江 江，李玉成，王 寧，張學勝

(安徽大學資源與環(huán)境工程學院，合肥 230601)

巢湖藍藻聚集對重金屬遷移釋放的影響*

江 江，李玉成*，王 寧，張學勝

(安徽大學資源與環(huán)境工程學院，合肥 230601)

以巢湖藍藻水華聚集地西半湖表層沉積物與藍藻為對象，研究了表層沉積物重金屬(Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、Ni和Mn)總量的分布特征. 同時，利用BCR連續(xù)提取法對沉積物中重金屬Cd和Mn的形態(tài)進行分析，模擬探究藍藻腐殖化過程中重金屬含量的變化，探討了藍藻腐殖化對重金屬吸附-釋放的影響. 結(jié)果表明，各采樣點表層沉積物重金屬含量均不同程度超出背景值，且距離南淝河越近越突出. 潛在遷移指數(shù)表明整個西半湖沉積物中重金屬Cd比Mn更易形成二次污染. 相關(guān)性分析顯示重金屬Cd和Mn各形態(tài)含量和總量之間均表現(xiàn)出極顯著正相關(guān). 巢湖西半湖屬于典型的藻型湖，Cd和Mn的來源和分布均與藍藻聚集密切相關(guān)，結(jié)合實驗室模擬藍藻腐殖化過程對重金屬的吸附-釋放規(guī)律，認為藍藻腐殖化過程會對Cd和Mn的遷移釋放產(chǎn)生影響.

巢湖；重金屬；藍藻；腐殖化；吸附釋放

因自然或人類活動，有毒重金屬進入水環(huán)境，經(jīng)過生物降解等途徑，其中不可降解部分最終進入沉積物中. 湖泊系統(tǒng)中表層沉積物積累的重金屬已占生態(tài)系統(tǒng)所負擔的大部分[1]，使得沉積物重金屬污染成為研究者長期關(guān)注的問題之一. 由于重金屬存在多種賦存形態(tài)，容易受外界環(huán)境條件影響以及與其他物質(zhì)形成穩(wěn)定結(jié)合態(tài)，且在外界環(huán)境條件發(fā)生改變后，又會與上覆水界面發(fā)生物理、化學和生物條件的相互作用，釋放出來造成水體的二次污染，影響上覆水體的水質(zhì)[2-3]. 富營養(yǎng)化水體中藻類生物量龐大，其快速繁殖進行光合呼吸作用，使得水體溫度、pH、溶解氧等環(huán)境理化指標改變，此外，在藻類生長過程中分泌大量溶解性有機質(zhì)，死亡機體增加表層沉積物有機質(zhì)含量，改變體系的微生物結(jié)構(gòu)等，這些都對沉積物金屬的釋放作用產(chǎn)生復(fù)雜的耦合效應(yīng)[4].

巢湖(31°25′～31°43′N，117°16′～117°5′E)位于安徽省中部，處于長江、淮河兩河之間，是我國五大淡水湖之一. 水域面積769.55 km2，具有航運、漁業(yè)、農(nóng)灌、防洪等多種功能. 近年來巢湖頻繁暴發(fā)以銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)為主的藍藻水華，尤其是在夏季6-8月期間大量繁殖，西半湖區(qū)域內(nèi)繁殖更加旺盛[5-6]. 目前對巢湖的研究主要集中在水體的富營養(yǎng)化[7]、沉積環(huán)境演化[8-9]以及巢湖重金屬的分布及形態(tài)特征等方面[10-11]. 國內(nèi)外有關(guān)藻類吸附重金屬的生物吸附研究已有較全面的研究及綜述報道[12-13]，Singh等研究發(fā)現(xiàn)自然狀態(tài)下生長的微囊藻比實驗室培養(yǎng)的微囊藻具有更強的吸附能力[14]，Rangsayatorn等研究了節(jié)旋藻(Arthrospira)對鎘的吸收，發(fā)現(xiàn)藻細胞吸附重金屬的最佳pH值為7[15]，吳文娟等研究了在不同金屬離子濃度和不同pH 條件下微囊藻水華對重金屬Cu2+、Cd2+和Ni2+的吸附效果[16]．姜晶等測定了蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidsa)對Pb2+和Cd2+的吸附和脫附動力學[17]，但藍藻水華及腐殖化過程對巢湖重金屬的遷移釋放的影響方面的研究未見報道. 本研究以巢湖西半湖為研究對象，從藍藻對重金屬的吸附解吸的角度出發(fā)，對巢湖表層沉積物的總有機碳(TOC)、總氮(TN)以及7種重金屬元素(Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、Ni和Mn)的含量進行測定，分析其空間分布特征，并采用BCR連續(xù)提取法對Mn和Cd形態(tài)指標進行線性相關(guān)分析，運用潛在遷移指數(shù)(PMI)[18]評價巢湖西半湖水系的重金屬生態(tài)風險，結(jié)合C/N分析重金屬的可能來源，同時通過模擬實驗研究藍藻腐殖化過程中水體和藻體的重金屬含量變化，驗證藍藻腐殖化過程是否對重金屬有吸附釋放效果，以期認識水華條件下沉積物中重金屬的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，從而為巢湖重金屬污染的治理和環(huán)境質(zhì)量的提升提供指導(dǎo).

