中国海岸污染过程研究

中国海岸污染过程研究

泥质潮间带重金属本底构建及污染过程解析

陈勇著

新华出版社

图书在版编目(CIP)数据

中国海岸污染过程研究泥质潮间带重金属本底构

:

建及污染过程解析陈勇著北京新华出版社

/.:,

2019.8

ISBN978-7-5166-4830-8

中陈海岸工程海洋环境

Ⅰ.①…Ⅱ.①…Ⅲ.①——

环境污染污染控制研究中国

———Ⅳ.①X21

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2019)181765

中国海岸污染过程研究———泥质潮间带重金属本底构建及污染过程解析

作者:陈勇

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印张:字数:万字

1014

版次:年月第一版印次:年月第一次印刷

201911201911

书号:

ISBN978-7-5166-4830-8

定价:元

55.00

版权专有,侵权必究。如有质量问题,请与出版社联系调换:01063077101

-

作者简介

陈勇,现就职于自然资源部第一海洋研究所,主要从事海岛海岸带

环境演变及其规划应用研究。主持全国海岛集成研究等项目项,先后

15

获得海洋科学技术二等奖、海洋工程技术二等奖、山东省优秀城乡规划设

计一等奖、海洋优秀图书奖等奖励。

内容简介

本书系统研究了我国泥质潮间带沉积物物源特征,并构建了相应的

环境本底。全书共分章,包括研究区域概况、样品采集与分析方法、

8

潮间带沉积物粒度特征分析、常微量元素的分布特征、典型区域潮间带

沉积物的环境背景值构建、典型区域潮间带沉积物的重金属污染及人类

活动响应、结论、潮间带沉积物污染的防治性建议等,内容上依托大量

样品和数据,为我国潮间带沉积物溯源和环境质量解析提供了科学

依据。

本书可供相关领域教师、研究人员、学生参考,对此领域感兴趣的

读者也值得阅读。

目录

引言…………

1

第一节研究背景及意义………………

1

第二节研究现状………

2

第三节研究内容及技术路线………

11

第一章研究区域概况…………………

14

第一节区位概况……………………

14

第二节区域气候特征………………

18

第三节区域地质特征………………

19

第四节主要入海河流………………

20

第五节开发利用及污染现状………

21

第二章样品采集与分析方法…………

26

第一节样品采集……………………

26

第二节实验室分析方法……………

27

第三章潮间带沉积物粒度特征分析…………………

32

第一节潮间带表层沉积物粒度分布特征…………

32

第二节潮间带柱状沉积物粒度分布特征…………

34

第三节小结…………

55

1

中国海岸污染过程研究———泥质潮间带重金属本底构建及污染过程解析

❘❘

第四章常微量元素的分布特征………

57

第一节常量元素分布特征…………

57

第二节微量元素分布特征…………

71

第三节常微量元素地球化学特征指示的环境意义………………

78

第四节小结…………

82

第五章典型区域潮间带沉积物的环境背景值构建…

84

第一节沉积物重金属元素垂向分布特征…………

84

第二节归一化元素的选取…………

89

第三节典型区域环境背景构建……

90

第四节小结…………

96

