1、鐵礦開采及加工對熱帶沿海湖泊金屬生物利用度的影響摘要：背景，目的和范圍 在水系中，水質(zhì)和沉積物的地球化學(xué)性質(zhì)確定了殘留金屬的形態(tài)，運(yùn)輸和沉積物-水的交換，對可利用金屬及其生物造成潛在影響。從溫帶氣候的研究表明，鐵礦石的開采和尾礦廢水除了成為痕量金屬的來源，通常表現(xiàn)出高水平的可溶性離子和顆粒懸浮物，從而存在間接的改變金屬的生物利用率的可能性。對于第一次在熱帶地區(qū)，我們確定了鐵礦開采及加工對沿海湖泊金屬生物利用度的影響。通過一個(gè)大量的取樣方案，我們研究了重金屬的潛在來源；水中的重金屬含量，沉積物和動(dòng)物之間的聯(lián)系以及它們的差異對金屬形態(tài)和生物利用度的影響。方法 金屬Fe, Mn, Al, Cr, Z

2、n, Cu, Ni, Pb,Cd, Hg和As在水，沉積物（地表和剖面）中被測定出來，以及從Mãe-Bán Lagoon到直接受采礦影響的位置（尾礦壩和附近的河流）的無脊椎動(dòng)物也檢測出來。此外，對其他兩個(gè)被認(rèn)為是原始的湖泊的樣品進(jìn)行分析。研究區(qū)位于巴西東南部（鐵四角地區(qū)和圣埃斯皮里圖州沿海區(qū)）。一般水的特性包括pH值，溶解有機(jī)碳，堿度，陰離子組成。水中的金屬形態(tài)通過一個(gè)形態(tài)模型（水中的化學(xué)平衡）進(jìn)行評估。粒度分布，有機(jī)碳，碳酸鹽，酸揮發(fā)性硫化物（AVS）在沉積物中被檢測統(tǒng)計(jì)方法包括藉由比較Mann-Whitney的測試，分類和相關(guān)性分析以及地球化學(xué)的正常態(tài)金屬與晶粒大小的回

3、歸分析方法。結(jié)果與討論 溶解的重金屬濃度即沉積物中總金屬的含量，以及在細(xì)顆粒泥沙含量基礎(chǔ)上的正?；砻鞑傻V構(gòu)成了鐵，錳，鉻，銅，鎳，鉛，砷，汞進(jìn)入Mãe-Bá Lagoon的潛在來源，。但是，微量金屬利用度增加，是因?yàn)椴傻V點(diǎn)的pH值，硬度，硫化物含量（356mol/ g）降低的影響。湖泊中的水表現(xiàn)出與礦區(qū)相同的化學(xué)性質(zhì)，溶解性有機(jī)碳和氯化物的存在進(jìn)一步降低了重金屬的生物有效性。雖然在瀉湖AVS的水平（0.48-56mol/克）低，重金屬生物利用度降由于有機(jī)物的存在而降低。無脊椎動(dòng)物的重金屬水平證實(shí)了Mãe-Bá Lagoon重金屬生物利用度低。該湖泊因?yàn)?/p>

4、汞和砷而被列為中度污染。關(guān)鍵詞：生物利用度、鐵礦石開采、形態(tài)、微量金屬、熱帶湖泊正文：1 背景，目的和范圍采礦機(jī)相關(guān)的冶煉及金屬加工活動(dòng)導(dǎo)致地表環(huán)境中的金屬循環(huán)受到擾動(dòng)。在這種情況下，鐵礦山不僅是多數(shù)金屬的重要來源，這些金屬主要是鐵、錳，而且與微量金屬進(jìn)入環(huán)境有關(guān)（拉瑟和卡塔拉曼1995; Wong1981; Zabowski等人，2001年。）。從溫帶氣候的研究表明，鐵礦石的開采和尾礦廢水一般便顯出高水平的溶解例子和顆粒懸浮物，從而改變水中的化學(xué)性質(zhì)（Holopainen等。2003年）和金屬的生物利用度。這個(gè)研究的目的是要查明鐵礦開采和加工對自今仍保持自然狀態(tài)的熱帶海岸湖泊的金屬生物利用度

