三峽庫(kù)區(qū)消落帶重金屬遷移轉(zhuǎn)化特征研究.pdf

1、三峽水庫(kù)屬于特大型水庫(kù),完全運(yùn)行后,因汛前低水位,汛后高水位“蓄清排渾”的排沙方式,每年將產(chǎn)生垂直距離30m,面積440km2的環(huán)庫(kù)周期性水位消漲消落帶。消落帶作為水域與陸地環(huán)境系統(tǒng)的過(guò)度地帶生態(tài)環(huán)境脆弱,對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)有潛在影響。重金屬的環(huán)境污染問(wèn)題一直受到人類極大關(guān)注。目前對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶重金屬研究還主要集中于消落帶土壤重金屬的含量分布研究,對(duì)消落帶重金屬的遷移轉(zhuǎn)化特征及機(jī)理缺乏深入研究?；诖?論文以庫(kù)區(qū)涪陵至巴東段消落帶作為研究區(qū)域

2、,以生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較高的Cu、Pb、Cd、Cr4種重金屬作為研究對(duì)象,對(duì)消落帶環(huán)境介質(zhì)水、土壤、沉積物中重金屬形態(tài)含量及變化特征進(jìn)行分析,同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn),探索消落帶重金屬遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,主要研究結(jié)論為:
　　 ①論文對(duì)三峽庫(kù)區(qū)不同時(shí)期消落帶水環(huán)境條件及重金屬含量進(jìn)行分析,結(jié)果表明三峽水庫(kù)各個(gè)時(shí)期水環(huán)境參數(shù)有所差異,汛期水體DO含量顯著低于訊后水庫(kù)高水位運(yùn)行時(shí),水體Eh和pH值在汛期含量大體低于高水位運(yùn)行,汛期水體SS含量較高

3、,汛后SS含量顯著下降。在汛期水庫(kù)低水位運(yùn)行時(shí)期,研究江段消落帶上覆水重金屬含量普遍高于訊后高水位運(yùn)行時(shí),但濃度達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn),消落帶水體現(xiàn)階段尚未受到重金屬污染。在汛期江段4種重金屬由上游向下游含量呈下降趨勢(shì)。
　　 ②論文對(duì)消落帶沉積物中Cu、Pb、Cd和Cr重金屬含量及形態(tài)分布特征進(jìn)行分析,結(jié)果表明,沉積物中Cu、Pb、Cd和Cr平均含量分別為85.7,56.0,0.62,95

4、.3mg/kg,研究江段從上游向下游沉積物4種重金屬含量具有沿江逐漸降低的趨勢(shì),Igeo分析表明重金屬污染程度大小依次為:Cd＞Cu＞Pb＞Cr。沉積物中重金屬形態(tài)依據(jù)Risk風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)依次為:Cd＞Pb＞Cu＞Cr。汛期沉積物出露,氧化還原環(huán)境發(fā)生變化,沉積物中4種重金屬總量均有降低趨勢(shì),同時(shí)形態(tài)特征發(fā)生顯著變化,出露沉積物中以有機(jī)物及硫化物結(jié)合態(tài)形式存在的Cu含量下降明顯。碳酸鹽結(jié)合態(tài)的Pb和Cd相對(duì)含量明顯下降,Fe-

5、Mn氧化物結(jié)合態(tài)則相對(duì)穩(wěn)定。
　　 ③消落帶土壤中Cu、Pb、Cd和Cr平均含量分別為29.3,37.2,0.26,63.3mg/kg。消落帶土壤與沉積物中重金屬含量對(duì)比分析可以看出,沉積物中4種重金屬各個(gè)形態(tài)含量顯著高于土壤中重金屬。Igeo分析表明庫(kù)區(qū)消落帶土壤重金屬污染程度大小依次為:Cd＞Pb＞Cu＞Cr,這表明土壤中Cd受人為影響最重。土壤Cu和Cr主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在,殘?jiān)鼞B(tài)Cu和殘?jiān)鼞B(tài)Cr平均達(dá)到86.95％和96.5