第六章典型区域潮间带沉积物的重金属污染及人类活动响应……

98

第一节沉积物重金属污染状况评价………………

98

第二节沉积物重金属污染过程与人类活动的响应………………

109

第三节小结…………

122

第七章关于中国海岸污染过程研究的结论…………

124

第一节主要结论……………………

124

第二节不足和展望…………………

126

第八章潮间带沉积物污染的防治性建议……………

127

第一节建立基于生态系统的海岸带综合管理框架………………

127

第二节加强陆地海洋污染防治和环境监管………

129

第三节积极推进陆海统筹发展……

132

第四节建立健全生态文明体制机制………………

134

参考文献…………………

136

2

引言

第一节研究背景及意义

潮间带是海洋与陆地相互作用的交汇区域其具有重要的区位军

,、

事环境生态与资源价值是世界各国政府和学者关注的热点区域之

、、,

一潮间带作为由陆向海的关键跳板在我国社会经济发展中发挥着至

。,

关重要的作用同时作为陆海间的生态屏障其环境现状又直接关系

。,,

到人类的生存空间和质量随着人类活动的加剧大量污染物通过多种

。,

途径被排放到潮间带中高强度人类活动引起的环境污染已导致潮间带

,

这一地球关键带功能的退化骆永明高强度围填海开发活动

(,2016)。、

大面积水产养殖和无序的陆源污染物排放导致潮间带的环境质量日益

,

恶化城镇化建设不断地向海要空间要资源其带来的环境压力

。、,

以上都由潮间带所承载我国的潮间带正在满负荷运转急需科研

90%。,

工作者们去诊断修复

、。

潮间带沉积物是底栖生物栖息地鸟类迁徙中转站及陆海物质交

、

换污染物接纳与自净的重要场所其质量状况事关海岸带环境安全

、,、

生态安全和食品安全采集和分析潮间带沉积物样品摸清物源分区

。,,

探明环境质量和本底建立样本库数据库和信息系统可为了解我国

,、,

潮间带环境自然特征和人类活动影响程度提供基础数据与资料这些

,

基础数据的掌握可为国家近岸环境基准与标准制定环境容量估

,、

算污染源与排放总量控制以及海岸环境管理决策提供重要数据基

、

础可为潮间带环境保护海产品安全保障及生物资源可持续利用提

,、

1

中国海岸污染过程研究———泥质潮间带重金属本底构建及污染过程解析

❘❘

供科学依据

。

我国的基础海洋调查工作普遍落后于发达海洋国家相对于陆地和

,

近海区域由于潮间带区域不易到达的实际情况目前潮间带沉积物的

,,

溯源和环境本底调查还都处于零星状态潮间带分布区域的资源生

,、

态环境质量等难以系统地反映当前的潮间带沉积物环境状况已严重

、,

制约了潮间带的有效保护环境整治和可持续开发针对我国锦州湾

、。、

胶州湾杭州湾长江口连云港海南香港珠江口等近岸区域沉

、、、、、、

积物中的重金属含量较高面临污染的问题王文雄等徐向荣

、(,2012;

等本次研究结合我国自北向南个研究区域的样品采集与分

,2013),12

析系统研究了我国泥质潮间带沉积物物源特征并构建相应的环境本

,,

底丰富和验证了我国潮间带沉积物物源分析的方法建立了不同区域

,,

的重金属本底为全国潮间带沉积物环境本底构建提供了有力补充为

,,

潮间带区域的生态安全和环

境安全提供基础数据支撑

。

第二节研究现状

一、全国性潮间带调查现状

我国先后于世纪年代年代进行了全国海洋综合普查

2060、80“”