5、的影響。通過一個(gè)關(guān)于一般的水中的化學(xué)性質(zhì)，沉積物中的礦物成分，酸揮發(fā)性硫化物（AVS標(biāo)準(zhǔn)）和沉積物，水和無脊椎動(dòng)物中的金屬濃度的綜合特征分析，我們研究了金屬的潛在來源，其中的金屬含量在不同因素間的聯(lián)系，以及對金屬形態(tài)及生物利用度的影響。位于巴西米納斯吉拉斯州（鐵四角地區(qū)）和圣埃斯皮里圖州的研究區(qū)（圖1），具有大量的鐵礦開采和加工工廠。然而，這些研究大多集中在黃金開采的地區(qū)，砷和汞污染的重點(diǎn)，并沒有包括有關(guān)金屬的生物利用度的信息。2 材料與方法2.1 研究區(qū)研究區(qū)域包括受巴西東南部的鐵礦開采和球團(tuán)礦廠影響的湖泊，該區(qū)域被叫做Samarco Mineração S/A。2007

6、年，Samarco生產(chǎn)1400萬噸鐵球團(tuán)，相當(dāng)于67的鐵。Samarco擁有兩大工業(yè)用地（見圖1）：坐落于米納斯吉拉斯州馬里亞納城（Germano站點(diǎn)）的選礦廠的礦業(yè)聯(lián)合體，以及坐落于圣埃斯皮里圖州Anchieta城（Ponta Ubu Site站點(diǎn)）的港口的球團(tuán)廠。在這個(gè)礦業(yè)聯(lián)合體，污水在Germano和圣塔倫兩個(gè)地方，具有高濃度的固體顆粒。經(jīng)處理后的污水流入圣塔倫河，到達(dá)Gualaxo do Norte河，后者是Doce River 流域的一部分。一個(gè)管道（396公里）運(yùn)輸?shù)V與水（漿）的混合物進(jìn)入礦球團(tuán)廠。在這家工廠，礦石從水和污水中分離進(jìn)入一個(gè)人工湖（North Dam）每隔一段時(shí)間，又

7、從這個(gè)人工湖溢入Mãe-Bá Lagoon。Mãe-Bá Lagoon是一個(gè)沒有連接到海的沿海湖泊。該區(qū)域的面積 5.0平方公里，平均深度為1.9米。該湖泊從3500人的區(qū)域接受到未經(jīng)處理的污水。在過去的十年里，該流域富營養(yǎng)化的進(jìn)程已經(jīng)在加大。（佩雷拉等人。2006年）。2.2 采樣與分析選定的14個(gè)采樣點(diǎn)如圖1所示。Sela21被選定作為礦區(qū)參考點(diǎn)，因?yàn)樗⒉皇芄I(yè)生產(chǎn)過程影響，反映了該地區(qū)的自然化。位于Santarém Creek 的站點(diǎn)代表了Gualaxo do Norte River (site SCA)采礦作業(yè)的直接影響和該區(qū)域(si

8、te SC-B)其它鐵礦開采的額外影響。在沿海區(qū)域，在North Dam (site ND)的一個(gè)點(diǎn)和Mãe-Bá Lagoon (sites ML-A to ML-G).的七個(gè)點(diǎn)被采樣。此外，附近兩個(gè)沿海湖泊（Icaraí and Guanabara Lagoons)和Mãe-Bá Lagoon有類似特點(diǎn),但是沒有從任何工業(yè)生產(chǎn)收到廢水，被被選為Reference Lagoons (sites IL and GL)。實(shí)地考察發(fā)生在2006年一月和六月。2.3 地表水采樣瓶在使用前被酸浸泡和用蒸餾的去離子水沖洗。樣品在實(shí)地用冰保存，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)0

9、.45微米的醋酸纖維素膜過濾器過濾3h。樣品在實(shí)地應(yīng)用蒸餾的去離子水，其他的樣品用同樣的方法進(jìn)行操作。鉀，鎂，鈉，鋁，鐵用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP- AES）進(jìn)行分析；錳，鋅，鎘，鉛，銅，鎳，鉻和砷用電感耦合等離子體-質(zhì)譜（ICP-MS）；汞用冷原子熒光光譜法（CV- AFS），根據(jù)(APHA 1998)的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測定。對于堿性和陰離子的水樣被收集在1- L的聚乙烯瓶中并在24h內(nèi)分析。主要的水文特征(alkalinity, Cl-, NO3-, NO2-, SO42-,and PO43- )被確認(rèn)使用標(biāo)準(zhǔn)程序(APHA 1998)分析。水溫，溶解氧，鹽度，pH值，電導(dǎo)率在原地