1 材料與方法

1.1 樣品采集

于 2013年11月，借助 GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，于巢湖西半湖布設(shè)32個采樣點(圖1)，使用柱狀采樣器采集表層沉積物樣品，裝入潔凈的聚乙烯自封袋中密封，低溫保存送回實驗室進行預(yù)處理及后續(xù)分析.

1.2 樣品處理

1.2.1 沉積物樣品 采集的樣品去掉雜物及石塊，經(jīng)冷凍干燥后，經(jīng)瑪瑙研缽研磨處理，過200目尼龍篩，貯存?zhèn)溆? 全湖32個采樣點(圖1)表層沉積物樣品用于分析重金屬總量、重金屬Cd與Mn形態(tài)以及TOC/TN比值. 所有樣品分析均重復(fù)進行3次，以提高精確度和減小隨機誤差，試驗結(jié)果取平均值. 采用歐共體標準物質(zhì)局提出的BCR連續(xù)提取法，將重金屬形態(tài)分為弱酸提取態(tài)(F1)、可還原態(tài)(F2)、可氧化態(tài)(F3)和殘渣態(tài)(F4)[19]. 重金屬總量和各形態(tài)提取液中重金屬元素含量采用HF-HClO4-HNO3(GR)混合酸體系消解，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-AES)分析. 為保證分析的準確性，同步分析了由國家地質(zhì)實驗測試中心生產(chǎn)的湖底沉積物順序提取微量元素標準物質(zhì)(GBW07304a)，各重金屬元素不同形態(tài)回收率在82.3%～113.1%之間，符合美國國家環(huán)境保護局(USEPA)標準要求的80%～120%的范圍. TOC與TN含量采用元素分析儀(Vario TOC cube)測定.

1.2.2 模擬藍藻腐殖化過程 實驗裝置采用圓柱形玻璃容器(圖2)，按1∶1比例加入超純水與新鮮藍藻，藍藻于2013年7月取自巢湖西半湖，正值藍藻暴發(fā)期間，經(jīng)鏡檢98%以上為藍藻門微囊藻屬(Microcystis)，藍藻藻密度約為108cells/L. 整個實驗分成3組：A組全程好氧；B組好氧30 d，厭氧30 d，避光處理；C組全程厭氧，避光處理. 藍藻反應(yīng)裝置置于30±2℃恒溫培養(yǎng)箱中，不加任何營養(yǎng)元素. 實驗階段，每隔6 d取樣一次，測定上覆水中pH，同時測定上覆水與藻體內(nèi)重金屬Cd與Mn含量.

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

為定量描述重金屬的二次釋放污染，本研究引入潛在遷移指數(shù) (Potential Mobile Index,PMI),其含義是指沉積物中某種重金屬在環(huán)境中可能向其他介質(zhì)(如植物、水體等)遷移的部分占該金屬總量的質(zhì)量百分比，即表示遷移能力的強弱. 計算公式為：

(1)

圖1 巢湖采樣點分布Fig.1 Distribution of sampling sites in Lake Chaohu

圖2 模擬實驗裝置Fig.2 The apparatus of laboratorial experiment

式中，PMI為某種重金屬的潛在遷移指數(shù)，取值0～100%；B1為某種重金屬的弱酸提取態(tài)的質(zhì)量分數(shù)，(mg/kg)；B2為某種重金屬的可還原態(tài)的質(zhì)量分數(shù)(mg/kg)；∑Bi為重金屬4種形態(tài)的質(zhì)量分數(shù)之和，即該金屬在沉積物中的質(zhì)量分數(shù)(mg/kg)；i指重金屬 BCR 連續(xù)提取中的第i種形態(tài)，i=1、2、3、4.