6、4％;Pb主要以殘?jiān)鼞B(tài)和Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)存在,Cd殘?jiān)鼞B(tài)含量很低,主要以可交換態(tài),碳酸鹽結(jié)合態(tài)及Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)存在,可提取態(tài)Cd平均為88.46％。土壤中Cu、Pb、Cd、Cr的RAC分析表明土壤Cu、Pb、Cr形態(tài)處于無(wú)風(fēng)險(xiǎn)至低風(fēng)險(xiǎn),生態(tài)危害性較低。而Cd風(fēng)險(xiǎn)較高,潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大。
　　 ④論文對(duì)消落帶147米線出露土壤與淹水土壤理化性質(zhì)與重金屬含量變化進(jìn)行分析,結(jié)果表明pH、CEC含量、有機(jī)質(zhì)含量、機(jī)械組成變

7、化較小,差異不顯著,出露土壤Fe(Ⅱ)含量明顯低于淹水土壤。4種重金屬在淹水土壤和出露土壤中總量存在顯著性差異,出露土壤相對(duì)于淹水土壤約有降低。147m消落帶土壤和172m從未淹水土壤對(duì)比分析可以看出,Cu、Pb總量在147m消落帶土壤和172m從未淹水土壤存在顯著性差異,Cd、Cr總量差異不顯著。147m消落帶土壤重金屬含量總體高于172m從未淹水土壤,成庫(kù)后,干濕交替下消落帶土壤重金屬含量有增加趨勢(shì),增加值大小依次為:Pb＞Cu＞C

8、r＞Cd。
　　 ⑤土壤淹水厭氧培養(yǎng)過(guò)程,水一土體系從氧化環(huán)境轉(zhuǎn)入還原環(huán)境,Fe(Ⅱ)含量顯著增加,鐵活化趨勢(shì)明顯,水溶性重金屬含量始終較低,較為穩(wěn)定,紫色土、黃壤、黃棕壤3種土壤在淹水過(guò)程Cu和Cr兩種重金屬形態(tài)穩(wěn)定,整體變化細(xì)微。Pb和Cd形態(tài)上有所變化,形態(tài)上向更為穩(wěn)定的鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變。
　　 ⑥無(wú)菌土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證明淹水厭氧培養(yǎng)土壤中鐵的異化還原主要是由微生物活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的。較高溫度可增強(qiáng)微生物生理代謝,從而促進(jìn)

9、鐵的異化還原。Cu、Pb、Cd、Cr4種重金屬對(duì)土壤鐵還原過(guò)程具有不同程度的抑制作用,且含量越高,對(duì)土壤中鐵還原的抑制作用越強(qiáng)。微生物碳源一定程度提高土壤鐵異化還原作用,加速鐵的異化還原啟動(dòng),提高異化還原Fe(Ⅱ)含量,且碳源添加量越高,對(duì)土壤中鐵還原的促進(jìn)作用越強(qiáng)。
　　 ⑦論文對(duì)淹水還原性土壤和出露氧化性土壤進(jìn)行重金屬吸附解吸實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,在平衡液pb2+、Cd2+濃度較高時(shí),還原性土壤對(duì)pb2+、Cd2+的吸附量均比相應(yīng)

10、氧化性土壤吸附量高。同時(shí)氧化性土壤pb2+、Cd2+的解吸量高于還原性土壤。外源Pb、Cd進(jìn)入水-土體系后,Pb在土壤中形態(tài)轉(zhuǎn)變主要是從可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)Pb向鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變,Cd在紫色土中形態(tài)轉(zhuǎn)變主要是從可交換態(tài)向碳酸鹽結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變,而黃壤和黃棕壤主要是可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)向鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變,至培養(yǎng)結(jié)束,紫色土可交換態(tài)Cd仍然高達(dá)44.80％,而黃壤和黃棕壤可交換態(tài)Cd分別為9.74％和8.10％,黃壤和黃棕壤比紫色土具