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滨海酸性硫酸盐土壤湿地沉积物中还原性无机硫和活性铁的耦合特性及环境意义

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热带海洋学报 2023年第5期42卷 45-55页

作者：陈波覃子东王锋蔡平雄张生银北部湾大学石油与化工学院广西钦州535000 广西绿色化工新材料与安全技术重点实验室广西钦州535000 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃兰州730000

滨海酸性硫酸盐土成土母质中富含还原性硫化物(reducing inorganic sulfur,RIS)和活性铁等生源要素,耦合制约着铁、硫以及重金属元素的环境地球化学行为。为了揭示滨海酸性硫酸盐土壤湿地沉积物中RIS和活性铁的耦合机制及环境意义,文章... 详细信息

滨海酸性硫酸盐土成土母质中富含还原性硫化物(reducing inorganic sulfur,RIS)和活性铁等生源要素,耦合制约着铁、硫以及重金属元素的环境地球化学行为。为了揭示滨海酸性硫酸盐土壤湿地沉积物中RIS和活性铁的耦合机制及环境意义,文章通过在钦江河口滨海酸性硫酸盐土壤湿地采集深约40cm的沉积柱状样,在垂向上对酸性可挥发硫(acid volatile sulfide,AVS)、黄铁矿硫(chromium reducible sulfur,CRS)、元素硫(elemental sulfur,ES)和活性铁[Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)]的含量和分布规律进行了厘定,并结合沉积物的理化性质进行探讨分析。结果表明:钦江河口酸性硫酸土中的活性铁中以Fe(Ⅲ)为主,活性铁中的Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)在环境容易发生相互转换,氧化还原电位(Eh)越低、有机质(organic matter,OM)含量越高越利于Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ);还原性无机硫以CRS为主,其次为AVS以及少量ES,成岩过程中还原性无机硫会相互转化,其过程主要受到活性铁和OM控制,但研究区还原性无机硫形成的限制因素并非活性铁,而是OM的含量及活性;较高的OM和Fe(Ⅱ)易造成AVS富集,较高的Fe(Ⅲ)和Eh值利于ES生成,CRS除受OM和活性铁的控制,还受到AVS转化率的影响;研究区大部分样点的CRS/AVS比值较低,表明AVS不能有效的转化为CRS,硫化物活性与生物有效性较高。因此应尽量避免外源OM引入和人为活动扰动,以免造成还原性无机硫氧化释放出H+形成酸害,同时降低吸附或共沉淀在还原性无机硫上的重金属等污染物的浸出,以减少环境破坏。

关键词：酸性硫酸盐土湿地还原性无机硫活性铁矿化度

烟台夹河口外柱状沉积物还原性无机硫、活性铁的变化特征及其相互关系

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海洋科学 2018年第8期42卷 90-97页

作者：姜明赵国强李兆冉盛彦清中国科学院烟台海岸带研究所山东省海岸带环境工程技术研究中心山东烟台264003 中国科学院大学北京100049

海洋沉积物中还原性无机硫和活性铁的地球化学过程与沉积物环境质量演变密切相关。本研究利用改进的冷扩散法和盐酸萃取法分别对烟台夹河口北部海域深约4 m的柱状沉积物中的酸性可挥发硫(AVS)、黄铁矿硫(CRS)、元素硫(ES)和活性铁(FeⅡ... 详细信息

海洋沉积物中还原性无机硫和活性铁的地球化学过程与沉积物环境质量演变密切相关。本研究利用改进的冷扩散法和盐酸萃取法分别对烟台夹河口北部海域深约4 m的柱状沉积物中的酸性可挥发硫(AVS)、黄铁矿硫(CRS)、元素硫(ES)和活性铁(FeⅡ和FeⅢ)进行了测定,并从地球化学机理方面探讨了硫与铁的分布特征及其耦合机制。结果表明,烟台夹河口北部近海深层柱状沉积物中还原性无机硫以CRS为主,其次是AVS和ES,其中AVS含量垂向分布较均匀,而CRS和ES含量在垂向上呈表层和底层高,中间层低的趋势;活性铁以Fe(Ⅱ)为主,其随深度增加而增加,Fe(Ⅲ)随深度逐渐降低,大部分Fe(Ⅲ)被还原为溶解态的Fe(Ⅱ),并且与硫酸盐还原产生的H_2S相结合生成CRS和ES,导致CRS和ES在柱状沉积物底部积累;同时研究表明,较低的硫化度和矿化度,活性铁不是还原性无机硫累积的限制因子。