某種重金屬的PMI取值越接近100%，則表示該金屬在環(huán)境中的潛在遷移性越強(或活性越強)；相反，重金屬的PMI值越小(或接近于0)，則表明該金屬在環(huán)境中的穩(wěn)定性越強(或惰性越強). 這樣可以通過比較重金屬的PMI值來直觀地反映重金屬的穩(wěn)定度高低.

實驗數(shù)據(jù)采用 Origin 8.5作圖，采用SPSS 19.0軟件進行雙變量相關(guān)性分析，采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析各組數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系.

2 結(jié)果與討論

2.1 表層沉積物中重金屬含量分布特征

從表1可以看出，巢湖各采樣點表層沉積物中7種重金屬含量均不同程度超出背景值[20]，Cd、Mn、Pb和Zn的含量較背景值普遍偏高，距離南淝河越近越突出[21-22]. 這是由于南淝河與塘西河靠近合肥市，人口密集，此外受夏季東南風及水動力的影響，南淝河入湖口附近為藍藻水華聚集地，水華藍藻生物量大且吸附重金屬多，死亡后釋放重金屬，導(dǎo)致重金屬在湖泊內(nèi)顯著遷移. 李國蓮等[23]的研究指出巢湖西半湖南淝河口水體因受到合肥市工業(yè)與生活污染排放的直接影響，Cd含量最大值為0.07 μg/L. 本研究中，巢湖水華藍藻中的Cd含量為0.1 mg/kg. 藻類體內(nèi)的微量元素主要源自對水體、沉積物中微量元素的吸收和富集，來源有工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動以及城鄉(xiāng)生活等. 由此可知，巢湖西半湖岸沉積物重金屬除了合肥市的廢水污染源外[24]，部分來源于藍藻水華集聚與腐殖化過程對重金屬的遷移與釋放作用.

表1 巢湖沉積物中重金屬含量

*數(shù)據(jù)來源于安徽省土壤重金屬環(huán)境背景值；括號內(nèi)數(shù)據(jù)為河口重金屬含量均值.

2.2 表層沉積物中重金屬形態(tài)分布特征及各形態(tài)之間的相關(guān)性

巢湖表層沉積物中重金屬Mn和Cd的F1態(tài)為其主要賦存形態(tài)，平均含量可達53.24%和45.69%，Cd其次為F2態(tài)，平均含量為23.76%，Mn的F2和F4態(tài)含量較高，平均為20.55%和27.06%(圖3). Cd易與Ca2+發(fā)生替代反應(yīng)，因此造成沉積物中Cd的F1態(tài)較高[25]. F1態(tài)的重金屬對pH值的敏感度較高，在酸性條件下容易釋放，夏季藍藻腐殖化過程會導(dǎo)致水體pH和溶解氧濃度下降[4,26]，弱酸提取態(tài)較容易被釋放出來，同時弱酸提取態(tài)會被還原成生物可利用態(tài)并由沉積物向水體釋放，能被植物吸收. 而殘渣態(tài)比例較高時，在水體理化性質(zhì)改變時，這部分賦存在原生礦物和次生硅酸鹽礦物晶格中的重金屬釋放到水體，造成水體二次污染，潛在生物遷徙性較大.

圖3 巢湖各采樣點不同形態(tài)重金屬所占百分比Fig.3 Percentage of different factions of heavy metals for different sampling sites of Lake Chaohu

由表2可知，巢湖西半湖、南淝河入湖口、杭埠河入湖口以及上派河入湖口沉積物中Cd的PMI均值分別為76.9%、74.9%、83.8%和84.7%，各區(qū)域均值都較高，但南淝河的最高值(94.8%)明顯高于杭埠河(89.5%)及上派河(88.5%)，說明整個西半湖Cd的遷移性較大；西半湖、南淝河入湖口、杭埠河入湖口以及上派河入湖口沉積物中Mn的PMI均值分別為64.5%、67.7%、63.1%和60.2%，說明整個西半湖沉積物中Mn的遷移性相差不大. 各采樣點Cd的PMI均超出Mn，表明Cd比Mn更易形成二次污染. 且西半湖沿岸藍藻積聚，藻類生長影響了界面pH、DO濃度等水體環(huán)境，提高了Cd從沉積物內(nèi)部向水體系中擴散的速率. 因此在藻類生長、遷移和死亡過程中藻細胞可能會吸附積累及釋放重金屬，從而影響到重金屬在水體中的含量分布及形態(tài)變化[27].

