【摘 要】
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环境中的重金属本身具有较大毒性,易生物富集,对人类健康产生威胁,因此重金属受到广泛关注。河流湖泊表层沉积物中重金属的迁移过程涉及一系列的物化作用,如吸附-解吸、溶解-吸收、络合-解离等,以及生物氧化还原等作用。当水环境中的氮磷等营养盐相对过剩时,藻类爆发生长成为富营养化水体。活跃的藻类活动与表层沉积物中的重金属迁移行为密切相关,并且富营养化水体中有机物的降解、微生物的新陈代谢等行为也会影响沉积物中
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环境中的重金属本身具有较大毒性,易生物富集,对人类健康产生威胁,因此重金属受到广泛关注。河流湖泊表层沉积物中重金属的迁移过程涉及一系列的物化作用,如吸附-解吸、溶解-吸收、络合-解离等,以及生物氧化还原等作用。当水环境中的氮磷等营养盐相对过剩时,藻类爆发生长成为富营养化水体。活跃的藻类活动与表层沉积物中的重金属迁移行为密切相关,并且富营养化水体中有机物的降解、微生物的新陈代谢等行为也会影响沉积物中重金属的迁移作用。因此,开展铜绿微囊藻对沉积物中重金属迁移规律的影响研究意义重大。本文以某受纳水体中的沉积物和上覆水为研究对象,采用模拟实验的研究方法,研究藻有机物和藻细胞对沉积物中重金属迁移规律的影响作用;通过模拟有菌和无菌环境,探讨细菌在藻类影响沉积物中重金属迁移过程中的作用,并通过对水中重金属颗粒态与溶解态的分布情况的探究,进一步揭示了重金属在沉积物中的迁移行为。主要研究结果如下:在有菌和无菌环境下,藻类有机物和藻细胞的投放使各柱中上覆水p H值、溶解氧(DO)浓度和氧化还原电位(Eh)发生变化,同时上覆水和间隙水中的有机物、营养盐(磷酸盐、氨氮、亚硝态氮)随着藻类物质的活动也出现了相应的波动。无菌-藻有机物(AOM)组和无菌-藻细胞组中Eh分别下降了40.56 m V和88.30 m V,而有菌-AOM组和有菌-藻细胞组中Eh值降幅更大,分别下降了200.40 m V和277.00 m V。同样氨氮浓度在无菌-AOM组合无菌-藻细胞组中分别增加了-3.89 mg·L-1和1.47mg·L-1,而有菌-AOM组和有菌-藻细胞组中氨氮浓度增加了4.15 mg·L-1和11.44 mg·L-1。这些环境因素的改变表明藻类有机物及藻细胞活动提高了水环境的还原性,有利于水中悬浮颗粒以及沉积物中重金属的释放和迁移。对比无菌-藻有机物组和无菌-藻细胞组中沉积物重金属迁移过程,发现对沉积物中Sb、As释放的促进作用较强,但对促进沉积物中Pb释放的作用较弱。无菌-AOM组和无菌-藻细胞组Sb、As和Pb释放到上覆水的最大值分别依次为0.93μg·L-1、0.00μg·L-1、0.00μg·L-1和4.51μg·L-1、11.14μg·L-1、0.93μg·L-1。通过对比微生物和无菌环境下重金属迁移过程,发现微生物也会促进沉积物释放Sb、As和Pb等重金属的过程。有菌-AOM组和有菌-藻细胞组上覆水Sb、As和Pb最大释放量分别依次为4.68μg·L-1、8.79μg·L-1、4.95μg·L-1和6.75μg·L-1、12.52μg·L-1、2.01μg·L-1。明显高于无菌-藻细胞组的释放量。在沉积物中Sb、As和Pb迁移至上覆水的过程中发现,在无菌环境下,藻细胞活动有助于沉积物中Sb直接以溶解态的形式向水中迁移,As、Pb则先以颗粒态的形式释放到水体中,进一步完成从颗粒态向溶解态的转化。无菌-AOM组中重金属释放最大量至上覆水时,颗粒态Sb、As、Pb浓度分别为1.96μg·L-1、4.04μg·L-1和2.89μg·L-1;溶解态Sb、As、Pb浓度分别为0.80μg·L-1、1.99μg·L-1和1.62μg·L-1。无菌-藻细胞组中重金属释放最大量至上覆水时,颗粒态Sb、As、Pb浓度分别降低了0.65μg·L-1、1.44μg·L-1和0.05μg·L-1,溶解态Sb、As、Pb浓度分别增加4.14μg·L-1、12.79μg·L-1和0.52μg·L-1。在藻类影响沉积物中Sb和As释放的过程中,微生物协同藻类促进了沉积物中Sb、As和Pb更多以溶解态的形式释放。有菌-AOM组中颗粒态Sb、As和Pb浓度分别为1.93μg·L-1、2.55μg·L-1和3.23μg·L-1;溶解态Sb、As和Pb浓度分别为4.51μg·L-1、12.48μg·L-1和5.51μg·L-1。有菌-藻细胞组中重金属释放最大量至上覆水时,颗粒态Sb、As、Pb浓度分别增加0.74μg·L-1、0.25μg·L-1和-1.78μg·L-1,溶解态Sb、As、Pb浓度分别增加1.45μg·L-1、3.41μg·L-1和-1.14μg·L-1。
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