射陽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)是長江三角洲的重要組成部分，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人類活動頻繁，近幾十年來，隨著沿海地區(qū)的進(jìn)一步開發(fā)，特別是在人類活動的參與下，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)。重金屬因其具有來源廣，殘毒時間長，不能被生物降解，可通過食物鏈逐級傳遞和富集的特點，成為目前世界各國最關(guān)注的環(huán)境問題之一。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

2、源、污染歷史，認(rèn)識重金屬污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)過程和機(jī)制，，有助于厘清該地區(qū)重金屬元素污染特征、健康風(fēng)險與人類活動影響，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河作為本文的研究對象。對射陽流域表層沉積物、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源、并分析污染歷史;評價研究區(qū)域的重金屬污染程度狀況與生態(tài)風(fēng)險，以及;運用地統(tǒng)計學(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)射陽河流域表層沉積物重金屬空

4、間分布特征
　　射陽河流域表層沉積物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?，呈現(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的影響不同程度的影響。而Fe，Mn呈無污染狀態(tài)，受人為影響因素較小，主要來源于地殼和巖石圈的

5、自然風(fēng)化過程。從空間分布來看，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，射陽河低”的變化趨勢。高濃度區(qū)域主要鄰近人類活動強(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影響較為明顯。其余重金屬濃度低值區(qū)域特別是入海口附近，因土地利用類型以農(nóng)用地為主且農(nóng)村居民用戶較為松散，人為輸入相對較弱。
　　(2)射陽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。射陽河沉積物樣品中Cu，Zn，Pb，Cr和Fe主要以殘渣態(tài)為主，而Ni和Mn以非殘渣態(tài)為主。根據(jù)基于重金屬形態(tài)的評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重金屬生物可利用性及潛在生態(tài)風(fēng)險與基于重金屬總量的評價體系略有不同，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)險大。從研究區(qū)域空間分布角度來看，射陽河上游及小洋河河段

7、部分樣點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。
　　(3)射陽河流域重金屬的沉積記錄及人類活動響應(yīng)
　　根據(jù)CRS計年模型，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。由于水動力條件及搬運距離，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。在百年間射陽河流域沉積物重金屬的沉積記錄基本可以分為三個階段。第一階段從1980到1995年，EFPb隨時間穩(wěn)步上升。表明該階段人為重金屬輸入增加，與當(dāng)時流域內(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)管力度使得射陽河流域沉積物重金屬污染情況得到短暫及時的緩解。第三階段為2000年以后，EFPb重新開始回升但增長率較第一階段平緩

9、許多，表明人為活動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)射陽河沉積物重金屬來源解析
　　利用多元統(tǒng)計法對輸入射陽河流域較為復(fù)雜的重金屬污染進(jìn)行初步源解析。其來源主要包括工業(yè)“三廢”，農(nóng)業(yè)使用的過量農(nóng)藥化肥，汽車尾氣揚塵等的人為來源，這部分是沉積物中Cu，Zn和Pb的主要來源;以及以自然風(fēng)化、水土流失為主的自然來源，此為沉積物中Fe和Mn的主要來源。而Cr和N

10、i的來源較為復(fù)雜，受人為輸入和自然沉降的共同影響。通過與已知來源的主要端元物質(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的來源，其結(jié)果表明沉積物中Pb主要來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，需重點整治。而大部分重金屬在射陽河下游尤其是近河口位置存在低低聚集區(qū)域，說明入?？谖恢脼檠芯繀^(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源多樣化，

12、使得城鎮(zhèn)人類活動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)活動對沉積物重金屬污染的影響會由于被較劇烈的城鎮(zhèn)人類活動所削減。因為在高度城市化的流域，與城鎮(zhèn)人類活動相比，農(nóng)業(yè)活動所產(chǎn)生的影響并不顯著。這種關(guān)系有助于預(yù)測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