河口濱岸潮灘是海陸相互作用的重要地帶,是全球生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一。進入河口水環(huán)境中的Hg,會通過各種遷移轉(zhuǎn)化過程在水體不同介質(zhì)中重新分配。沉積物是Hg發(fā)生累積和富集的主要匯庫,累積于沉積物中的Hg會通過甲基化過程生成甲基汞(MeHg),具有一定的生態(tài)風險,也可以通過一系列的物理、化學和生物過程釋放出來,造成的“二次污染”,對人類健康帶來潛在危害。因此,有關(guān)河口潮灘中Hg生物地球化學行為的研究一直是環(huán)境科學研究的熱點問題之一。 本文在國家自然科學基金“飲用水源地底泥重金屬再懸浮釋放與水源地水質(zhì)安全研究”(批準號：40701164),和上海市優(yōu)秀學科帶頭人項目“長江口濱岸濕地汞的地球化學循環(huán)及其生態(tài)危害”(批準號：07XD14010)等項目的支持下,主要選取了長江口濱岸潮灘地區(qū),研究了不同環(huán)境介質(zhì)中Hg的含量水平、時空分布、賦存形態(tài)、生物可利用性及其生態(tài)風險,探討了不同鹽沼植被蘆葦、海三棱藨草和互花米草對沉積物中Hg累積的影響及其機制,分析了短期厭氧條件下沉積物中Hg的動力學過程和機制,揭示了不同環(huán)境條件下沉積物中Hg的再懸浮遷移轉(zhuǎn)化過程與機制及其水環(huán)境效應(yīng)。獲得的主要研究成果如下： (1)長江口近岸水體中溶解態(tài)Hg(HgD)的含量在35-421 ng/L之間變化,有53.3%的水樣中HgD的含量超過了我國地表水質(zhì)標準(GB3838-2002)中的Ⅲ類水限值,含量高值主要出現(xiàn)在滸浦-白茆岸段和羅涇-顧路岸段。沉積物中總汞(THg)含量在0.058～0.541μg/g之間變化,位于EC-TEL和EC-PEL之間,對當?shù)厮锱紶枙胸撁嫘?yīng),含量高值主要出現(xiàn)在滸浦-瀏河、羅涇-顧路和蘆潮港岸段。柱樣沉積物中Hg的含量高值出現(xiàn)在5 cm深度左右,孔隙水中HgD的含量高值出現(xiàn)在表層0.5 cm深度。粘粒和有機質(zhì)含量是影響沉積物中Hg空間分布的主要因子。沉積物中甲基汞(MeHg)含量在0.05～0.37 ng/g之間變化,在THg中僅占到0.012～0.196%,與THg含量之間不存在相關(guān)性,與有機質(zhì)含量呈正相關(guān)(r=0.488),與沉積物平均粒徑呈負相關(guān)(r=-0.579)。 (2)元素Hg (Hg-e)和硫化汞(Hg-s)是長江口潮灘沉積物中Hg的主要賦存形態(tài),分別占到THg含量的9.0%-50.3%和37.7%-85.3%。其次是有機螯合態(tài)Hg(Hg-o)含量,水溶態(tài)(Hg-w) Hg和“人類胃酸”酸溶態(tài)(Hg-h) Hg含量最低。用Hg-w、Hg-h和Hg-o三種賦存形態(tài)之和表征Hg的生物可利用性,浮橋低潮灘沉積物中Hg的生物可利用性最高,其次是瀏河和浦東機場低潮灘,與Hg的總量之間并不存在相關(guān)性。地累積指數(shù)評價結(jié)果顯示,利用Hg的形態(tài)含量計算的∑Igeo值更能反映沉積物的實際污染水平及其對水生生物的危害大小,沉積物沒有受到污染。根據(jù)THg的Eri值與Hg賦存形態(tài)的∑Eri值評價的沉積物潛在生態(tài)風險等級一致,但由生物可利用態(tài)Hg帶來的生態(tài)風險并不依賴于沉積物中THg含量的變化,長江口潮灘沉積物都屬于低生態(tài)風險等級。 (3)蘆葦帶、海三棱藨草帶與互花米草帶表層沉積物中Hg的含量范圍分別為0.009～0.365μg/g、0.020～0.771 gg/g和0.078～0.186μg/g,均明顯高于非植被帶(p0.05)。植被的促淤作用可導致沉積物中Hg含量的增加。在沉積物柱樣中,三種鹽沼植被帶在不同深度形成峰值含量。蘆葦帶沉積物中Hg的含量受根際氧化條件和植被根系周期性生長和死亡影響�；セ撞莺秃Ｈ馑懖輲С练e物中Hg的含量主要受植被促淤固沙能力的影響,其次才受到植被根系周期性生理活動的影響。主成分分析和Pearson相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),在鹽沼植被根系參與下,沉積物中的有機質(zhì)含量、16μm的細顆粒含量、以及沉積物溫度、含水率和電導率等理化指標共同作用,一起影響著互花米草帶和海三棱藨草帶沉積物中Hg的含量和分布。 (4)蘆葦與互花米草根系中Hg的含量遠高于莖葉,Hg的莖葉：根系比值分別為0.32和0.55。海三棱蔗草莖葉中Hg的含量明顯高于根系,莖葉：根系比值達到了2.88。蘆葦根系吸收的Hg要明顯高于互花米草和海三棱藨草,而海三棱藨草莖葉中累積的Hg最高。