黃河包頭段沉積物重金屬的生物有效性研究.pdf

1、天然水體是受重金屬污染的主要生態(tài)系統(tǒng)之一，受重金屬污染的水體沉積物被喻為“化學(xué)定時(shí)炸彈”，沉積物是水環(huán)境重金屬污染的指示劑。流域的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)是當(dāng)今發(fā)展的趨勢(shì)，環(huán)境問(wèn)題已成為“自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)”這一復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)能否持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。城市化和工業(yè)化進(jìn)程加劇了人類(lèi)生存環(huán)境的危機(jī)，幾乎所有的河流、湖泊和海洋都遭受了不同程度的污染，世界各國(guó)均把重金屬列為水質(zhì)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。包頭市是黃河流域沿岸典型的重工業(yè)城市，在城市工業(yè)廢水對(duì)黃河水體重金屬污染

2、方面具有典型性和代表性。已有的研究表明，形態(tài)分析是生物可給性的基礎(chǔ)，也是判識(shí)沉積物中重金屬污染潛在危害的前提。自然水體是一個(gè)含有多種離子的復(fù)雜體系，開(kāi)展符合自然水體實(shí)際情況的多離子共存體系中重金屬在天然沉積物上競(jìng)爭(zhēng)吸附動(dòng)力學(xué)和競(jìng)爭(zhēng)吸附對(duì)重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化影響的研究對(duì)揭示水體重金屬污染的機(jī)理更具實(shí)際意義。采用微生態(tài)系統(tǒng)暴露實(shí)驗(yàn)和AVS法，結(jié)合孔隙水中重金屬濃度，綜合判斷黃河水體重金屬的生物有效性則有助于研究問(wèn)題的系統(tǒng)解決。從黃河水體重金屬污染

3、的機(jī)理和效應(yīng)著手，探討重金屬在黃河水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，揭示黃河沉積物重金屬形態(tài)分布與生物有效性及毒性的關(guān)系，預(yù)測(cè)黃河沉積物中重金屬的生物有效性和毒性，判識(shí)黃河沉積物中重金屬污染的潛在危害，不僅可為黃河包頭段水體重金屬的污染防治提供對(duì)策和科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也可為保護(hù)黃河水質(zhì)和城市工業(yè)廢水對(duì)河流重金屬污染的研究提供借鑒。
　　 本研究以環(huán)境地球化學(xué)、生物地球化學(xué)、污染生態(tài)學(xué)及現(xiàn)代沉積學(xué)的理論和方法為指導(dǎo)，以重金屬的地球化學(xué)特性及其生物

4、有效性為主線，分別于2004年和2005年按枯、豐、平3個(gè)水期系統(tǒng)采集了黃河包頭段干支流等9個(gè)斷面的上覆水、孔隙水、懸浮物及沉積物柱芯等樣品，捕獲了黃河包頭段天然魚(yú)樣品，共獲得17287個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)。深入探討了符合黃河實(shí)際的多離子體系中重金屬的競(jìng)爭(zhēng)吸附及其遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制、水體重金屬的污染特征、重金屬在水-沉積物-魚(yú)微生態(tài)系統(tǒng)中的響應(yīng)關(guān)系以及野生經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)重金屬的富集規(guī)律。首次開(kāi)展了承納大量城市工業(yè)廢水的黃河包頭段魚(yú)微生態(tài)系統(tǒng)暴露實(shí)驗(yàn)研究，

5、為重金屬生物有效性、生物地球化學(xué)循環(huán)及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)積累了大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。此外，鑒于南海湖與黃河的沉積同源性和繼承性，開(kāi)展了南海湖水體沉積物中重金屬的環(huán)境地球化學(xué)特征研究。本研究取得如下主要成果和進(jìn)展。
　　 ⑴首次開(kāi)展了黃河包頭段魚(yú)微生態(tài)系統(tǒng)暴露實(shí)驗(yàn)，判識(shí)了水-沉積物系統(tǒng)與魚(yú)體中重金屬的響應(yīng)關(guān)系，構(gòu)建了可判識(shí)水環(huán)境中重金屬形態(tài)與魚(yú)組織器官中有毒金屬關(guān)系的回歸模型，為重金屬污染的生物監(jiān)測(cè)提供了新的可供借鑒的有效方法。
　　

6、⑵首次綜合評(píng)價(jià)了黃河包頭段9種經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)的綜合污染程度，得出了青鱗子>鯽魚(yú)>花魚(yú)骨>團(tuán)頭魴>棒花魚(yú)>黃河鯉>赤眼鱒>鱸塘鱧>蛇鮈的重金屬污染程度序列。創(chuàng)新了魚(yú)體沉積物分形態(tài)富集系數(shù)概念，拓展了污染物生物富集機(jī)理研究的思路。
　　 ⑶發(fā)現(xiàn)了枯水期黃河沉積物為重金屬的匯，豐水期為源的特異性規(guī)律。采用沉積物重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)，判識(shí)了黃河沉積物的潛在風(fēng)險(xiǎn)性。研究揭示，包頭市工業(yè)廢水排放對(duì)黃河干流水體重金屬的污染迭加有重要貢獻(xiàn)。
　　

7、⑷實(shí)驗(yàn)得出了Pb2+>Cu2+>>Zn2+>Cd2+的競(jìng)爭(zhēng)吸附序列以及Cd>Zn>>Cu>Pb的釋放能力序列。該項(xiàng)研究成果對(duì)揭示水-沉積物系統(tǒng)中重金屬的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制具有重要意義。
　　 ⑸研究證實(shí)，南海湖與黃河具有明顯的沉積同源性和繼承性。表層沉積物間隙水中Cu和Cd，特別是Cu有從間隙水向上覆水?dāng)U散遷移的顯著特性。沉積物間隙水在重金屬由沉積物向上覆水遷移過(guò)程中起重要的橋梁通道作用。與一般淡水湖泊不同，南海湖沉積物中AVS的垂向