射陽(yáng)河流域沉積物重金屬環(huán)境地球化學(xué)研究.pdf

1、江蘇沿海地區(qū)是長(zhǎng)江三角洲的重要組成部分，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人類活動(dòng)頻繁，近幾十年來(lái)，隨著沿海地區(qū)的進(jìn)一步開發(fā)，特別是在人類活動(dòng)的參與下，大量工業(yè)和生活污水排放入河道，加快了該地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化，導(dǎo)致環(huán)境污染事件頻發(fā)。重金屬因其具有來(lái)源廣，殘毒時(shí)間長(zhǎng)，不能被生物降解，可通過(guò)食物鏈逐級(jí)傳遞和富集的特點(diǎn)，成為目前世界各國(guó)最關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一。河流沉積物作為環(huán)境中重金屬的匯集地，接納了多途徑入河的金屬元素。因此，科學(xué)判斷沿海地區(qū)入海河流沉積物重金屬來(lái)

2、源、污染歷史，認(rèn)識(shí)重金屬污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)過(guò)程和機(jī)制，，有助于厘清該地區(qū)重金屬元素污染特征、健康風(fēng)險(xiǎn)與人類活動(dòng)影響，為沿海地區(qū)沿海重金屬污染治理提供科學(xué)依據(jù)。
　　本文選取江蘇沿海地區(qū)重金屬污染最為嚴(yán)重的鹽城市最大的天然河流射陽(yáng)河作為本文的研究對(duì)象。對(duì)射陽(yáng)流域表層沉積物、柱狀沉積物進(jìn)行研究，在確定江蘇海岸帶過(guò)去百余年的沉積年代及現(xiàn)代沉積速率（沉積通量）基礎(chǔ)上，試圖借助210Pb同位素示蹤技術(shù)，在確定江蘇海岸帶過(guò)去百余年的沉積

3、年代及現(xiàn)代沉積速率（沉積通量）基礎(chǔ)上，探明江蘇海岸沉積物中7種重金屬(Cu，Zn，Pb，Ni，Cr，F(xiàn)e和Mn)的時(shí)空分布情況及其賦存形態(tài)特征;判斷研究探究海域的該流域重金屬來(lái)源、并分析污染歷史;評(píng)價(jià)研究區(qū)域的重金屬污染程度狀況與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，以及;運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析其與人為誘導(dǎo)的土地利用/土地覆蓋變化的關(guān)系。對(duì)流域重金屬污染的有效控制和環(huán)境與治理具有重要意義提供支撐。其論文主要研究結(jié)果如下:
　　(1)射陽(yáng)河流域表層沉積物重金屬空

4、間分布特征
　　射陽(yáng)河流域表層沉積物7種重金屬富集程度從高至低為:Zn＞Cu＞Ni＞Pb＞Cr＞Mn＞Fe。其中，Cd濃度低于檢測(cè)限不予討論，Zn，Cu，Ni，Pb和Cr的平均含量均高于當(dāng)?shù)乇尘爸担尸F(xiàn)不同程度的污染，Cu，Zn在大部分區(qū)域富集程度較高，已達(dá)到極高污染水平，Pb和Cr空間差異較大，以中度污染為主，反映了這幾種重金屬受人為活動(dòng)的影響不同程度的影響。而Fe，Mn呈無(wú)污染狀態(tài)，受人為影響因素較小，主要來(lái)源于地殼和巖石圈的

5、自然風(fēng)化過(guò)程。從空間分布來(lái)看，這幾種重金屬具有較為類似的空間分布特征，呈現(xiàn)“上游高，下游低;小洋河高，射陽(yáng)河低”的變化趨勢(shì)。高濃度區(qū)域主要鄰近人類活動(dòng)強(qiáng)烈的城鎮(zhèn)及工業(yè)用地聚集區(qū)，工業(yè)廢水，城市生活污水等直接或間接排入水體，沉積物重金屬濃度受人類活動(dòng)影響較為明顯。其余重金屬濃度低值區(qū)域特別是入?？诟浇蛲恋乩妙愋鸵赞r(nóng)用地為主且農(nóng)村居民用戶較為松散，人為輸入相對(duì)較弱。
　　(2)射陽(yáng)河沉積物重金屬生物活性特征
　　沉積物中重

6、金屬賦存形態(tài)表明，不同重金屬的賦存形態(tài)組成具有一定區(qū)別，同種金屬在不同區(qū)域也存在重金屬形態(tài)分布上的差異性。射陽(yáng)河沉積物樣品中Cu，Zn，Pb，Cr和Fe主要以殘?jiān)鼞B(tài)為主，而Ni和Mn以非殘?jiān)鼞B(tài)為主。根據(jù)基于重金屬形態(tài)的評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重金屬生物可利用性及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與基于重金屬總量的評(píng)價(jià)體系略有不同，Cu，Zn，Pb和Ni這四種重金屬生物活性及遷移性較強(qiáng)，生物可利用程度高，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大。從研究區(qū)域空間分布角度來(lái)看，射陽(yáng)河上游及小洋河河段