10、使用標(biāo)準(zhǔn)的多功能水質(zhì)監(jiān)測儀進(jìn)行測定。對于懸浮顆粒物（SPM），顆粒有機(jī)碳（POC），總顆粒氮（TPN）和溶解有機(jī)碳（DOC）的分析，樣品被過濾在25毫米的玻璃微纖維過濾器。該過濾器被烘干和加重用于SPM的測定。POC和TPN用CHN/S分析儀進(jìn)行測定。DOC在濾液中用總有機(jī)碳（TOC）分析儀分析。水生系統(tǒng)的化學(xué)平衡形態(tài)模型(CHEAQS)被用來預(yù)測溶解金屬的種類和作為水中成分的一種功能的競爭要素。無機(jī)成分的濃度被認(rèn)為是影響各類金屬分布（pH值，碳酸鹽，鈣，鎂，溶解金屬等），這些無機(jī)成分從樣品測定中獲得。2.4 沉積物采樣點(diǎn)ND, ML-B,ML-C, MLG,GL和其他地點(diǎn)的表層沉積物被采樣。

11、（見圖一）所有樣品均經(jīng)過2毫米的不銹鋼篩去除礫石顆粒和大碎屑。樣品在50°C 被烘干至恒重。這些樣品用王水消化并用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行了金屬分析。鐵，錳，鋅用原子吸收光譜儀（AAS）進(jìn)行分析和鋁，銅，鎘，鎳，鉛，鉻用石墨爐原子化（GFA）-AAS測定。汞用CV-AFS測定，而砷采用氫化物生成系統(tǒng)用ICP-AES進(jìn)行測量。AVS定義為在冷酸提取下的可揮發(fā)的總的硫化物，以及同時(shí)提取的AVSbound金屬和要求同步提取的金屬（SEM），AVS由Van Griethuysen等（2002年）在沉積物表層進(jìn)行分析。金屬的生物有效性和潛在的毒性通過SEM和Di Toro 等人描述的AVS進(jìn)行了評估沉積物

12、粒度分布用庫爾特激光粒度分析儀進(jìn)行激光衍射來分析?？偺?，總氮（TN）用CHN/ S的元素分析儀進(jìn)行分析。TOC在碳酸鈣校正后從總碳中計(jì)算出。2.5 無脊椎動(dòng)物在沿岸基質(zhì)（水生植物，底棲絲狀藻類，褥草）中收集無脊椎動(dòng)物。動(dòng)物被挑出來用當(dāng)?shù)氐乃逑?，放入聚乙烯瓶中運(yùn)到實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室用有效的方法計(jì)算并鑒定。所收集的物種包括淡水螺Pomacea haustrum和Melanoides tuberculata（腹足類），沼蝦和Ucides（甲殼類）和屬于半翅目的半翅類水蟲。無脊椎動(dòng)物被放入蒸餾的去離子水16h用于清除內(nèi)臟。雖然一些個(gè)體死亡，但是部分內(nèi)臟清除中觀察到水中有糞粒存在。我們認(rèn)為這不會(huì)影響到無

13、脊椎動(dòng)物的組織殘留。對于腹足類，對軟組織進(jìn)行解剖分析，而對于其他物種，整個(gè)生物體被帶回。生物體被冷凍儲(chǔ)存和冷凍干燥。樣品經(jīng)70.5硝酸消化，并根據(jù)（美國公共衛(wèi)生協(xié)會(huì)1998年）的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行了金屬分析。測定金屬用ICP- MS，而汞用CV- AFS法測定。2.6 質(zhì)量管理金屬測定的分析質(zhì)量通過沉積物的內(nèi)部參考材料IRM-488和生物的DOLT-2（加拿大國家研究理事會(huì)，渥太華的角鯊肝勻漿）的比較進(jìn)行監(jiān)測。參考材料中測量的金屬濃度于標(biāo)準(zhǔn)比較值顯示金屬的回收在±10%。唯一的例外是無脊椎動(dòng)物樣品中鉻的測定。因此，生物中的鉻濃度只用于相對比較。2.7 統(tǒng)計(jì)分析對水，表層沉積物和無脊椎動(dòng)物中

