武汉东湖沉积物中酸挥发性硫化物(AVS)的深度分布及其影响因素

沉积物中酸挥发性硫化物(AVS)是硫化物的生成、氧化和扩散等综合作用的反映,有机物的供给、硫酸盐的还原等因素都能影响其分布特征. 本文对武汉东湖三个污染程度不同站点的AVS深度分布特征进行了研究,结果表明,AVS含量在一定深度沉积物中具有最大值,东湖沉积物中AVS的深度分布具有两种不同的模式,I站和II站AVS浓度峰在5cm左右的表层沉积物中,且AVS还原层深度较狭窄,而III站AVS浓度峰处于10-20cm深度范围,沉积物中有机质负荷的差异是导致这种分布特征的重要原因. 沉积物中有机质含量对AVS的深度

武汉东湖沉积物中重金属生物有效性研究

沉积物中的酸挥发性硫化物(AVS)是预测厌氧沉积物中重金属生物有效性的重要参数,SEM/AVS大于1时沉积物中重金属具有潜在生物毒性,小于1时则无生物有效性. 本文研究了东湖三个不同污染负荷的站点的同步提取金属SEM(Cu, Zn, Pb, Cd, Ni, Co, Ag, Cr)和SEM/AVS的深度分布,研究表明东湖沉积物中主要重金属是Zn, Cr和Cu,约占SEM总量的90%. I站、II站沉积物中AVS是重金属生物有效性的主控因子之一,对重金属的深度分布影响较大,重金属不具有生物有效性;III站沉积

曝气对两种不同类型沉积物中重金属释放的影响

利用东湖及长江两种不同类型的沉积物,研究了曝气对沉积物中重金属释放的影响,并对酸挥发性硫化物(AVS)的氧化及重金属的释放过程进行了非线性拟合.结果表明,在曝气条件下,AVS被氧化,沉积物pH值降低,与之相结合的重金属被释放出来.在两种沉积物中发生的AVS氧化反应属于同一类型反应;湖泊沉积物中重金属的溶出反应与AVS氧化密切相关,而河流沉积物中重金属的溶出反应则还与铁锰氧化物及有机质的变化有关.

东湖沉积物中酸挥发性硫化物的季节、深度分布特征研究

在酸挥发性硫化物AVS存在的情况下,水体沉积物中的重金属的生物有效性将显著降低,同步提取金属SEM与AVS的比值SEM/AVS可作为判定重金属生物有效性的良好指标。本文通过研究东湖三个不同富营养化水平的站点的AVS的季节、深度变化特征及相关的影响因子,发现AVS的含量夏季要高于冬季,并随深度的加深呈先增高后降低的分布特征,SEM/AVS随深度的变化则呈现出先降低后升高的分布特征。研究结果为正确应用SEM/AVS指标判定沉积物中重金属的生物有效性提供了依据。

水体沉积物中酸挥发性硫化物垂直分布模型的建立及应用

应用对流扩散理论 ,将沉积物固相、液相作为一个整体 ,建立并求解了沉积物中酸挥发性硫化物 (AVS)的垂直分布模型 ,并应用于武汉东湖三个污染程度不同站点的AVS垂直分布研究 .结果表明 ,所建立的模型能较好地描述沉积物中AVS的垂直分布 ,这种分布是非线性的 ,且时空分布不均匀 .

水体沉积物中酸挥发性硫化物垂直分布模型的参数计算及相关分析

应用试验及文献数据计算了东湖沉积物中酸挥发性硫化物 (AVS)垂直分布模型的参数值 ,并进行了参数的相关性分析 .结果表明 ,AVS含量是沉积物中有机质的分解、AVS的沉淀、溶解及氧化共同作用的结果 ,较好地解释了东湖三个污染状况不同站点AVS垂直分布的差异 ,从而为应用AVS判断沉积物重金属生物有效性提供了科学依据 .