7、部分樣點(diǎn)具有較高比例的生物可利用態(tài)和潛在生物可利用態(tài)，存在一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
　　(3)射陽(yáng)河流域重金屬的沉積記錄及人類活動(dòng)響應(yīng)
　　根據(jù)CRS計(jì)年模型，從上游至下游三根沉積柱沉積年代分別為:1901年～2014年，1855年～2013年和1864年～2002年，平均沉積速率為0.15g/cm2·a，0.10g/cm2·a和0.09g/cm2·a。由于水動(dòng)力條件及搬運(yùn)距離，由上游至河口位置沉積柱中細(xì)顆粒組分不斷增加且沉積速率不

8、斷遞減。在百年間射陽(yáng)河流域沉積物重金屬的沉積記錄基本可以分為三個(gè)階段。第一階段從1980到1995年，EFPb隨時(shí)間穩(wěn)步上升。表明該階段人為重金屬輸入增加，與當(dāng)時(shí)流域內(nèi)新建大量工廠，大量使用化石燃料，汽車使用逐步廣泛的事實(shí)相符。第二階段從1996到2000年，EFPb發(fā)生明顯下滑。自然保護(hù)區(qū)建立，政府加大環(huán)境監(jiān)管力度使得射陽(yáng)河流域沉積物重金屬污染情況得到短暫及時(shí)的緩解。第三階段為2000年以后，EFPb重新開始回升但增長(zhǎng)率較第一階段平緩

9、許多，表明人為活動(dòng)雖再次引起沉積物重金屬富集但上升程度較小。這可能與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)日益合理化，污染物處理措施改進(jìn)有關(guān)。
　　(4)射陽(yáng)河沉積物重金屬來(lái)源解析
　　利用多元統(tǒng)計(jì)法對(duì)輸入射陽(yáng)河流域較為復(fù)雜的重金屬污染進(jìn)行初步源解析。其來(lái)源主要包括工業(yè)“三廢”，農(nóng)業(yè)使用的過(guò)量農(nóng)藥化肥，汽車尾氣揚(yáng)塵等的人為來(lái)源，這部分是沉積物中Cu，Zn和Pb的主要來(lái)源;以及以自然風(fēng)化、水土流失為主的自然來(lái)源，此為沉積物中Fe和Mn的主要來(lái)源。而Cr和N

10、i的來(lái)源較為復(fù)雜，受人為輸入和自然沉降的共同影響。通過(guò)與已知來(lái)源的主要端元物質(zhì)的Pb穩(wěn)定性同位素構(gòu)成（206Pb/207Pb和208Pb/207Pb）比較進(jìn)一步確定，沉積物中Pb的來(lái)源，其結(jié)果表明沉積物中Pb主要來(lái)自于煤炭飛灰及金屬冶煉，其中人為貢獻(xiàn)率約為19.23％。
　　(5)不同土地利用類型對(duì)沉積物重金屬影響剖析
　　研究區(qū)域沉積物重金屬空間自相關(guān)分析顯示流域內(nèi)小洋河區(qū)域存在多種金屬的高高聚集區(qū)域，說(shuō)明小洋河區(qū)域沉積物

11、重金屬濃度較高，且空間差異性較小，需重點(diǎn)整治。而大部分重金屬在射陽(yáng)河下游尤其是近河口位置存在低低聚集區(qū)域，說(shuō)明入海口位置為研究區(qū)域內(nèi)環(huán)境質(zhì)量較好，重金屬污染較輕的區(qū)域。
　　根據(jù)GWR模型可知，城鎮(zhèn)用地與Cu、Zn、Pb、Fe和Mn存在具有一個(gè)較為顯著的正相關(guān)。表明城鎮(zhèn)用地是沉積物中重金屬的重要來(lái)源。在高度城市化的流域中這種相關(guān)性更為顯著，而在以農(nóng)耕地或者自然風(fēng)貌為主的小流域內(nèi)，這種相關(guān)性則較弱，這是由于沉積物重金屬的來(lái)源多樣化，

12、使得城鎮(zhèn)人類活動(dòng)與沉積物中金屬造成的污染關(guān)系被弱化。農(nóng)用地與這些流域的沉積物重金屬污染相關(guān)性相對(duì)較低，較高的相關(guān)性僅存在于一些以農(nóng)耕地為主的小流域中。由于農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)沉積物重金屬污染的影響會(huì)由于被較劇烈的城鎮(zhèn)人類活動(dòng)所削減。因?yàn)樵诟叨瘸鞘谢牧饔?，與城鎮(zhèn)人類活動(dòng)相比，農(nóng)業(yè)活動(dòng)所產(chǎn)生的影響并不顯著。這種關(guān)系有助于預(yù)測(cè)在城市化程度較低的地區(qū)的沉積物中金屬污染。草林地面積百分比與沉積物中的大多數(shù)重金屬污染(Cu，Zn，Pb，F(xiàn)e和Mn)具有負(fù)相