福建红树林湿地沉积物重金属的环境地球化学研究

摘要

福建省九龙江、漳江口红树林湿地是我国两处重要的红树林自然保护区。近年来随着地区经济的快速发展，排入海湾河口的重金属污染物迅速增多，大量的污染物汇集于河口海湾区，使得红树林湿地面临着越来越严重的重金属污染物的冲击。本研究以这两处红树林湿地为典型地区，选择七种主要的重金属元素(Fe、Mn、Zn、Pb、Cu、Ni、Cd)为研究对象，采用连续提取法(SEPs：Sequential extractiOnprocedures)，分析几种重金属元素在红树林湿地沉积物中含量、赋存形态的空间分布规律，及其与沉积物理化性状的关系，探讨重金属污染物在红树林湿地累积、迁移的规律；结合根际模拟试验，探寻红树植物根系行为对重金属(Cd)含量、形态的影响。最后通过研究酸可挥发性硫化物(AVS)与同时可提取重金属(SEM)在试验红树林湿地中的空间分布规律来评价红树林湿地重金属污染的现状。以期为红树林湿地重金属的污染评价、红树林生态系的保护和恢复提供理论依据。主要研究结果如下： 1．在试验红树林湿地沉积物中，七种重金属含量的大小顺序均表现为：。Fe>Mn>Zn>Pb>Cu>Ni>Cd。按照国家海洋沉积物质量标准，在九龙江口、漳江口红树林湿地林内表层沉积物中，zn的含量分别超过二类(≤350 mg．kg<'-1>干重)和一类沉积物(≤150 mg．kg<'-1>干重)标准；Pb的含量分别接近、超过了一类沉积物标准(460 mg．kg<'-1>干重)；Cu的含量均超过了一类沉积物标准(≤35mg．kg<'-1>干重)；漳江口红树林湿地林内表层沉积物Cd的含量为O．36mg．kg_干重(0．48-O．25mg．kg<'-1>干重)，未超过一类沉积物标准(≤O．5mg．kg<'-1>干重)，但九龙江口红树林湿地林内表层沉积物中Cd的含量为3．19mg．kg<'-1>干重(1．95-5．37 mg．kg<'-1>干重)，超过了国家二类沉积物的标准(1．5mg．kg<'-1>干重)。研究红树林湿地表层沉积物中，不同重金属表现出了不同的形态分布。除Fe外，其余六种重金属残渣态比例均较低，非残渣态比例较高。九龙江口红树林湿地林内表层沉积物中，铁锰氧化物结合态是重金属的主要赋存形态，．其占重金属总量的比例分别为：73﹪(Pb)、52﹪(Fe)、51﹪(Mn)、48﹪(Cu)、35﹪(zn)、31﹪(Cd)、28﹪(Ni)；与九龙江口红树林湿地相比，漳江口红树林湿地林内沉积物中重金属有机质一硫化物结合态比例均较高，使得铁锰氧化物结合态和有机质一硫化物结合态成为该湿地重金属结合的两种主要形态。两种形态重金属占重金属总量的比例分别为：Fe(铁锰氧化物结合态：41﹪；有机质硫化物结合态：8﹪)；Mn(铁锰氧化物结合态：35﹪；有机质硫化物结合态：25﹪)；zn(铁锰氧化物结合态：27﹪；有机质硫化物结合态：32﹪)；Pb(铁锰氧化物结合态：38﹪；有机质硫化物结合态：33﹪)；Cu(铁锰氧化物结合态：26﹪；有机质硫化物结合态：42﹪)；Ni(铁锰氧化物结合态：41﹪；有机质硫化物结合态：8﹪)；Cd(铁锰氧化物结合态：23﹪：有机质硫化物结合态：32﹪)。 2．研究红树林湿地不同位置表层沉积物中重金属含量、赋存形态存在明显的差异。通常林内沉积物中重金属含量高于林缘和林外光滩沉积物，铁锰氧化物结合态比例亦相对较高。相关分析表明，林内表层沉积物中重金属含量的差异是沉积物机械组成、有机质含量、pH等多种因素综合作用的结果。铁锰氧化物含量是影响重金属铁锰氧化物结合态含量的主要因素；重金属有机质一硫化物结合态含量则受有机质含量与AVS含量共同制约。 3．红树林湿地沉积物中重金属含量、赋存形态均表现出明显的垂直梯度变化。随着沉积物深度的增加，重金属含量通常表现出减少的变化趋势；同时重金属铁锰氧化物结合态、碳酸盐结合态比例相对减少，残渣态比例则相对增加。重金属总量、形态的垂直梯度变化，一方面表明了近年来随着沿海经济发展，污染物排放增多所造成的污染加重的现实；另一方面表明沉积物中重金属总量在垂直梯度上的变化主要取决于非残渣态浓度的变化，重金属存在着向表层迁移、富集的现象，而在这一迁移过程中，铁、锰氧化物的含量发挥着重要的作用。 4．模拟试验表明：随着沉积物中污染物(Cd)含量的增加，残渣态和碳酸盐结合态Cd含量变化相对较小，占总量的比例随沉积物中Cd含量的增加而逐渐减小。可交换态Cd含量随着沉积物Cd含量的增加而快速增加，占总量的比例从14.02﹪增长到42.39﹪。铁锰氧化物结合态含量占总量的比例在一定处理浓度范围内(0—20ppm)随着Cd含量的增加而增加，然后逐渐降低。有机质-硫化物结合态Cd含量占总量的比例则仅在低浓度处理条件下(5ppm)表现出增长变化。由于受到红树植物(秋茄)根系活动的影响，Cd在红树植物(秋茄)根际区域的形态分布与非根际区域显著不同。其基本变化规律是根际沉积物中可交换态及碳酸盐结合态Cd含量相对减少，而铁锰氧化物结合态、有机质一硫化物结合态Cd含量增加。 5．试验红树林湿地沉积物中AVS含量存在着明显的空间变化。林缘、林内表层沉积物中AVS含量小于林外低潮带光滩。相关分析表明：林外光滩表层沉积物中AVS含量主要受有机质和盐度的影响，而水分含量则是影响林内表层沉积物中AVS含量的主要因素。AVS含量在红树林湿地沉积物中存在明显的垂直梯度分布，表层AVS含量较低，在一定深度处达到最大值(15-30cm)，然后减少。试验红树林湿地不同样点表层沉积物中SEM含量差异不大，但在垂直梯度上，表现出了随着沉积物深度的增加而减小的变化趋势。不同重金属在SEM中所占比例不同，总量较高的重金属通常占有的比例较高。 6．九龙江口红树林湿地表层沉积物中AVS、SEM摩尔浓度差值([SEM]-[AVS])均为正值，表明九龙江口红树林湿地表层沉积物中重金属含量超过了湿地沉积物对重金属的固定能力，可能对湿地底栖生物造成危害。漳江口红树林湿地上游部分样点，由于其沉积物中AVS含量较低，SEM值高于FAVS，有一定的潜在为害。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：资助