三種鹽沼植被地上與地下組織中Hg的富集系數(shù)都在0.55以下。在崇明東灘鹽沼帶中,三種鹽沼植物根系中Hg的儲量在0.02～0.11 mg Hg/m2之間,其中蘆葦根系中Hg的儲量最大,平均值為0.07 mg Hg/m2,其次是互花米草,海三棱藨草最低。三種鹽沼植物莖葉中Hg的儲量在0.01～0.05 mg Hg/m2之間,海三棱藨草莖葉中Hg的儲量最大,平均值為0.03 mg Hg/m2,其次是互花米草,蘆葦莖葉中Hg的儲量最低。 (5)崇明東灘夏季鹽沼帶沉積物柱樣中酸同時可提取態(tài)Hg (SEM-Hg)和酸可揮發(fā)硫(AVS)的平均含量分別在0.66～1.03μmol/kg和0.848～4.381 mmol/kg之間變化,3個植被帶之間差異均不顯著(p0.05)。柱樣中SEM-Hg含量與AVS含量之間不存在相關(guān)性。3個植被帶沉積物中SEM/AVS比值在ND～0.066之間,Hg的生物可利用性較低,與利用MeHg的評價結(jié)果一致,在柱樣中均在2～4 cm深度出現(xiàn)最高值,說明表層沉積物中Hg的生物可利用性相對較高。從空間分布來看,崇明東灘表層沉積物中MeHg在THg中的比例較高,生物可利用性相對較強,沿長江口南岸而下直到浦東機場,Hg的生物可利用性逐漸增強。 (6)在短期厭氧動力學試驗中,沉積物中SEM-Hg的含量占到了THg含量的20.1%～51.9%,在淹水過程中,沉積物中部分Hg被釋放出來,但進入孔隙水的HgD的通量值較小,僅有-0.004～0.011μmol/kg·d。在淹水前10天期間,沉積物固相中SEM-Hg的降幅最大,但此時孔隙水中HgD的含量增加并不多,硫酸鹽還原釋放出的S2-可能與沉積物中釋放出來的Hg2+化合形成HgS沉淀固定在沉積物中。沉積物中乙酸鈉提取態(tài)Hg的含量僅占到THg含量的0.8%～18.5%,在試驗中含量均明顯降低。在淹水10天以后,沉積物中的Fe、Mn硫化物和有機質(zhì)也可以吸附部分Hg。淹水后期添加有機質(zhì)的沉積物孔隙水中HgD的含量比密閉無有機質(zhì)添加試驗低了43%,有機質(zhì)降解使TOC逐漸增多,對Hg的吸附量增加,降低了系統(tǒng)中Hg的毒性。 (7)在動力再懸浮試驗中,水體中表現(xiàn)為以顆粒態(tài)Hg(HgP)的吸附為主,水動力條件是控制水體中Hg分配行為的關(guān)鍵因素。在鹽度和鹽度×動力耦合再懸浮試驗中,上覆水中Hg的log10Kd分別為2.8～3.8和2.7～4.5。在鹽度較低的環(huán)境條件下,動力條件是影響上覆水中Hg行為的主要因子。當鹽度在1‰以上時,上覆水中的HgP出現(xiàn)解吸行為,當動力條件達到250 r/min以上時,解吸作用增強,上覆水中HgD出現(xiàn)正通量,表現(xiàn)為向上覆水的釋放。pH和pH×鹽度耦合再懸浮試驗上覆水中Hg的log10 Kd值分別為2.8～3.9和1.4～4.0。當水體鹽度較低而pH值發(fā)生變化時,上覆水中有大量HgD被Al、Fe的氫氧化物膠體所吸附。在水體鹽度較高的情況下,水體中以O(shè)H-離子與Hg2+的反應(yīng)為主,并生成了HgO發(fā)生沉淀。 (8)中、低潮灘上覆水中Hg的分配系數(shù)分別為2.2～4.5和1.8～4.3,中潮灘表層顆粒物被擾動起來以后,對上覆水中Hg的吸附作用要弱于低潮灘,這與中潮灘沉積物相對較粗的顆粒粒徑以及較少的有機質(zhì)含量有關(guān)。較高的鹽度條件和較大的動力條件耦合在一起,可以促進低潮灘沉積物中的Hg的釋放及其在水相中的滯留,上覆水中HgD的總通量與鹽度值之間呈非常好的正相關(guān)關(guān)系(0.990),當鹽度值11.5%o時,上覆水中以HgD的正通量為主,Hg的生物可利用和毒性增強。中潮灘在再懸浮過程中,上覆水中主要以懸浮顆粒對Hg的吸附作用為主,上覆水中HgD的總通量與鹽度值之間并不存在線性關(guān)系。 本文的研究特色與創(chuàng)新之處包括以下幾點： (1)揭示了不同鹽沼植被對沉積物中Hg累積特征的差異性影響及其機制； (2)明確了短期厭氧條件下沉積物中Hg的動力學過程,弄清了Fe、Mn等金屬硫化物和沉積物TOC是影響厭氧條件下Hg遷移轉(zhuǎn)化的主要因子； (3)弄清了水體動力條件是影響Hg再懸浮行為的關(guān)鍵因子,當鹽度在1‰以上時,較高的動力條件促進了上覆水中HgP的解吸,在水體鹽度較高的情況下,pH值增加使水體中的OH-離子與Hg2+反應(yīng)生成了HgO沉淀。沉積物自身的性質(zhì)也是決定再懸浮過程中Hg遷移轉(zhuǎn)化行為的重要因素。
【學位單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2011
【中圖分類】：X13
【部分圖文】：

