杭州湾潮滩表层沉积物中重金属和磷的分布、形态及其环境意义

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河口滨岸地区的潮滩沉积物作为重金属和磷的"源"和"汇",不仅是其重要的蓄积库和污染源,而且是重金属和磷重要的反应场所。近年来,随着环杭州湾地区经济快速发展,人为污染对杭州湾滨岸潮滩地区的生态环境造成越来越大的负面影响。本文通过对杭州湾南、北两岸及钱塘江杭州段滨岸潮滩表层沉积物的采样,采用BCR修正法对重金属进行形态分析,研究了杭州湾河口滨岸地区中重金属和磷的含量水平、分布特征、赋存形态及生物有效性等,分析了重金属的来源输入,并对重金属的污染程度和生态风险进行了评价,对生物可利用磷含量进行了估算。最后,对杭州湾河口地区滩涂环境治理提出了建议。研究结果如下: 研究区域内,各采样点表层沉积物中Cu、Cr、Pb、Zn、Cd的含量范围分别为17.0~48.6mg/kg,24.4~44.1mg/kg,23.0~55.8mg/kg,1 86.8~324.4mg/kg,0.07~0.60mg/kg。各元素平均含量排序为Zn>Cr>Pb>Cu>Cd。与国内外典型的河口和滨岸带比较,该地区Cu、Cr、Pb及Cd的平均含量处在相对较低的水平,但Zn的污染较为严重。采样点重金属含量沿程分布特征呈现多峰值变化,受滨岸带人类活动的影响较大。沉积物中的Cu、Cr、Pb、Zn、Ni、Fe和Mn两两之间具有显著的相关性,说明潮滩沉积物中这几种元素具有相似的环境地球化学特征,物源比较一致。主成分分析结果表明,该地区重金属的来源和输入主要受人类排污活动和地壳矿物组分的影响,而其中人类排污活动则是主要污染来源。 重金属形态提取结果表明,Cu、Cr、Pb、Zn和Ni均以残渣态为主,其中Cr残渣态含量最高,而Mn以可交换态及碳酸盐结合态为主;除残渣态以外,Cu和Ni以Fe/Mn.氧化物结合态和有机物及硫化物结合态为主要存在形态, Cr以有机硫及硫化物结合态为主要形态,Pb以Fe/Mn氧化物结合态为主要形态。各重金属元素的非残渣态部分所占百分含量的排序为:Mn>Zn>Pb>Cu>Ni>Cr,非残渣态含量越高说明其潜在的生物有效性越大。 污染程度评价结果表明,大多数采样点的Zn处于中度污染水平,Cd及Cu处于轻度污染,Pb及Cr处于轻度污染或较为清洁状态。污染程度排序为.Zn>Cd>Cu>Pb>Cr。潜在生态风险评价结果表明,该研究区域处于低度生态风险水平,但Cd的生态风险较大,为中度或较重生态风险等级。Cu,Cr,Pb及Zn均为低生态风险等级。重金属对该地区生态风险构成的危害程度排列大小顺序为Cd>Cu>Pb>Zn>Cr。 研究区域内,沉积物中总磷的含量范围在595.5~1268.8 mg/kg之间,平均含量为758.9mg/kg。与国内外典型的河口和滨岸带潮滩比较,处于相对较高水平。 与20世纪80年代长江口、杭州湾地区总磷平均值(290 mg/kg)相比较,杭州湾滨岸潮滩地区的磷有显著提高。总磷的沿程分布呈现多峰值变化特征,最大峰值出现在杭州湾北岸的H2(奉新)岸段。空间分布特征总体表现为:杭州湾北岸>钱塘江杭州河段>杭州湾南岸。磷的形态提取结果表明,总磷中有89.3%以无机磷形式存在,钙磷、残留无机态磷、有机磷、铁铝结合态磷是沉积物中磷的主要赋存形态,平均分别占总磷的68.3%、14.6%、10.7%、5.3%。钙磷的分布受到盐度变化影响,自钱塘江河口向外海方向明显增加;铁铝结合态磷则相反,分布朝外海逐步递减。TOC含量与铁铝结合态磷存在良好线性关系,说明沉积物中的有机物质在某种程度上影响着铁铝结合态磷的含量与分布。 沉积物中的潜在生物有效磷含量在43.62~177.84 μg/g之间,平均含量为94.13 mg/kg,仅占总磷含量12.7%。三个岸段BAP平均含量排序为:钱塘江杭州河段>杭州湾南岸>杭州湾北岸。与长江口、淀山湖表层沉积物中磷比较发现,长江口和淀山湖的总磷含量均高于杭州湾滨岸。杭州湾地区的生物可利用磷(BAP)含量低于长江口和淀山湖地区,其生态释放风险较内陆富营养化湖泊比较属于相对低风险水平。
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