14、的金屬群測樣的影響進(jìn)行測試。選擇三組：受采礦影響的點(diǎn)(sites SD, SC-A and ND), Mãe-Bá Lagoon (sites ML-A to ML-G),和Reference Lagoons (sites GL and IL)。在統(tǒng)計(jì)分析之前，數(shù)據(jù)用Kolmogorov- Smirnov的常規(guī)和Levene的發(fā)差的同質(zhì)性進(jìn)行測試。由于在組間的方差的同質(zhì)性不可能實(shí)現(xiàn)，位置的影響采用Mann- Whitney檢驗(yàn)方法進(jìn)行測試。在沉積物剖面，金屬的富集采用Mann- Whitney檢驗(yàn)對上層(520 cm)和更深層（2550 cm)的比較進(jìn)行測試。如果P<

15、0.05說明差異具有顯著性。單樣品的t檢驗(yàn)被用于平均值與一組位置的值的比較（例如：North Dam與Mãe-Bá Lagoon的值的比較）。確定不同地點(diǎn)金屬的可變性的行式，分類分析采用Canoco 4.5 (Ter Braak and Smilauer 2002年)進(jìn)行。首先，我們通過主成分的分析（PCA）采用無約束的排序法來解釋金屬濃度值的理論變化。其次，由粘土+淤泥“（<63微米）的含量，有機(jī)碳含量，采樣地點(diǎn)，以及深度這些環(huán)境要素的冗余分析的約束排序被用來描述金屬由于這些環(huán)境條件而產(chǎn)生的濃度變化。顯著水平通常為0.01。環(huán)境變量與分類分析的主軸線之間的相關(guān)性使用

16、Pearson的相關(guān)性得出。為了測試金屬之間的關(guān)系，采用了來自Mãe-Bá Lagoon的沉積學(xué)與化學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析。散點(diǎn)圖矩陣表示多數(shù)值之間的線性關(guān)系（有些數(shù)值需要對數(shù)轉(zhuǎn)換，例如鐵，錳，粘土+淤泥（<63微米）。Pearson相關(guān)系數(shù)（在0.05顯著水平）用于所有變量的計(jì)算除了砷和鎘。砷和鎘的數(shù)據(jù)不能呈正態(tài)分布，甚至不能轉(zhuǎn)換。因此，這些金屬與其他變量的關(guān)系通過Spearman相關(guān)系數(shù)評估。沉積物中重金屬的地球化學(xué)正?；瘧?yīng)用于Mãe- BA Lagoon，如洛靈和蘭塔拉（1992）中所述的。由于礦山污水是重金屬鐵和鋁進(jìn)入湖泊的來源，化學(xué)正?；S著保守性要

17、素的應(yīng)用是不切實(shí)際的。在相關(guān)矩陣和可能的認(rèn)為污染物輸入的分析后，用最佳的歸一化方法做出決定。統(tǒng)計(jì)分析表明，所有的金屬濃度之間的線性關(guān)系，除了砷、鎘和淤泥+粘土（<63毫米）的含量?；貧w分析被用于確定粘土+淤泥（<63微米）含量和Mãe-Bá Lagoon的重金屬之間的“自然”和“背景”關(guān)系和鑒定認(rèn)為有金屬富集的點(diǎn)。對數(shù)轉(zhuǎn)換為非常數(shù)擾動(dòng)方差 和非正態(tài)性修正，它被用于鐵，錳和粘土+淤泥（<63微米），用線性回歸模型(Everitt和Dunn 2001年).確定假設(shè)。數(shù)據(jù)被用于確定統(tǒng)計(jì)值和使用Cook的間隔和殘差圖的影響情況。潛在回歸線和代表的可能的富集下降的離

18、群值將在裝配最后的回歸模型之前被移除。對于每一個(gè)金屬，95%的置信區(qū)間通過回歸方程計(jì)算每個(gè)樣品“自然”濃度。超過上限的點(diǎn)被認(rèn)為可能受人為因素的影響。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)使用SPSS For Windows軟件包進(jìn)行分析. (Statistical Package SPSS 15.0版, 芝加哥, IL, 美國)。3 結(jié)果與討論3.1溶解的微量金屬和水質(zhì)研究區(qū)溶解的微量金屬均勻分布且大多低于巴西聯(lián)邦環(huán)境理事會(huì)357/05號決議關(guān)于保護(hù)淡水中水生生物的推薦標(biāo)準(zhǔn)（巴西2005年）（見表1）。出現(xiàn)異常的是Santarém Dam (304 g/L) 和在Santarém Creek (SCA,

