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泉州湾潮间带沉积物中重金属元素的环境地球化学研究

于瑞莲  
【摘要】:闽东南沿海是我国人口密集、经济发展迅速的地区之一,近三十年来的经济改革和工业化发展,直接或间接排入近岸海域的污染物越来越多,由此带来的环境问题日渐突出。重金属因具有毒性大、来源广、非降解性和可通过食物链富集的特性,其污染问题倍受关注。近海沉积物是重金属的主要汇集场所,了解沉积物中重金属的含量、时空分布及其赋存形态,对于探寻近海海域重金属的来源、评价污染现状、预测对整个生态系统的影响具有重要的现实意义,是海洋污染防治和环境保护的重要环节,也是正确划分不同海区功能和保证海洋经济可持续发展的关键所在。 本文以泉州湾潮间带沉积物为研究对象,分析了10种重金属元素(Fe、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb)的时空分布、来源、赋存形态及其生物可利用性,并采用基于重金属总量和形态分析两个体系的不同评价方法对研究区内重金属污染水平及其潜在生态风险进行了评价。得到的主要结论概括如下: 泉州湾潮间带表层沉积物中各重金属元素的平均含量顺序:Fe(38900 mg/kg)﹥Mn(1248 mg/kg)﹥Zn(238 mg/kg)﹥Cr(98.6 mg/kg)﹥Cu(82.5 mg/kg)﹥V(81.9 mg/kg)﹥Pb(74.0 mg/kg)﹥Ni(27.0 mg/kg)﹥Co(12.0 mg/kg)﹥Cd(1.17 mg/kg)。其中Pb、Cr、Cu、Zn、Cd、Mn的区域总平均含量高于国内外大部分海湾、河口的平均值和福建省海岸带土壤环境背景值。由于受人类活动的影响程度不同,所研究的大多数重金属元素在晋江河口和泉州湾南岸表层沉积物中含量相对较高,而在泉州湾外湾表层沉积物中含量相对较低。相关分析、主成分分析和聚类分析结果表明,除Fe、Mn外,泉州湾潮间带表层沉积物中大多数重金属元素主要存在于细颗粒中,且与有机质结合紧密,而不易与S2-形成硫化物,也不易与碳酸盐结合;除Fe、Mn外的大多重金属元素具有人为同源性----工业废水、生活污水、固体废物和大气沉降等,而Fe、Mn主要来源于岩石的自然风化和侵蚀,受人类活动的影响相对较小。 从柱状样中重金属分布情况来看,研究区域重金属总体上在1983~1995年之间污染最严重,从20世纪90年代中期以来,污染程度略呈减轻趋势。 用改进的BCR逐步提取法(微波消解辅助)分析了泉州湾潮间带表层沉积物中重金属的赋存形态,结果表明,Mn、Cd、Cu、Pb、Co主要以可提取态(前三态之和)为主,而Fe、V、Cr、Zn、Ni主要以残渣态为主,尤其是V、Fe,残渣态占总量80%以上。在可提取态中,Mn、Cd、Zn的弱酸溶态,Cu、Pb、Co的可还原态,Cr、Ni的可氧化态比例相对较高。BCR四步形态之和与微波辅助提取重金属总量之间有着很好的一致性(回收率80%~119%),说明BCR法提取效果好,准确度较高。整个研究区内,表层沉积物中重金属的平均有效态(前三态之和,反映了可迁移性和生物可利用性)含量占总量的百分比顺序如下:Mn (77.69%) Cu (75.81%) Pb (71.51%) Cd (64.11%) Co (53.97%) Cr (49.13%) Ni (48.92%) Zn (46.55%) V (18.34%) Fe (18.07%)。除Cr外,其它重金属的0.5mol/L盐酸可提取量占了BCR可提取量的绝大部分;除V外,其他重金属的0.5mol/L盐酸可提取量与BCR可提取量之间均呈显著正相关,但能否用相对简单的稀盐酸一步提法代替相对复杂的BCR顺序取法来评价沉积物中重金属的生物有效性尚需进一步探讨。 基于沉积物中重金属总量,用5种评价方法对泉州湾潮间带表层沉积物中重金属污染进行了评价。以海洋沉积物质量标准(GB18668-2002)进行评价,泉州湾潮间带表层沉积物中各重金属平均含量均为二类沉积物质量,不能满足该区域应执行的一类标准。以地累积指数法进行评价,表层沉积物中V、Co、Ni、Fe为无污染水平,Cr、Mn、Zn、Pb为无-中等污染水平,Cu为中等污染水平,而Cd为强污染水平。以潜在生态风险指数法评价,研究区内各元素的平均潜在生态危害指数(Eir )顺序为:Cd Cu Pb Ni Co Cr Zn Mn V;沉积物中重金属综合潜在生态风险指数(RI)表明,研究区域总体上处于生态风险极高水平,Cd、Cu为重要污染因子;各分区重金属综合潜在生态风险顺序为:晋江河口洛阳江河口泉州湾南岸泉州湾外湾。以生物效应浓度法评价,Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的区域总平均含量均在其各自的ER-L与ER-M之间,说明泉州湾潮间带表层沉积物中以上元素对生物的负面效应中等。以综合响应因子法评价,从研究区总平均来看,沉积物重金属污染指示元素及其污染贡献大小顺序为:CdCu ZnMnCr,大多站位重金属污染严重。 基于形态分析的次生相与原生相分布比值法对重金属污染程度进行评价,研究区沉积物中重金属元素Cu、Mn、Cd、Pb为重要污染因子;总体上洛阳江河口沉积物的污染程度为中度污染水平,而其它三个分区基本为轻度污染水平。 以上评价方法各有其优缺点,尚需进一步探讨和完善,在进行沉积物重金属污染评价时应结合多种方法,取长补短,以保证评价结果的合理性和科学性。


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