Application of high-resolution techniques in the assessment of the mobility of Cr, Mo, and W at the sediment-water interface of Nansi Lake, China  

高分辨率技術在南四湖沉積物-水界面鉻、鉬、鎢遷移性評估中的應用  

來源：Environmental Monitoring and Assessment, Volume 195, Article number 980 (2023)

《環境監測與評估》第195卷，文章編號980，2023年

 

摘要內容：  

摘要指出本研究首次利用高分辨率透析技術（HR-Peeper）和薄膜擴散梯度技術（DGT）同步分析了南四湖（微山湖和獨山湖）沉積物-水界面（SWI）中鉻（Cr）、鉬（Mo）、鎢（W）的溶解態和有效態濃度垂直分布。通過凈擴散通量和R值（CDGT/Csol）評估了金屬的遷移性和釋放風險。結果顯示微山湖的Cr、Mo、W濃度高于獨山湖，主要與微山湖旅游區外源輸入及獨山湖清淤工程有關。W在獨山湖存在向上覆水釋放的風險，而金屬釋放與鐵錳氧化物還原溶解顯著相關。R值表明Cr和W屬于部分持續遷移型，而Mo因形成穩定絡合物難以從沉積物固相釋放。  

 

研究目的：  

獲取Cr、Mo、W在沉積物-水界面的溶解態（HR-Peeper）和有效態（DGT）濃度垂直分布特征  

 

探討Cr、Mo、W的遷移機制及其與鐵錳循環的關聯  

 

評估沉積物中金屬向上覆水的釋放風險  

 

研究思路：  

選擇南四湖污染較重的兩個子湖——微山湖和獨山湖作為研究區域  

 

采集沉積物柱狀樣，同步部署HR-Peeper（5mm分辨率）和ZrO-Chelex-AgI DGT（2mm分辨率）探頭，原位獲取溶解態和有效態濃度剖面  

 

結合沉積物總量（表1）、TOC、pH等參數，通過Pearson相關性分析（圖5，表3）揭示遷移機制  

 

 

 

 

利用Fick定律計算凈擴散通量（圖4）評估釋放風險，通過R值（圖6）判斷沉積物對孔隙水的補給能力  

 

 

 

測量數據及研究意義：  

沉積物總量數據（表1）  

 

意義：揭示微山湖Cr、Mo、W平均含量（74.35, 0.78, 1.96 μg·g?1）高于獨山湖（62.62, 0.51, 1.60 μg·g?1），反映旅游活動導致外源輸入增加，清淤有效降低污染物存量  

溶解態濃度剖面（圖2）  

 

 

意義：HR-Peeper數據顯示微山湖孔隙水中Mo平均濃度（52.59 μg·L?1）超過WHO飲用水標準（0.07 mg·L?1），指示局部鉬污染風險；微山湖溶解態Cr、Mo濃度顯著高于獨山湖，印證人類活動影響  

DGT有效態濃度剖面（圖3）  

 

 

意義：微山湖上覆水中DGT有效態Cr、Mo、W（11.90, 0.39, 0.15 μg·L?1）高于獨山湖（4.34, 0.04, 0.07 μg·L?1），且沉積物中三者均在界面下12mm處出現峰值（Cr:11.79 μg·L?1），表明還原層存在活化釋放  

凈擴散通量（圖4）  

 

意義：微山湖Cr、Mo、W通量均為負值（-33.30, -1.72, -0.32 μg·m?2·d?1），沉積物作為"匯"；獨山湖W通量為正值（0.06 μg·m?2·d?1），指示沉積物向水體釋放風險  

R值（圖6）  

 

意義：Cr和W的R值（CDGT/Csol）介于0.1–0.95（微山湖均值0.13/0.29，獨山湖0.28/0.18），屬部分持續遷移型；Mo的R值低于0.1（0.003–0.007），屬單一擴散型，難從固相釋放  

 

結論：  

微山湖受旅游活動影響，Cr、Mo、W污染程度高于清淤后的獨山湖，其中微山湖孔隙水Mo濃度超標  

 

Cr、Mo、W的遷移受鐵錳氧化物還原溶解控制：DGT有效態濃度與Fe/Mn顯著正相關（圖5a-f），且還原層（-12mm）出現同步峰值（圖3）  

 

界面通量表明微山湖沉積物為金屬"匯"，而獨山湖W存在釋放風險（圖4）  

 

R值揭示Mo因形成穩定硫代鉬酸鹽絡合物（如MoS?2?與黃鐵礦結合），沉積物固相對孔隙水的補給能力最弱（圖6）  

 

丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：  

本研究使用Unisense pH-500微電極（方法部分提及）獲取沉積物剖面的毫米級pH數據，其高分辨率特性對解釋金屬遷移機制至關重要：  

酸化驅動的金屬活化：電極測得沉積物還原層pH降低（研究未直接展示數據但文本提及），與Cr/Mo/W有效態濃度升高（圖3）及Fe/Mn還原溶解（圖2d-e）空間匹配，證實酸化促進金屬從氧化物表面解吸  

 

遷移機制驗證：pH與DGT有效態Mo顯著負相關（表3，r=-0.673*），直接證明pH下降是Mo活化的關鍵因子，而傳統分層采樣無法捕獲這種毫米級耦合關系  

 

釋放風險評估基礎：pH梯度是計算凈擴散通量（Fick定律）的核心參數，Unisense提供的精確pH剖面支撐了通量模型的可靠性（圖4）  

 

技術優勢：相比破壞性采樣，電極原位測量避免氧化擾動，尤其適用于還原性沉積物中Fe2?/Mn2?與pH的協同監測，為金屬再遷移提供真實環境參數