欧洲和北美洲淡水中铁的浓度普遍增加外文翻译资料

欧洲和北美洲淡水中铁的浓度普遍增加

原文作者： G.A.Weyhenmeyerd 等人 单位： Uppsala University

摘要：鉴于Fe在生物地球化学过程中的基本作用，最近关于淡水中Fe浓度增加的报道值得关注。然而，关于Fe的浓度趋势的频率分布和地理分布以及潜在的驱动因素，我们知之甚少。我们分析了分布在北欧和北美10个国家的340个水体中Fe浓度的时间趋势，以便更清楚地了解Fe浓度在何处、何种程度上以及为何上升。我们发现28%的地点上Fe浓度有显著增加，4%的地点上显著下降，其中大部分的正向趋势位于北欧。Fe浓度上升的地区往往与有机碳(OC)增加的地区一致。Fe浓度和OC浓度的增加可能不是直接的机械联系，但可能是对如硫沉积物的下降或水文变化等常见区域尺度驱动因素的反应。Fe和溶解二氧化硅的共变趋势支持了水文因素的作用，因为这些元素往往来自相似的土壤深度。Fe浓度的增加与针叶林覆盖率之间的正相关关系表明，改变土地使用方式和扩大林业可能有助于促进Fe的输出，尽管在非森林地区也观察到增加。通过研究，我们的结论是：Fe浓度增加的现象是普遍存在的，尤其是在北欧，Fe浓度的增加对广泛的生态系统生物地球化学和目前淡水褐变具有潜在的重要意义。

关键词：在所研究的340个水域中，28％的水域中Fe浓度在1990年至2013年间平均增加了64％；大多数的增长趋势和最高变化率在北欧的北部地区；水文变化可能有助于观察到Fe的趋势，趋势也可能与大气沉降减少有关

1. 引言

在最近的几项研究报道中报告了北欧淡水中Fe浓度的大幅上升(Knorr, 2013; Kritzberg amp; Ekstrom, 2012; Neal等人, 2008; Sarkkola 等人, 2013; Weyhenmeyer, Prairie, amp; Tranvik, 2014)。Fe是地壳中含量第四的元素，也是与水生生态系统中碳、氮、磷的生物地球化学循环密切相关的基本微量元素(Stumm amp; Morgan, 1996)。这包括Fe作为淡水和海洋沉积物中有机碳的“生锈沉淀物”的作用(Lalonde等人, 2012)。也有证据表明Fe对淡水的大规模褐变起了作用(Kritzberg amp; Ekstrom, 2012; Weyhenmeyer等人, 2014)，直到最近人们才认为这主要是由于溶解有机碳浓度的增加(Erlandsson等人, 2008; Haaland等人, 2010; Hongve, Riise, amp; Kristiansen, 2004; Monteith等人, 2007)。 此外，Fe被认为是海洋生物碳泵的重要组成部分，在海洋中，Fe通常限制富含氮和磷的水域中浮游植物的生长(Boyd等人,2007; Martin amp; Fitzwater, 1988; Moore等人, 2013)。虽然盐度引起的絮凝和沉淀通常被认为能有效地捕获沿海地区的Fe，但最近的研究表明，河源腐殖质可以稳定Fe，并作为载体将Fe迁移到遥远的海上(Krachler等人,2015;Kritzberg, Villanueva等人, 2014; Laglera amp; van den Berg, 2009; Pokrovsky amp; Schott, 2002)。Fe的这些多方面作用表明，Fe浓度的变化可能对区域和全球生物地球化学循环产生显著和多样化的影响。因此，有必要更好地了解地表水中Fe浓度的时间趋势的频率分布和空间分布，以及影响Fe动力学的因素和作用机制。

以往的淡水研究很少考虑Fe浓度的时间变化，而且这些变化往往受到空间上的限制。例如，在瑞典河口，Fe浓度在过去40年里平均翻了一番(Kritzberg amp; Ekstrom, 2012)，在英国的溪流和湖泊(Neal等人, 2008)、芬兰的源头(Sarkkola等人,2013)和德国的单一河流集水区(Knorr, 2013)也报告了Fe浓度的高变化率。淡水中Fe浓度的增加有可能是由下面两个过程引起的：（1）从集水区增加Fe的输出（2）水生环境中Fe的生物地球化学循环的变化(图 1)。正如若干气候变化情景所预测的那样，这两个过程都会受到降水增加的严重影响。在较频繁和较强烈的降水事件之后增加地表和地下水径流可以增强Fe从土壤到水生生态系统的运输(Hongve等人, 2004)。由于Fe是还原条件下溶解度增强的氧化还原敏感元素，土壤较频繁的涝渍可能会增强微生物活性，从而促进还原条件的形成和Fe的释放(Knorr, Lischeid, amp; Blodau, 2009)，特别是当缺乏替代电子受体(如硝酸盐和硫酸盐)时更是如此(Palviainen等人,2015)。在现场研究(Ekstrom等人, 2016)和实验室的输水实验中(Frohne等人, 2011; Grybos等人, 2007)都证实了集水区土壤强度降低与地表水Fe浓度之间呈正相关关系。至于第二个过程，强降水驱动积水冲刷速度加快可能会抑制Fe的沉降，从而导致水体中Fe浓度升高(Weyhenmeyer等人, 2014)。因此，积水中的Fe沉降物的效率目前可能由于较短的水滞留而降低(Einola等人, 2011; Jonsson, 1997)。

