（环境科学专业论文）胶州湾潮间带沉积物重金属分布研究与污染评价.pdf

胶州湾i | | 间带沉积物重会属分布研究i 污染计价 量范嘲为3 1 1 4 2 4ua l ，c u 含量为2 6 2 53 2ug i 。，c r 含量为1 0 2 2 4 5 ug 儿，p b 含f 若为5 2 - - 9 jug 。，c d 含最j , j0 2 5 - - 06 5ua i 。，l i b 含量为0 0 7 9 0 1 8 1ug 几；缢蛏体内，孙含量范为7 4 11 9 9 8 9ug g r 蓖，c l l 含吐为 i3 5 6 2 0 7ug g 1 。熏，( ：r 含量为1 7 7 3 5 2 9ug g 干重，f ) ) 含量为5 2 1 7 ：；5ug g 十重，c d 含量为0 6 5 1 1 7ug g 1 重，h g 含量为0 0 3 4 0 0 7 8 a g 干重。为将汞年h 对丁：湿样的含量转化为相对于干样，测得缢蛏含水率为 8 0 9 8 6 2 。 4 胶州湾海水各重金属含量基本符合海水水质标准( o g3 0 9 71 9 9 7 ) 一1 一的 、二类指标，缢蛏中重金属含量除p b 外均略低于海洋贝类生物质量标准值中 的一类标准( o b1 8 4 2 12 0 0 1 ) ，调查区域内指示生物的重金属含量仍以女姑口、 大沽河河口污染较重。缢蛏对重金属的富集系数由大到小的顺序为 c u z n c d c r p b h g 。分析文献的研究结果推测生物富集受生物种类、生长环境 等多重凶素的影响，应选择同一物种对某一区域进行污染评价。对比发现胶州湾 缢蛏体内z n c d 、z n 1 9 比值评价与潜在生态危害指数值r i 评价非常相近，体现 采用生物体内z n c d 、z n h a 比值评价法的有效性。 通过上面的评价得出这样的结果：胶州湾潮i h j 带重金属污染基本j ：为轻污 染。女姑口污染较重，此地附近不应该也不可能再大力发展盐业和养殖业，有可 能通过水道疏浚建设为码头，其余北部与西部广大海域适合海洋捕捞、海水养殖 和建设盐f 干1 ，但由于火沾河卜游工农业污水排放量逐年增加，已经危及湾西一带 水域，有关部门应加强郊区县r h 环境质量监管，保护胶州湾潮问带生态环境。 关键词：胶州湾潮间带重金属污染评价缢蛏 中罔海洋人学坝l 学位论史( 2 0 0 3 s t u d yo fd is t ri b u t i o no ft h eh e a v ym e t a l sf r o mt h e n t e r t i d a is e d i m e n t sa n dp o i iu t i o na s s e s s m e n to ft h e m e t a isf r o mt h ein t e r t i d a iz o n ei nd i a o z h o ub a y a b s t r a c t b a s e do nt h et o t a lc o n c e n t r a t i o n so fs i xs p e c i e so f p o l l u t i o nm e t a l s ( z n 、c u 、c r 、c d 、p b 、 h g ) f r o mt h es e d i m e n t s ，s u r f a c es e a w a t e ra n dm a r i n eo r g a n i s m so ff i v ek i n d so fi n t e r t i d a lz o n eo f j i a o z h o ub a y ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so fd i s t r i b u t i o no ft h eh e a v ym e t a l sf r o mt h es e d i m e n t sw a s d i s c u s s e d ，f u r t h e rm o r e ，t h ep o l l u t e da c t u a l i t yo ft h ei n t e r t i d a ls e d i m e n t sw a sa s s e s s e di nt h e p a p e r t h em a i ne x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： i t h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f t h em e t a l sf r o mt h ei n t e r t i d a ls e d i m e n t so f j i a o z h o ub a y t h er e s u l t ss h o w nt h a t ，t h ea v a i l a b l ec o n c e n t r a i