长江入海沉积物中Fe循环研究：环境示踪意义

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：国际上的早期文献中，都有对我国河流入海颗粒物Fe含量的报道。但这些研究大都集中在入海沉积物总Fe含量上，且样品较少，没有对我国河流沉积物Fe的地球化学循环做系统的研究。如前所述，河流和海洋Fe循环是当前国际海洋科学界特别关注的热点问题，而我国目前在这一领域的研究还非常薄弱。

我国东部大陆位于世界最大的大陆与最大的大洋之间，具有独特的地质、地理、构造和水文特征。新生代青藏高原隆升，造成了中国阶梯状的地貌和现代水系的发育。在亚洲季风环境与晚新生代构造运动影响下，这些水系携带高原快速隆升而风化剥蚀的大量陆源碎屑物质进入边缘海，完成陆源物质从源到汇的过程。长江作为中国东部最大的河流，成为西北太平洋地区陆地与海洋物质交换最重要的途径之一，因此是开展海陆相互作用和全球环境变化研究的一个理想场所。

国际上的早期文献中，都有对我国河流(长江和黄河)入海颗粒物Fe含量的报道。但这些研究大都集中在入海沉积物总Fe含量上，且样品较少，没有对我国河流沉积物Fe的地球化学循环做系统的研究。我国学者对河流沉积物元素地球化学的研究起步于20世纪90年代初，对于河流沉积环境而言，我国不少学者开展了河流沉积物中重金属元素组成特征研究。Zhang等(1992)在研究大气粉尘重金属组成中发现，输入我国东部边缘海的陆源Fe主要由河流供应。Zhang和Huang(1993)和Zhang等(1994)发现黄河颗粒物中痕量金属浓度比中国其他大型河流要低。而长江河口地区沉积物中Fe、Al、Cu、Mn、Pb等重金属的含量及分布同粒度、矿物等因素有紧密关系，重金属更易富集在细颗粒物质中。通过用Al校正以及用富集因子EF(Enrichment Factor)计算，发现我国河流污染呈上升趋势(Zhang，1999;Zhang 和Liu，2002)。Qu 等(1993)调查了中国主要河流(黄河、长江、珠江等)悬浮物中溶解态和颗粒态物质元素地球化学特征，认为易迁移元素如Na、Ca等在南部河流颗粒悬浮物中含量很低，不易迁移元素如Al、Fe、Ti、Mn等元素在颗粒物中相对富集，且相对于世界河流重金属元素含量偏低，证明我国河流污染相对较轻。张朝生(1998)研究了长江和黄河干流沉积物中K、Ti、V、Cr、Mn、Fe等16种金属元素总量与形态特征，发现元素含量和形态特征沿河变化不明显，长江沉积物中易迁移元素与难迁移元素间有负相关关系。与黄河相比，长江沉积物中易迁移元素含量低，而重金属元素含量高;元素有机态和铁锰氧化物态含量高，而残渣态含量低。认为这种差异与长江流域内风化作用强而黄河流域内风化作用弱以及黄土母质有机质含量低有关。

2025年以来，以陈静生为代表的一系列学者，系统总结了我国东部入海主要河流入海金属元素组成特征，陆续发表了一系列报道(Chen等，2000;Chen等，2002;陈静生等，2006)，对研究中国东部河流水化学研究提供了丰富翔实的资料。Chen等(2000)运用Chao和Zhou(1983)改进的无定型Fe氧化物分离方法，分析了我国东部主要河流沉积物中的反应性Fe和无定型Fe以及总Fe的组成特征，以及区域变化规律。Lin和Hsieh(2002)研究了长江对中国东海陆架Fe、Mn、Zn、Cu、Al等重金属元素的贡献，提出长江带来的陆源重金属是控制中国东海陆架重金属元素空间变化的主要因素。张卫国等(2003)运用避光草酸铵(AOD)以及连二亚硫酸钠—柠檬酸钠—重碳酸钠的提取方法，测试了长江口潮滩沉积物的氧化铁组成以及磁性特征，定义AOD 提取的氧化铁为无定形态，而连二亚硫酸钠—柠檬酸钠—重碳酸钠混合溶液提取的氧化铁为晶形铁，二者相减得到的铁为游离态氧化铁。并且证明长江口潮滩沉积物中无定型态氧化铁占总氧化铁的比例最高。茅昌平(2009)在研究长江流域悬浮物地球化学和矿物学组成时，通过三步提取法(Poulton和Raiswell，2002;Poulton和Raiswell，2005)，定量揭示长江悬浮物样品Fe元素各相态的特征。认为长江下游南京段悬浮中的全铁(Fe T)和高活性铁(Fe HR)的含量在一年的水文循环中有轻微的季节性变化，都在洪水期出现最低值。悬浮物的漫反射光谱分析(DRS)表明针铁矿是悬浮物中主要的铁氧化物，赤铁矿的含量很少。在长江三峡蓄水后，长江悬浮物全铁(Fe T)和高活性铁(FeHR)的通量分别为2.78×106 T/y和1.19×106 T/y。但是文中只阐述了Fe的季节性变化，对于Fe的化学相态在长江流域的空间特征，Fe与其他参数如粒度、径流量以及其他元素的关系没有深入解释。(https://www.chuimin.cn)

综合来看，我国学者虽然开展了一些主要河口与边缘海近表层沉积物中Fe循环研究，调查范围主要在河口地区开展，以重金属含量分布与污染调查为主(Zhu等，1990;Huang，1995);对Fe元素的分析也主要以元素总量分析为主，很少有金属元素不同化学相态分析(Chen 和Wang，1996)或者元素地球化学行为的报道(Yu等，1990)。但从河流流域到河口再到边缘海沉积Fe循环(从源到汇)的系统研究还未开展，对河流入海沉积Fe通量以及不同相态Fe在表生环境以及早期成岩过程中的地球化学行为研究也有待深入，对于不同相态Fe的提取还需要建立一套系统的、重现性高、应用性强的方法。如前所述，河流和海洋Fe循环是当前国际海洋科学界特别关注的热点问题，而我国目前在这一领域的研究还非常薄弱。

长江入海沉积物中Fe循环研究：环境示踪意义

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