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夜郎湖沉积物镉的释放特征、生物毒性效应及生态风险评估

徐梦  
【摘要】:贵州省碳酸盐岩分布广泛,具有典型的重金属地球化学异常特征,其中土壤和沉积物中镉的地球化学背景值为0.31×10-6,是中国地球化学丰度值的2.5~3.5倍,这种异常条件下重金属在河流沉积物中积累和释放过程,以及重金属污染的环境生态风险值得研究。因此,选择贵州省普定县喀斯特地质背景的夜郎湖沉积物为研究对象,重点研究了沉积物中镉的形态分布规律,基于DGT装置的释放特征,并对其生态风险进行评估,研究结果如下:(1)枯水期和丰水期沉积物中的Cd含量分别为0.16~4.17 mg·kg-1和1.32~6.54 mg·kg-1。同一区域,枯水期和丰水期的变化规律基本一致,田坟、沙湾区域和沙冲、大船边区域的Cd含量基本呈现出上半部含量高于下半部含量,三岔河区域相反。枯水期沉积物中的Cd主要以碳酸盐结合态为主,所占比例为10.62%~64.37%,丰水期沉积物中的Cd在上游和下游以易还原态为主,所占比例为28.33%~60.42%,沉积物中镉活性强,具有较高的潜在生态风险。(2)在枯水期和丰水期,用DGT装置测得的沉积物中Cd含量分别为0.394~1.639μg·L-1和0.0328~0.885μg·L-1,丰水期的含量相对于枯水期较少,上游Cd含量相对较高,与表层沉积物中总量变化基本一致,存在进一步释放的潜在生态风险。孔隙水中重金属Cd含量在枯水期和丰水期分比为0.284~0.605μg·L-1和0.247~3.995μg·L-1,均高于用DGT装置测得的沉积物中Cd含量,两者变化规律不一致,比值均小于1,表明沉积物中重金属Cd从固相到液相的释放速率小于重金属Cd在孔隙水中的扩散速率,但缓冲程度不同。(3)随着时间的增长,Cd2+对蚤状溞(Daphnia pulex)半致死浓度呈现逐渐降低的趋势,48 h的半致死浓度为0.50 mg·L-1,由于重金属离子在水体中不易消失,会在较长的时期内对水生生物产生毒害作用,安全浓度SC为1.2×10-3 mg·L-1。模拟沉积物中Cd主要以酸可交换态为主,所占比例可达39.21%~76.51%,暴露于上覆水体系和沉积物-上覆水体系中的生物体内镉的积累量均随沉积物Cd含量的增加而增加,当沉积物中的Cd含量超过1500 mg·kg-1时,蚤状溞全部死亡。(4)对夜郎湖沉积物中Cd的生态风险进行评价,对于地累积指数法和潜在生态危害指数法的评价结果基本一致,对于枯水期沉积物中的Cd污染程度较大,从无污染到三级染或者轻度污染到极强污染程度,中游污染程度相对较轻,其次为上游,下游污染最为严重,而丰水期的污染程度明显高于枯水期,处于三到四级或者很强到极强污染程度。次生相与原生相比值法结果和地累积指数法,潜在生态危害系数法评价结果不一致,基本呈重度污染,考虑了重金属Cd的不同形态,受酸可交换态和易还原态的影响较大。


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