太湖流域营养物质与砷汞的生物地球化学循环特征

摘要

太湖流域是我国长江三角洲地区经济和文化中心，社会和经济高度发展。太湖流域的人类活动导致了流域湖泊及湿地均面临严重的环境问题，湖泊富营养化是该地区危害最大的环境问题之一。近年来，国内外研究者已经针对太湖流域湖泊河流以及太湖富营养化做了大量的研究，然而这些研究主要针对太湖典型的湖区以及流域主要入湖河流。本课题分别选取太湖流域湖荡湿地和太湖全湖作为研究对象，首先，对太湖全湖主要生源要素（碳氮磷）的空间分布特征进行调查研究，探讨了不同湖区沉积物营养分布特征与蓝藻水华的响应机制、分析了沉积物主要生源要素磷累积过程及沉积特征;其次，对太湖流域湖荡湿地进行调查研究，分析了湖荡湿地沉积物和水体中主要生源要素的空间分布特征、评价了湖荡湿地水质状况、富营养化程度以及沉积物中重金属砷(As)和汞(Hg)的污染状况。主要研究结果如下:
　　 (1)太湖表层沉积物各化学因子、主要生源要素以及磷形态含量在八个代表性区域分布特征如下，表层沉积物中总碳(Total Carbon，TC)、总氮(Total Nitrogen，TN)、总磷(Total Phosphorus，TP)和烧失量(Loss On Ignition，LOI)的含量在太湖北部的竺山湾和梅梁湾湖区较大，湖心区含量较低;而在东太湖湖区表层沉积物中，TN、TC以及LOI含量是八个代表性区域中最高的。对太湖各湖区表层沉积物中各种无机形态磷含量分布特征的研究发现，在太湖北部的竺山湾湖区和梅梁湾湖区表层沉积物中， Ex-P、Al-P和Fe-P含量均相对较高，其次是东部湖区，而湖心区含量最低;Oc-P和Ca-P的含量则呈现大致相反的趋势，北部湖区的竺山湾、梅梁湾以及贡湖湾表层沉积物中含量较低，另外，Ca-P含量在东部湖区和南部湖区沉积物中相对较高，大致表现出从西北到东南逐渐升高的趋势。统计分析发现，表层沉积物中TP、Al-P和Fe-P与表层水体中TP存在极显著正相关关系，而表层沉积物中Ca-P则与水体中TP有极显著负相关关系。同时，水体中溶解性活性磷(SRP)与表层沉积物中TP、Ex-P、Al-P和Fe-P存在极显著正相关关系，水体中微囊藻生物量与太湖表层沉积物中TP存在极显著正相关关系。这表明沉积物中磷含量对水体中磷含量有显著影响，进而影响太湖不同湖区蓝藻水华的发生水平。
　　 (2)太湖三大典型湖区表层30 cm柱状沉积物中TP、Ex-P、Al-P、Fe-P、Oc-P的垂直分布特征均表现出从底层到表层逐渐升高的显著特征，而Ca-P则表现出相反的垂直分布规律。梅梁湾湖区柱状沉积物中TP、Ex-P、Al-P和Fe-P的含量均在18cm到1cm之间呈现出一个总体增加的趋势，这主要是由于我国进入20世纪60年代以来，太湖西北部地区人类活动加剧、工农业发展加速、城市化水平加快导致大量营养物质和废水进入梅梁湾湖区引起的;湖心区TP含量在21cm到表层之间也表现出显著增加的趋势，可见，湖心区自20世纪90年代开始，沉积物中TP含量持续升高，这主要与西北部湖区营养负荷持续变高，向湖心区过渡有关;东太湖湖区柱状沉积物中，TP、Ex-P、Al-P和Fe-P的含量从底层到表层逐渐升高主要与近20多年来，东太湖湖区渔业发展较快，渔业规模不断扩大，导致大量外源营养物质进入东太湖有关。
　　 (3)无锡地区湖荡湿地水体营养盐的平均含量在五个研究区中最高，湖州地区湖荡湿地水体营养盐平均含量在五个研究区中最低;湖荡湿地沉积物中营养盐TC、TN和TP的平均含量均在湖州地区表现为最高;水质评估结果显示，无锡、宜兴以及常州地区湖荡湿地水质均属于劣Ⅴ类水，而苏州和湖州地区湖荡湿地水质则属于Ⅴ类水标准;富营养化评价的结果表明，太湖流域湖荡湿地富营养化程度普遍较高，无锡地区湖荡湿地水体富营养化最严重，而湖州地区湖荡湿地水体富营养化是五个研究区中最轻的。由此可见，五个研究区中无锡地区湖荡湿地水体污染负荷最高，而湖州地区湖荡湿地水体污染负荷则相对较轻。
　　 (4)湖州和无锡地区湖荡湿地沉积物As的含量相对较高，且高于太湖流域As的环境背景值，各研究区域湖荡湿地沉积物均未受到As的污染;常州地区湖荡湿地沉积物中Hg的含量相对较低，0＜地累积指数(Igeo)＜1，湿地沉积物受到了重金属Hg轻度污染;其它四个区域Hg含量均较高，且高于太湖流域Hg环境背景值，1＜地累积指数（Igco）＜2，均达到偏中度污染水平。由此可见，五个研究区域湖荡沉积物均受到不同程度的重金属Hg的污染，而湖荡沉积物中As的含量仅在局部区域有（如无锡，湖州）增加的趋势，表明人类活动的干扰可能是太湖流域湖荡沉积物中Hg和As含量增加的主要因素。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 浅水湖泊特征