表2 巢湖表層沉積物中重金屬潛在遷移指數(shù)(PMI)*

*括號內(nèi)數(shù)據(jù)為各采樣點PMI均值.

由相關(guān)性分析(表3)可知，除Mn的殘渣態(tài)含量與總量之間表現(xiàn)出顯著正相關(guān)(P<0.05)外，Mn和Cd的各形態(tài)含量和總量之間均表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)(P<0.01)，同時，這兩種重金屬的F1態(tài)與F2及F3態(tài)含量之間表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)(P<0.01). Cd的F4態(tài)含量與其他形態(tài)含量之間均存在極顯著正相關(guān)(P<0.01)，表明殘渣態(tài)的穩(wěn)定性是相對的，在藍藻水華腐殖化過程中，殘渣態(tài)則可能被釋放到水體.

作為可以比較準確判斷沉積物有機質(zhì)來源的指標，TOC/TN比值可以有效區(qū)分沉積有機質(zhì)的藻類和陸生植物來源. 重金屬Cd和Mn的不同形態(tài)含量和總量之間均表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)，其中Mn的殘渣態(tài)含量和總量之間表現(xiàn)出顯著正相關(guān)(表3)，表明重金屬不同形態(tài)的來源具有一致性并且分布類型比較相似. 本文研究發(fā)現(xiàn)，巢湖南淝河附近及西部湖心區(qū)TOC/TN比值均介于2.03～4.17之間，屬于典型的藻型湖[28]，周志華等通過研究判定巢湖西半湖沉積物的物質(zhì)來源主要是湖泊自身[29]，表明巢湖沉積物有機質(zhì)來源于藍藻. Cd的不同形態(tài)含量和總量都與TN、TOC含量存在顯著正相關(guān)，Mn除殘渣態(tài)以外，其他形態(tài)含量和總量均與TOC、TN含量表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)和顯著正相關(guān)(表3)，表明Cd、Mn來源和分布與藍藻有關(guān)，藍藻水華腐殖化過程可能會對水體、沉積物重金屬有吸附和釋放的影響.

表3 巢湖沉積物中不同形態(tài)重金屬含量與其他指標之間的相關(guān)性分析

**表示在P<0.01時極顯著相關(guān)(雙尾檢驗)；*表示在P<0.05時顯著相關(guān)(雙尾檢驗)；n=32.

圖4 上覆水pH值隨時間的變化曲線Fig.4 The curve of pH value of overlying water with the change of time

2.3 藍藻腐殖化過程

2.3.1 藍藻腐殖化過程中水體pH的變化 藍藻腐殖化過程使水體pH發(fā)生了顯著的變化(圖4). 藻類的代謝隨光線變化而變化，光照下，光合作用占優(yōu)勢，吸收水體中的二氧化碳，避光處理，呼吸作用向水體釋放二氧化碳. A組與B組前30 d，因?qū)嶒灜h(huán)境與外界隔離，無外來營養(yǎng)源，光合作用與呼吸作用平衡，兩組pH變化不大，且變化較為一致. 30 d以后，A組呈上升趨勢，可能是由于前30 d藍藻消耗體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)較多，后期光合作用強度高于呼吸強度，消耗水體CO2，導(dǎo)致水體pH升高；而B組第30 d后與C組整個階段均進入?yún)捬蹼A段，由于細胞內(nèi)的聚磷酸體的消耗[30]，同時避光處理，呼吸作用強于光合作用，產(chǎn)生CO2，導(dǎo)致水體pH持續(xù)下降；且C組整個階段厭氧避光，藍藻腐殖化過程中，元素碳生成CH4和CO2[31]，同時呼吸作用較強，使得實驗整個階段pH值低于A組和B組.

2.3.2 藍藻腐殖化過程中藻體及上覆水中重金屬含量變化 好氧過程中，藻體中重金屬含量大致呈波動性上升趨勢，上覆水中重金屬含量呈波動性下降趨勢. 而B組上覆水中Cd含量則出現(xiàn)了先增加后減少的變化，這可能是由于藍藻對Cd的吸附最適pH為6[32]，pH偏高會影響藍藻對重金屬的吸附效率. 好氧階段前期可能由于pH的升高影響到重金屬離子的解離狀態(tài)，進而對重金屬的吸附作用產(chǎn)生影響，導(dǎo)致A組和B組上覆水中Cd含量先增加后減少(圖5).

