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海洋沉积物地球化学特性对重金属生物可利用性的影响研究

韩建波  
【摘要】:在判断海洋沉积物中重金属的生物毒性的过程中,重金属的生物可利用性是必须要考虑的关键因素,因为同一浓度的金属污染物在不同区域和不同时期的沉积物中可以表现出不同程度的毒性。沉积物中重金属的各个结合相对固定重金属,降低其生物可利用性起着各自不同的作用。90年代初,酸挥发性硫化物(acid volatile sulfide,AVS)被发现可以按照等摩尔比例对二价重金属进行固定,通过测定酸挥发性硫化物和同步提取金属(simultaneously extracted metals,SEM),可以确定重金属的潜在生物可利用性。 本研究中,实验用沉积物基质取自大连龙王塘河口区域,用于一系列沉积物金属加标实验;急性毒性检验用的底栖生物日本大螯蜚取自小平岛滩涂区域,在实验室驯化培养后用于生物急性毒性实验,以此确定金属污染物在海洋沉积物中的分布特征和结合程度。同时还选择了锦州湾这个金属污染较严重的海区作为与实验室进行对比和验证的现场实验区,通过采集和分析锦州湾的沉积物和间隙水样品,确定酸挥发硫化物在固定金属,降低其生物可利用性方面发挥的作用。为了更准确地描述海洋沉积物中金属的生物可利用性,对另外两个在海洋沉积物环境中可能对金属的生物可利用性造成影响的因素也进行了初步的研究,它们分别是物理影响因素—沉积物的粘土矿物和化学影响因素—沉积物中有机质的含量。 实验室和现场的研究结果显示,总体上,生物急性毒性实验的结果与生物可利用性的预测结果具有很好的吻合性,SEM与AVS的差值(SEM-AVS)仍能基本上对沉积物中金属的生物可利用性进行正确的评估。即,当同步提取金属SEM与酸挥发性硫化物AVS的差值(SEM-AVS)小于0 μmol/g干重时,金属在沉积物间隙水中的浓度非常低,而且在生物急性毒性试验中也很少发现生物致死的现象。相反,当二者的差值(SEM-AVS)大于0 μmol/g时,金属在沉积物间隙水中的浓度则明显升高,而且在生物急性毒性试验中受试生物致死率迅速增加。 在本研究中,沉积物中粘土矿物对金属的强吸附作用也是影响金属生物可利用性的主要因素之一,在Cd、Cu和Zn的金属加标实验中发现,在沉积物中AVS被金属耗尽后的很长一段金属浓度增长范围内,粘土矿物的存在仍然使金属在间隙水中的浓度水平保持在较低的水平,而且粘土矿物对不同金属的吸附表现出不同的亲合性。 在本研究中,沉积物中有机质对Cd的影响不明显,对Cu则效果显著,有机质含量的增加能够大幅提高Cu在间隙水中的浓度,有机质影响金属生物可利用


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