低S，高降雨量

高S，低降雨量

图1. 硫的沉积物和降水对铁迁移率的影响。(左)在高S沉降情况下，土壤中铁与硫化物的结合会减少铁从集水区输入到地表水。类似地，硫化铁可能在沉积物中积累，导致湖水中铁含量减少，湖水更清澈。（右）在潮湿气候情况下，反应的S较少，较强的降水增加了集水区的径流、湖泊的冲刷速率以及由于地下水位升高土壤中氧化还原条件驱动Fe的迁移。由此导致与有机物质相关的Fe的含量增加导致地表水褐变。

自1970 - 1980年以来，整个北欧和北美部分地区都发生了大气硫沉积的下降(Schopp等人，2003)，这也可能是淡水中Fe浓度增加的一个潜在解释(图1)。Fe³ 和SO₄^2-还原菌可以有效地竞争有机底物(Chapelle amp; Lovley, 1992)，因此减少SO₄^2-的输入可能有利于Fe的还原，而Fe也与硫化物形成稳定的沉淀物，这可能在富含S条件下减少Fe的浸出(Morse等人,1987)。在S沉积的高峰期，这些过程可以增强Fe在土壤和沉积物中的结合，导致在过去几十年中，当S的有效性下降时，Fe向地下水和地表水中的释放更高。通过将更多溶解的有机物质（DOM）迁移到地表水中，酸沉降的下降也可能对Fe浓度产生间接影响，从而提高Fe在地表水中的溶解度和传输速率（Neal等人，2008）。

尽管Fe是全球生物地球化学过程中的关键元素，但我们目前对淡水中Fe的变化程度和速率或相关驱动作用机制的了解仍然很少。在这里，我们分析了在北欧和北美的湖泊、源头河流、高阶河流和河口处Fe浓度的时间趋势，以便更好地理解影响Fe浓度上升的因素。利用淡水中硅浓度的变化作为水文路径变化的代表，以及减少淡水中硫酸盐浓度作为大气硫沉积物下降的代表，我们假设淡水中Fe浓度的增加会随着Si浓度的增加以及硫酸盐浓度的降低而变化。

1. 方法

我们分析了总共340个淡水水体的监测数据，其中90个位于瑞典，24个位于挪威，59个位于芬兰，59个位于爱沙尼亚，7个位于拉脱维亚，5个位于德国，5个位于捷克共和国，21个位于英国，加拿大有77个，美国有50个。水域包括源头流（35），高阶溪流（包括河流）（85），湖泊（168）和河口（63）。由于原始数据集的时间序列长度不同，我们将分析限制在1990年至2013年的时间段内，以使最终的全球数据集尽可能地均匀。除了全球数据集之外，我们还分别对瑞典数据集进行了分析，以确认观察到的模式，因为这代表了最大的单一数据集，具有内部的方法和时间段一致性。

用于测定不同位置铁的分析方法包括(1)电感耦合等离子体(用于瑞典、芬兰、挪威、英国、美国)(2)电感耦合氩等离子体(加拿大(新斯科舍省)），(3)原子吸收光谱(瑞典、芬兰、拉脱维亚、捷克共和国、美国和加拿大(安大略和新斯科舍省)),(4)流动注入分析(芬兰和德国)。值得注意的是，对于某些系统，随着时间的推移应用的分析方法发生了变化，但由于我们在这里应用非参数方法（见下文），我们认为分析方法变化对我们主要结果的影响应该是微小的。 此外，对于某些系统，检测限在时间序列的后半部分较低。为了避免由于最近收集的数据中检测到较低浓度而导致趋势分析出现偏差，我们调整了检测限，使其在任何给定位置的整个时间段内保持一致。

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 13 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[278891]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

您可能感兴趣的文章

• 在水泥生产过程中使用替代燃料的最新进展外文翻译资料
• 中国减少空气污染:近期成功，但未来面临巨大 挑战外文翻译资料
• 加巴喷丁对斑马鱼早期发育及抗氧化系统生 态毒理作用的评价外文翻译资料
• 响应面法优化Fenton工艺去除猪废水中TOC和色度外文翻译资料
• 低温下两级UASB-SBR系统处理晚期垃圾渗滤液外文翻译资料
• 微波强化催化降解对氯苯酚氧化外文翻译资料
• 有氧和厌氧堆肥混合废物中挥发性化合物的排放外文翻译资料
• 堆肥中碳和缓冲液对氨气挥发的影响外文翻译资料
• 半工业规模生物洗涤器对硫化氢的去除能力评估外文翻译资料
• 有效氮调节脯氨酸和乙烯生产和缓解盐胁迫对芥菜外文翻译资料