圖5 藍藻腐殖化過程中藻體和水體重金屬含量隨時間的變化曲線Fig.5 The curve of heavy metal content in alga and water with the change of time during the process of the humification of blue-green algae

厭氧階段藍藻細胞裂解，與藍藻胞內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸等可溶性有機物結(jié)合的重金屬會被釋放至上覆水. 由圖5可以看出，藻體重金屬含量呈波動性下降趨勢，上覆水中重金屬含量則大致表現(xiàn)為上升趨勢，與理論結(jié)果相一致. 其中C組藻體中Cd和Mn含量表現(xiàn)出先上升后下降的曲線，C組上覆水中Mn含量后期出現(xiàn)降低且波動幅度較大，可能是由于死藻細胞壁破碎較多，細胞表面暴露的官能團對上覆水中重金屬同樣有吸附作用所致[33]. 后由于微生物的作用，藍藻殘渣被分解，重金屬又被重新釋放回水體，導(dǎo)致上覆水中Cd和Mn含量的增加.

通過模擬實驗可以發(fā)現(xiàn)，藍藻腐殖化過程會導(dǎo)致水體pH的變化，影響到重金屬離子的解離狀態(tài)，同時腐殖化過程中藍藻會對上覆水重金屬產(chǎn)生吸附-釋放、再吸附-釋放作用.

3 結(jié)論

1)巢湖西半湖表層沉積物中重金屬(Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、Ni和Mn)分布具有明顯的空間差異性，靠近南淝河，超出背景值較明顯，表明巢湖西半湖岸沉積物中重金屬除了來源于合肥市廢水，可能部分來源于藍藻水華集聚與腐殖化過程對重金屬的遷移與釋放作用.

2)PMI計算表明重金屬Cd比Mn更易遷移，Mn和Cd各形態(tài)含量和總量之間均表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)，同時這兩種重金屬的弱酸提取態(tài)與可還原態(tài)及可氧化態(tài)之間表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)，表明這兩種重金屬的來源和分布具有一致性.

3)模擬實驗發(fā)現(xiàn)，藍藻腐殖化過程會導(dǎo)致水體pH的變化，影響到重金屬離子的解離狀態(tài)，同時腐殖化過程中藍藻會對上覆水重金屬產(chǎn)生吸附-釋放、再吸附-釋放作用.

[1] Ciutat A, Boudou A. Bioturbation effects on cadmium and zinc transfers from a contaminated sediment and on metal bioavailability to benthic bivalves.EnvironmentalToxicology&Chemistry, 2003, 22(7): 1574-1581.

[2] Yu Xiujuan, Huo Shouliang, Zan Fengyuetal. Distribution characteristics and contamination assessment of heavy metals in surface sediments of Lake Chaohu, China.ChineseJournalofEnvironmentalEngineering, 2013, 7(2): 439-450.[余秀娟, 霍守亮, 昝逢宇等.巢湖表層沉積物中重金屬的分布特征及其污染評價. 環(huán)境工程學報, 2013, 7(2): 439-450.]

[3] Song Xianqiang, Lei Hengyi, Yu Guangweietal. Evaluation of heavy metal pollution and release from sediment in a heavily polluted tidal river.ActaScienceCircumstantiae, 2008, 28(11): 2258- 2268. [宋憲強, 雷恒毅, 余光偉等. 重污染感潮河道底泥重金屬污染評價及釋放規(guī)律研究. 環(huán)境科學學報, 2008, 28(11): 2258- 2268.]

[4] Ni Lixiao, Ye Xiang, Ma Yanyanetal. Effects of cyanophytes on the migration-release of cadmium in sediment by laboratorial microcosm.GuangdongAgriculturalScience, 2013, 40(3): 147-150, 154. [倪利曉, 葉祥, 馬艷艷等. 室內(nèi)模擬水華藍藻對沉積物中Cd遷移釋放的影響. 廣東農(nóng)業(yè)科學, 2013, 40(3): 147-150, 154.]