o no f z ni s r a n g e d5 3 8 8 1 4 3 2 l b g g ( d r y w e i g h t ) t c ui s r a n g e d1 8 5 6 6 5 3 4 9 9 g ( d r yw e i g h t ) ，c ri s r a n g e d1 0 8 2 1 0 5 4 9 9 9 g ( d r y w e i g h t ) ，p bi sr a n g e d2 1 4 31 9 2 9 9 g ( d r yw e i g h t ) ，c di sr a n g e d0 , 0 4 0 8 3 6 9 9 g ( d r yw e i g h t ) h g i sr a n g e d0 , 0 0 5 0 ii 5 9 9 g ( d r yw e i g h t ) e hi sr a n g e d - 3 0 7 9 8 4 4 m v p hi sr a n g e d7 5 8 9 8 0 19 ，t h es e d i m e n ti nj i a o z h o ub a yi sf e a t u r e db yr e d u c t i d n ，s ot h es e d i m e n to f j i a o z h o ub a y d e p o s i e dw e l l a l o n gt h ei n t e r t i d a lz o n e ，t h el o w e ro fc o n t e n t so fh e a v ym e t a le x p o n e n t i a l l y , t h ef a r t h e ri s f r o ms e w a g es o u r c e s t h ec o n c e n t r a t i o n so f h e a v ym e t a ld e c r e a s ei n c hb yi n c hf r o mh i g ht i d a lf i a tt ot h em i d d l e a n dl o wi n t e r t i d a lz o n e i ti sw a t e rd y n a m i c st h a t i m p a c to nt h ea c c u m u l a t i o nf e a t u r e so fh e a v y m e t a l so fi n t e r t i d a l i ti se ht h a ti m p a c to nt h ev e r t i c a ld i s t r i b u t i o no f h e a v ym e t a lo v e rt i d a lf l a t a tb o u n d a r vo f v 胶州湾潮问带沉积物晕金属分布研究污染评价 r e d o xl a y e r , t h e r ei st h eb i g g e s te n r i c h m e n to f h e a v ym e t a l s b u tt h ec h a r a c t e r i s t i co f d i s t r i b u t i o n m a yb em o d i f i e db yp l a n ta c t i v i t i e si nt h et i d a lf l a t 。 2t h ep o l l u t i o na s s e s s m e n to f t h eh e a v ym e t a l sf r o mt h ei n t e r t i d a ls e d i m e n t so f j i a o z h o ub a y t h eh e a v ym e t a l si n i n t e r t i d a ls e d i m e n ta r e m a i n l yd e r i v e d f r o mr i v e r ，i ta l s oc a nb e i n f l u e n c e db yw a t e r d y n a m i c s t h ec h a r a c t e r i s t i c so f d i s t r i b u t i o no f t h em i d d l ea n db o r o m l a y e rs e d i m e n t sa r es i m i l a rw i t h t h es u r f a c el a y e rs e d i m e n t s i ti ss h o w nt h a ti ti st i d et h a ti m p o r t a n t l y i m p a c to nt h ed i s t r i b u t i o no f h e a v ym e t a l si n i n t e r t i d a