Acid volatile sulfide and simultaneously extracted metals in the sediment cores of the Pearl River Estuary, South China

The acid-volatile sulfide (AVS), simultaneously extracted metals (SEM), total metals, and chemical partitioning in the sediment cores of the Pearl River Estuary (PRE) were studied. The concentrations of total metals, AVS, and SEM in the sediment cores were generally low in the river outlet area, increased along the seaward direction, and decreased again at the seaward boundary of the estuary. The amounts of AVS were generally greater in deeper sediments than in surface sediments. SEM/AVS was > 1 in the surface sediments and in the river outlet cores. The ratio was < 1 in the sediments down the profiles, suggesting that AVS might play a major role in binding heavy metals in the deep sediments of the PRE. The SEM may contain different chemical forms of trace metals in the sediments, depending on the metal reaction with 1 M cold HCl in the AVS procedure compared with the results of the sequential chemical extraction. The SEM/AVS ratio prediction may overestimate trace metal availability even in the sediments with high AVS concentrations. (c) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

Mobilization potential of heavy metals: A comparison between river and lake sediments

Toxic metals introduced into aquatic environments by human activities accumulation in sediments. A common notion is that the association of metals with acid volatile sulfides (AVS) affords a mechanism for partitioning metals from water to solid phase, thereby reducing biological availability. However, variation in environmental conditions can mobilize the sediment-bound metal and result in adverse environmental impacts. The AVS levels and the effect of AVS on the fate of Cu, Cd, Zn, Ni in sediments in the the Changjiang River, a suboxic river with sandy bottom sediment and the Donghu Lake, a anoxic lake with muddy sediment in China, were compared through aeration, static adsorption and release experiments in laboratory. Sips isotherm equation, kinetic equation and grade ion exchange theory were used to describe the heavy metal adsorb and release process. The results showed that AVS level in the lake sediment are higher than that of the river. Heavy metals in the overlying water can transfer to sediments incessantly as long as the sediment remains undisturbed. The metal release process is mainly related to AVS oxidation in lake sediment while also related to Org-C and Fe-Mn oxyhydroxide oxidation in river sediment. The effect of sulfides on Zn and Ni is high, followed by Cd, and Cu is easy bound to Org-C. AVS plays a major role in controlling metals activity in lake sediment and its presence increase the adsorption capacity both of the lake and river sediments.

Distribution of organic and reduced sulfur forms in marsh soils of coastal Louisiana

Soil samples from a Louisiana Barataria Basin brackish marshes were fractionated into acid-volatile sulfides (AVS), HCl-soluble sulfur, elemental sulfur, pyrite sulfur, ester-sulfate sulfur, and carbon-bonded sulfur. Inorganic sulfur composed 13% of total sulfur in brackish marsh soil with HCl-soluble sulfur representing 63–92% of the inorganic sulfur fraction. AVS represented less than 1% of the total sulfur pool. Pyrite sulfur and elemental sulfur together accounted for 8–33% of the inorganic sulfur pool. Organic sulfur, in the forms of ester-sulfate sulfur and carbon-bonded sulfur, was the most dominant pool representing the majority of total sulfur in brackish marsh. Results were compared to values reported for fresh and salt marshes. Reported inorganic sulfur fractions were greater in adjacent marshes, constituting 24% of total sulfur in salt marsh, and 22% in freshwater marshes. Along a salinity gradient, HCl-soluble sulfur represented 78–86% of the inorganic sulfur fraction in fresh, brackish, and salt marsh. Organic sulfur in the forms of ester-sulfate sulfur and carbon-bonded sulfur was the major constituent (76–87%) of total sulfur in all marshes. Reduced sulfur species, except elemental sulfur, increased seaward along the salinity gradient. Accumulation of reduced sulfur forms through sedimentation processes was significant in marsh energy flow in fresh, brackish and salt marshes.

Authigenic sulfide minerals and their sulfur isotopes in sediments of the northern continental slope of the South China Sea and their implications for methane flux and gas hydrate formation

This is a report of the study of the authigenic sulfide minerals and their sulfur isotopes in a sediment core (NH-1) collected on the northern continental slope of the South China Sea, where other geophysical and geochemical evidence seems to suggest gas hydrate formation in the sediments. The study has led to the findings: (1) the pyrite content in sediments was relatively high and its grain size relatively large compared with that in normal pelagic or hemipelagic sediments; (2) the shallowest depth of the acid volatile sulfide (AVS) content maximum was at 437.5 cm (> 2 mu mol/g), which was deeper than that of the authigenic pyrite content maximum (at 141.5-380.5 cm); (3) delta S-34 of authigenic pyrite was positive (maximum: +15 parts per thousand) at depth interval of 250-380 cm; (4) the positive delta S-34 coincided with pyrite enrichment. Compared with the results obtained from the Black Sea sediments by Jorgensen and coworkers, these observations indicated that at the NH-1 site, the depth of the sulfate-methane interface (SMI) would be or once was at about 437.5-547.5 cm and the relatively shallow SMI depth suggested high upward methane fluxes. This was in good agreement with the results obtained from pore water sulfate gradients and core head-space methane concentrations in sediment cores collected in the area. All available evidence suggested that methane gas hydrate formation may exist or may have existed in the underlying sediments.