19、237 g/L)的Mn； 在Santarém Creek (SC-B, 0.50 mg/L), Mãe-Bá Lagoon 的兩個(gè)位置(ML-A, 0.55 mg/L; MLG,0.34 mg/L)，和Guanabara Lagoon (0.52 mg/L)的Fe；在North Dam (0.28 mg/L), Mãe-Bá Lagoon 的所有點(diǎn)(0.22, 0.15, 0.30, 0.41, 0.22, 0.14, and 0.14 mg/L)和Guanabara Lagoon (0.19 mg/L)的Al。在點(diǎn) SD、 SC-A和ND的水

20、質(zhì)反應(yīng)了由于采礦活動(dòng)和鐵礦加工，這些點(diǎn)的一些變量，如堿度、硫酸鹽、pH值、鈉、汞比Sela21更高。（樣本的t檢驗(yàn)，P<0.05）（見表2）.。此外，這些點(diǎn)的堿度、鎳、鎘、汞的水平比Mãe-Bá Lagoon高(MannWhitney檢驗(yàn), P<0.05)。其他參數(shù)，如硫酸鹽，鈣，鈉，砷，只有在North Dam高于Mãe-Bá Lagoon（一樣本t檢驗(yàn)，P“0.001）。這些參數(shù)，除了受鐵礦開采的影響很可能是受化學(xué)物質(zhì)的攝入和溶液的PH值，如NaOH、 CaO 和CO2的影響。（科斯塔等人。2003年）。Mãe-Bá

21、Lagoon中微粒的。Mãe-Bá Lagoon的堿度、硫酸鹽、Cl、 Ca、 Na、 DOC and pH的水平比Reference Lagoons的高(MannWhitney檢驗(yàn), P<0.05)。3.2 沉積物中總的微量金屬和沉積物的特性在水壩（SD和ND）的表層沉積物（表層5厘米）被定義為“clay to silt” (稍微<63 m:分別為 68%和 99%,)，該層的OC含量低（<1.5），然而Mãe-Bá Lagoon的表層沉積物被定義為“silt to sand” (稍微 <63 m: 4.4 to56%)，該土層

22、有更高的有機(jī)碳含量（2.0至18）（見表3）。碳酸鹽在研究區(qū)沒被發(fā)現(xiàn)，除了在ND（4.1%）。礦區(qū)的元素含量大多超過 Gualaxo do Norte River Basin的背景值（科斯塔等人。2003年）。礦點(diǎn)和ND的Cr, Hg和As的水平普遍比環(huán)境理事會(huì)規(guī)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高（第2級，不良生物效應(yīng)有可能發(fā)生）。（巴西2004年）（見表3）。一個(gè)對mean shale (MS)值（Salomons和Förstner1984年）的比較顯示礦點(diǎn)和ND的Fe, Mn, Cr, Hg和As的水平更高，ND、Mãe-Bá Lagoon和 Guanabara Lagoon一些位

23、置的Pb和Hg的水平更高。采樣點(diǎn)的Al, Cu, Cd, Zn和 Ni的濃度比MS低。Fe, Mn, Cr, Cu, Hg和As的濃度顯示從礦區(qū)的點(diǎn)到沿海地區(qū)的點(diǎn)呈梯度下降（MannWhitney 檢驗(yàn),P<0.05)。這個(gè)規(guī)律對所有沉積物排列分析的結(jié)果同樣明顯。Mãe-Bá Lagoon的沉積物的汞含量高于巴西湖泊的沉積物背景值（0.03 mg/kg）（Lacerda和Salomons1997年），也比熱帶地區(qū)建議的背景水平（0.05 mg/kg）高（Lacerda等。1993年）。一般來說，Mãe-Bá Lagoon mg/kg）與巴西其它沿海

