这5种重⾦属的潜在⽣物毒性很⼤，不利⽣物效应将频繁发⽣．由此可见，对该河道底泥进⾏治理已刻不容缓．⽬前，对重⾦属污染的治理技术主要有物理、化学和⽣物3类⽅法．其中物理⽅法投⼊相对较⼤；化学⽅法易产⽣⼆次污染；相对⽽⾔，采⽤⽣物⽅法⽐较合理，尤其是植物修复技术以其廉价、⾼效、安全等特点，已经成为重⾦属污染修复领域的⼀项新兴技术[16]．利⽤植物修复技术对底泥进⾏治理不仅效果好，投资少，运⾏费⽤低，且杜绝了⼆次污染，还有利于⽣态环境的改善．3 结论(1)以研究区域附近——海滦河流域背景值为参照，对重⾦属污染状况进⾏了评价．各元素的污染程度按富集倍数⼤⼩排列依次为：Zn 、Cd 、Cu 、Ni 、Pb ．(2)根据风险评价准则(RAC )，重⾦属Pb 、Cd 、Ni 、Cu 、Zn 的有效态含量分别为5.2%、64.9%、31.3%、1.2%、28.0%．(3)依据其有效性(可利⽤性)，重⾦属对环境的风险程度由⾼到低依次为：Cd 、Ni 、Zn 、Pb 、Cu ，这表明在⼀定程度上重⾦属的存在形态对其环境风险起决定性作⽤．(4)按照平均沉积物质量基准系数法，该区域的SQG-Q 为7.41，远⼤于1，表明该区域受到严重的重⾦属污染，呈现出⾮常⾼的潜在不利⽣物毒性效应．(5)按照PEL/TEL 基准，5种重⾦属的浓度均⾼于PEL ⽔平，5种重⾦属的潜在⽣物毒性很⼤，不利⽣物效应将频繁发⽣．参考⽂献：［1］ M ohammed M H ，M arkert B. Toxicity of heavy metalson Scenedesmus quadricauda (Turp.)de Brebisson in batch cultures [J ]. Environmental Science and Pollution Research，2006，13(2)：98-104.［2］ Singh K P ，M ohan D ，Singh V K ，et al. Studies ondistribution and fractionation of heavy metals in Gomtiriver sediments —a tributary of the Ganges ，India [J ]. Journal of Hydrology ，2005，312(1/2/3/4)：14-27.［3］ Billon G ，Ouddane B ，Recourt P ，et al. Depth variabilityand some geochemical characteristics of Fe ，Mn ，Ca ，Mg ，Sr ，S ，P ，Cd and Zn in anoxic sediments from Authie Bay (Northern France)[J ]. Estuarine C astal and Shelf Science ，2002，55(2): 167-181.［4］ Liu H L ，Li L Q ，Yin C Q ，et al. Fraction distribution and risk assessment of heavy metals in sediments of Moshui Lake [J ]. Jo urnal o f Enviro nmental Sciences ，2008，20(4)：390-397.［5］ Johnson R A, Wichern D W. Applied MultivariateStatistical Analysis [M ]. Beijing: Tsinghua University Press ，2008.［6］ Tessier A, Campbell P G C, Bisson M . Sequentialextraction procedure for the speciation of particulate trace metals[J]. Anal Chem ，1979，52 (7)：544-551.［7］ Caeiro S ，Costa M H ，Ramos T B ，et al. Assessing heavymetal contamination in Sado Estuary sediment ：An index analysis approach [J ]. Ecological Indicators ，2005，5(2)：151-169.［8］ Ruiz F. Trace metals in estuarine sediments from theSouthwestern Spanish Coast [J ]. Mar Po llut Bull ，2001，42(6)：482-490.［9］ Shin P K S ，Lam W K C. Development of a marine sediment pollution index [J ]. Enviro n Po llut ，2001，113(3)：281-291.［10］ Wilson J G ，Jeffrey D W. Europe-wide indices formonitoring estuarine quality [C ]// Kramer K J M . Biological Indicators of Pollution. Dublin, Ireland: Royal Irish Academy, 1987: 225-242.2009年12⽉董丽华等：沉积物中重⾦属的形态分析及风险评价 ·1117·［11］Long E R，Macdonald D D，Smith S L，et al. Incidence of adverse biological effects within ranges of chemical concentrations in marine and estuarine sediments [J].Environmental Management，1995，19(1)：8l-97. ［12］范⽂宏，张博，陈静⽣，等. 锦州湾沉积物中重⾦属污染的潜在⽣物毒性风险评价[J]. 环境科学学报，2006，26(6)：1000-1005.Fan Wenhong，Zhang Bo，Chen Jingsheng，et al. Pollutionand potential biological toxicity assessment using heavymetals from surface sediments of Jinzhou Bay[J]. ActaScientiae Circumstantia e，2006，26(6)：1000-1005(inChinese).［13］⾼宏，暴维英，张曙光，等. 多沙河流污染化学与⽣态毒理研究[M]. 郑州：黄河⽔利出版社，2001.Gao Hong，Bao Weiying，Zhang Shuguang，et al. Study onChemical Pollution and Ecological Toxicology in Rivers[M]. Zhengzhou：Yellow River Water ConservancyPress，2001(in Chinese).［14］余涛，杨忠芳，钟坚，等. ⼟壤中重⾦属元素Pb、Cd地球化学⾏为影响因素研究[J]. 地学前缘(中国地质⼤学(北京)：北京⼤学)，2008，15(5)：67-73.Yu Tao，Yang Zhongfang，Zhong Jian，et al. Factorsaffecting the geochemical behavior of heavy metalelements Pb and Cd in soil [J]. Earth Science Frontiers(China University o f Geo sciences，Beijing：Peking Uni-versity)，2008，15(5)：67-73(in Chinese).［15］樊建强，吴⾦凤，吴晓峰，等. 地球化学异常评价中的⼏个问题[J]. 矿产与地质，2005，19(3)：306-309.Fan Jianqiang，Wu Jinfeng，Wu Xiaofeng，et al. Someproblems in geochemical anomaly evaluation [J].Mineral Reso urces and Geo lo gy，2005，19(3)：306-309(in Chinese).［16］Mertens J，Vervaeke P，Schrijver A D，et al. Metal uptake by young trees from dredged brackish sediment：Limitations and possibilities for phytoextraction andphytostabilisation [J]. Science of the Total Environment，2004，326(1/2/3)：209-215.。