中国边缘海典型海域沉积物早期成岩过程中硫的循环

本文利用取自黄海陆架、胶州湾李村河口及南海陆坡三处不同沉积环境中的沉积物样品，用冷扩散法分析了沉积物中酸可溶硫化物（AVS）的含量，用逐级提取法分析了沉积物中黄铁矿的含量，结合沉积物中有机质、活性铁、黄铁矿硫同位素及孔隙水中常量组分离子浓度等数据，对中国不同海域沉积环境沉积物早期成岩硫循环过程中硫循环的相关问题进行了探讨。 通过对胶州湾李村河口沉积物中痕量金属活性组分与黄铁矿化金属组分的分析，结合其与硫化物的关系，探讨了沉积物中AVS向黄铁矿的转化，以及痕量金属在AVS和黄铁矿组分中的分布，与其他海域不同，李村河口沉积物中硫化物形成的控制因素为活性铁的含量。南黄海及南海沉积物中硫化物形成的控制因素为有机质的供给。通过分析黄海沉积物中活性金属的分布特征，讨论了其对环境氧化还原条件的响应，从而有助于对硫循环中硫化物分布特征的理解。通过对南海NH-1孔沉积物粒度环境敏感组分的分析，探讨了NH－1孔的沉积环境变化特征，并结合AVS、黄铁矿硫同位素、无机碳及有机质等数据，探讨了可能下部来源有机碳（甲烷）存在对硫循环的影响，及其对水合物存在的指示。

胶州湾李村河口区沉积物有机碳、酸可挥发硫化物及重金属的环境响应

本论文以胶州湾李村河口区为研究对象，通过4个沉积柱样的分析测试，对港湾内河口区沉积物中的有机质（TOC）、酸可挥发硫化物(AVS)及重金属的环境响应进行了系统的探讨，发现由于湾内河流流量较小、水动力较弱，且港湾有机生产力较强，只有紧贴河口的细粒（泥质粉砂）区域的有机质才受陆源控制，有机碳含量较高（JZB-2柱平均为1.87%），TOC、AVS与多数重金属（Cd、Cr、Cu、Fe、Pb、Sr、Zn等）呈正相关性，且重金属含量高，反映了在高重金属污染的情况下，有机质对重金属的吸附呈无选择性。而离河口稍远处，沉积物粒度较粗（粉砂），有机碳含量相对较低（JZB-4柱平均为1.02%），C/N大（>>20），C与N的相关性不强，受海、陆双源控制，重金属含量相对较低，TOC仅与Cd、Cu、Sr的活性部分呈正相关，N与Cd、Cr、Pb、Zn的活性部分呈正相关，说明部分重金属组分受陆源有机碳控制，而AVS与Fe、Hg、Zn的SEM部分呈正相关，表明在S的循环中，一些类Fe重金属往往参与其中。并分析了李村河口区的粒度变化特征，并根据有机质、酸可挥发硫化物及重金属的分布规律将河口区三角洲划分为三个区域、五种相带，总结了不同的沉积模式下其不同的环境响应，从而为海陆交互相地区的沉积物早期成岩作用与环境响应研究提供指导与参考。而且在研究的过程中还发现了目前国际通用的沉积物有机碳测定方法中存在着很大的人为误差，并通过系统实验改正了沉积物有机碳的测定方法。

