粤西海域表层沉积物地球化学特征

粤西海域表层沉积物地球化学特征

广东省海陵湾是重要的水产养殖基地和风景如画的场所。流经阳阳江的河流是海陵湾附近水域的主要水源和污染。1964年建成的旨在连接大陆与海陵岛的海陵大堤,阻断了海陵湾泥沙和污染物的天然环流路径,流经阳江港出海口的水流量大幅减少,致使溪头至闸坡之间的拦门沙迅速发育,并且以每年平均近百米的速度由西向东扩展,海陵湾附近的阳江港出海航道将有被封闭的危险,海洋生态环境发生了较大的变化。开展生态环境的综合调查研究,对区域经济的持续发展有重要意义。沉积物的粒度组成反映了其矿物组成、表面物理化学性质、比表面积和表面自由能的差异,这对重金属的吸附、解吸和迁移有重要影响。通过各种途径进入水环境的重金属,绝大部分迅速地通过悬浮物的吸附、沉降转移至沉积物中。悬浮物在被水流搬运的过程中,当其负荷量超过搬运能力时,逐步转变为沉积物。沉积物是重金属等环境污染物的源和汇,pH,Eh,有机碳和硫化物等环境因子对重金属在沉积物中的迁移、转化等地球化学行为起着至关重要的作用。研究沉积物中重金属含量与沉积物的粒度、有机碳和硫化物含量之间的相互关系,对揭示该区重金属污染的来源、现状及其潜在的生态危害有重要的科学意义。1特征和分析过程于2001年12月(枯季)和2002年6月(洪季)首次(历史调查仅限于其外海[2～3])在海陵湾近岸海域采集30个表层沉积物样品,采样站位见图1。采样和分析方法参照《海洋监测规范》(GB17378.5-1998)。用于测定硫化物的沉积物样品密封于棕色玻璃瓶,-4℃速冻保存,亚甲基蓝分光光度法分析硫化物含量。用于测定有机碳和重金属的沉积物样品自然风干,研磨,过80目筛。有机碳分析采用重铬酸钾氧化-还原容量法,重金属(Cu,Pb,Zn,Cd)的总量分析采用火焰原子吸收分光光度法(BSFS-2100),Hg采用冷原子荧光法(XGY1012)。沉积物的粒度分析和命名依照《中华人民共和国国家标准(GB/T13909-92)》执行,粒度分析流程如下:采样、烘干、称重,加六偏磷酸钠和水浸泡样品,过0.063mm的水筛。筛上样品(>0.063mm)烘干后,用筛析法分析:筛下样品(<0.063mm)用日本产SKC-2000型光透式粒度分析仪分析。含砂量高的样品未分析有机碳、硫化物和重金属。2结果与讨论2.1海陵岛之后古岩砂沉积物粒度为沉积物的特征参数,平均粒径和中值粒径可反映沉积物粒度组成的总体特征,偏态和峰态值则反映沉积物组成的粗细分布的不均匀性。沉积物的分配主要取决于沉积物重力与水动力的平衡。高潮带及河口两侧潮滩潮流速度小,而在高、低潮憩流时更小,细粒泥沙易沉积下来;由河口至浅海,因搬运距离的增加而使悬沙越细,沉积物中粘土含量越高。海陵岛东南方向和海陵湾水道海域水动力较强,沉积物含砂量高,甚至全是砂。鉴于沉积物的类型和粒度组成洪、枯季变化不明显,仅报道2001年12月枯季的研究结果。本海区表层沉积物类型主要为粘土质粉砂和砂(见表1)。大体上,漠阳江口至海陵大堤以东表层沉积物主要为粘土质粉砂,海陵湾湾口一带主要为砂,海陵湾湾内至海陵大堤以西主要为粘土质粉砂,整个海陵湾附近海域表层沉积物含砂量较高;而海陵岛东南部外海水域沉积物类型主要为粉砂质粘土。沉积物的平均粒径变化范围(0.52~7.55)φ,平均为(4.62±2.36)φ;偏态值多为正,变化范围(-0.41~0.81)φ,平均为0.33φ;峰态变化范围(0.53~1.85)φ,平均为1.09φ,其中8号站偏高。2.2重金属含量随海陵湾海域的变化粤西海区,珠江水系输送入海的污染物质,随着西南沿岸密度环流的作用沿着岸边向西推移,其影响范围可延至湛江港外(包括海陵湾附近海域),本海区沉积物中重金属含量亦受到珠江水系污染物的影响。海陵湾附近海域表层沉积物中Cu,Pb,Cd的含量在洪、枯季变化很小,Zn,Hg的含量枯季较高于洪季(表2)。枯季Zn,Hg含量相对较高,一方面是流入该海区的径流——漠阳江和丰头河流量小,洪枯季变化不大,影响较小;另一方面是受珠江水系污染的外海水影响较大。