ls e d i m e n to fj i a o z h o ub a y s ot h i s p a p e ra s s e s s e dt h eh e a v ym e t a l s p o l l u t i o no n l yb a s e d o nt h es u r f a c el a y e rs e d i m e n t s t h ea s s e s s m e n to fp s h o w st h a tt h ep o l l u t i o no fc ui sr e l a t i v e l ys e r i o u s t h ep o l l u t i o no f c r 、z na n dc di sr e l a t i v e l yl i g h t e r ，p ba n d h g a l m o s th a v en o p o l l u t i o n t h ea s s e s s m e n to f s q j s h o w st h a tt h e r ei sr e l a t i v e l ys e r i o u sp o l l u t i o ni nj i a o z h o ub a y e x c e p tt h a to fh e t a oi sr e l a t i v e l y l i g h t e r , w h i l et h ep o l l u t i o no f j i a o z h o ub a yi sr e l a t i v e l yl i g h t e rb yt h ea s s e s s m e n to fr 1 t h ec o n t e n t s o r d e ro fi n d i c a t o ro r g a n i s m s i n o n o v a c u l ac o n s t r i c t ai nj i a o z h o ub a yi s m u c hl o w e rt h a nt h ec r i t e r i a t h ea b i l i t yo fe n r i c h m e n to fi n d i c a t o ro r g a n i s mi nt h ef o l l o w i n g o r d e r ：c u z n c d c r p b h w h i c hi si n f l u e n c e db ym a n yf a c t o r ss u c ha sp o s i t i o na n do r g a n i s m v a r i e t y i t s h o w st h a tt h ev a l u e so fz n c d 、z n h ga r ea l s o v e r yu s e f u lf o rm o n i t o r i n gt h e e n v i r o n m e n t a l q u a l i t yf r o m t h ei n t e r t i d a ls e d i m e n t so f j i a o z h o u b a y t h u si tc a nb es e e nt h a tt h ep o l l u t i o no ft h eh e a v ym e t a l si ni n t e r t i d a lo f j i a o z h o ub a yi sn o t s e r i o u s b u tt h ee s t u a r i e so f n v g u k o u a n dd a g ur i v e ra r ec o n t a m i n a t e db yh e a v y m e t a l s e s p e c i a l l y t h ee s t u a r yo f n v g u k o ui sm o r es e r i o u s ，w h i c hi sn o tf i tt od e v e l o ps a l ti n d u s t r ya n df i s h e r y , b u tf i t t oe s t a b l i s hd o c k w i t ht h e i n c r e a s i n go ft h ep o l l u t e dw a t e ro fd a g ur i v e ri nj i a o z h o u t h e p o l l u t i o no f t h ew e s to fj i a o z h o u b a yi sm o d es e r i o u s s ow es h o u l ds t r e n g t h e nt h ep r e v e n t i o no f t h ei n t e r t i d a lo f j i a o z h o ub a y k e yw o r d s ：j i a o z h o ub a yi n t e r t i d l e h e a v ym e t a l sp o l l u t i o na s s e s s m e n t s i n o n o v a c u l ae o n s t r i e t a v 岐州湾制l t j l 带沉瓤! 