高原湖泊沉积物中硫形态分布与微生物地球化学行为——以云南洱海和贵州阿哈湖为例

洱海和阿哈湖都是处于云贵高原上的湖泊，但是在气候、光照、氧含量、硫酸盐含量、成湖历史上有显著的差别，是研究湖泊沉积中硫的微生物地球化学循环机制的绝佳对象。我们利用分光光度法、离子色谱、高效液相色谱、荧光原位杂交等方法获得了洱海和阿哈湖春季、秋季和冬季沉积物中的硫形态（S2-、SO32-、S2O32-、SO42-、AVS、S0、FeS2），和硫酸盐还原菌的空间分布规律，并分析了它们之间的空间耦合关系，初步得出了以下几点认识： 1. 限于H2S低于检出限，洱海春季、秋季和冬季沉积物孔隙水中无H2S的检出，阿哈湖春季和冬季亦无H2S的检出，仅秋季表层孔隙水中有少量的H2S检出。其原因是由于Fe2+消耗殆尽，多余的H2S与Mn2+结合形成MnS，MnS溶度积较大，一部分MnS发生水解产生S2-。 2. 在洱海春季、秋季、冬季三个季节中，春季沉积物孔隙水中的SO42-含量最少，呈现出还原特征；冬季最高，但空间分布不连续，既呈现氧化特征又呈现还原特征。我们认为这是由于黏附沉降在湖泊沉积物顶部形成生物膜所致，并由此提出微生物粘附沉降模型：春季、冬季湖水表层温度较低而底层温度高，湖水发生垂直对流运动，其中微生物也随湖水运动，当微生物到达湖底沉积物顶部时，其中一些表面黏性的微生物就会黏附在沉积物上，而且先前黏附在沉积物上的微生物还会会黏附更多的微生物，只要对流过程一直发生，粘附沉降作用就一直继续，这一作用可以在洱海沉积物表面形成一层厚实的生物膜。冬季生物膜还未完全形成，所以湖泊沉积物既呈现氧化特征又呈现还原特征；春季生物膜已经完全形成，湖泊沉积物呈现出还原特征。 3. 两个湖泊沉积物单质硫在春冬季节明显高于秋季，表明单质硫在冬、春季积累，在秋季消耗。认为冬、春季还原作用对单质硫的消耗不产生影响，秋季硫氧化菌的氧化作用引起单质硫减少。此外，冬季和春季单质硫的空间分布极大相似，春季酸可挥发性硫（AVS）和单质硫的空间分布也存在相似性，显示可能存在稳定的单质硫形成机制，而且这一机制的制约条件没有发生变化，这可能是因为单质硫是在硫酸盐还原过程中与AVS同时形成的。 4. 利用荧光原位杂交法得到了沉积物中硫酸盐还原菌的空间分布结果，。从中可以辨识沉积物中硫酸盐还原菌的分布随深度增加存在0－5cm，5-8cm， 8-14cm三个高峰，从而分为0－5cm，5-8cm，8-14cm和14cm以下四个层次，四个层次中最顶层（0－5cm），恰好是一年中各种形态硫氧化还原作用最活跃的一层，二者之间具有空间耦合关系。这一层虽然硫酸盐还原菌数量不是最多，但活性较强。 5. 根据单质硫大量出现的时间与硫酸盐还原作用发生的时间一致，春季酸可挥发性硫（AVS）也和单质硫空间分布存在很大相似性。提出了单质硫是在硫酸盐还原过程中与酸可挥发性硫（AVS）同时形成的：一方面硫酸盐还原菌利用硫酸盐作为电子受体，产生H2S；另一方面硫酸盐还原菌（或其他微生物）分解有机物，产生低级脂肪酸和能量。且生成的低级脂肪酸和H2S可能有特定比例关系。这样，既有丰富的H2S又有H+，H2S便会被其高价态的物质（如 SO32-，S2O32-，SO42-，NO3-等）自发地氧化为单质硫。