和全国海岸带和海涂资源综合调查以及年国务院批准执行的

“”,2003

我国近海海洋综合调查与评价专项在近海海洋生态与环境

“”(908),

资源调查方面取得了重要的数据资料从年至年实施全国

。19581960

海洋综合普查重点侧重于滨海砂矿水资源油气资源等方面

,、、。20

世纪的年代开展了全国海岸带和海涂资源综合调查基本查

80、90,,

清了北起鸭绿江口南至北仑河口的海岸带自然环境资源状况及社会

、、

经济状况年开始国家海洋局组织实施了我国近海海洋综合

。2004,“

调查与评价专项专项系统开展了我国领海基线以内的近海海

”(908),

洋环境调查和评价工作通过开展多学科综合调查摸清我国内水领

。,、

海等区域的家底在上述多次全国性涉及潮间带的综合调查中沉积物

。,

环境质量所占的工作比例十分有限全国潮间带环境本底构建更是无从

,

2

引言

❘❘

谈起

。

随着近年来政府对海洋环境问题越来越重视大量的调查和研究

,

工作得以开展目前我国已经开展大范围潮间带环境质量的研究如

。,

项目渤海典型海岸带生境修复技术研究华东师范大学河口

863“”,

实验室对长江口潮间带营养盐和重金属的研究烟台海岸带研究所对

,

天津渤海湾潮间带多环芳烃和重金属的研究研究结果显示潮间带沉

。

积物中主要重金属元素的含量高于其相应的环境背景值但总体而

。

言相关资料还十分匮乏空间覆盖范围较小无法为我国社会发展

,,,

与环境保护提供系统的数据支撑不能满足国家发展的战略需求考

,。

虑到沉积物中矿物组分对常微量元素含量的显著影响因此对沉积

,,

物环境要素的研究首先要建立在弄清楚物源信息的基础上开展通过

。

对潮间带沉积物环境本底的构建才能真正弄清楚我国潮间带污染现

,

状和趋势我国泥质潮间带多分布在粉砂淤泥质海岸海岸沉积物类

。,

型多以粉砂黏土组分为主专项细粒组分对重金属

、(908,2011),

的吸附效应较强因此泥质潮间带是研究重金属本底和污染评价的

,,

理想区域

。

二、基于稀土元素的物源分区研究现状

示踪沉积物物源的方法很多包括古生物方法矿物学方法地球

,、、

化学方法等其中元素地球化学法就是利用元素地球化学行为的差异

。,

部分元素在迁移过程中被等量地转移到碎屑沉积物中该元素即可作

,,

为该碎屑沉积物的物源示踪物卡勒斯等

[(CullersRLetal.),1987;

麦克伦南等默里

(McLennanSMetal.),1991;(MurrayRW),

其中稀土元素化学性质特殊因此被广泛应用在物源

1994]。(REE),

示踪研究中

。

稀土元素在表生环境中的化学性质非常稳定其组成及分布模式受

,

风化剥蚀搬运沉积作用变质作用成岩作用等其他营力因素的影

、、、、

响很小并且不易活化迁移和分馏能够保存物源区的原岩信息杨守

,,(

业和李从先且稀土元素的各参数变化如轻重稀土分异度

,1999),(、

异常异常等基本不受沉积物底质类型的影响物源是决定它

Ce、Eu),

们变化特征的主要控制因素赵一阳和鄢明才但稀土元素的

(,1994)。

3

中国海岸污染过程研究———泥质潮间带重金属本底构建及污染过程解析

❘❘

丰度与沉积物类型密切相关一般随着粒度越细对应稀土含量升高因

,。

此稀土组成特征及一些重要参数常被广泛应用于海洋沉积物的物源研

,

究对理解沉积物的形成过程恢复沉积环境以及阐明物源区性质具有

,、

重要意义蓝先洪

(,2006)。

泰勒等对稀土元素的物源示踪意义曾做过详细地描述

(Taylor),

而被通称为泰勒模式国内外不少学者成功地应用了稀土元素进行

“”。

沉积物物源研究默里根据燧石中异常及

。(Murray,1991,1994)Ce

大小而区分出陆源洋中脊来源及远洋物源蓝先洪等

(La/Ce)、。

结合柱状样品稀土分布特征开展了黄河长江物源和古气候

(2002),、

关系的研究严杰等利用稀土元素探讨了鸭绿江径流输运的陆

;(2013)

源碎屑物质的分布李小虎等对西南印度洋中脊热液区不同热

;(2014)

液产物稀土元素进行了分析探讨了热液产物形成过程及其来源张晓

,;

波等年利用稀土元素比较了黄河与周边中小河流对山东半岛

(2014)

南部海域沉积物影响的差异范德江等年发现了渤海中部受

;(2017)

现代黄河沉积物影响的稀土元素证据另外利用稀土元素对近岸沉积

。,

物开展物源分析的研究较为广泛广大学者先后对广东近岸福建近

,、

岸青岛近岸浙闽近岸等区域沉积物开展研究颜彬等李波

、、(,2012;

等刘金庆等宁泽等

,2017;,2016;,2018)。

另外标准化配分曲线是稀土元素地球化学特征的综合反映大量

,,

的研究已经建立了沉积物的稀土分布模式可以用其判断物质来源和恢

,

复环境目前对沉积物稀土元素配分模式的研究可通过两个途径一是

。:

以球粒陨石为标准进行标准化由于球粒陨石已被认为是地球的原始物

,

质因此球粒陨石标准化能够反映样品相对地球原始物质的分异程

,,

度揭示沉积物源区特征二是以上陆壳北美页岩

,;(UCC)、

澳大利亚后太古代页岩等稀土元素平均值作为研

(NASC)、(PAAS)

究地壳及全球尺度稀土元素配分特征的参照值进行标准化了解其沉积

,

过程中的混合均化的影响和分异程度杨文光

、(,2012)。

三、沉积物重金属背景值构建研究现状

环境背景值是指水体土壤岩石生物等在未受污染和破坏的情

、、、

况下各种地质地球化学作用如地质构造活动岩石风化侵蚀及

,、,、、

4

引言

❘❘

水动力作用等自然过程作用的结果形成了重金属元素的自然丰度和分

,

布状态鲍永恩可以说重金属背景值源自环境背景值的概念

(,1988)。。

玛茨莱特等认为背景值是区别样品中自然存在和人为

(Matschullat),

因子影响元素或组分含量的一种相对测度并强调不同区域背景值的差

,

异背景值并不一定等于样品中元素与组分的最低含量重金属是构成

,。

地壳的元素在地球上的水循环生物循环和地球化学循环等的作用

,、

下在岩石圈大气圈水圈和土壤圈之间迁移循环广泛分布于土

,、、,

壤大气水体和生物中重金属背景值是研究与评价环境中重金属污

、、。

染和制定环境质量标准的前提和基础

。

许多学者曾用页岩的平均组成或地壳重金属元素的平均丰度作为全

球沉积物的比较基准但这种单一基准忽视了不同地区间固有的地球化

。

学特征差异易导致错误结果的产生在实际工作中人们倾向于采用

,。,

区域背景值一般认为成土母质沉积物类型和理化性质是影响沉积

。,、

物中重金属背景值的决定性因素尤其是前两个因素张新英

,(,1999)。

沉积物中各元素的背景值反映了在没有污染的情况下通过母质的风

,,

化并在成土过程中发生的元素迁移转化因此成土母质的差异是引起沉

,

积物环境背景值差异的最主要因素而不同沉积物中金属元素的背景值

。

反映了母质气候和生物等的共同作用结果

、。

海底沉积物是海洋环境的基本组成部分其重金属元素的含量常被

,

作为海洋环境质量的重要指标之一近年来对海底沉积物的环境质量

。,

评价已经逐渐成为研究热点之一比亚梅纳德

[·(Buat-MenardP)

和切斯利高淑英等龙江平等陈江麟

(ChesseletR);,1994;,2003;

等张秀芝等龚亚玲等而在进行沉积物质量

,2004;,2006;,2018];

和环境生态风险评价时往往需要把当前重金属含量与沉积物中的背景

,

值参比值进行对比并以此来反映重金属的富集程度或污染程度

(),,

进而对其潜在的生态环境风险做出评估由此可见海底沉积物中重金

。,

属元素背景值的选取和确定是研究区域海洋环境重金属污染程度和沉

,

积物质量评价的重要前提和依据

。

有关我国沉积物重金属元素背景值的确定方法目前可大体归纳为

,

以下几类

:

一是选取世界性标准的沉积页岩相当于的黏土沉积物

(<2μm)

中元素的地球化学背景值这种方法主要是基于德国科学家穆勒

。

5

中国海岸污染过程研究———泥质潮间带重金属本底构建及污染过程解析

❘❘

提出的地质累积指数法穆勒作为一种

(Müller)((Müller),1969)。

研究沉积物重金属污染的定量指标这种方法已经得到广泛应用在实

,;

际的应用中考虑到各地岩石差异可能会引起背景值的变动参比值还

,,

可通过一定的系数进行校正如余辉等以此为参比值研

(k)。(2011)

究了洪泽湖表层沉积物重金属分布特征及其潜在生态风险考虑到以中

。

国陆壳中地球化学背景值比普通页岩中地球化学背景值更接近研究区实

际我国有些学者在应用这一方法时多同时采用中国陆壳地球化学背

,,

景值黎彤或区域土壤背景值进行评价

(,1994)。

二是采用全球工业化以前的沉积物重金属最高值为背景这一背景

。

值由瑞典科学家哈坎森在计算重金属潜在生态风险指数

(Hakanson)