物匝余楗分m 州宄j t i 染计价 第一章文献综述 1 1 潮间带及潮间带沉积物研究 海岸湿地由潮上带“卜地、潮m 带滩涂、潮上带浅海这3 部分组成( w 萨拉门 斯等，1 9 9 1 ) ，潮问带滩涂中的“潮问带” 词是由e 福斫i 斯( f o r b e s ，1 8 5 3 ) 命名的，它界于大潮高潮位与大潮低潮位之间，在潮汐周期内被海水涨淹退露。 潮间带湿地主要是现代沿岸流、潮流和海浪的作用冲刷和堆积成的多水地坪，统 称滩涂或潮滩。 1 1 1 研究意义 潮间带是海陆交互作用的一个重要界面，具有水动力作用强烈，泥沙输移和 冲淤变化频繁，e h 和p h 等物理化学条件复杂多变，生物种类丰富多样等特点， 它不仅是大批濒危野生动物的栖居场所，而且也是河口和近海鱼类的繁殖场及供 饵仓库，同时还是狰化污水，削减陆源污染物入海通量的一道天然屏障( w i h i a m s e fa 7 1 9 9 4 ) 。 由于经济和技术的原因，目6 u 我国许多沿海大中城市均采用沿岸直接排污入 海的方式处罱城市工业废水和生活污水。因海水对污染物的稀释净化能力很强， 所以这一排污方式一般不会对近海环境造成明显的影响。但近年来的一些研究表 明城市滨岸大量污水的长期排放还是在不同程度一卜对潮问带生态环境造成了不 少负面影响，一些难降解的有害、有毒物质，如：重金属、多环芳烃等在潮问带 沉积物和生物体中不断累积，对潮问带生态系统、海水养殖业以及河口和近海环 境构成了直接和潜在的危害( 许世远等，1 9 9 7 ：刘敏等，1 9 8 8 ) ，特别是近2 0 多年来，随着我国经济的高速发展，这一问题也同趋突出。 重余属是。类典型的累积性污染物，不能被微生物降解，可通过食物链逐级 传递富集，并可在某些条件下转化为毒性更大的金属一有机化合物。潮间带沉积 物是重金属污染物进入海域后迁移的重要归宿，由于界面环境条件的变化诸如孔 隙水酸碱度、有机质的分解、生物活动、风暴和港湾疏浚物倾废等而进入水体， 构成“二次污染”，所以近年来，随着湿地保护热潮的兴起，作为重金瘸主要归 宿场所之一潮问带环境中重金属的行为也引起了国内外许多学者的深切关注 ( w i 】i 1 1 1 1 , p fa ，1 9 9 4 ；y i ：i t i ：远等，19 9 7 ；j o n e sp a ，1 9 9 7 ：( | c r r i t s ep 岐州湾制l t j l 带沉瓤! 物匝余楗分m 州宄j t i 染计价 第一章文献综述 1 1 潮间带及潮间带沉积物研究 海岸湿地由潮上带“卜地、潮m 带滩涂、潮上带浅海这3 部分组成( w 萨拉门 斯等，1 9 9 1 ) ，潮问带滩涂中的“潮问带” 词是由e 福斫i 斯( f o r b e s ，1 8 5 3 ) 命名的，它界于大潮高潮位与大潮低潮位之间，在潮汐周期内被海水涨淹退露。 潮间带湿地主要是现代沿岸流、潮流和海浪的作用冲刷和堆积成的多水地坪，统 称滩涂或潮滩。 1 1 1 研究意义 潮间带是海陆交互作用的一个重要界面，具有水动力作用强烈，泥沙输移和 冲淤变化频繁，e h 和p h 等物理化学条件复杂多变，生物种类丰富多样等特点， 它不仅是大批濒危野生动物的栖居场所，而且也是河口和近海鱼类的繁殖场及供 饵仓库，同时还是狰化污水，削减陆源污染物入海通量的一道天然屏障( w i h i a m s e fa 7 1 9 9 4 ) 。 由于经济和技术的原因，目6 u 我国许多沿海大中城市均采用沿岸直接排污入 海的方式处罱城市工业废水和生活污水。因海水对污染物的稀释净化能力很强， 所以这一排污方式一般不会对近海环境造成明显的影响。但近年来的一些研究表 明城市滨岸大量污水的长期排放还是在不同程度一卜对潮问带生态环境造成了不 少负面影响，一些难降解的有害、有毒物质，如：重金属、多环芳烃等在潮问带 沉积物和生物体中不断累积，对潮问带生态系统、海水养殖业以及河口和近海环 境构成了直接和潜在的危害( 许世远等，1 9 9 7 ：刘敏等，1 9 8 8 ) ，特别是近2 0 多年来，随着我国经济的高速发展，这一问题也同趋突出。 重余属是。类典型的累积性污染物，不能被微生物降解，可通过食物链逐级 传递富集，并可在某些条件下转化为毒性更大的金属一有机化合物。潮间带沉积 物是重金属污染物进入海域后迁移的重要归宿，由于界面环境条件的变化诸如孔 隙水酸碱度、有机质的分解、生物活动、风暴和港湾疏浚物倾废等而进入水体， 构成“二次污染”，所以近年来，随着湿地保护热潮的兴起，作为重金瘸主要归 宿场所之一潮问带环境中重金属的行为也引起了国内外许多学者的深切关注 ( w i 】i 1 1 1 1 , p fa ，1 9 9 4 ；y i ：i t i ：远等，19 9 7 ；j o n e sp a ，1 9 9 7 ：( | c r r i t s ep 中罔海洋人学倒! i ：学位论文( 2 0 0 3 ) n ，1 9 9 8 ：w 萨拉门斯等，1 9 9 1 ) 。 