滨海高硫湿地水体硫富集成因及关键运移过程的同位素辨识

Biogeochemical process of sulfur and its environmental effect is one of the important of the element cycle in coastal wetlands, is also an important content of global and regional sulfur balance. Effected by groundwater in superficial zone and salinized soil, coastal wetland in Tianjin becomes salinized continuously, and it also accumulated more sulfate in the ecology systems. This research focus on the fate and source of sulfate in the coastal wetland by analyzing δ34S-SO42-, δ18O-SO42- and concentration of sulfide, sulfate and water parameters, and the aim is to trace the origin and production mechanism of sulfur between the water-sediment/soil interface. We try to solve the problems of how the sulfur transforms and make better understanding of sulfur cycling in coastal wetlands and its effect on ecology systems. This research can provide the strategy for managing the sulfur contamination and evaluate the export and import of sulfur.

硫的生物地球化学过程及其环境效应是滨海湿地生源要素循环的重要组成部分，也是全球和区域硫收支平衡的重要研究内容。由于受海水、浅层地下咸水、土壤溶质、硫沉降以及其他硫源的综合影响，滨海湿地往往具有高硫含量。作为海洋与陆地交错带的特殊生态系统，滨海高硫湿地独特的水环境条件及生态过程会导致一系列的环境问题。明确湿地硫的关键运移过程及影响因素是防治湿地硫过度富集和治理硫污染的基础。基于此，本项目拟选择天津典型滨海高硫湿地为研究对象，通过监测水体、沉积物、土壤及优势植物硫化物的δ34S，δ18O同位素组成，结合硫化物含量、水化学组成、水化学参数等，综合分析湿地水文过程、水环境演化等因素的影响，探讨咸化湿地水体和土壤/沉积物中硫的氧化还原过程及其主控因素，辨识天津湿地高含量硫的来源，以期深入了解滨海湿地硫循环及其对生态环境的影响，为防治滨海湿地水质恶化和有效评估滨海湿地硫收支提供基础科学依据。

本申请以天津典型高硫滨海湿地北大港湿地中水体、沉积物为研究对象，分析了不同样品中的硫酸盐（SO42-）、溶解态硫化物（S2-）及其稳定同位素δ34S和δ18O的组成特征，并结合大气降水、浅层地下水、海水等端元，借助稳定同位素示踪技术和水化学条件等，明确了天津滨海湿地高硫含量的成因，掌握硫相关的生物地球化学过程，为进一步预测和防治硫污染问题提供科学基础和理论支持，项目取得的成果基本完成了预期任务。研究结果发现，北大港湿地不同点位地表水中SO42-含量差异显著，变化范围为446.54—4190.45mg/L，平均值为1293.89 mg/L，远高于污染物的评价指标250mg/L，同时也远高于我国河流和湖泊水体中硫酸盐的平均含量。δ34S- SO42-变化范围为+7.34—+24.45‰，平均值为+17.36‰，δ18O- SO42-的变化范围为+10.31—+20.44‰，均表现出较高的同位素组成，均显著高于我国地表水体中SO42-的同位素组成。不仅如此，湿地不同区域中同位素组成也具有较大的差异，其中西南部地区相邻但不相通水体具有显著差异的同位素组成也说明北大港湿地水体滞留时间长，水体来源复杂。通过对比不同端元的同位素组成，结果发现北大港水体中硫酸盐主要来自于海水和浅层地下水，同时还受到大气降水的影响，不仅如此，硫酸盐的还原作用也可能是造成水体中硫氧同位素比值较高的重要原因。通过分析柱状沉积物中SO42-和S2-的垂向变化规律，结果表明在沉积物上部，主要受硫酸盐的还原作用的影响，而在中部及下部，有机硫的矿化和浅层地下水的影响逐渐增强。研究结果表明，控制硫酸盐迁移转化和富集的主要因素是水化学参数，包括pH、EC、T、TDS和Sal，说明北大港湿地硫酸盐的变化主要受控于地表水环境参数的变化。通过本项目的研究，我们提出作为典型滨海湿地，高硫含量主要成因为受海水和浅层地下水主导的盐渍化作用，土壤盐渍化及蒸发作用的累积是造成滨海湿地高硫含量的重要原因。