南四湖沉積物內(nèi)源污染翻譯規(guī)律與水質(zhì)響應(yīng)的關(guān)系研究.pdf

1、湖泊沉積物記錄著水體污染歷史、人類影響和環(huán)境變遷，沉積物與水體有著緊密的、強(qiáng)烈的相互作用，對(duì)沉積物污染物的狀態(tài)和動(dòng)態(tài)的研究，可以評(píng)價(jià)內(nèi)源污染對(duì)水體的影響及預(yù)測(cè)有內(nèi)源釋放導(dǎo)致的水質(zhì)變化和富營(yíng)養(yǎng)化有著重要的理論和實(shí)際意義。本研究在結(jié)合大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)野外監(jiān)測(cè)與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析，運(yùn)用動(dòng)態(tài)模擬和多元統(tǒng)計(jì)分析等方法，對(duì)南四湖上下級(jí)湖區(qū)沉積物的營(yíng)養(yǎng)物及重金屬污染特征、潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、污染物的環(huán)境化學(xué)行為，釋放規(guī)律和特征，沉積物-水界面的

2、相互作用，以及與沉積物對(duì)應(yīng)的水質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　 主要研究包括主要從污染物形態(tài)上進(jìn)行了釋放風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；通過(guò)室內(nèi)沉積物-水界面模擬，分析其中不同環(huán)境條件及水質(zhì)條件的釋放規(guī)律，對(duì)釋放的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了擬合以進(jìn)一步尋求其釋放的特征和機(jī)制。最后，通過(guò)分析沉積物與水體污染物及理化特征間的相關(guān)性，進(jìn)一步探究其相互作用和影響過(guò)程。本研究得出以下結(jié)論：
　　 1.用沉積物營(yíng)養(yǎng)物剖面分析了南四湖沉積物中營(yíng)養(yǎng)元素的積累規(guī)律，結(jié)果

3、表明南四湖受近代人為影響較大，沉積物氮、磷、有機(jī)質(zhì)有進(jìn)一步的積累，含量范圍分別達(dá)925.66～4695.82mg/kg，176.37～1281.37 mg/kg和1.21％～16.65％。表層沉積物總磷富集以入湖河流最為嚴(yán)重，入湖河流高于湖區(qū)，湖區(qū)沉積物中富集順序?yàn)椋耗详?yáng)湖>獨(dú)山湖>微山湖>昭陽(yáng)湖。
　　 2.運(yùn)用順序提取法測(cè)定沉積物磷的形態(tài)，分析了其移動(dòng)性、生物有效性和潛在釋放風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明，南四湖上下級(jí)湖以無(wú)機(jī)磷占優(yōu)勢(shì)，有機(jī)

4、磷含量占總磷的3.98％～27.59％，無(wú)機(jī)磷中又以交換態(tài)磷、鐵磷等活性磷含量高，占比例大，磷極易向水體釋放，生物有效性高，潛在釋放風(fēng)險(xiǎn)大。
　　 3.磷形態(tài)相關(guān)性分析結(jié)果表明：除殘?jiān)鼞B(tài)磷外，其余各形態(tài)磷含量與總磷含量均顯著相關(guān)，尤其是Fe-P和Ex-P與總磷呈極顯著相關(guān)；沉積物中的生物可利用磷的含量變化趨勢(shì)與人為活動(dòng)造成的沉積物中TP含量的增加趨勢(shì)相一致。鐵磷與交換態(tài)磷、閉蓄態(tài)磷、自生磷和有機(jī)磷均具有極高的相關(guān)性。交換態(tài)磷與鐵

5、磷、有機(jī)磷均有較高的相關(guān)性，有機(jī)磷的降解釋放，鐵結(jié)合態(tài)磷的還原釋放等作用，都可導(dǎo)致弱吸附態(tài)磷含量的增高。除了殘?jiān)鼞B(tài)磷外，其他磷形態(tài)與沉積物有機(jī)質(zhì)均有著良好的相關(guān)性，尤其以有機(jī)磷與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性極顯著。
　　 4.南四湖下級(jí)湖12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉積物與水質(zhì)TP濃度對(duì)比分析表明，夏季有利于磷P向上覆水體釋放。相關(guān)分析表明，沉積物總磷與水體總磷和溶解性磷含量不相關(guān)，水體磷污染的響應(yīng)與沉積物磷污染積累并不一致。下級(jí)湖區(qū)沉積物磷負(fù)荷較高，但上覆

6、水中磷負(fù)荷較低，表明沉積物-水中污染物交換更強(qiáng)烈。說(shuō)明水質(zhì)響應(yīng)的并不取決于沉積物污染物的含量，而更多地決定于污染物在固-液兩相的交換和相互作用，及沉積物所處的狀態(tài)及變化。
　　 5.為了進(jìn)一步闡明污染物在沉積物-水體兩相的交換和相互作用，進(jìn)行了沉積物-水界面動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，能夠在一定程度上反應(yīng)了沉積物在環(huán)境條件改變時(shí)水中污染物的響應(yīng)情況；還可定量確定其交換速率，通量，以此判斷不同條件下，一段時(shí)間內(nèi)的釋放量。沉積物在好氧和缺氧條件下

