廈門灣表層沉積物重金屬元素的賦存形態(tài)特征

1、廈門灣表層海水重金屬元素的遷移過程規(guī)律研究林 彩1.2，李文權1*,劉 洋2,陳寶紅2,霍云龍2,孫秀武2（1.廈門大學海洋與地球學院，福建廈門361005；2.國家海洋局第三海洋研究所，福建廈門361005）摘要：為探討廈門灣表層海水中重金屬元素遷移過程的規(guī)律，采集九龍江上游段的淡水端樣品 與大嶝島附近的海水端樣品，開展影響重金屬遷移過程的環(huán)境因子如鹽度、pH、懸浮物（SPM）、 總有機碳（TOC）的模擬實驗。結果表明：1）隨著鹽度的增加，各重金屬含量均有不同程度的 降低，尤其是Cu、Zn和Cd，鹽度增加到35時，含量僅約為淡水端含量的60%； 2）隨著pH 的增加，各重金屬含量亦有不同程度

2、的降低，尤其是Zn和Cd，pH增加到8.30時，含量僅分 別為淡水端含量的20%及40%左右；3）隨著SPM含量的增加，各重金屬含量均有不同程度的 增加，尤其是Zn和Pb，SPM增加到400 mg/L時，含量可分別為淡水端含量的45倍及8倍左 右；SPM與Cr之間存在顯著的線性負相關關系，隨SPM含量的增加，Cr含量略有下降，但降 幅不大，SPM增加到400 mg/L時，Cr含量仍約為淡水端含量的80%； 4）隨著TOC含量的增 加，各重金屬含量均有不同程度的增加，尤其是Cu、Zn和Cr； 5）在天然水體多因素的共同作 用下，重金屬與鹽度、pH及SPM之間仍存在線性相關，但受其影響的程度要較單

3、個因素影響 ?。恢亟饘倥cTOC之間亦存在正相關，但較單個因素影響不同。綜上所述廈門灣表層海水重金 屬含量在從河口向外海擴散過程中，受環(huán)境因子的影響作用是較為復雜的，其遷移過程的規(guī)律 具有復雜性。關鍵詞：廈門灣；重金屬；遷移過程；環(huán)境因子 中圖分類號：P 76文獻標志碼：A進入海洋中的重金屬一般要經歷物理、化學和生物等遷移過程，水體中的重金屬污染物可 通過吸附、沉淀等物理化學作用，轉移并蓄積在沉積相中，但當水環(huán)境條件等因素改變時，重 金屬又可能通過解吸、溶解等作用再次釋放，重新進入水體中，造成二次污染。由此可見，重 金屬在水體中的遷移轉化是一個復雜的過程，并且其中有些過程是可逆的，所以在研究重金

4、屬基金項目：國家海洋局公益性項目（2011418015）、國家海洋局第三海洋研究所基本科研業(yè)務費（海三科2011014） 咻彩，女，在讀博士，從事海洋化學及環(huán)境科學研究工作通訊作者：李文權，email: HYPERLINK mailto: 在水體中的遷移規(guī)律時，必須綜合考慮各過程以及主要影響因素1-2。研究表明影響重金屬吸附 的水環(huán)境因素包括溫度、離子強度、pH、懸浮物等3-11。本文擬在廈門灣采集九龍江上游段的 淡水端樣品與大嶝島附近的海水端樣品，開展影響重金屬遷移過程環(huán)境因子（鹽度、pH、懸浮 物、總有機碳）的模擬實驗，以研究探討廈門灣表層海水中重金屬元素遷移過程的規(guī)律。1材料與方法1.1

5、樣品采集在廈門灣采集九龍江上游段的淡水端樣品與大嶝島附近的海水端樣品。這兩個樣品中各參 數含量見表1。表1模擬實驗中淡水端及海水端樣品各要素的含量Tab.1 Characteristics of the freshwater and marine end-member samples in the simulation experiments樣品鹽度pHSPMTOCCuPbZnCdCr（mg/L）（mg/L）gg/L淡水端3.37927.7435.01.431.430.1172.250.1720.837海水端30.31668.142.001.041.030.1111.600.0740.7741

6、.2實驗過程本文主要開展廈門灣表層海水重金屬與環(huán)境因子（鹽度、pH、SPM、TOC）的單因子實驗 及混合實驗。主要步驟如下：1.2.1鹽度以淡水端的樣品為本底，加氯化鈉固體（優(yōu)級純）調節(jié)樣品中的鹽度梯度大致為4、10、 15、20、25、30、35,振蕩2 h，經0.45 gm醋酸纖維濾膜過濾后，在安捷倫電感耦合等離子體 質譜儀（ICP-MS 7700 x）上測定Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的含量，同時測定國家標準海水以檢驗 準確度。測定各樣品的鹽度值。pH以淡水端的樣品為本底，用氫氧化鈉調節(jié)樣品中的pH梯度大致為7.70、7.80、7.90、8.00、 8.10、8.20、8.30、8.40

