开封市城市水体表层沉积物重金属及赋存形态研究

摘要

本文以开封市包公湖、龙亭湖、铁塔湖三个城市水体为对象，分别选择20、18、11个有代表性的采样点。通过测定表层沉积物样品中重金属Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的总量及赋存形态的含量，对城市水体沉积物重金属及赋存形态的分布规律、各赋存形态的相关性关系、重金属生物有效态的空间分布特征进行研究，并用沉积物质量基准法和次生相与原生相比值分布法两种方法评价开封市三个城市水体沉积物重金属的污染程度。通过研究，得出：
　　(1)三个城市水体沉积物重金属Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb均超过开封市土壤背景值。不同重金属总量的排序为：包公湖：Zn＞Cu＞Pb＞Cr＞Ni＞Cd；龙亭湖：Zn＞Pb＞Cr＞Cu＞Ni＞Cd；铁塔湖：Zn＞Pb＞Cr＞Cu＞Ni＞Cd。研究区沉积物重金属总量的分布规律表现为含量高值区多位于受人类活动影响深入的地段，或者在湖心区有机碳含量高的区域。
　　(2)与非城市水体相比，包公湖Cu、Zn、Pb的含量偏高；龙亭湖和铁塔湖Ni的含量偏低。与武汉、南京地区的城市水体相比，龙亭湖和铁塔湖的Zn、Cd含量偏低；包公湖Cu、Pb两元素含量偏高。
　　(3)包公湖各重金属以残渣态为主要形态，所占比例均大于60％。Cu的可氧化态占总量比例达到的19%。Cd的弱酸可提取态和可还原态比例也较高，分别有19%和12%的比例。龙亭湖和铁塔湖6种金属也以残渣态为主导形态，龙亭湖Cd的弱酸可提取态和可还原态以及铁塔湖Cd的弱酸可提取态含量较高，接近总量的20%。
　　(4)统计结果显示：除个别形态外，6种金属各赋存形态与总量均呈现显著的相关性。各赋存形态与有机质也呈现出很好的相关性。其中Zn、Ni、Cu、Cr、Cd的相关性最好， Pb元素较差；且可氧化态重金属与有机质的相关性趋势大于其他赋存形态，相关系数r在0.5~0.9之间，说明有机质是决定沉积物中可氧化态重金属的含量和分布的一个重要因子。
　　(5)包公湖各金属的生物有效性：西部湖区＜东部湖区；金属Ni、Zn的生物有效性在淮河医院、包公祠附近最高；金属Pb除了淮河医院外，在湖区入湖口处的生物有效性也很高。龙亭湖各金属的生物有效性：杨家湖湖区＜黄坑湖区；生物有效态含量高值出现在L2-8、L2-6、L1-9以及黄坑湖区西南角。铁塔湖金属Cr、Cd的生物有效态空间分布很均匀；Cu、Zn、Pb的生物有效性分布规律相似；Ni则在湖区东南部生物有效性最高。
　　(6)沉积物重金属的CBSQGS评价结果表明：包公湖各重金属的污染程度：Cu＞Pb＞Cr＝Ni＞Zn＞Cd。Cu、Pb部分采样点含量超过PECS阈值，有毒性风险；Cr、Ni、Zn含量在TECS阈值和PECS阈值之间，有潜在的毒性风险；Cd无毒性风险。龙亭湖污染程度低于包公湖，各重金属的污染程度：Pb＞Cr＝Ni＝Cu＞Zn＞Cd。其中Cr、Ni、Cu、Zn、Pb部分采样点有潜在的毒性风险；Cd无毒性风险。铁塔湖污染程度低于包公湖，各重金属的污染程度：Pb＞Cr＝Ni＞Cu＞Zn＝Cd。其中Cr、Ni、Cu、Pb只有部分采样点存在潜在的毒性风险；Zn和Cd全湖无毒性风险。
　　(7)沉积物重金属的RSP评价结果表明：包公湖的Pb在B1-1采样点有重度污染；Cd在B1-11处有轻度污染；Cu在B2-9有轻度污染，其余重金属均未发现污染。龙亭湖6种重金属均未发现污染。铁塔湖仅在T1采样点Cd的RSP指数大于1，属于轻度污染，其余重金属无污染。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究内容与技术路线

2 研究区概况

2.1 自然地理概况

2.2 社会经济概况

2.3 城市水环境概况

3 材料与方法

3.1 样品采集与预处理

3.2 实验条件

3.3 实验方法

3.4 数据处理方法

4 城市水体沉积物重金属总量研究

4.1 城市水体沉积物重金属含量水平

4.2 城市水体沉积物重金属总量的分布特征

4.3 开封市城市水体沉积物重金属总量与其他水体沉积物的比较

4.4 小结

5 城市水体沉积物重金属赋存形态研究

5.1 城市水体沉积物重金属赋存形态的含量水平

5.2 城市水体沉积物重金属赋存形态的分布特征

5.3沉积物重金属赋存形态的相关性分析

5.4 小结

6 城市水体沉积物重金属的生物有效性初探

6.1 包公湖沉积物重金属的生物有效性

6.2 龙亭湖沉积物重金属的生物有效性

6.3 铁塔湖沉积物重金属的生物有效性

6.4 小结

7 城市水体沉积物重金属污染评价研究

7.1 基于多方的一致性沉积物质量基准(CBSQGS)法

7.2基于形态学的次生相与原生相比值分布法

7.4 小结

8 结论与展望

8.1 结论

8.2 创新性及展望

参考文献

致谢