24、湖泊一樣被列為重金屬的中度污染。(Lacerda 和Goncalves 2001; Marins等人，1998年; Mirlean等人，2003年; Sousa等人，2004年)。另一方面，Mãe-Bá Lagoon中沉積物的Zn, Cu, Ni, Cr,Cd和Mn濃度與其它巴西沿海湖泊的范圍一樣不被列為重金屬污染。(Knoppers等人，1990年; Silva和Rezende，2002年)。用全部沉積物數(shù)據(jù)進(jìn)行的PCA描述了重金屬數(shù)據(jù)中83.5%的總變化。PCA軸線與各個(gè)金屬變量城顯著相關(guān)。RDA中表示，用無約束排序解釋的大多數(shù)變異（56）來確實(shí)有關(guān)規(guī)定的環(huán)境條件（即采

25、樣位置及沉積物特性）。從總的來解釋重金屬數(shù)據(jù)的變化，兩個(gè)RDA軸線說明46%的總差異（見圖2）。第一個(gè)線說明37%變化的且與微量元素Cu, Ni, Cr和Hg呈顯著相關(guān)。第二個(gè)軸線說明了9%的變化且與Al, Zn,Fe和Pb呈顯著相關(guān)。“Mine Area”這個(gè)是解釋兩個(gè)軸線研究區(qū)內(nèi)金屬濃度不同的最重要的地方。這意味著位于礦區(qū)的點(diǎn)的主要元素和微量元素與其它點(diǎn)的偏離。位于礦區(qū)附近的North Dam的表層也是這樣。（見圖2）來自其他站點(diǎn)(North Dam, 排除表層r, Reference Lagoons和Mãe-Bá Lagoon)的重金屬含量總變化的不同主要由Clay+

26、Silt (<63 mm), TN和TOC含量來決定。對5個(gè)地點(diǎn)不同深度的微量金屬和沉積物特性進(jìn)行分析（見圖3）。一般來說，重金屬含量的差異反映了在不同深度的沉積物的物理特性。綜上所述，越完好的沉積物層有越高的重金屬含量(Salomons和Förstner ，1984年)。在North Dam的沉積物剖面中的金屬富集反映了礦石開采和加工這些人為活動(dòng)的影響（MannWhitney檢驗(yàn), P<0.05)。在Mãe-Bá Lagoon，ML-B點(diǎn)反應(yīng)了表層中Fe, Mn, Cr, Ni和Hg的更高水平與人為活動(dòng)的緊密聯(lián)系（MannWhitney檢驗(yàn), P&l

27、t;0.05)。這些金屬的含量也高于Mãe-Bá Lagoon的其它位置所觀察到的（單樣品t檢驗(yàn)，P<0.05）。點(diǎn)ML-C, ML-G和GL顯示出表層更高的重金屬濃度，同時(shí)粘土和碳含量也更高，反映了沉積物在約束這些污染物所扮演的角色。在所研究的點(diǎn)的TOC值普遍降低（見圖3）。在Mãe-Bá Lagoon，(C/N)比表明本地和異地沉積物中有機(jī)質(zhì)的組合，但由于湖泊的富營養(yǎng)化狀況，本地的比例可能較高。正如所料，對Mãe-Bá Lagoon的金屬和沉積物特性的相關(guān)性分析表明，金屬、粘土+淤泥 (<63 m) 和 TOC含量之間

28、有一個(gè)很高的相關(guān)性。對鐵和其它重金屬之間的相關(guān)性的發(fā)現(xiàn)，表明含鐵化合物（氧化物，氫氧化物，硫化物）具有凈化作用。3.3 沉積物標(biāo)準(zhǔn)化為了支持Mãe-Bá Lagoon的重金屬的潛在根源，進(jìn)行了一個(gè)關(guān)于重金屬與粘土+淤泥（<63微米）的地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化。它表現(xiàn)了兩個(gè)主要的模式（見圖4）：1、鐵礦石開采和加工對Fe, Mn, Cu, Hg, Cr和Ni含量的影響是很明顯的：礦區(qū)點(diǎn)的數(shù)據(jù)預(yù)測的回歸線的置信區(qū)間高于95%。Fe, Mn,和Cu似乎關(guān)系到采礦區(qū)自然金屬的礦化，因?yàn)辄c(diǎn)Sela有這些金屬的富集。相反的，Hg的富集是由于鐵礦場在18和19世紀(jì)期間的用于黃金開采的汞齊法（