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第一章 前言

1.1红树林湿地重金属污染研究

1.2沉积物中重金属污染物存在形态的研究

1.3沉积物重金属生物有效性评价的研究

1.4红树林沉积物中重金属污染物的评价研究

1.5本研究目的意义及主要内容

第二章 材料与方法

2.1样地概况

2.2样品采集与处理

2.3盆栽模拟试验

2.4分析测定方法

第三章 结果与讨论

3.1红树林湿地沉积物的理化性状

3.1.1九龙江口红树林湿地沉积物的理化性状

3.1.2漳江口红树林湿地沉积物的理化性状

3.1.3小结

3.2重金属在红树林湿地的分布特征

3.2.1重金属在九龙江口红树林湿地沉积物中的分布特征

3.2.2重金属在漳江口红树林湿地沉积物中分布特征

3.2.3小结

3.3红树林湿地沉积物中重金属赋存形态研究

3.3.1重金属在红树林湿地表层沉积物中的赋存特征

3.3.2重金属赋存特征在红树林湿地沉积物中垂直梯度变化

3.3.3镉(Cd)在红树植物根际不同区域的形态变化

3.3.4小结

3.4 AVS与SEM在红树林湿地沉积物中的分布特征

3.4.1九龙江口红树林湿地沉积物中AVS、SEM含量分布特征

3.4.2漳江口红树林湿地沉积物中AVS、SEM含量分布特征

3.4.3红树林湿地沉积物中[AVS]-[SEM]分布特征

3.4.4小结：

第四章 结论

参考文献

致谢

附录：攻读博士期间发表的论文