云贵高原湖泊近代沉积作用的Fe、Mn、S指示

铁、锰、硫具有强烈的氧化还原敏感性，在湖泊沉积地球化学过程中扮演着重要的角色。铁、锰、硫控制了沉积物中的氧化还原分带，对磷及其它一些微量金属元素的形态和分布具有重要影响。因此本文中我们选择铁、锰、硫来指示湖泊沉积作用中氧化还原过程的变化，为进一步高精度提取环境信息奠定基础。本文对比阿哈湖、洱海和阳宗海，通过铁、锰、硫在湖水、孔隙水和沉积物体系内的垂直剖面特征分析，阐述了三湖沉积物中氧化还原过程的区别、氧化还原边界层对铁锰循环的控制作用以及铁-锰-硫对重金属的控制作用，深入探讨了铁、锰、硫及微量元素记录的早期成岩改造特征及其对湖泊沉积作用的指示意义，进一步阐明了沉积物中的有机质降解规律及早期成岩机制，获得了如下结论：1．阿哈湖水中铁、锰出现季节性释放，锰的季节性释放强度比铁大；在冬季和夏季，阿哈湖沉积物界面铁、锰均出现富集。冬季的富集程度强于夏季，锰的富集程度远远强于铁。沉积物表层由冬季的黄褐色转变为夏季的黑色，表示铁、锰氧化物层转变为FeS层。2．洱海沉积物中，铁、锰均在沉积物一水界面出现富集，界面以下，铁、锰的含量逐渐递降。铁、锰在孔隙水中产生扩散迁移，而在沉积物表层形成富集，说明洱海沉积物表层处于较好的含氧状况，氧化还原边界层处于沉积物中；阳宗海沉积物孔隙水中铁锰峰值均位于界面2cm处，而沉积物中铁在表层出现亏损，表明夏季阳宗海表层处于缺氧状态，氧化还原边界层位于湖水中。3．铁、锰的界面扩散和沉降通量在不同湖间差异较大。但锰的扩散通量占沉降通量的比例高于铁，锰在界面的沉积后再迁移程度和沉积记录的改造程度比铁显著。湖泊中铁、锰在有机质降解过程的驱动下，围绕沉积物一水界面形成氧化还原循环。其中锰的循环相当激烈，铁则较为缓和。铁、锰界面循环受氧化还原边界层和沉积物—水界面的双重控制。4．三湖沉积物界面处均存在硫酸盐的还原作用。洱海硫酸盐由于其含量较低以及表层良好的含氧状况因此不可能成为有机质降解的主要氧化剂，而阳宗海和阿哈湖则情况相反。阿哈湖沉积物柱芯好氧菌和SRB的分布进一步证实了表层处硫酸盐在SRB的参与下强烈的还原作用，同时说明有机质的好氧和厌氧降解并不是完全对立的；水体向沉积物内部扩散是高硫酸盐浓度湖泊的主要清除作用，而对于低硫酸盐含量湖泊而言，水体浮游生物如藻类吸收和同化作用应是水体硫酸盐的主要清除机制。5．三湖沉积物硫主要都以黄铁矿存在。阳宗海的AVS含量较高，AVS和FeS_2在界面的富集进一步证实了在阳宗海沉积物界面存在着强烈的硫酸盐还原作用；阿哈湖沉积物中硫酸盐的还原与季节无太大联系。在夏季和冬季，沉积物表层均表现出明显的SO_4~(2-)还原作用。只不过随着氧化还原边界层的迁移，SO_4~(2-)还原作用的范围也随之发生迁移。铁氧化物作为电子受体参与有机质分解的过程中，水铁矿和纤铁矿等Feo首先被还原而溶解出来。同时，Feo和Fec是可以互相转化的，针铁矿和赤铁矿等晶体铁氧化物可以向水铁矿和纤铁矿转化。6．三湖中Corg都表示出明显的降解趋势，证明了沉积物表层存在的早期成岩作用。洱海表现出“沉降一降解一堆积”三阶段分布特征，而阳宗海和阿哈湖沉积物中Corg表现出“降解一堆积”二阶段分布特征；洱海沉积物中有机质的选择性分解不明显，C／N指示沉积物有机质主要来自无纤维束的陆源植物；阿哈湖沉积物中C／N很高，均>20，且随深度增加呈现上升的趋势，说明阿哈湖沉积物中有机质含易降解的低N和难降解的高C，有机质主要来源于陆源输入。7．洱海和阳宗海沉积物中均存在明显的重金属再迁移现象。洱海沉积物中铁、锰循环对Pb、Cu的迁移影响很大；颗粒物的吸附一解析作用是影响Cd迁移的主要因素；洱海沉积物中可迁移释放的Ni含量并不高。8．阳宗海沉积物孔隙水中Ni、Cu、Cd均与铁、锰表现出良好的相关性，铁、锰氧化物的还原是造成它们在孔隙水表层富集的主要控制因素。而Pb与铁、锰呈现微弱的正相关。Pb、Cd相对于Cu、Ni的释放趋势较强，再迁移作用较剧烈。Pb、Cd在表层孔隙水中与一些有机、无机化合物络合，由于沉积物的吸附作用而再次沉降到沉积物表层形成富集。沉积物中重金属的再迁移主要受有机质降解、铁锰氧化物还原和硫化物沉积控制，但是不同的湖泊控制因索各不相同。