[5] Li Yinxia, Rao Benqiang, Wang Zhicongetal. Spatial-temporal distribution of phytoplankton in bloom-accumulation area in Lake Chaohu.ResourcesandEnvironmentintheYangtzeBasin, 2012, (S2): 25-31. [李印霞, 饒本強, 汪志聰?shù)? 巢湖藻華易堆積區(qū)藍藻時空分布的研究. 長江流域資源與環(huán)境, 2012, (S2): 25-31.]

[6] Kong Ming, Zhang Lu, Yin Hongbinetal. Influence of algae bloom on distribution of total and speciation of nitrogen and phosphorus in the surface sediments from Lake Chaohu.ChinaEnvironmentalScience, 2014, 34(5):1285-1292. [孔明, 張路, 尹洪斌等. 藍藻暴發(fā)對巢湖表層沉積物氮磷及形態(tài)分布的影響. 中國環(huán)境科學, 2014, 34(5): 1285-1292.]

[7] Zhang Min, Kong Fanxiang. The process spatial and temporal distributions and mitigation strategies of the eutrophication of Lake Chaohu(1984-2013).JLakeSci, 2015, 27(5): 791-798. DOI:10.18307/2015.0505. [張民, 孔繁翔. 巢湖富營養(yǎng)化的歷程、空間分布與治理策略(1984-2013年). 湖泊科學, 2015, 27(5): 791-798.]

[8] Yao Shuchun, Li Shijie. Sedimentary records of eutrophication for the last 100 years in Lake Chaohu.ActaSedimentologicaSinica, 2004, 22(2): 343-347. [姚書春, 李世杰. 巢湖富營養(yǎng)化過程的沉積記錄. 沉積學報, 2004, 22(2): 343-347.]

[9] Jia Tiefei, Zhang Weiguo, Yu Lizhong. Metal element enrichment characteristics of sediments in Lake Chaohu since the 1860s and its implication to human activity.GeographicalResearch, 2009, (5): 1217-1226. [賈鐵飛, 張衛(wèi)國, 俞立中. 1860s以來巢湖沉積物金屬元素富集特點及其對人類活動的指示意義. 地理研究, 2009, (5): 1217-1226.]

[10] Zheng Zhixia, Pan Chengrong, Ding Fan. Distribution and environmental pollution assessment of heavy metals in surface sediments of Lake Chaohu, China.JournalofAgro-EnvironmentScience, 2011, 30(1): 161-165. [鄭志俠, 潘成榮, 丁凡. 巢湖表層沉積物中重金屬的分布及污染評價. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2011, 30(1): 161-165.]

[11] Kong Ming， Dong Zenglin, Chao Jianyingetal. Bioavailability and ecological risk assessment of heavy metals in surface sediments of Lake Chaohu.ChinaEnvironmentalScience, 2015, 35(4): 1223-1229. [孔明, 董增林, 晁建穎等. 巢湖表層沉積物重金屬生物有效性與生態(tài)風險評價. 中國環(huán)境科學, 2015, 35(4): 1223-1229.]

[12] Chen Sijia, Zheng Wenjie, Yang Fang. Study advances on heavy metals bio-absorbed by cyanobacteria.MarineEnvironmentalScience, 2006, 25(4): 103-106. [陳思嘉, 鄭文杰, 楊芳. 藍藻對重金屬的生物吸附研究進展. 海洋環(huán)境科學, 2006, 25(4): 103-106.]

[13] Li PF, Mao ZY, Rao XJetal. Biosorption of uranium by lake-harvested biomass from a cyanobacterium bloom.BioresourTechnol, 2004, 94(2): 193-195.

[14] Singh S, Pradhan S, Rai LC. Comparative assessment of Fe3+and Cu2+biosorption by field and laboratory-grownMicrocystis.ProcessBiochemistry, 1998, 33(5): 495-504.

[15] Rangsayatorn N, Upatham ES, KruatrachueMetal. Phytoremediation potential ofSpirulina(Arthrospira) platensis: Biosorption and toxicity studies of cadmium.EnvironmentalPollution, 2002, 119(1): 45-53.

[16] Wu Wenjuan, Li Jianhong, Liu Changetal. Reuse of Microcystis bloom: An experimental study on the adsorption of heavy metals Cu2 +, Cd2 +and Ni2 +by bloom biomass.JLakeSci, 2014, 26(3): 417-422. DOI:10.18307/2014.0312. [吳文娟, 李建宏, 劉暢等. 微囊藻水華的資源化利用: 吸附重金屬離子Cu2+、Cd2+和Ni2+的實驗研究. 湖泊科學, 2014, 26(3): 417-422.]

