南昌市江湖水和大气降水硫同位素特征研究

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[摘 要]根据大气降水、赣江水和湖水的pH值、SO42-含量、δ34S值和用煤的δ34S值等测试数据，初步探讨南昌市江湖水和大气降水硫同位素特征。市区大气降水的pH值变化范围为3.19―5.35，冬末春初南昌地区为高浓度的酸雨区。大气降水δ34S值的变化范围在-2‰―4.8‰，夏季富集轻硫同位素，δ34S值呈负值，冬、春季富集重硫同位素，与前人研究认为我国南方大气降水的δ34S值为负、北方为正的硫同位素区域分异现象，有所不同。湖水的δ34S值变化范围为4.4‰―10.3‰，比赣江水（4.3―6.8）和大气降水（4.8― -2）都高，其原因是地下水的加入、人为硫污染和湖水中溶解了基底与周围的岩石和土壤中的硫酸盐。

[关键词]大气降水 江湖水 硫同位素 南昌市

中图分类号：V753 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0020-01

大气环境中的硫因其硫氧化物与酸性沉降的关系和它对地球环境可能的降温作用.而引起国际学术界关注。硫的稳定同位素具有广泛的示踪和标记特性，成为当今热点环境问题之一。

河流、湖泊组成地表水，大气降水是地表水的主要补给源。地表水和大气降水中的硫主要以SO2-4形式存在，硫的稳定同位素组成常用以示踪水中硫的来源，并用于研究地球化学环境。本文根据南昌市2006年大气降水、湖水和赣江水的pH值、SO42-含量、δ34S值和市区用煤的δ34S值等测试数据，初步探讨江湖水和大气降水硫同位素特征。

1.大气降水的pH值与SO42-浓度和硫同位素组成

冬末春初大气降雨多为小雨，气压高，静风频率高，更容易产生对大气中S02和颗粒物中硫的洗脱作用，使硫进人雨水中.②冬季采暖期耗煤量增多，SO2排放量增大。硫酸根离子浓度的变化范围在4―15mg/L之间，年平均值为10.2mg/L，其中1月份高达15mg/L。

大气降水δ34S值的变化范围在-2‰―4.8‰之间，变化范围较大。δ34S值最小值出现在8月23日，为-3.2‰，最大值出现在1月24日，为4.8‰，从1月份至7月份δ34S值呈逐月下降。6、7、8、9月份的δ34S值为负值，从10月份至12月份，δ34S值又上升到正值。其中7月份最低，为-2.1‰；1月份最高，为4.7‰。硫同位素组成呈有规律的季节性变化，夏季富集轻硫同位素，冬、春季富集重硫同位素。分析其原因主要是生物成因硫的影响，生物成因硫包括有机体（如浮游生物、海洋植物）中含硫物质的分解；微生物（如厌氧细菌）对水体中SO42-的还原。生物成因硫对大气降水中硫酸盐来源贡献较大，其分布区δ34S值呈负值或高负值，如加拿大北部多湖泊地区排放的生物成因硫δ34S值为-2.4‰[2]。南昌市区湖泊、河流密布，夏季，气温高，是生物生长旺月，水草茂盛，生物成因硫的排放量大于冬季，因此夏季的大气降水呈现出比冬季低的δ34S值，生物成因硫的δ34S值常为负值。如果不考虑生物成因硫的影响，只考虑人为成因硫，仅据测定的南昌发电厂用煤的δ34S值13.4‰估算，那么在夏季，大气降水的δ34S值应为正值，但本区实测数据显示都为负值，故应有大量为负值的生物硫的加入掩盖了人为成因硫而使夏季大气降水的δ34S呈现负值，此外还可能是有大气环流的影响。上述现象与前人研究认为我国南方大气降水的δ34S值为负、北方为正的硫同位素区域分异现象[3]有所差异。