y e a t s 和b e w e r s ( 1 9 8 2 ) 提出了个微量金属通过沿岸带传输的通用模式，他 们比较了河流排放的颗粒态和溶解态金属与沿岸的平均沉积作用和平均会属含 量及大洋沉积物的组成，结果得出滞留在沿岸带的会属通量比：f e ：9 9 8 ， m n ： 6 9 ，c o ：7 9 ，n i ：9 2 ，c u ：6 6 ，z n ：5 4 ，c d ：6 9 ，所以 潮间带沉积重金属研究对重金属在整个水循环中有重要意义。 1 1 2 研究历史和现状 中国淤泥质潮滩约占大陆总海岸线的1 4 ，其沉积的研究始于6 0 年代初， 当时主要是由于港口建设的需要。自8 0 年代初起，为了开发利用潮滩，淤泥质 潮滩调查研究受到十分重视，初步建立我国淤泥质潮滩沉积理论系统( 时钟等， 1 9 9 6 ) 。李从先( 李从先等，1 9 8 2 ) 、w a n g ( w a n gye ta ，1 9 8 3 ；1 9 8 8 ) 、任 美锷( 任美锷，1 9 8 5 ) 等从潮流特征、悬浮泥沙运动规律、风暴潮等对潮潍沉积 动力过程进行了研究，对潮问带沉积物中重金属研究奠定了沉积学基础。 潮问带沉积物中化学要素与该湾的岩矿结构、陆源输入、水动力( 往复性潮 流作用) 、底栖生物及细菌作用等诸因素有直接关系。这些因素皆严重地影响沉 积环境，影响着化学元素与沉积微粒的循环和交换，元素的保留和迁移转化、变 化，同时化学元素的变化都会在不同程度上影响地化环境的演变。潮间带中形成 多种界面，如：水一气界面、水一沉积物界面、气一沉积物界面及各种生物一环境界 而等，是典型的多介质环境。由于各界面问存在的交换作用相当活跃，同时又受 地表径流、潮汐、波浪等单向流体和双向流体影响，使得潮间带沉积物中重金属 污染物的分布、迁移、转化不同于陆地土壤和海底沉积物。与大洋和湖泊相比， 潮问带体系由于水体化学组成的梯度很大、悬浮物浓度不断变化以及复杂的水动 力学过程，会属的行为更为复杂，动态变化更大( w 萨拉门斯等，1 9 9 1 ) 。 国外对潮滩重金属研究从7 0 年代已有文章发表( d eg r o o te ta 1 ，1 9 7 1 ) ， 国内对潮滩重会属研究丌始于8 0 年代( 陈静生，1 9 8 5 ) ，随后关于潮滩重会属的 污染调查和评价逐渐开展起来( 陈静生，1 9 8 5 ：廖自基，1 9 8 9 ；黄华瑞，1 9 9 2 ) 。 国内外研究广泛涉及重余属在潮滩的来源、赋存形念和转化规律( 廖自基，1 9 8 9 ： 黄华瑞，1 9 9 2 ) 、潮滩动力( 许世远等，1 9 9 7 ) 、沉积粒径( 陈振楼等，2 0 0 0 ) 和 潮滩7 t - _ 物( r a i n b o we ta ，1 9 9 2 ) 等因素对重余属的累积特征的影响，以及潮 峻州湾硎问带沉积物章会属分布研究j 污染评价 滩排污i1 ( 戴维i 删，1 9 9 0 ) 重金属的污染等。 12 沉积物中的重金属 自从地球卜出现水以后，重会属就一直随着水的循环而传输，大部分沿着 河流、河口，进入海洋、海洋生物中，还有些通过大气沉降也最终进入河流、海 洋。在水环境中重金属有4 个非生物的贮库：悬浮物、沉积物、表层水平n i b j 隙水。 这4 个贮库彼此之蚓存在着激烈的相互作用：悬浮物和溶液中的金属之问存在着 吸附解吸和共沉淀过程。悬浮物与沉积物通过沉积过程和侵蚀过程互相联系。 沉积后发生的过程( 成岩作用) 有时为间隙水提供了高浓度的重金属，这些金属 通过扩散作用和生物搅动影响了表层水的金属浓度( w 萨拉门斯等，1 9 9 1 ) 。 1 2 1 沉积物中重金属研究的意义 沉积物在重金属污染研究中具有特殊的重要性。一方面，沉积物通过对重金 属的积累和释放，影响水体和大气环境质量：另一方面，沉积物又是底栖生物的 主要生活场所和食物来源，其中的重金属直接和问接地对底栖生物、上复水生物 致毒致害，并通过生物富集、食物链放大等进一步影响陆地生物以及人类。此外， 由于沉积物相对稳定，湖泊、海洋的沉积作用非常缓慢，重金属含量的垂直分布 也是了解和研究区域污染历史和环境变迁的重要依据。 总之，水质只能反映环境的“微分值”，表示暂时的环境变化，沉积物则反 映了环境的“积分值”，能记录特定区域的环境变化历史，而水中的底栖生物则 反映了环境“小区问内积分值”，在生物体的生命周期内记录了环境的变迁。因 此，研究沉积物，对海洋、河流、河口环境质量的正确评价、渔业等经济发展及 保护生态环境都有重要意义。 1 ，2 2 沉积物中重金属研究的方法 自1 9 7 0 年以来，我国学者对水体沉积物污染问题进行了广泛的研究，但大 多数工作集中于研究沉积物中的重会属的吸附及表面络合方法。余相灿8 0 年代 初期对河流沉积物巾的熏金属迁移进行研究。