7、均可能發(fā)生磷的釋放，缺氧條件下總磷和溶解反應(yīng)性磷(SRP)的釋放速率和釋放量均大于好氧條件下。但在好氧階段更傾向于吸附磷，而在水體磷濃度較低時(shí)也可能轉(zhuǎn)向磷的釋放；在缺氧條件下，沉積物趨向于向上覆水釋放磷，6.吸附和釋放動(dòng)力學(xué)和等溫線能夠很好地解釋磷吸附和釋放能力，進(jìn)一步預(yù)測(cè)沉積物污染動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)。Pseudo一級(jí)和二級(jí)動(dòng)力學(xué)均能較好地描述磷吸附/解吸過(guò)程，但pseudo二級(jí)速率方程預(yù)測(cè)的平衡吸附量更接近實(shí)際所測(cè)得的結(jié)果。因此，更適合解釋沉

8、積物磷吸附和釋放過(guò)程，說(shuō)明磷的吸附/釋放是受化學(xué)速率控制的，吸附速率取決于吸附量而非吸附質(zhì)濃度。改進(jìn)的Langmuir模型比Freundlich模型和線性模型能更好地?cái)M合磷釋放過(guò)程。擬合結(jié)果表明沉積物磷的吸附過(guò)程是在低濃度范圍內(nèi)的單分子層吸附，并可通過(guò)得出的最大吸附量評(píng)價(jià)沉積物的吸附/解吸能力.
　　 7.通過(guò)序批等溫實(shí)驗(yàn)，擬合后計(jì)算得到沉積物與水平衡時(shí)的零平衡磷濃度(EPC0)，該方法能夠有效地預(yù)測(cè)沉積物磷所處的釋放狀態(tài)，在白

9、馬河、新薛河、小泥河、十字河入湖口及大捐，沉積物向水體釋放磷的風(fēng)險(xiǎn)較大，需密切關(guān)注；而在大捐洼、艾湖近岸及微山島北，沉積物和水體磷處于近似的平衡，也有釋放的可能，需加強(qiáng)野外監(jiān)測(cè)。
　　 8.用重金屬總量富集因子法分析沉積物重金屬的累積程度，結(jié)果表明：南四湖沉積物中重金屬以Cd富集最嚴(yán)重，與本底值相比超過(guò)幾十倍，其次Zn，Cu，Pb為中等污染，超標(biāo)本底值2-6倍，Cr，Mn超標(biāo)較少，F(xiàn)e與本底值基本持平。重金屬污染較重的為上級(jí)湖的

10、獨(dú)山湖，下級(jí)湖的艾湖境內(nèi)，入湖河流為上級(jí)湖區(qū)的洗府河和下級(jí)湖區(qū)的十字河。上級(jí)湖區(qū)重金屬污染較下級(jí)湖區(qū)嚴(yán)重。
　　 9.運(yùn)用沉積物重金屬總量和影響篩分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比法，詳細(xì)地評(píng)價(jià)重金屬污染和毒性風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)生物環(huán)境的影響。結(jié)果表明，南四湖大部分沉積物在一定程度上遭受到了重金屬的污染。其中，受Cr和Zn的影響最嚴(yán)重，受Cd，Pb，Cu，Mn的影響中等，F(xiàn)e的影響最輕。上級(jí)湖較下級(jí)湖更多地受到Cu，Cr，Pb和Cd的污染；Zn、Fe和Mn的污染

11、在上、下級(jí)湖無(wú)明顯差異。
　　 10.運(yùn)用重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)碼(RAC)及各形態(tài)所占比例分析重金屬的潛在釋放風(fēng)險(xiǎn)。其中，Cd較大部分(30％-65％)是可移動(dòng)態(tài)，因此具有高的進(jìn)入食物鏈的風(fēng)險(xiǎn)，約46％-50％的Pb以交換態(tài)或碳酸鹽結(jié)合態(tài)存在，對(duì)水環(huán)境具有較高風(fēng)險(xiǎn)，Cr和Zn移動(dòng)性也相對(duì)較高。大部分Cu和Mn以非移動(dòng)態(tài)存在，近少部分發(fā)現(xiàn)于碳酸鹽結(jié)合態(tài)，因此對(duì)水生環(huán)境具有中等風(fēng)險(xiǎn)。鐵絕大多數(shù)以非移動(dòng)態(tài)存在，且富集因子很低，對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)很低

12、。7種金屬的潛在風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)椋篊d>Pb>Cr>Zn>Cu>Mn>Fe。
　　 11.應(yīng)用聚類分析為污染區(qū)域進(jìn)行分類，發(fā)現(xiàn)上、下級(jí)湖重金屬綜合污染有著顯著的差異；用主成分綜合分析確定重金屬綜合污染的重點(diǎn)區(qū)域，結(jié)果表明U9，U1，U10，U8，D6和D1是重金屬綜合污染最嚴(yán)重的點(diǎn)位，上級(jí)湖較下級(jí)湖污染嚴(yán)重，這與當(dāng)?shù)孛芗墓I(yè)排放和人為活動(dòng)有關(guān)，與聚類分析和富集因子法的評(píng)價(jià)結(jié)果一致。對(duì)重金屬釋放動(dòng)力學(xué)的擬合研究表明，Pseudo二級(jí)動(dòng)