关键词：还原性无机硫活性铁深层柱状沉积物硫化度矿化度

黄河口湿地土壤还原性无机硫形态特征及其水盐影响

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黄河口湿地土壤还原性无机硫形态特征及其水盐影响

作者：杨云斐鲁东大学

学位级别：硕士

黄河三角洲湿地是我国最年轻的土地,其独特的地理位置及生态优势,对区域乃至我国的生态环境保护和生态文明建设具有举足轻重的作用。在湿地生态系统中,硫的生物地球化学循环与碳矿化、黄铁矿的形成、磷循环及金属元素循环等一系列重要... 详细信息

黄河三角洲湿地是我国最年轻的土地,其独特的地理位置及生态优势,对区域乃至我国的生态环境保护和生态文明建设具有举足轻重的作用。在湿地生态系统中,硫的生物地球化学循环与碳矿化、黄铁矿的形成、磷循环及金属元素循环等一系列重要生态过程联系紧密,因而对全球环境变化具有重要作用。受潮汐的影响,水位波动和盐分聚积是河口湿地最显著的环境特征,对湿地硫生物地球化学过程起着重要调控作用。还原性无机硫(Reducing inorganic sulfur,RIS)是土壤硫的最活跃的组分,对湿地硫的迁移转化具有重要影响。然而,河口湿地RIS的形态分布特征及其水盐的影响还不够清晰。为此,本文以黄河口湿地为研究对象,采用野外原位观测、移位培养和室内模拟相结合的方法,通过测定RIS形态与还原性无机硫还原速率(Reduction rate,Rs),明确不同植物群落土壤RIS形态分布与Rs的变化特征及其影响因素,阐明水盐环境变化对RIS和Rs的影响,揭示河口湿地RIS形态分布和Rs变化的水盐作用机制。主要研究结果如下:(1)黄河口湿地淡水芦苇群落、盐沼芦苇群落、柽柳群落、碱蓬群落和互花米草群落0～40 cm深度土壤中酸可挥发性硫(Acid volatile sulfur,AVS)、铬还原性硫(Chromium reducible sulfur,CRS)和单质硫(Elemental sulfur,ES)含量范围值分别为0.53～66.12 mg·kg、0.92～67.97 mg·kg和0.43～5.15 mg·kg。RIS含量因群落类型、土壤深度和季节而异,呈现出互花米草群落>盐沼芦苇群落>淡水芦苇群落>柽柳群落>碱蓬群落,秋季>夏季>春季,上层>下层。在RIS组成特征上,不同群落类型土壤均以CRS比例最高(36%～74%),AVS次之(14%～49%),ES最低(1%～33%)。RIS含量与TOC、DOC、TN、含水量和粘粒含量呈显著正相关,与粉粒含量呈显著负相关。(2)黄河口湿地五种典型群落土壤Rs范围值分别为0.11～0.43 mg·kg·d、0.08～4.27 mg·kg·d、0.10～0.37 mg·kg·d、0.11～0.65 mg·kg·d和1.15～4.21mg·kg·d。Rs因群落类型、土壤深度和季节而异,呈现出互花米草群落>盐沼芦苇群落>碱蓬群落>柽柳群落>淡水芦苇群落,整体上秋季Rs高于春季和夏季,且除互花米草群落外均以表层土壤Rs高于下层土壤。Rs与TOC、DOC、TN和粘粒含量呈显著正相关。(3)移位培养试验中,水盐环境改变对淡水芦苇群落土壤RIS和Rs影响显著。淡水芦苇群落土壤(0～40 cm)AVS、CRS和ES含量分别为0.99 mg·kg、2.32 mg·kg、0.81 mg·kg,Rs均值为0.18 mg·kg·d;移位至盐沼湿地后AVS、CRS、ES及Rs其相应值分别为0.99～1.19 mg·kg、1.88～2.08 mg·kg、0.70～0.84mg·kg和0.14～0.19 mg·kg·d。总体上,移位至盐沼环境后,淡水湿地土壤AVS含量升高,CRS和ES含量降低,Rs呈下降趋势。相关性分析结果表明,RIS与TOC、TN和含水量呈显著正相关,与TS呈显著负相关。Rs与含水量呈显著正相关,与EC呈显著负相关。(4)盐度梯度试验中,不同盐度处理中土壤RIS含量差异显著,AVS和ES在10‰盐度最高,CRS在5‰盐度最高,而在30‰盐度均处于最低水平。不同盐度处理下土壤Rs差异显著,随盐度增加,土壤Rs先增加后减少,基本上在5‰和10‰盐度下较高,在30‰盐度下较低。盐度处理中,AVS、CRS、ES均分别与氨氮(NH-N)和DOC呈极显著正相关,而Rs与DOC呈显著负相关。研究结果表明,在3‰～10‰范围内升高盐度会促进RIS的产生和积累,而盐度高于10‰则会抑制RIS的产生和积累,RIS的含量和组成与可利用性碳氮含量的变化有关。综上所述,黄河口湿地土壤RIS形态及组成与Rs因群落类型而异,随水盐环境变化而改变,且受盐度影响明显。RIS在不同群落类型间的异质性与有机质、含水量及粒度的分异有关,水盐环境通过改变土壤盐度而作用于RIS的形态变化,盐度升高(3‰～10‰)通过提高有机质的溶出促进了RIS的产生和积累,但过高的盐度(>10‰)对于RIS的产生具有抑制作用。