7、、8.50，振蕩 2 h，經 0.45 gm 醋酸纖維濾膜過濾后，在 ICP-MS 7700 x 上測定Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的含量，同時測定國家標準海水以檢驗準確度。測定各樣品的pH 值。SPM以海水端的樣品為本底，配制5 000 mg/L的高嶺土溶液，并以此溶液調節(jié)樣品中的SPM 梯度大致為 5.0、10.0、30.0、50.0、100.0、200.0、300.0、500.0 mg/L，振蕩 2 h，經 0.45 gm 醋 酸纖維濾膜過濾后，在ICP-MS 7700 x上測定Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的含量，同時測定國家標準 海水以檢驗準確度。測定各樣品的SPM含量。TOC以海水端

8、的樣品為本底，配制312 mg/L的EDTA二鈉鹽溶液，并以此溶液調節(jié)樣品中的 TOC梯度大致為1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0 mg/L，并稀釋本底樣品一倍，得到TOC 濃度約為0.50 mg/L的樣品，上述樣品均振蕩2 h，經0.45 gm醋酸纖維濾膜過濾后，在ICP-MS 7700 x上測定Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的含量，同時測定國家標準海水以檢驗準確度。測定各樣 品的TOC含量。1.2.5混合實驗將淡水端樣品、海水端的樣品按不同比例進行混合，形成鹽度梯度大致為4、9、13、17、 21、25、30的系列溶液，振蕩2 h，經0.45 gm醋酸纖維濾膜過濾

9、后，在ICP-MS 7700 x上測定 Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的含量，同時測定國家標準海水以檢驗準確度。測定各樣品的鹽度、pH 值及SPM含量。將淡水端樣品、海水端的樣品分別以不同比例進行混合，形成如下系列溶液：淡水端樣品、 75%淡水端樣品、50%淡水端樣品、25%淡水端樣品、海水端樣品。振蕩2h，經0.45 gm醋酸 纖維濾膜過濾后，在ICP-MS 7700 x上測定Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的含量，同時測定國家標準海 水以檢驗準確度。測定各樣品的TOC含量。2實驗結果2.1重金屬與鹽度實驗結果如圖1所示，結果表明鹽度與Cu、Pb、Zn、Cd、Cr五種重金屬之間均存在顯著 的線性負

10、相關關系，隨著鹽度的增加，各重金屬含量均有不同程度的降低，尤其是Cu、Zn和 Cd，鹽度增加到35時，含量僅大約為淡水端含量的60%，表明在廈門灣海域，表層重金屬從 河口向外海擴散過程中，鹽度是影響其含量的一個重要因素，尤其是Cu、Zn和Cd。圖1各重金屬含量與鹽度的模擬實驗結果圖Fig.1 Simulation results of salinity and heavy metals2.2重金屬與pH實驗結果如圖2所示，結果表明pH與Cu、Pb、Zn、Cd、Cr五種重金屬之間均存在顯著的 線性負相關關系，隨著pH的增加，各重金屬含量均有不同程度的降低，尤其是Zn和Cd，pH 增加到8.30時

11、，含量僅分別為淡水端含量的20%及40%左右，表明在廈門灣海域，表層重金屬 從河口向外海擴散過程中，pH亦是影響其含量的一個重要因素，尤其是Zn和Cd，這與張恩仁 等的研究結果一致12圖2各重金屬含量與pH的模擬實驗結果圖Fig.2 Simulation results of pH and heavy metals2.3重金屬與SPM實驗結果如圖3所示，結果表明SPM與Cu、Pb、Zn、Cd四種重金屬之間均存在顯著的線 性正相關關系，隨著SPM含量的增加，各重金屬含量均有不同程度的增加，尤其是Zn和Pb， SPM增加到400 mg/L時，含量可約為淡水端含量的45倍及8倍；SPM與Cr之間存在

12、顯著的 線性負相關關系，隨SPM含量的增加，Cr含量略有下降，但降幅不大，SPM增加到400 mg/L 時，Cr含量還約為淡水端含量的80%。上述結果表明在廈門灣海域，表層重金屬從河口向外海 擴散過程中，SPM亦是影響其含量的一個重要因素，尤其是Zn和Pb，在河口區(qū)重金屬的遷移 變化過程中，懸浮物質作為主要存在的吸附載體，通過吸附解吸等作用，對重金屬在水相、沉 積相間的分配起著重要作用。Fig.3 Simulation results of SPM and heavy metals2.4重金屬與TOC實驗結果（圖4）表明TOC與各重金屬之間均存在顯著的正相關性，可用多項式來表達。 隨TOC含量