陈静生对我国东部2 0 条河悬浮物 与沉秋物的地球化学特性及重会属污染物在沉积物中的化学行为和地理分稚规 律性进行了研究，这一系列成果在他们出版的中圈水环境重会属研究中得到 了 好的总结： 峻州湾硎问带沉积物章会属分布研究j 污染评价 滩排污i1 ( 戴维i 删，1 9 9 0 ) 重金属的污染等。 12 沉积物中的重金属 自从地球卜出现水以后，重会属就一直随着水的循环而传输，大部分沿着 河流、河口，进入海洋、海洋生物中，还有些通过大气沉降也最终进入河流、海 洋。在水环境中重金属有4 个非生物的贮库：悬浮物、沉积物、表层水平n i b j 隙水。 这4 个贮库彼此之蚓存在着激烈的相互作用：悬浮物和溶液中的金属之问存在着 吸附解吸和共沉淀过程。悬浮物与沉积物通过沉积过程和侵蚀过程互相联系。 沉积后发生的过程( 成岩作用) 有时为间隙水提供了高浓度的重金属，这些金属 通过扩散作用和生物搅动影响了表层水的金属浓度( w 萨拉门斯等，1 9 9 1 ) 。 1 2 1 沉积物中重金属研究的意义 沉积物在重金属污染研究中具有特殊的重要性。一方面，沉积物通过对重金 属的积累和释放，影响水体和大气环境质量：另一方面，沉积物又是底栖生物的 主要生活场所和食物来源，其中的重金属直接和问接地对底栖生物、上复水生物 致毒致害，并通过生物富集、食物链放大等进一步影响陆地生物以及人类。此外， 由于沉积物相对稳定，湖泊、海洋的沉积作用非常缓慢，重金属含量的垂直分布 也是了解和研究区域污染历史和环境变迁的重要依据。 总之，水质只能反映环境的“微分值”，表示暂时的环境变化，沉积物则反 映了环境的“积分值”，能记录特定区域的环境变化历史，而水中的底栖生物则 反映了环境“小区问内积分值”，在生物体的生命周期内记录了环境的变迁。因 此，研究沉积物，对海洋、河流、河口环境质量的正确评价、渔业等经济发展及 保护生态环境都有重要意义。 1 ，2 2 沉积物中重金属研究的方法 自1 9 7 0 年以来，我国学者对水体沉积物污染问题进行了广泛的研究，但大 多数工作集中于研究沉积物中的重会属的吸附及表面络合方法。余相灿8 0 年代 初期对河流沉积物巾的熏金属迁移进行研究。陈静生对我国东部2 0 条河悬浮物 与沉秋物的地球化学特性及重会属污染物在沉积物中的化学行为和地理分稚规 律性进行了研究，这一系列成果在他们出版的中圈水环境重会属研究中得到 了 好的总结： 中同海洋人学坝i ：学位论艾( 2 0 0 3 ) 被粘土、有机物质和氧化物结合的重金属随这些物质进入水底之后经受着 界嘶过程的改造，这种沉积物一水界面重金属生物地球化学循环实际上就是晕会 属的积累和释放与控制两者转化各种因素的作用过程。重金属的积累包括：( 1 ) 陆源输入；( 2 ) 大气输入；( 3 ) 吸附( 4 ) 络合；( 5 ) 有机物絮凝；( 6 ) 生物积 累( 7 ) 化学沉淀作用。重金属的释放包括：( 1 ) 溶解作用；( 2 ) 解吸作用；( 3 ) s 、b h 、p h 变化引起释放作用：( 4 ) 生物作用和( 5 ) 水动力作用。影响重金属 的积累和释放的主力因素为：( 1 ) e h 、p h ：( 2 ) 生物活动：( 3 ) 潮汐、风暴潮、 静水压力等作用：( 4 ) 人为作用如航道清淤等。由于上述各种过程与作用交叉与 影响，构成一个非常复杂的体系。 会属的存在形态不同，其积累和释放受各种因素的影响也不同。t e s s i e r ( 1 9 7 9 ) 等提出了一个广为采用的用于连续浸取沉积物重金属存在形态分析程 序，把固体颗粒态重会属存在形态分为：阳离子可交换态；碳酸盐结合态；水合 铁锰氧化物结合态；硫化物及有机物结合态和矿物碎屑残留态。沉积物中的有机 物、铁锰水合氧化物及酸挥发性硫化物( a v s ) 等是主= 要的重金属结合相。在还 原性沉积物中，a v s 是主要的重会属结合相；而在氧化性沉积物中，a v s 含量很 低，当其含量低到不足以约束所有的重金属时，其他的重金属结合相将成为控制 重会属活性的主要因素。无论是何种类型的沉积物，a v s 的存在都将提高沉积物 对重金属的吸附容量，从而降低水中重会属的浓度，a v s 的含量对吸附容量的影 响较为显著( 方涛等，2 0 0 2 ) 。 对一般沉积物重金属的研究方法也适用于潮滩重金属的研究，如对重会属元 素的总含量进行测定的酸法：对重会属元素的赋存形式进行研究的连续提取法； 筛析、膜过滤等测定沉积物重金属元素的含量，都发展的较为成熟。室内模拟方 法如围隔式生态实验可以对重会属在生态系统行为的研究更加系统和细化，这种 方法可用潮滩藻类( 郭卫东等，2 0 0 0 ) 、高等植物( 郑文教等，1 9 9 6 ) 软体动物 ( 赵瑞生等，1 9 9 6 ) 等来进行。简单的数学模型法( g a b o u r ya ta ，1 9 9 9 ) 和 通过磁铁矿等氧化铁的磁性测量( 张卫国等1 9 9 8 ) 等新方法也应于重会属元素 含量的测定中。 