沿海區(qū)域在全球Hg循環(huán)中起著重要的作用 (Masonetal.， 1994)，是陸地Hg輸入海洋的重要通道，沿海沉積物也成為水體中Hg的重要匯庫，在當前全球Hg循環(huán)中(圖1一2)，土壤是最大的Hg的儲庫，其次是海洋，正以 2.4Mmol行r的速率逐漸增加。在人類活動產(chǎn)生的Hg中，有60.8%的Hg排放到大氣中去，其余部分進入了表層土壤中，排放到大氣中的Hg又以干濕沉降的方式進入地表土壤和水體中，其中直接沉降到海洋中的有41.1%，由人類活動直接排放和干濕沉降過程進入土壤中的Hg有5.7%通過河流進入了海洋中。進入海洋中的Hg絕大多數(shù)存在于海水和淺層沉積物中

華東師范大學2011屆博士學位論文第一章緒論2.3.2濱岸潮灘系統(tǒng)中Hg的生物地球化學循環(huán)圖1一3說明了濱岸潮灘系統(tǒng)中Hg的主要形態(tài)及其潛在的生物和非生物反應(yīng)、遷移、轉(zhuǎn)化和生物吸收等生物地球化學過程。憶憶翼。。 。。。。。。。。。 HHHHHHHHHHHHHg(((_幼 幼 腸腸日別 PLLLLL洲洲冬從、才一斗斗 HHHg(11)))黔黔黔黔黔黔 黔黔一一 從從賈崔 崔 崔崔崔崔 只只蕊石刃刃 毓毓 }}}筍 筍知 知 知稱稱圖1一3濱岸潮灘系統(tǒng)中Hg的生物地球化學循環(huán)(修改自ritsgera一 det:一，2007)Fig.l一 3BiogeoehemicaleyelingofHgintheeoastalintertidalflatsystem(revisedfromFitZgeraldetal.，2007)海水環(huán)境中的Hg主要以3種形態(tài)存在，包括元素Hg(Hg。)、以各種無機和有機汞化合物形式存在的二價離子汞(HgZ干)、以及包括甲基汞(MeHg)和二甲基汞(DMHg)形式存在的甲基化形態(tài) (Fitzgeraldetal.，2007)。所有這些形態(tài)通過HgZ+庫錯綜復雜地聯(lián)系在一起(圖1一3)，如Hg2+可以被還原為Hgo，Hg。通過揮發(fā)過程進入大氣，經(jīng)過復雜的大氣遷移與轉(zhuǎn)化過程后，氣態(tài)活性Hg和顆粒態(tài)Hg又以干濕沉降過程進入水體

3.2長江口南岸潮灘長江口南支河段屬強感潮河段，其水質(zhì)既受長江下泄污染負荷的影響，又受河段附近河流、排污口的直接影響(圖2一1)。長江口南支河段除了黃浦江、望虞河、瀏河等近10條大小污染嚴重的河流匯入外，河段下游上海市石洞口、竹園、白龍港排污口以及沿江眾多小排污口等點污染源對長江水體構(gòu)成了嚴重污染，從江蘇瀏河至上海吳淞口存在岸邊污染帶(吳新華，2001)。從潮灘的沖淤變化來看，長江口南岸瀏河口至朝陽農(nóng)場基本上為微沖微淤的穩(wěn)定岸段，朝陽農(nóng)場至蘆潮港口為快速淤漲岸段，灘面平坦寬廣，高、中、低潮灘發(fā)育完整。南匯東灘是長江口南岸灘地面積最大、淤積最快、發(fā)育最為完全的潮灘(楊世倫等，2001)。本研究在長江口南岸共設(shè)置了10個采樣斷面
【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張成;陳宏;王定勇;孫榮國;張金洋;;三峽庫區(qū)消落帶土壤汞形態(tài)分布與風險評價[J];環(huán)境科學;2014年03期

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 寧彤;巢湖流域土壤和河、湖沉積物汞的分布特征、成因及生態(tài)風險[D];南京大學;2012年

本文編號：2886838