关键词：湿地土壤还原性无机硫还原速率水盐因素黄河口湿地

北京潮白河中下游第四系沉积物还原性无机硫分布特征及其影响因素

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中国环境科学 2025年

作者：陈吉吉荆红卫沈秀娥郭婧杨庆席玥徐蘇士郭华明高志鹏陶蕾北京市生态环境监测中心国家环境保护河流全物质通量重点实验室北京市地质环境监测所中国地质大学(北京)水资源与环境学院

还原性无机硫（Reduced inorganic sulfur，RIS）是沉积物硫最活跃的组分，耦合制约着铁、砷、硫等元素的环境地球化学行为。基于岩芯采样、室内连续分级提取，沉积物、地下水关联分析，以及水体矿物饱和度指数（SI）等，探究潮白河中... 详细信息

还原性无机硫（Reduced inorganic sulfur，RIS）是沉积物硫最活跃的组分，耦合制约着铁、砷、硫等元素的环境地球化学行为。基于岩芯采样、室内连续分级提取，沉积物、地下水关联分析，以及水体矿物饱和度指数（SI）等，探究潮白河中下游地区第四系沉积物RIS含量分布、赋存形态及影响因素。结果表明：研究区域第四系沉积物RIS各组分含量自高到低分别为黄铁矿硫（CRS）>单质硫（ES）>酸可挥发性硫化物（AVS），其中CRS占RIS的80.1%，ES和AVS含量分别占RIS的13.4%和5.56%，67%的点位CRS/AVS>3。中上游地区沉积物中RIS含量低于下游，四个含水层中RIS含量自浅向深含量分别为84.3、37.4、39.1和10.5 mg/kg，整体呈降低趋势。RDA和相关性分析结果显示，沉积物TOC含量、CRS/AVS值、含水率是影响研究区域RIS含量和赋存形态的重要因素，前者同时受地下水pH值、铁/硫比，以及水文地质条件的影响，后者同时受地下水CODMn和ORP值的影响。地下水中FeS的SI值在零值附近浮动，FeS2的SI>0。研究区域沉积物中RIS基本不受人为扰动影响，硫化物活性、生物有效性低，沉积物主要通过AVS沉淀/溶解以及ES歧化反应影响地下水中SO42-、硫化物、Fe、As的浓度水平。研究结果将对潮白河中下游地区地层沉积物中硫转化、地下水中硫酸盐/硫化物来源分析提供数据支持和理论依据。

关键词：还原性无机硫空间分布赋存形态第四系沉积物地下水潮白河冲洪积扇

九龙江流域丰水期表层沉积物还原性无机硫分布特征及其水库驱动机制

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环境科学学报 2023年第11期43卷 125-133页

作者：李松余居华王丽王煌平郑祥洲王利民丁洪张玉树重庆交通大学河海学院重庆400074 福建省农业科学院土壤肥料研究所福州350013 福建省植物营养与肥料重点实验室福州350013

还原性无机硫(Reduced inorganic sulfur,RIS)是沉积物硫最活跃的组分,对水生态系统铁、磷以及重金属等元素的地球化学循环具有控制作用,目前氧化还原环境梯度变化明显的筑坝河流沉积物硫分布格局及其机理研究仍很缺乏.结合野外原位采... 详细信息

还原性无机硫(Reduced inorganic sulfur,RIS)是沉积物硫最活跃的组分,对水生态系统铁、磷以及重金属等元素的地球化学循环具有控制作用,目前氧化还原环境梯度变化明显的筑坝河流沉积物硫分布格局及其机理研究仍很缺乏.结合野外原位采样和室内连续分级提取,在九龙江流域梯级水库作用下,探究表层沉积物RIS赋存形态、含量及其空间分布格局.结果表明:九龙江表层沉积物RIS各组分含量从高到低排序为:黄铁矿硫(Pyrite-S)>酸可挥发性硫化物(AVS)>单质硫(ES),其中以Pyrite-S为主要赋存形态,在RIS中的占比为83%~90%.九龙江流域不同类型水体沉积物RIS含量大小顺序为:水库>支流>干流,其中北溪、西溪表层沉积物RIS分布与水库的空间布局高度匹配,大致呈现水库斑块化热点分布,而南溪沉积物RIS沿水流方向从上游至下游却呈逐渐增加趋势,表明梯级水库的拦截效应增强了RIS在水库沉积物的累积强度.该结果增强了水库建设运行在流域尺度上对表层沉积物硫生物地化循环的影响认识,对九龙江流域的水环境保护与管理策略具有重要的理论和现实意义.