[17] Jiang Jing, Li Liang, Li Haipengetal. Biosorption of lead (Ⅱ) and cadmium (Ⅱ) from aqueous solution byChlorellapyrenoidsaand its influential factors.ActaEcologicaSinica, 2012, 32(7): 1995-2003. [姜晶, 李亮, 李海鵬等. 蛋白核小球藻對Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的生物吸附及其影響因素. 生態(tài)學報, 2012, 32(7):1995-2003.]

[18] Li Xiaochen. Distribution of chemical fractions and potential mobility of heavy metals during bio-treatment process of municipal wastewater[Dissertation]. Nanjing: Hohai University, 2006. [李曉晨. 城市污水處理過程中重金屬形態(tài)分布及潛在遷移性研究[學位論文]. 南京： 河海大學, 2006.]

[19] Chen M, Li XM, Yang Qetal. Total concentrations and speciation of heavy metals in municipal sludge from Changsha, Zhuzhou and Xiangtan in middle-south region of China.JournalofHazardousMaterials, 2008, 160(2): 324-329.

[20] Liu Xin, Jiang Yu, Gao Junfengetal. Pollution characteristics of heavy metals and the risk assessment for the surface sediments from Lake Chaohu and its main tributary rivers.JLakeSci, 2016, 28(3): 502-512. DOI:10.18307/2016.0305. [劉新, 蔣豫, 高俊峰等. 巢湖湖區(qū)及主要出入湖河流表層沉積物重金屬污染特征及風險評價. 湖泊科學, 2016, 28(3): 502-512.]

[21] Yin HB, Deng JC, Shao SGetal. Distribution characteristics and toxicity assessment of heavy metals in the sediments of Lake Chaohu, China.EnvironmentalMonitoringandAssessment, 2011, 179(1/2/3/4): 431-442.

[22] Liu Cheng, Shao Shiguang, Fan Chengxinetal. Pollution status and risk assessment of heavy metal in the sediment of the severe polluted confluence area of Lake Chaohu.ChinaEnvironmentalScience, 2014, 34(4): 1031-1037. [劉成, 邵世光, 范成新等. 巢湖重污染匯流灣區(qū)沉積物重金屬污染特征及風險評價. 中國環(huán)境科學, 2014, 34(4): 1031-1037.]

[23] Li GuoLian, Liu Guijian, Jiang Mengmengetal. Partition characteristics and correlation of heavy metal between sediment and surface water from Lake Chaohu.JournalofUniversityofScienceandTechnologyofChina, 2011, 41(1): 9-15. [李國蓮, 劉桂建, 姜萌萌等. 巢湖表層沉積物與上覆水體中重金屬分配特征及其相關(guān)性研究. 中國科學技術(shù)大學學報, 2011, 41(1): 9-15.]

[24] Du Chenchang, Liu Enfeng, Yang Xiangdongetal. Characteristics of enrichment and evaluation of anthropogenic pollution of heavy metals in the sediments of Lake Chaohu.JLakeSci, 2012, 24(1): 59-66. DOI: 10.18307/2012.0108. [杜臣昌, 劉恩峰, 羊向東等. 巢湖沉積物重金屬富集特征與人為污染評價. 湖泊科學, 2012, 24(1): 59-66.]

[25] Liu Enfeng, Shen Ji, Zhu Yuxin. Determination of heavy metal chemical forms by bcr method for Taihu Lake sediments.ResearchofEnvironmentalSciences, 2005,18(2): 57-60. [劉恩峰, 沈吉, 朱育新. 重金屬元素 BCR 提取法及在太湖沉積物研究中的應(yīng)用. 環(huán)境科學研究, 2005, 18(2): 57-60.]

[26] Shang Lixia, Ke Fan, Li Wenchaoetal. Laboratory research on the contaminants release during the anaerobic decomposition of high-density cyanobacteria.JLakeSci, 2013, 25(1): 47-54. DOI:10.18307/2013.0107. [尚麗霞, 柯凡, 李文朝等. 高密度藍藻厭氧分解過程與污染物釋放實驗研究. 湖泊科學, 2013, 25(1): 47-54.]

