黄河沉积物中铁形态的识别及微生物介导的铁-重金属互作研究.pdfVIP

摘要

“黄河流域生态保护和高质量发展”这一战略的提出，标志着黄河的生态环境研究

已上升到国家战略层面。黄河是中华民族的母亲河，也是世界上含沙量最高的河流，沉

积物是河流泥沙的主要归宿，也是水体污染的指示剂。沉积物中含有大量的铁盐和氧化

铁，是表面结合态和晶格结合态重金属的重要载体。含铁矿物通常是微生物代谢过程的

最终电子受体，固定在铁矿物中的重金属在微生物还原分解并转化为其他亚铁矿物的过

程中也会随之释放或被矿化固定。然而目前黄河沉积物中铁的分布、形态以及微生物介

导的铁元素循环如何影响重金属的迁移转化等过程尚不清楚。本研究以黄河流域上中下

游及三角洲表层沉积物为研究对象，对其理化性质、固相铁形态、铁及重（类）金属迁

移转化情况进行了深入研究，获得如下结果：

（1）黄河表层沉积物的粒度组成以粉砂粒级为主，整体分布表现为自上游向下至

三角洲沉积物中值粒径呈逐渐递减的趋势；各沉积物样品的元素组成差异较小，常量元

素以SiO、CaO和AlO为主，微量元素中Ti、P及Mn的含量较多；沉积物的矿物组

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成主要为碎屑矿物、部分碳酸盐矿物、黏土矿物和少量铁氧矿物；沉积物中碳氮总含量

均较低，远低于我国水体沉积物的平均水平。

（2）黄河表层沉积物样品中FeT含量差别较大，且与粒径存在较强的负相关关系，

表现为平均粒径小的沉积物样品总铁含量较高。各形态铁在每个样品中所占比例大致相

似，沉积物中铁形态的平均占比大小为：FeFeFeFeFeFe，性质稳定

UPROX2magOX1carb

的非活性铁FeU和弱活性硅酸盐铁FePR是沉积物中铁的主要存在形态。

（3）室内模拟实验的结果显示，铁还原菌和电子供体的加入均能有效促进铁的溶

解释放。在厌氧条件下铁矿物被还原溶解，铁含量上升，随着反应的进行铁含量逐渐趋

于稳定；实验转为有氧条件后，溶液铁含量快速下降至较低水平。铁的氧化还原过程直

接或间接的影响到环境中重金属的固定和释放，其中As、Mn、Pb、Ti的含量变化与Fe

呈正相关关系，U、Zn、Cu、Ni的含量变化与Fe呈负相关关系。

关键词：黄河沉积物，铁形态，铁循环，铁还原细菌，重金属，迁移转化

ABSTRACT

Theproposalofthestrategyofecologicalprotectionandhigh-qualitydevelopmentoftheYellow

RiverBasinindicatesthattheecologicalenvironmentresearchoftheYellowRiverhasrisentothenational

strategiclevel.TheYellowRiveristhemotherriveroftheChinesenation,withthehighestsandcontentin

theworld.Sediment,servingasthemaindestinationofsandandsiltinriverwater,hasbeenthoughttobean

indicatorofwaterpollution.Specifically,thesedimentcontainsalargeamountofironsaltsandoxides,which

areimportantcarriersofheavymetalsinsurface-boundandlattice-boundstates.Besides,iron-containing

mineralsareusuallythefinalelectronacceptorsofmicrobialmetabolicprocesses,andheavymetalsfixedin

ironmineralscanalso