2.3海陵湾海域重金属与有机碳、om、hg的物质来源分析海洋沉积物的形成主要受水动力(波浪、潮流)、物理化学过程(来源、絮凝、沉降、氧化-还原反应)和生物过程(排泄物、生物扰动)所控制,沉积物粒度研究是沉积水动力环境研究的重要手段之一。在同一沉积环境中,沉积物粒度分布的空间变化反映了多种动力搬运作用的综合结果[6～7]。在沉积过程中,无论元素及化合物有无发生明显的化学变化,都要伴随着它的载体介质进行粒度状态的分散或集中,元素及化合物的内在联系越密切,其分布趋势愈类似。海洋环境中的重金属易与有机碳(主要为腐殖质)和硫化物通过表面吸附、阳离子交换反应和螯合反应,形成金属有机络合物与金属硫化物沉淀而从水体中移出[8～9]。本文利用Parson方法(SPSS12统计软件)分别对海陵湾附近海域洪、枯两季表层沉积物中重金属与沉积物粒径(Mzφ)、有机碳(OM)和硫化物(ΣS)进行了相关统计分析,结果(表3)表明它们之间的相关性洪、枯两季类似,两个航次沉积物中Cu,Pb,Zn和Hg之间都呈显著相关,说明它们的物质来源和平面分布具相似性;枯季Cd与其它重金属元素没有相关性,而洪季Cd与Cu,Pb和Zn相关;洪、枯两季Cu,Pb,Zn和Hg分别与沉积物的平均粒径显著相关,这与文献中广泛的研究报道相同,表明沉积物粒级越小,重金属含量越高;洪、枯两季Cu,Pb,Zn和Hg分别与沉积物中有机碳显著相关;枯季Pb和Zn而洪季仅Zn与硫化物相关;洪、枯两季海陵湾沉积物的有机碳含量变化分别与沉积物的平均粒径呈显著相关,佐证浅海沉积物中有机碳的输运和积聚主要是伴随着细颗粒组分发生,与北黄海的结果类似[11～12]。4海陵湾海域表层沉积物重金属含量、有机碳及理化性质a)海陵湾附近海域表层沉积物中Cu,Pb,Zn,Cd和Hg含量的平均值2001年枯季分别为(33.2±17.3,35.5±8.1,123.9±37.1,0.25±0.18,0.167±0.068)×10-6,2002年洪季分别为(31.1±18.0,36.6±11.5,92.6±31.8,0.27±0.11,0.059±0.025)×10-6,海陵湾重金属污染较轻。b)表层沉积物中有机碳的平均含量枯、洪季为(1.12±0.38)%和(1.51±0.58)%;硫化物平均含量为(183.65±157.04)×10-6和(103.14±106.59)×10-6,有机碳含量与广东省其它海域历史调查资料相近,而硫化物含量相对较高。表层沉积物的类型主要为粘土质粉砂和砂,平均粒径(4.62±2.36)φ。c)重金属(Cu,Pb,Zn,Hg)的含量之间,以及重金属含量与沉积物的平均粒径和有机碳含量之间呈显著的相关性。进一步的研究将是分析沉积物中重金属分级及其各形态的含量,更好地阐明该海区重金属的生态危害和来源。洪、枯季海陵湾沉积物中Cu,Pb,Zn,Cd和Hg的含量随站位的变化见图2。各站位重金属含量变化不明显,枯季稍高于洪季;在漠阳江口外与丰头河水域重金属的含量稍高,是陆源污染所致,与其相应的沉积物多为粘土质粉砂相一致;海陵湾及海陵岛以东海域重金属的含量相对低,这与该区流急浪大、砂质的沉积物吸附的重金属较小有关;此外,在海陵岛以东水域Zn含量相对高,原因有待深入调查。洪枯季Cu,Pb,Zn,Cd和Hg平均含量及变化范围见表2,总平均值分别为(32.1±17.5,36.1±10.0,107.0±37.4,0.26±0.15,0.109±0.073)×10-6。据海洋沉积物国家第一类质量标准(GB18668-2002),枯季沉积物中Cu,Zn,Cd和Hg的超标率分别为38.1%,28.6%,9.5%和38.1%,Pb不超标;而洪季仅超标Cu(25.0%)。海陵湾附近海域表层沉积物中有机碳与硫化物平均值分别为(1.33±0.53)%、(140.13±136.42)×10-6（表2)。海陵大堤以东至海陵岛东南与丰头河上游水域,有机碳和硫化物的含量均较高。海域有机碳与沿岸植被分布量密切相关,海陵湾有机碳含量与中国东部河流沉积物的有机碳平均含量(1.16%)相近,低于临近的珠江沉积物中有机碳平均值(2.62%),海陵湾附近海域表层沉积物中有机碳含量与广东省其它海域历史调查资料相近。海陵湾沿岸位于热带北缘,在热带季风海洋性气候的孕育下植被组成种类丰富