1．2 湖泊富营养化概述

1．3 沉积物内源作用

1．4 湖泊生态系统氮、磷循环特征

1．5 沉积物-水体界面氮、磷迁移转化规律

1．6 沉积物重金属研究现状

1．7 选题依据和意义

第二章 研究区域概况

2．1 太湖流域自然地理特征

2．2 太湖流域河流水系特征

2．3 太湖流域社会经济发展动态

2．4 太湖流域水环境动态

第三章 太湖表层沉积物主要生源要素分布特征

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 样品采集与预处理

3．2．2 实验方法

3．3 结果与分析

3．3．1 太湖表层沉积物特征分析

3．3．2 不同营养湖区表层沉积物特征分析

3．3．3 太湖表层沉积物各形态磷含量及空间分布特征

3．3．4 统计分析

3．4 讨论

3．4．1 沉积物主要生源要素空间异质性及其机理

3．4．2 蓝藻水华与沉积物营养盐空间分布的潜在关系

第四章 太湖沉积物磷的累积过程研究

4．1 前言

4．2 材料与方法

4．2．1 样品采集与预处理

4．2．2 实验方法

4．3 结果与分析

4．3．1 太湖典型湖区沉积物P垂直分布特征

4．3．2 太湖典型湖区沉积物各形态P的垂直分布特征

4．4 讨论

4．4．1 生源要素P的沉积记录

4．4．2 各种形态磷的沉积记录

第五章 太湖流域湖荡湿地主要生源要素空间分布特征及富营养化评价

5．1 前言

5．2 材料与方法

5．2．1 样品采集与预处理

5．2．2 实验方法

5．3 结果与分析

5．3．1 太湖流域湖荡湿地营养物质空间分布格局

5．3．2 太湖流域湖荡湿地水质污染评价

5．3．3 太湖流域湖荡湿地水体富营养化评价

5．4 讨论

5．4．1 水质污染影响因素

5．4．2 水体富营养化及生源要素分布的影响因素

第六章 太湖流域湖荡湿地沉积物砷汞空间分布及污染评价

6．1 前言

6．2 材料与方法

6．2．1 样品采集与预处理

6．2．2 实验方法

6．3 结果与分析

6．3．1 太湖流域湖荡湿地沉积物As和Hg的空间分布特征

6．3．2 太湖流域湖荡湿地沉积物As和Hg的污染评价

6．3．3 太湖流域湖荡湿地沉积物As和Hg与营养盐相关性分析

6．4 讨论

6．4．1 太湖流域湖荡湿地重金属As、Hg分布的影响因素

6．4．2 太湖流域湖荡湿地重金属As、Hg污染评价及污染源分析

参考文献

致谢

硕士期间发表的文章