长江口及其邻近海域沉积物重金属环境地球化学研究

摘要

三峡工程对长江口及其邻近海域将带来怎样的环境影响一直是世界众多科学家共同关注的问题。本论文分析研究了三峡工程一期蓄水早期(2003年)和2007年研究区表层沉积物中重金属元素的含量和分布特征，并与蓄水前进行比较，探讨了三峡工程一期蓄水对研究区表层沉积物中重金属分布的影响。采用4种沉积物重金属污染的评价方法，对研究区底质的综合污染状况及其潜在生态风险进行了定量评价，筛选出了主要风险因子。分析了柱状沉积物中重金属含量的垂向分布，并结合210Pb的测年资料，研究了长江口及其邻近海域沉积物中重金属污染的历史记录和累积特征。结合海水的温、盐和悬浮体浓度数据，剖析了2003年悬浮颗粒物中重金属元素浓度的水平和垂向分布规律。主要结论如下： (1)长江口是长江口海域重金属元素的主要沉积“汇”，但2007年4月表层沉积物中重金属元素含量都在杭州湾口附近出现了高值区，说明杭州湾可能已经成为长江口海域重金属元素的另一重要的沉积“汇”。自2003年三峡工程一期蓄水以来，长江口及其邻近海域表层沉积物中重金属元素含量有逐渐降低的趋势。 (2)重金属元素大都在泥质区富集，说明水动力因素和细颗粒物质对金属元素的吸附作用是除物源外控制重金属元素富集的另外两大因素，个别元素(特别是Cd)在长江口外缺氧区富集，说明氧化还原条件也是控制重金属元素富集的重要因素。 (3)自2003三峡工程一期蓄水以来，重金属元素含量分布总体上南高北(特别是调查区东北部)低、近岸高远岸低和泥质区高沙质区低的特征没有发生变化，说明重金属元素的沉积机制没有发生明显的变化。 (4)悬浮体浓度和盐度是控制底层悬浮颗粒物中Cu、Co和Ni富集的主要机制，沿岸排污是影响Pb、Zn和Cd分布的主要因素。相比其它重金属元素(Cu、Pb、Zn、Co和Ni)，Cd在颗粒态的比例较少，盐度增加可能导致悬浮体中部分Cd向水相迁移。温度对悬浮体中Cu、Pb、Zn、Cd、Co和Ni的含量分布没有明显的影响。 (5)在三峡工程一期蓄水后早期(2003年)，Cr在二类沉积物中的比例下降，对生物的负面效应减小；Cu在二类沉积物中的比例上升，对生物产生的负面效应有增加趋势；Pb、Zn和Cd在不同沉积物标准中所占比例基本不变，元素对生物的负面效应较低。达到二类沉积物质量标准的重金属元素含量主要分布在长江口外泥质沉积区。 (6)从总的污染程度来看，长江口及其邻近海域污染程度和潜在生态风险为低级。典型污染要素的污染程度由高到低的顺序为：Cr>Cu>Zn>Pb>Cd。Cr是研究区表层沉积物中的主要环境污染因子。各污染物对生态风险影响程度由大到小的顺序为：Cd>Cu>Cr>Pb>Zn，与地积累指数的大小顺序相同。Cd和Cu的潜在生态风险指数所占贡献的比例合计达60％以上，是研究区的主要生态风险因子。 (7)在三峡工程一期蓄水后早期(2003年)，长江口及其邻近海域表层沉积物总的潜在生态风险指数和单个污染物的潜在生态风险系数较蓄水前有所增加，而2007年的风险水平又降到了1988～1992年的水平。 (8)长江口及其邻近海域沉积物中重金属污染历史大致分为三个阶段：70年代末～80年代末(第一阶段)沉积物中重金属元素的平均富集因子大于第二阶段(80年代末～90年代初)，这是自1988年国务院将长江上游列为全国水土保持重点防治区，控制侵蚀泥沙起到了有效作用的结果。三峡工程施工、1998年长江中下游地区的特大洪水和长江口地区工业和生活污水的排放是造成90年代初～2003年重金属元素平均富集因子较前一阶段有所增加的主要原因。

目录

文摘

英文文摘

声明

0研究综述

0.1科学背景和研究意义

0.2典型河口重金属元素污染研究现状

0.2.1河口重金属的主要来源

0.2.2河口重金属的分布和累积

0.2.3河口重金属迁移转化机制

0.3沉积物重金属污染评价

0.3.1基于沉积物质量标准的评价

0.3.2生物效应数据库法

0.3.3潜在生态风险评价法

0.3.4地积累指数法

0.3.5富集系数法

0.4研究工作总体思路和框架

0.4.1研究目的

0.4.2研究内容和工作量

0.4.3研究特色

1样品采集与分析方法

1.1样品采集

1.1.1海水

1.1.2悬浮体

1.1.3表层沉积物

1.1.4沉积物岩芯

1.2分析方法

1.2.1海水温度、盐度现场测量

1.2.2表层沉积物粒度分析

1.2.3悬浮体浓度分析

1.2.4化学元素分析

1.2.5210Pb测年

2研究区地质环境概况

2.1地形地貌

2.2水动力环境

2.3沉积物的主要类型及其分布

2.4悬浮体分布

2.4.1悬浮体浓度分布

2.4.2悬浮体的运移和沉积

2.5长江流域排污状况

3表层沉积物中重金属元素含量分布

3.1重金属元素含量水平

3.2三峡工程一期蓄水后早期(2003年)重金属元素含量分布

3.3 2007年重金属元素含量分布

3.4重金属元素含量分布的影响因素

3.4.1沉积物粒度

3.4.2重金属来源

3.4.3动力沉积特征

3.5小结

4柱状岩芯沉积物中重金属元素含量分布

4.1重金属元素含量的垂向分布

4.1.1 11站岩芯重金属元素含量的垂向分布

4.1.2 8站岩芯重金属元素含量的垂向分布

4.1.3 17站岩芯重金属元素含量的垂向分布

4.2重金属元素含量分布的影响因素

4.2.1沉积物粒度

4.2.2重金属来源

4.3小结

5悬浮体中重金属元素含量分布

5.1横向分布特征

5.1.1重金属元素含量

5.1.2重金属元素的平面分布

5.1.3重金属元素含量与悬浮体浓度、盐度、温度的关系

5.1.4重金属元素间相关性分析

5.2垂向分布特征

5.3小结

6长江口及其邻近海域沉积物重金属生态风险评价

6.1表层沉积物中重金属元素的生态风险评价

6.1.1基于沉积物质量标准的评价

6.1.2生物效应数据库法

6.1.3潜在生态风险评价

6.1.4基于地积累指数法的评价

6.2柱状岩芯中重金属元素的富集因子分析

6.2.1柱状岩芯沉积速率估算

6.2.2富集因子分析

6.2.3元素变化对人类活动的记录

6.3小结

7结论

参考文献

致谢