黃河包頭段沉積物重金屬的生物有效性研究.pdf

1、天然水體是受重金屬污染的主要生態(tài)系統(tǒng)之一，受重金屬污染的水體沉積物被喻為“化學定時炸彈”，沉積物是水環(huán)境重金屬污染的指示劑。流域的經(jīng)濟開發(fā)是當今發(fā)展的趨勢，環(huán)境問題已成為“自然-經(jīng)濟-社會”這一復合生態(tài)系統(tǒng)能否持續(xù)發(fā)展的關鍵。城市化和工業(yè)化進程加劇了人類生存環(huán)境的危機，幾乎所有的河流、湖泊和海洋都遭受了不同程度的污染，世界各國均把重金屬列為水質(zhì)監(jiān)測和評價的重要指標。包頭市是黃河流域沿岸典型的重工業(yè)城市，在城市工業(yè)廢水對黃河水體重金屬污染

2、方面具有典型性和代表性。已有的研究表明，形態(tài)分析是生物可給性的基礎，也是判識沉積物中重金屬污染潛在危害的前提。自然水體是一個含有多種離子的復雜體系，開展符合自然水體實際情況的多離子共存體系中重金屬在天然沉積物上競爭吸附動力學和競爭吸附對重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化影響的研究對揭示水體重金屬污染的機理更具實際意義。采用微生態(tài)系統(tǒng)暴露實驗和AVS法，結合孔隙水中重金屬濃度，綜合判斷黃河水體重金屬的生物有效性則有助于研究問題的系統(tǒng)解決。從黃河水體重金屬污染

3、的機理和效應著手，探討重金屬在黃河水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，揭示黃河沉積物重金屬形態(tài)分布與生物有效性及毒性的關系，預測黃河沉積物中重金屬的生物有效性和毒性，判識黃河沉積物中重金屬污染的潛在危害，不僅可為黃河包頭段水體重金屬的污染防治提供對策和科學依據(jù)，同時也可為保護黃河水質(zhì)和城市工業(yè)廢水對河流重金屬污染的研究提供借鑒。
　　 本研究以環(huán)境地球化學、生物地球化學、污染生態(tài)學及現(xiàn)代沉積學的理論和方法為指導，以重金屬的地球化學特性及其生物

4、有效性為主線，分別于2004年和2005年按枯、豐、平3個水期系統(tǒng)采集了黃河包頭段干支流等9個斷面的上覆水、孔隙水、懸浮物及沉積物柱芯等樣品，捕獲了黃河包頭段天然魚樣品，共獲得17287個實驗測試數(shù)據(jù)。深入探討了符合黃河實際的多離子體系中重金屬的競爭吸附及其遷移轉(zhuǎn)化機制、水體重金屬的污染特征、重金屬在水-沉積物-魚微生態(tài)系統(tǒng)中的響應關系以及野生經(jīng)濟魚類重金屬的富集規(guī)律。首次開展了承納大量城市工業(yè)廢水的黃河包頭段魚微生態(tài)系統(tǒng)暴露實驗研究，

5、為重金屬生物有效性、生物地球化學循環(huán)及生態(tài)風險評價積累了大量基礎數(shù)據(jù)。此外，鑒于南海湖與黃河的沉積同源性和繼承性，開展了南海湖水體沉積物中重金屬的環(huán)境地球化學特征研究。本研究取得如下主要成果和進展。
　　 ⑴首次開展了黃河包頭段魚微生態(tài)系統(tǒng)暴露實驗，判識了水-沉積物系統(tǒng)與魚體中重金屬的響應關系，構建了可判識水環(huán)境中重金屬形態(tài)與魚組織器官中有毒金屬關系的回歸模型，為重金屬污染的生物監(jiān)測提供了新的可供借鑒的有效方法。
　　

6、⑵首次綜合評價了黃河包頭段9種經(jīng)濟魚類的綜合污染程度，得出了青鱗子>鯽魚>花魚骨>團頭魴>棒花魚>黃河鯉>赤眼鱒>鱸塘鱧>蛇鮈的重金屬污染程度序列。創(chuàng)新了魚體沉積物分形態(tài)富集系數(shù)概念，拓展了污染物生物富集機理研究的思路。
　　 ⑶發(fā)現(xiàn)了枯水期黃河沉積物為重金屬的匯，豐水期為源的特異性規(guī)律。采用沉積物重金屬質(zhì)量基準，判識了黃河沉積物的潛在風險性。研究揭示，包頭市工業(yè)廢水排放對黃河干流水體重金屬的污染迭加有重要貢獻。
　　

7、⑷實驗得出了Pb2+>Cu2+>>Zn2+>Cd2+的競爭吸附序列以及Cd>Zn>>Cu>Pb的釋放能力序列。該項研究成果對揭示水-沉積物系統(tǒng)中重金屬的遷移轉(zhuǎn)化機制具有重要意義。
　　 ⑸研究證實，南海湖與黃河具有明顯的沉積同源性和繼承性。表層沉積物間隙水中Cu和Cd，特別是Cu有從間隙水向上覆水擴散遷移的顯著特性。沉積物間隙水在重金屬由沉積物向上覆水遷移過程中起重要的橋梁通道作用。與一般淡水湖泊不同，南海湖沉積物中AVS的垂向