2.江湖水pH值与硫酸根浓度和硫同位素组成

湖水、赣江水的硫同位素组成介于4.3‰―10.3‰之间。东边的瑶湖和西边的黄家湖δ34S（‰）含量最高分别为9.2，10.3，城内的青山湖最低（4.4，4.5，4.7）与正常赣江水（4.3）相近，其它湖δ34S（‰）含量高低参差不一，即使同一湖也有差别，如象湖两个样一为4.8，一为8.3。分析上述差异的原因主要是治理水平不一，城内湖区是人口密集区，又近休f埸地，治理得好，城外湖区（包含新开发区）治理差些，如黄家湖有的采样点的局部水域水体污染严重，水呈淡绿色且有股臭味，水质很不好。另一原因是生物硫的影响，南昌市各湖地理环境和湖内动植物生长状况不同导致硫同位素组成的差别，因为陆地动、植物组织中的含硫物质经生物作用分解可生成生物硫，也可以通过水生环境（湖泊、河流等）中微生物作用使SO42-还原而产生并以H2S和DMS（二甲基硫化合物）等物质形式而释放出来，在地表还原环境条件下，硫酸盐被微生物还原作用发生的硫同位素分馏，生物硫源普遍富集轻硫同位素，常常导致受生物成因硫影响的δ34S值通常变小[5，6]。

3.大气降水与江湖水硫同位素对比

赣江水的δ34S值（4.3，6.8）高于本地区的大气降水（4.8―-2）。湖水的δ34S值变化范围为4.4‰―10.3‰，同期大气降水的δ34S值为4.2‰。湖水比赣江水和大气降水都高，明显富集重硫，可能有三个原因：一是地下水的加入，二是湖水中溶解了基底与周围的岩石和土壤中的硫酸盐[7，8]，而本区这类岩石和土壤中含有硫酸盐并使其富集重硫；三是湖水加入了人为成因硫，如工业废水和人类生活和耕作污水的排入，在水体微生物的还原作用下，将硫酸盐硫还原为硫化物硫，如H2S等，硫化物硫具有较低的δ34S值，由于同位素分馏作用，轻硫同位素在微生物还原后的产物中富集，残留的硫酸盐富集重硫，而使湖水富集重硫同位素。

海源硫的δ34S值在全世界范围内为一定值，为20.0‰。沿海地区大气降水中硫酸盐主要来源于海源硫酸盐，对于远离海洋地处内陆的南昌地区，可以认为海源硫对雨水中硫源的贡献没有沿海城市大。相比生物硫和人为硫，海源硫对大气降水中硫源的贡献可能占较小的部分。

大气降水δ34S值的变化范围在-2‰―4.8‰，夏季富集轻硫同位素，δ34S值呈负值，冬、春季富集重硫同位素。其原因是生物成因硫的影响，与前人研究认为我国南方大气降水的δ34S值为负、北方为正的硫同位素区域分异现象，不相吻合。此外，大气降水硫同位素值与降雨量相关，即降雨量增大硫同位素值减小并出现负值，这与有关文献报道的降水中的δ34S值与降水量没有相关性也不完全吻合。

江湖水pH值变化范围为7.07―8.20，呈弱碱性，江湖水的硫酸根浓度变化范围为9―36mg/L，个别异常湖水硫酸根浓度高达124―162mg/L。江湖水比赣江水（pH均值为7.58，SO42-均值为15mg/L）略有增高，其原因是地下水的加入和人为硫污染。

湖水的δ34S值变化范围为4.4‰―10.3‰，比赣江水（4.3，6.8）和大气降水（4.8―-2）都高，明显富集重硫，可能有三个原因：一是地下水的加入；二是湖水中溶解了基底c周围的岩石和土壤中的硫酸盐；三是湖水加入了人为成因硫。

参考文献

[1] 张鸿斌，胡霭琴，卢承祖，张国新华南地区酸沉降的硫同位素组成及其环境意义[J]中国环境科学2002，22（2）：165-169.

作者简介

刘江浩（1989-），男，浙江金华人，浙江，助理工程师，，主要从事环境检测与评价方面的研究工作。