关键词：沉积物还原性无机硫赋存形态丰水期水库九龙江

黄河口沼泽土壤中三种形态还原性无机硫含量及其影响因素研究

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湿地科学 2022年第2期20卷 205-215页

作者：杨云斐杨继松刘学孙丹丹桑娈宁凯王志康栗云召于君宝鲁东大学滨海生态高等研究院资源与环境工程学院山东烟台264025 东营市农业科学研究院山东东营257091

于2020年9月,在黄河北岸由河岸至海岸地带的芦苇(Phragmites australis)淡水沼泽、芦苇盐沼、柽柳(Tamarix chinensis)盐沼、盐地碱蓬(Suaeda salsa)盐沼、互花米草(Spartina alterniflora)盐沼中,采集0~10 cm深度、10~20 cm深度、20~30 cm深度和30~40 cm深度的土壤样品,采用冷扩散三步连续提取法,测定出5处采样地各深度土壤样品的酸可挥发性硫、铬还原性硫和单质硫含量,计算出土壤无机硫还原速率。研究结果表明,在黄河口芦苇淡水沼泽、芦苇盐沼、柽柳盐沼、盐地碱蓬盐沼、互花米草盐沼0~40 cm深度土壤还原性无机硫含量(酸可挥发性硫含量、铬还原性硫含量和单质硫含量)中,互花米草盐沼0~40 cm深度土壤中还原性无机硫含量最大,芦苇盐沼的次之,柽柳盐沼、盐地碱蓬盐沼、芦苇淡水沼泽的相差不大;在芦苇淡水沼泽、芦苇盐沼、柽柳盐沼、盐地碱蓬盐沼和互花米草盐沼0~40 cm深度土壤3种形态硫含量占还原性无机硫含量的比例中,总体上,铬还原性硫含量所占比例(44%~70%)最大,酸可挥发性硫含量所占比例(16%~48%)次之,单质硫含量所占比例(3%~33%)最小,而且互花米草盐沼0~40 cm深度土壤中单质硫含量所占比例只有3%~5%;土壤总有机碳含量、含水量、黏粒含量所占比例和粉粒含量所占比例是还原性无机硫含量的直接影响因素,土壤总有机碳含量、溶解性有机碳含量、全氮含量和黏粒含量所占比例是土壤中无机硫还原速率的直接影响因素。

关键词：酸可挥发性硫铬还原性硫单质硫还原性无机硫还原速率土壤沼泽黄河口

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巢湖沉积物磷铁硫形态记录及其环境变化指示

中国环境科学 2021年第6期41卷 2853-2861页

作者：陈茜宁成武汪杰黄涛孙庆业安徽大学资源与环境工程学院湿地生态保护与修复安徽省重点实验室安徽合肥230601

分析了巢湖表层和柱状沉积物中磷(P)、铁(Fe)和硫(S)元素的形态组成、分布、相互关系及其指示的湖泊环境变化.西半湖S3采样点位柱状沉积物总磷(TP)记录表明,巢湖西半湖区自20世纪60年代开始受人类活动影响逐步明显,其中钙磷(Ca-P)指示... 详细信息

分析了巢湖表层和柱状沉积物中磷(P)、铁(Fe)和硫(S)元素的形态组成、分布、相互关系及其指示的湖泊环境变化.西半湖S3采样点位柱状沉积物总磷(TP)记录表明,巢湖西半湖区自20世纪60年代开始受人类活动影响逐步明显,其中钙磷(Ca-P)指示的流域径流输入增加早于铁铝磷(Fe/Al-P)指示的居民生活污水输入;西半湖区沉积物15~0cm有机质埋藏持续增加伴随着pH值的逐步升高,指示了水体富营养化导致藻类生产力(光合作用)提高并显著影响pH值;而东半湖S7采样点位柱状沉积物磷形态则记录了东半湖区不同的环境变化特征.巢湖沉积物活性铁组分以Fe(Ⅱ)为主,S3和S7沉积剖面Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)值整体均呈上升趋势且与Fe(Ⅲ)同步变化,表明其比值由Fe(Ⅲ)变化驱动;Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)指示沉积物上层为弱氧化性,其余层位为还原性环境.沉积物还原性无机硫(RIS)以酸可挥发性硫(AVS)为主,沉积物高有机质含量、低元素硫和还原条件降低了AVS向黄铁矿硫(CRS)的转化.巢湖沉积物中与P,S结合的Fe占比很小,高Fe/P和Fe/S比值会抑制沉积物磷的释放,导致柱状剖面P,Fe和S之间的相互作用关系整体上并不显著.