29、科斯塔等人。2003年），但也可能發(fā)現(xiàn)錳氧化物(Windmoller等人. 2007年)。此外，在Germano的點(diǎn)的磨鐵礦的過程可能有助于壩址的Cr 和Ni的富集。研磨球含有鐵鉻合金和鐵鎳合金，在這個(gè)過程中因?yàn)檠心デ虻南氖惯@些金屬釋放到水中。2、這種模式通過Zn, Al和Pb表現(xiàn)出來。礦區(qū)采樣點(diǎn)低于95%的置信區(qū)間說明采礦活動(dòng)不會(huì)構(gòu)成研究區(qū)這些金屬的重要來源。不過，在ND中心地區(qū)Pb的富集說明Ponta Ubu采樣點(diǎn)與之有關(guān)的操作。大氣排放的歷史監(jiān)測顯示，由于使用礦物燃料，Pb是硬化過程中釋放的金屬之一。這與一些礦物燃料中痕量金屬的存在相符并且他們釋放到大氣與燃燒過程中耗盡的氣體和顆粒有關(guān)

30、。(Huggins等人. 2004年; Reddy等人 2005年)。雖然Guanabara Lagoon 被選為參考湖泊, 粘土+淤泥(<63 m) 的金屬含量比 Mãe-Bá Lagoon 低，不僅僅是 Fe, Mn和Zn。沉積物中細(xì)顆粒和高有機(jī)碳占主導(dǎo)地位，這可能為Guanabara Lagoon的金屬提供一個(gè)高效的環(huán)境。此外，沉積物表層較高金屬濃度的存在表明該湖泊近年來可能受人為的重金屬投入的影響。大氣沉降，尤其是來自工業(yè)領(lǐng)域，是巴西東南沿海地區(qū)金屬污染的重要來源（Lacerda等，2002;。Lacerda和Ribeiro里貝羅2004年）。由于在這附近沒有

31、其它工業(yè)和城市的來源，它可能通過東南風(fēng)把硬化爐產(chǎn)生的金屬從球團(tuán)廠運(yùn)輸?shù)街罢J(rèn)為不受外界干擾的Guanabara Lagoon。3.4 無脊椎動(dòng)物中的金屬為了支持研究區(qū)金屬的生物利用度的評估，做了一個(gè)無脊椎動(dòng)物吸收重金屬的初步評估。無脊椎動(dòng)物的金屬含量說明所收集的物種間的差異（見表4）。在Mãe-Bá Lagoon，腹足類動(dòng)物M. tuberculata比其他物種，然而富集了更多的Fe, Pb, Ni和Hg，而P. haustrum富集了更多的Mn (MannWitney檢驗(yàn), P<0.05)。這些研究結(jié)果表明，gastro- pods是居住在沉積物中的食碎屑動(dòng)物，該物

32、種往往比其他物種積累更多的重金屬。甲殼綱的Macrobrachium sp.具有最低的重金屬含量，除了Cu。這可以解釋呼吸蛋白血藍(lán)質(zhì)中Cu的存在。比較在ND收集的與Mãe-Bá Lagoon收集的腹足類動(dòng)物P. haustrum，大多數(shù)的金屬濃度沒有出現(xiàn)顯著的差異（單樣本t檢驗(yàn)，P>0.05），除了Ni和 Cd。雖然ND的數(shù)據(jù)表明在該采樣點(diǎn)的沉積物中的金屬濃度普遍較高，但是該點(diǎn)的金屬生物利用度可能降低。在Guanabara Lagoon收集的同個(gè)物種內(nèi)(P. haustrum和M. tuberculata)的金屬濃度比在Mãe-Bá Lagoon收

33、集的高（單樣品t檢驗(yàn)，P<0.05）。這反映了這兩個(gè)點(diǎn)之間重金屬水平的差異且在Guanabara Lagoon的生物利用度更高。3.5 金屬的形態(tài)及其對生物利用度的影響使用CHEAQS（水生系統(tǒng)中的化學(xué)平衡模型）對Mãe-Bá Lagoon進(jìn)行模擬，表明金屬的形態(tài)與受采礦作業(yè)影響的采樣點(diǎn)相似：Fe 和Al以羥丙基配體為主體，而Cu, Ni, Pb, Zn和Mn具有碳酸鹽配合物的特點(diǎn)。Hg除了與羥丙基配體結(jié)合，還預(yù)測為氯化物復(fù)體。Mãe-Bá Lagoon與其它采樣點(diǎn)的金屬形態(tài)的主要差異是具有更高的金屬-有機(jī)配合物，特別是銅（60）和鎳（35）。其它