[27] Ni Lixiao, Ma Yanyan, Ye Xiangetal. Study on Biosorption of cadmium byMicrocystisAeruginosaat different cell activity and nutrient level.EnvironmentalScienceandTechnology, 2013, 26(3): 1-4. [倪利曉, 馬艷艷, 葉祥等. 藻細胞活性及營養(yǎng)鹽水平對銅綠微囊藻吸附鎘的影響研究. 環(huán)境科技, 2013, 26(3): 1-4.]

[28] Meyers PA. Preservation of elemental and isotopic source identification of sedimentary organic matter.ChemicalGeology, 1994, 114(3/4): 289-302.

[29] Zhou Zhihua, Liu Congqiang, Li Junetal. Record of ecosystem evolvement processes provided by δ13Corgand δ15N values in Lake Chaohu sediments.EnvironmentalScience, 2007, 28(6): 1338-1343, 1343. [周志華, 劉叢強, 李軍等. 巢湖沉積物δ13C(org)和δ15N記錄的生態(tài)環(huán)境演化過程. 環(huán)境科學, 2007, 28(6):1338-1343, 1343.]

[30] Li Jie, Ou Danyun, Song Lirong. Decline ofMicrocystisaeruginosaFACHB-905 under four stress conditions.JLakeSci, 2008, 20(5): 549-555. DOI:10.18307/2008.0501. [李杰, 歐丹云, 宋立榮. 微囊藻衰亡過程研究——四種模擬脅迫條件下微囊藻的衰亡生理. 湖泊科學, 2008, 20(5): 549-555.]

[31] Li Yonghui, Li Yucheng, Wang Ningetal. Formation and control of the harmful ingredients during the decaying process of cyanobacteria from Lake Chaohu.JLakeSci, 2012, 24(4): 513-518. DOI:10.18307/2012.0402. [李永慧, 李玉成, 王寧等. 巢湖藍藻死亡衰敗過程中典型有害成分形成及控制對策. 湖泊科學, 2012, 24(4): 513-518.]

[32] Romera E, González F, Ballester Aetal. Comparative study of biosorption of heavy metals using different types of algae.BioresourceTechnology, 2007, 98(17): 3344-3353.

[33] Costa ACAD, Fran?a FPD. Cadmium uptake by Spirulina maxima: Toxicity and mechanism.WorldJournalofMicrobiology&Biotechnology, 1998, 14(14): 579-581.

Effect of cyanobacteria aggregation on the migration and release of heavy metals in Lake Chaohu

JIANG Jiang, LI Yucheng**, WANG Ning & ZHANG Xuesheng

(SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering,AnhuiUniversity,Hefei230601,P.R.China)

Samples of sediment and cyanobacteria were collected at a cyanobacteria gathering area of western-half area of Lake Chaohu. The distribution patterns of seven heavy metals (Cd, Cr, Cu, Zn, Pb, Ni and Mn) were studied, and the fractions of Cd and Mn were analyzed using the European Communities Bereau of Reference (BCR) sequential extraction procedure. In addition, laboratorial experiments were carried out to simulate the variations in the heavy metal contents during the cyanobacteria humification, and the effect of cyanobacteria humification on the adsorption and desorption of heavy metals were discussed. The results showed that the heavy metal contents of surface sediments exceed the background values, presenting different values of each sampling site. The closer near the Nanfei River, the higher pollution degree was. Potential Mobile Index analysis showed that, compared to Mn, Cd was more likely to cause the secondary pollution in the western-half area of Lake Chaohu. Correlations analysis indicated that both two heavy metals (Cd and Mn) showed a significant positive correlation between metal speciation and total metal value. Lake Chaohu was considered as a typical algae lake, and the sources and distributions of two heavy metals (Cd and Mn) were related to the algae boom. Combined with the study of adsorption and release by cyanobacteria humification, the present study speculates that the cyanobacteria humification could influence the migration and release of Cd and Mn in Lake Chaohu.

Lake Chaohu; heavy metal; cyanobacteria; humification; adsorption and release

; E-mail: li-yucheng@163.com.

*國家自然科學基金項目(41172121，21607001)、安徽省自然科學基金青年項目(1608085QB45)和安徽省高等學校自然科學重點項目 (KJ2015090)聯(lián)合資助. 2016-06-25收稿；2016-09-21收修改稿. 江江(1990～)，女，碩士研究生；E-mail: JJIANG2012anhui@126.com.