关键词：磷形态活性铁还原性无机硫沉积物富营养化

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太湖北部沉积物中铁硫的地球化学特征研究

地球化学 2008年第6期37卷 595-601页

作者：尹洪斌范成新李宝蔡永久中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室江苏南京210008 中国科学院研究生院北京100049

选择太湖北部柱状沉积物为研究对象,对沉积物及间隙水中铁硫的地球化学特征进行了研究。结果显示,间隙水中Fe2+的平均浓度是S2-平均浓度的82倍,其值为9.6～270.5μmol/L。这说明沉积物中是以Fe3+的还原为主,而非SO24-。沉积物中还原性... 详细信息

选择太湖北部柱状沉积物为研究对象,对沉积物及间隙水中铁硫的地球化学特征进行了研究。结果显示,间隙水中Fe2+的平均浓度是S2-平均浓度的82倍,其值为9.6～270.5μmol/L。这说明沉积物中是以Fe3+的还原为主,而非SO24-。沉积物中还原性无机硫以黄铁矿为主,其次为AVS,最后为单质硫。沉积物中的Fe2+的浓度均高于其他形态的铁,约占总铁含量的30%～40%。活性铁的浓度为109.86～208.16μmol/g,仅占总铁的20%左右。沉积物各层中与硫结合的铁仅占总铁的0.12%～2.35%,占活性铁的0.39%～8.36%。通过分析铁硫之间的关系并结合蓝藻爆发的时间推断,铁硫化合物的生成不是PO34-释放的原因。太湖北部沉积物中Fe-S及P-S之间相互关系较弱。

关键词：还原性无机硫活性铁硫结合铁太湖

滨海湿地沉积物中不同形态无机硫分布特征及其影响因素

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生态学杂志 2024年

作者：乔曼容郎赟超韩晓昆剌伟丁虎刘丛强天津大学地球系统科学学院表层地球系统科学研究院天津市环渤海地球关键带科学与可持续发展重点实验室天津环渤海滨海地球关键带国家野外科学观测研究站山西大学环境与资源学院

硫（S）循环是生物地球化学循环的重要环节，深刻影响着碳、铁、磷等元素循环和滨海湿地生态功能。为了深入理解滨海湿地沉积物中硫的迁移转化过程，本研究通过采集天津北大港湿地沉积柱样品，分析了不同盐度湿地沉积物中酸可挥发性硫（... 详细信息

硫（S）循环是生物地球化学循环的重要环节，深刻影响着碳、铁、磷等元素循环和滨海湿地生态功能。为了深入理解滨海湿地沉积物中硫的迁移转化过程，本研究通过采集天津北大港湿地沉积柱样品，分析了不同盐度湿地沉积物中酸可挥发性硫（AVS）、元素硫（ES）、黄铁矿硫(FeS2)、有机碳和活性铁含量，阐明了不同盐度的湿地沉积物剖面的不同形态硫、活性铁和有机碳的垂向分布特征，探讨了不同形态硫迁移转化的影响因素。结果显示，中盐湿地和多盐湿地的沉积物中还原性无机硫以AVS为主，分别占还原性无机硫的71.45%±18.97%和58.96%±28.88%，其次是FeS2及其少量ES，而在寡盐的水库湿地中FeS2含量最高，其平均含量为83.41±33.03 μmol·g-1，占还原性无机硫的71.98%±13.01%，说明不同盐度湿地沉积物中还原性无机硫的分布情况具有明显差异。研究表明，中高盐度湿地水体中硫酸盐浓度较高，导致沉积物中甲烷和有机质驱动的硫酸盐还原作用较强烈，产生较多的AVS，其黄铁矿生成主要受到活性铁和ES含量限制，而寡盐水库湿地沉积物中FeS2的累积可能主要受到水库滞留效应和颗粒输入以及元素硫较高等因素的影响。研究结果有助于湿地生态环境的修复和管理。

关键词：滨海湿地沉积物还原性无机硫酸可挥发性硫元素硫黄铁矿活性铁