34、離子對配體的競爭，如鈣離子和鈉離子，似乎與Mãe-Bá Lagoon中配體的高的利用率無關(guān)緊要。與此相反Reference Lagoons (GL and IL)的金屬形態(tài)主要以自由的含水離子為主。在研究區(qū)內(nèi)AVS的濃度具有較大的范圍，從Sela21低于極限值(<0.1 mol/g)的水平到North Dam非常高的濃度（356± 8mol/克）（見表5）。在ND的AVS水平可以說明無脊椎動(dòng)物低的金屬生物利用度和其它硫化物富集的沉積物中觀察到得相同的大小，如從Guanabara Bay到入河口(Machado等人，2004年)。在Mãe-B

35、5; Lagoon整個(gè)，AVS水平普遍較低(0.48 to 56 mol/g)。貫穿整個(gè)研究區(qū)，SEM-AVS的濃度小于零，除了Sela21 和在Mãe-Bá Lagoon的一個(gè)采樣點(diǎn)(ML-B)，這表明了微量金屬的潛在供應(yīng)。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)為有機(jī)質(zhì)時(shí)，SEM-AVS/fOC的所有結(jié)果比Di Toro等人提出的毒性下限還低（2002年）。在水和沉積物中重金屬的結(jié)果表明，尾礦壩和人工湖構(gòu)成進(jìn)入Mãe-Bá Lagoon的重金屬 Fe, Mn, Cr, Cu, Ni, Pb, As和Hg的潛在來源。然而，他們通過提高溶解離子，如碳酸鹽，氫氧化物，硫酸鹽，鈉，鈣的濃度，

36、也改變了湖泊的化學(xué)性質(zhì)。這種效應(yīng)有助于降低該湖泊的生物利用度，這進(jìn)一步減少了DOC和氯化物。在湖泊的沉積物中，F(xiàn)e和Mn的氧化氫氧化物和腐殖質(zhì)（有機(jī)質(zhì)）聚集在一起，似乎是調(diào)節(jié)自由或生物可利用的金屬和生物與水之間交換金屬的最重要的因素。4 結(jié)論這項(xiàng)研究表明鐵礦開采和加工對熱帶沿海湖泊的金屬釋放，形態(tài)和生物利用度的影響。一方面，鐵礦開采和加工構(gòu)成重金屬進(jìn)入湖泊的潛在來源，另一方面這也構(gòu)成了金屬生物利用度的增加。該湖泊的金屬生物利用度低的主要原因是高濃度的配體，采礦的部分釋放，例如DOC和氯化物。該湖泊金屬生物利用度由于沉積物中有機(jī)質(zhì)的存在而進(jìn)一步降低。這點(diǎn)可以通過無脊椎動(dòng)物中的重金屬水平低來證實(shí)。

37、奇怪的是，該湖泊的重金屬水平普遍和不受污染的采樣點(diǎn)具有同樣的水平或低于巴西的標(biāo)準(zhǔn)以下，F(xiàn)e,Hg和As例外。鳴謝： 我們感謝動(dòng)物生態(tài)學(xué)系（阿姆斯特丹自由大學(xué)）的R. Verweij以及RIZA（內(nèi)陸水管理和廢水處理學(xué)院）的O. J. Epema。為沉積物中的金屬分析提供設(shè)備也要感謝環(huán)境研究學(xué)院（荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)）的C.P. Swart為金屬分析提供援助和培訓(xùn)，環(huán)境科學(xué)系（瓦赫寧根大學(xué)）的A. Poot為AVS的測量提供培訓(xùn)以及Centro de Biociências e Biotecnologia (UENF)的A.R. Gobo對實(shí)地調(diào)查的支持。我們?yōu)镾amarco Min

38、eração S/A和CAPES（巴西教育部）的支持表示感謝，感謝他們?yōu)榈谝蛔髡撸ㄟM(jìn)程號2637/04-9）提供獎(jiǎng)金。獲取方式 本文根據(jù)知識共享署名非商業(yè)性使用許可證發(fā)部，允許通過媒體，原始作者提供貨和原籍進(jìn)行的任何非商業(yè)性使用，分配和復(fù)制。參考文獻(xiàn)：APHA (1998) Standard methods for the examination of water and wastewater, 20th edn. APHA, Washington, DCBrasil (2004) Resolução N° 344, de 25 de mar&

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