1 2 3 沉积物中重金属研究的现状 荩水上查明了仝球主要海洋、河流、河叫及近岸区的重会属的含钴与分如， 胶卅i 湾涮问带沉积物垂金属分布究1 j 污染计价 提出了颗粒物质重余届赋存形态的成功分类和连续浸提分析程序，深入研究了影 响行形态州转化的闪索，并解释了会属行为方面的应用。在探讨温度、赫度、水 动力变化对重金属行为的影响方面作了一定的研究工作，作了相当多的吸附与解 吸及其影响闲索的实验，积累了许多成果，提出了系列吸附与解吸反应方程式。 关j ：重金属污染元素。j 环境因子的变化关系作了一定的统计工作，建立了一套研 究重金属污染背景值的测定方法。能够直接测定室内培养实验研究生物的生长与 水体中重金属含量的关系，用生物作为受污染程度评价的示踪剂。 但现在重金属行为的研究基本上还处于描述性阶段，特别是引起环境“二次 污染”主要原因之的沉积物中重金属再释放问题研究很不深入，现正在克服环 境变化的复杂性，建立如室内模拟的围隔实验等定量描述界面循环的模式。有关 微生物在重金属界面行为过程中的作用，目前处在资料积累阶段，但过去的研究 已发现生物的活动对于重金属的行为有重要的影响，这方面的工作有待加强；目 前因为没有全球性的统一分析方法，特别是形态分析。因此全球范围内资料的可 比性较差，应尽快建立统一的标准。关于清除重会属污染物的技术研究仅是初步， 在嘲内几乎是空白，由于保护生态环境的需要，这可能是未来浚领域研究的最重 要热点课题之。 1 2 4 沉积物中重金属研究的部分结论 水动力( 风海流、潮汐) 作用* nj x l , 化搬运作用是影响沉积环境中化学元素含 量分布主要因素之一( 程波，1 9 8 9 ) 。沉积环境中，化学要素含量的分前i 趋势与 水带动泥沙的方式密切相关尤其是沿岸和海湾受河流、潮汐、海流以及风等作 用非常直接。沉积物和水一起随潮汐的高低潮往复运动，其问发生侵蚀和传输， 在平潮时刻发生沉积，在沿岸带，波浪的运动叠加到其他的水流之上，特别是在 风暴和大涌浪期间，波浪运动增加了水的侵蚀力( w 萨拉门斯等，1 9 9 1 ) 。 沉积化学要素与底栖生物密切相关。一些化学要素是生物体骨、壳的结构成 分：另一部分是微量元素，起到活体内进行生物化学反应的催化作用，但化学元 素超过一定的限度则对生物产生危害。所以，其值的高低直接影响生物的繁衍柄 息( 1 嘉蕊等，1 9 9 3 ) 。又因生物对化学元素有富集能力，可增加千倍、力倍， t - 物贱体及其排泄物沉入海底，使沉积环境中的化学元素含量不断增加( 程波， 1 9 q ：j ) 。沉积物, 3 0 c m 九右深度正好是潮滩植物根茎的主要分布范倒，盯丁= 滨海维 中陶海洋人学饰! i j 学位论文( 2 0 0 3 ) 管植物有着特殊的根系泌氧功能，所以它对熏金属的分川i 和累积也会产“i “定的 影响( 陈掇搂等，2 0 0 0 ) 。 潮问带动植物种类繁多，且般有河流入海，水体有机物丰富，沉积物中 污染物可与水体有机物产生多种络合作用，形成简单的络合物、蝥合物、混合配 体络合物、羰基络会物以及表面多酝络台物。s i n g e r 认为可溶性有机物对会斌 的行为有如下几种作用：( 1 ) 络合金属，增加会属的溶解魔；( 2 ) 改变会胤在氧 七逐原形态中瓣分酝；( 3 ) 隆低金爝的毒髅，改变金l | i 蓦的生物可剥耀性：( ) 影 响盒属被悬浮物吸附的程度；( 5 ) 影响含盒属胶体的稳定性( s i n g e re t 翁j ， 1 9 7 7 ) 。 潮问带水体有机物丰富，微生物也很丰富。c l i n e 等认为重会属向上覆沉积 耪酌压缩佟谣是出徽生秘彳窜翊弓| 起瓣，谴稻认为空隙永串鲴菡静作糯是弓 越空隙 水中以有机念结合的会属发生沉降的主要原因之( z h o uhye ta l 。1 9 9 2 ) 。 在器面活动的细菌有以下作用：( 1 ) 把聚集的间隙水带出沉积物界面；( 2 ) 给水 体带入含畿物质；( 3 ) 使鬏粒物易于迁移到沉积物表露或深层：( 4 ) 在沉积物中 留下排泄物。这四种作用都会加速衾属的转化。微生物对重会属的释放是多方面 戆，最主要发玟在妻鬟下三令过程：( 1 ) 分籍煮莰甥，降低分子量，产生较麓终台 会属离子的有机物；( 2 ) 新陈代谢活动使环境条件发生变化如e h 、p h ；( 3 ) 通 遭鞠豹交毒艺镬无瓠往合秘变成会耩有梳络合物。绥蕾是沉积物弱敬造者，沉积 物中最大量的细菌存在于表层或近淡层。硝化细菌作用产生的硝酸和硫化细菌作 羽产生的硫酸，是沉积环麓的硝僚随之下降，使不溶往赫类溶解 1 0 5 m o l l ) 起主导作用时，e h = 一3 5 0 o m v ：商机物起 主导作孺时，e h = o - - 4 0 0m v ：氧起主导作硝时，e b = 4 0 0 - - - 6 5 0m v ：2 0 0 一2 0 0 胶州湾潮问带 沉积物再会属分布研究i 污染 | 7 价 m v 区是f e 、m n 的主要控制区。从控制海洋沉积物e h 的f e 、m n 、s 、c 反应可 知，随着反应的进行，h c o ：, - 和还原体( f e 、m n 、h ：s 等) 的浓度是f 比例变 化的，即沉积物中p h 和f h 的变化是+ 致的( 宋金明等，1 9 9 0 ) 。