时提出哈坎森该方法已被较多地应用于海洋

((Hakanson),1980),

与河流沉积物中重金属的潜在生态风险评价佩基等

((Pekeyetal.),

王胜强等霍素霞等董爱国等应用该方法对

,2005;,2011)。(2010)

长江口表层沉积物重金属潜在生态风险进行了评价结果表明本区域重

,

金属元素的污染程度排序为事实上由

:As>Cr>Cd>Zn>Cu>Pb。,

于沉积物背景值的地区差异较明显在计算重金属的潜在生态风险指数

,

时也多以当地沉积物或区域土壤重金属背景值作为参比如李莲芳等

。

在对北京市温榆河沉积物的重金属污染的风险评价时同时采

(2007),

用了全球工业化前沉积物中重金属含量的最高值哈坎森

((Hakan-

和北京市土壤重金属背景值进行参比发现不同参比背景

son),1980),

值得出的潜在生态风险指数差异明显以北京市土壤背景值为基础进行

;

评价表现出强至极强的生态风险其中是生态风险最大的元素

,,Cd,

各种重金属元素的生态风险由强至弱的顺序依次为

:Cd>As>Cu>Cr>

这里需要指出的是尽管在区域规模上区域环境背景值是计算

Zn。,,

污染指数和地质累积程度的重要参考标准梅贝克等

((Meybecket

用全球平均值代替区域背景值并不十分妥当但全球平

al.),2004),,

均值仍被广泛应用这正是由于其在全球范围内的参考价值虽然很难

,。

确定元素在环境中的全球统一的背景值但可以在自然介质中建立一个

,

可靠的全球性的参考含量在全球范围内统一岩性分析介质和分析方

,、

法进而确定能在全球范围内进行比较的背景值仍具有重要意义张秀

,(

芝等

,2006)。

三是选取当地海域环境或全国区域沉积物土壤背景值为背

()、

6

引言

❘❘

景沉积物背景值的地区性强采用不同的背景值对重金属的污染程

。,

度和潜在生态危害的评估有较大影响以当地区域沉积物的重金属背

。

景值或全国沉积物重金属的背景值为参比值可以相对定量地反映污

,

染程度如黄家祥在研究苏北灌河口潮间带沉积物重金属潜

。(2007)

在生态风险时以江苏省滨海土壤的背景值作为评价参考值何东进

,。

以福鼎红树林周边环境土壤的平均值为背景值利用富集系

(2009),

数开展了闽东湿地重金属污染特征孙钦帮等参照渤海重金

。(2015)

属元素背景值评估了辽东湾西部海域表层沉积物重金属元素的污染程

度结果显示和含量平均值均高于渤海重金属背景

,Cu、Pb、ZnCd

值同时也有部分学者对区域间的背景值进行了比较研究张志峰

。,。

将广西北部湾沉积物背景值南海陆架区沉积物背景值南

(2013)、、

海沉积物背景值和广西土壤背景值进行系统对比背景值存在差异

,,

与其他三区比较北部湾沉积物中的背景值相对较小的背景

,Cd,Pb

值相对较大

。

四是建立在清洁样品的基础上运用地球化学法或数理统计方

“”,

法自行求得沉积物样品的区域环境背景值张秀芝等地

,(,2006);1.

球化学法主要是用剖面深部的含量或工业化前的含量作为背景值奥德

[

利等利亚加提等布

(Audryetal.),2004;(Liaghati,etal.),2004;

拉泽等克文李这

(Blaseretal.),2000;·(KwonandLee),1998]。

在我国海底沉积物重金属背景值的确定方面也应用李淑媛等

。(1994)

将渤海中部岩芯深层的重金属均值作为背景值讨论了渤海重金属的分

,

布和污染同时对比由210测定百年前沉积层中重金属含量两者

,,Pb,

基本吻合