土壤重金属元素的形态是指土壤环境中金属元素以某种离子、分子或其他结合方式存在的物理化学形式。

这些形态的重金属具有不同的生理活性和毒性，对环境和生物的影响也不同。

以下是一些常见的土壤重金属形态：
1. 水溶态：重金属以离子形式存在于土壤溶液中，这种形态下的重金属具有较高的活性和毒性，易被植物根系吸收并进入食物链。

2. 交换态：重金属离子吸附在土壤颗粒表面，与土壤中的其他阳离子进行交换，这种形态下的重金属也具有较高的活性和毒性。

3. 碳酸盐结合态：重金属与碳酸盐结合形成沉淀，这种形态下的重金属活性较低，但在某些条件下可能重新释放到土壤中。

4. 铁锰氧化物结合态：重金属与铁锰氧化物结合形成复合物，这种形态下的重金属活性较低，但在土壤氧化还原条件改变时可能重新释放。

5. 有机物结合态：重金属与有机物质结合形成复合物，这种形态下的重金属活性取决于有机物的种类和性质。

6. 残渣态：重金属以不溶性残渣形式存在于土壤中，这种形态下的重金属活性最低，对环境和生物的影响也最小。

需要注意的是，重金属的形态并不是固定不变的，它们可能随着土壤环境条件的变化而发生转化。

例如，在氧化还
原条件改变时，铁锰氧化物结合态和有机物结合态的重金属可能重新释放到土壤中；在土壤pH值变化时，碳酸盐结合态的重金属也可能发生转化。

因此，在评估土壤重金属污染时，需要综合考虑重金属的形态及其在土壤中的转化情况。

水库沉积物中铁、锰季节性释放的实验研究张超莹;郑西来;陈蕾;陈然;魏杨【摘要】分析青岛市王圈水库水质和沉积物长期监测资料,研究环境因子(DO、pH 值、温度等)对水库沉积物铁、锰释放的影响.结果表明:厌氧、中酸性条件有利于铁、锰的释放,而好氧(ρ(DO)＞6.5mg/L)和碱性条件(pH=9.2)会抑制铁、锰的释放;温度对铁、锰的释放有很明显的影响,升高温度有利于铁、锰的释放.%Based onlong-term monitoring data of water quality and sediments in the Wangquan Reservoir in Qingdao City,the influence of environmental factors (such as dissolved oxygen,the pH value,and the water temperature) on the release of manganese and iron was investigated.The results show that anaerobic,neutral and acid conditions can promote the release of manganese and iron from sediments,while the release is inhibited under aerobic (ρ(DO) ＞ 6.5 mg/L) and alkaline (pH =9.2)conditions.Moreover,the effect of water temperature on manganese and iron release is obvious,and higher temperature can promote the release of manganese and iron.【期刊名称】《水资源保护》【年(卷),期】2013(029)003【总页数】5页(P79-82,86)【关键词】水库沉积物;铁;锰;季节性释放;环境因子【作者】张超莹;郑西来;陈蕾;陈然;魏杨【作者单位】中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛266100;中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛266100;中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室,山东青岛266100;中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛266100;中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛266100;中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛266100【正文语种】中文【中图分类】X524金属铁、锰是人体正常代谢必需的微量元素，但过量的铁、锰会对人体产生不利的影响，其动物毒性试验表现为情绪不稳定、神经衰弱、功能性障碍，甚至出现呼吸困难和心跳停止，还有致癌性。