在水环境中 金属的释放顺序为c d c r p b c u z n n i m n f e ，载体的释放顺序为f e 、m n 氧化 念 有机质结合念 粘土( m o d a ko ta ，1 9 9 4 ) 。在强还原环境中，沉积物中 的铁锰氧化物可部分或全部溶解，使被其吸附的重会属离子释放出来( 吕兴 娜等，2 0 0 1 ) 。但还原环境中的沉积物上层发育出界限分明的氧化地带，即 氧化还原边界层上铁锰含量往往增高( b e r n e re ta 1 ，1 9 8 0 ；s u n d b ye za ， 1 9 8 1 ) ，吸附较多的重会属，引起重金属的亚表层富集。h a l l b e r g ( h a l l b e r g e a ，1 9 8 2 ) 讨论了金属在沉积物顶层中的循环，认为这是会属被有机物 络合与作为硫化物沉积之间竞争的结果。他指出随着沉积物的聚集，氧化性 表面被掩埋以及氧的消耗，逐渐变成了缺氧环境，并最终有硫酸盐还原菌生 成h 。s ，被络合的会属就这样逃脱以固体硫化物形式被捕获和固定，并在最上 层浓缩。沉积作用导致富含金属的沉积层向上移动，即金属随沉积物的积集 而往上聚集。 。 从沉积物中释放到海水中的重金属比例t i e d , ，在氧化条件下，c u 、z n 释放 通量较大，c d 、p b 释放通量较小，前者比后者高1 2 个数量级。还原环境不仅 可抑制污染沉积物中重会属向海水的释放，而且可将海水中原有的溶解念金属也 自水相迁出，还原环境中重会属的行为主要受难溶化合物的溶解度所控制，如硫 化物在还原环境中不易被氧化，含量也高( 程波，1 9 9 3 ) 。故加添粘士及向还原环 境倾倒均有助于减轻污染沉积物中重金属的二次污染。 1 。2 5 有关沉积物重金属污染评价 污染因子的质量分指数( p ) 与底质的环境质量总指数( s q j ) 评价 单因子评价( 吴国元，1 9 9 4 ) 依据质量分指数模式进行，其计算式为：p = c ，s 式中一p 为i 污染因子的质量分指数； c 为i 污染因子的检测数据( 1 0 “) ： s 为t 污染因子的评价标准( 1 0 “) 。 多i 别予评价( 吴困元，1 9 9 4 ) 采用加权评价模式，即把各污染因子的质量 二型里! ! ! 坠兰塑1 ：兰竺笙兰! ! ! 塑! 分指数乘以各因子的权重值，再综合成底质的环境质量总指数，然后进行评价。 式巾一s 哪为底质的环境质量总指数： w 为i 污染因子的权重值，w - i 。 权重值代表着各污染因子对环境质量影响程度的比重分配。权重值可以根 据污染因子的环境可容纳量来确定，其计算式为：w = ( i k ，) 1 k 式中k t 为i 污染因子的环境可容纳量，可由评价标准s 和背景值c 。来确 定，其计算式为：k = ( s 一c 。) c 。 表1 - i 污染冈子( p 。) 质量分级标准 一 污染冈子 质量分指数+ 一 清洁 尚清洁 微污染轻污染 中污染 重污染 一 二 c u 0 2 6 0 2 6 - 0 4 0 0 4 - 0 70 7 0 1 1 0 2 0 2 一 p b 0 6 5 0 6 5 0 7 5 o 7 5 - 08 5 0 8 5 1 1 o 一2 0 2 一 z ” u5 7 0 5 7 0 7 0 7 0 8 5o 8 5 1 1 0 20 2 c d 0 - 1 0 1 0 4 0 4 0 7 0 7 i 1 0 - 2 0 2 一 h g 0 2 5 0 2 5 - 0 4 0 4 0 7 o 7 1 1 o 20 2 一 c r 0 3 2 0 3 2 - 0 4o 4 - 07 o 7 - i 1 0 2 0 2 l a r s h a k a n s o n 的潜在生态危害指数值的计算方法( r l 值) 单个重会属污染系数的确定( t h ef a c l 。r 。fc 。n t a m j n a t i 。n ) ，简称c - 值。 c ，= c m c n 式中，c j 为某一重会属的污染系数，c 为表层沉积物重令属浓 度实测值，c 。为计算所需要的参比值。 脞j 、f l 湾潮问带沉积物晕金属分布究j 污染评价 沉积物重金属污染度( t h ed e g r e eo fc o n t a m i n a t i o n ) ，简称c d 值。是多 种重金属污染系数之和： c 。= 引 各晕会属的毒性响应系数( t h et o x i cr e s p o n s ef a c t o r ) ，简称e 值。此 值被用来反映重会属的毒性水平及水体对重金属污染的敏感程度。一般的认为： t ，“= l ，1 、。”= 2 ，t 。“- i r l h = 5 ，t 。“= 3 0 ，t 。“= 4 0 。 某单个重金属的潜在生态危害系数( t h ep o t e n t i a le c o o g i c a l r i s k f a c t o r ) ，简称卧值。按下式确定：e ，= t ，。c ，。 沉积物多种重金属潜在生念危害指数( t