13、的增加，各重金屬含量均有不同程度的增加，表明在廈門灣海域，表層重金屬從河 口向外海擴散過程中，TOC是影響其含量的一個重要因素，尤其是Cu、Zn和Cr。Dl OIMEi- - tLODbli4 + D.Q2S21 + tLOILT圖4各重金屬含量與TOC的模擬實驗結果圖Fig.4 Simulation results of TOC and heavy metals2.5重金屬與各因子混合實驗實驗結果見圖5。淡水端、海水端混合實驗結果表明TOC與各重金屬含量之間存在顯著的 正相關關系，其相關關系可用多項式表示。而鹽度、pH、SPM均與各重金屬含量之間存在顯著 的線性相關關系，pH與Cr之間的相關

14、性略差些，但亦可達到0.546。-0.005514x - El BBi.Q.OO ?.?07=山叫3Ta aL- = 0-P?E.a. doKC WJJa. 2：iHi iPj ：i ifli ! ) ；察主mr -1-3531X + 此.Sil2. SIz.oo茹:：Hi ! )ifii BS.a i.C.i LE.0 5U.Q 2S.Q 3H01.40W.密1OLII 10.0 G.a iLLt! is. | 2ClO 紜 tl 過 tl 3E.D LlDTK wu30. D LCIQ 即2 GID30. Q置QD.MC*觸 tl j林血3媛ma. HiT= n.QDELx-i- 0.77

15、SG = dttL7= xarafti- wieh；* i.t_fiin- t.miX- LMAQ. 15y= TAIL缸+0直口罔 r = Q.7P37= -CdCrPb； 受pH影響的大小順序為ZnCuCdCrPb；受SPM影響的大小順序為ZnCuCdCrPb。由 此可見，在廈門海域中，Zn、Cu的活性較大，易受到水體中各因子變化的影響，而Pb的活性 較小，在水體中的含量較為穩(wěn)定。4結論本文開展了廈門灣九龍江口淡水端及大嶝島附近海水端樣品中重金屬與環(huán)境因子（鹽度、 pH、SPM、TOC）的單因子及混合模擬實驗，得到如下結果：1）隨著鹽度的增加，各重金屬含量均有不同程度的降低，尤其是Cu、Z

16、n和Cd，鹽度增 加到35時，含量僅約為淡水端含量的60%；2）隨著pH的增加，各重金屬含量亦有不同程度的降低，尤其是Zn和Cd，pH增加到8.30 時，含量僅分別為淡水端含量的20%及40%左右；3）隨著SPM含量的增加，各重金屬含量均有不同程度的增加，尤其是Zn和Pb，SPM增 加到400 mg/L時，含量可約為淡水端含量的45倍及8倍；SPM與Cr之間存在顯著的線性負 相關關系，隨SPM含量的增加，Cr含量略有下降，但降幅不大，SPM增加到400 mg/L時，Cr 含量仍約為淡水端含量的80%；4）隨著TOC含量的增加，各重金屬含量均有不同程度的增加，尤其是Cu、Zn和Cr；5）在天然水

17、體多因素的共同作用下，重金屬與鹽度、pH及SPM之間仍存在線性相關，但 受其影響的程度要較單個因素影響?。恢亟饘倥cTOC之間亦存在正相關，但較單個因素影響不 同，表明廈門灣海域表層水體重金屬在從河口向外海擴散過程中，其含量受環(huán)境因子的影響作 用是較為復雜的，遷移過程的規(guī)律具有復雜性。參考文獻：張正斌.海洋化學M.青島：中國海洋大學出版社,2004: 164-167李莉，張衛(wèi)，白娟等.重金屬在水體中遷移轉化過程分析J.山東水利,2010, 1-2: 31-33, 36Davis A O, Galloway J N and Nordstrom D K. Lake acidification: It

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21、hird Instituteof Oceanography, State Oceanic Administration, Xiamen 361005, China)Abstract: The single factor and mixing simulation experiments of freshwater end in Jiulong River estuary and seawater end in Dadeng island in Xiamen Bay were taken to discuss the effects of environmental factors includ

22、ing salinity, pH, suspended matter(SPM) and total organic carbon(TOC) on heavy metals including Cu, Pb, Zn, Cd and Cr in migration process. The results of single factors simulation experiments indicated salinity, pH, SPM and TOC were the main influencing factors of these five heavy metals during the

23、 spread process from estuary to open sea due to significantly correlated with heavy metals. 1) The concentrations of heavy metals decreased on a different degree with the increase of salinity. When salinity was 35, the concentrations of Cu, Zn and Cd were about 60% of those in freshwater end; 2) The concentrations of heavy metals all went down with the increase of pH. When pH was 8.30, the concentrations of Zn and Cd were only 20% and 40% of those in freshwater end; 3) With the increase of SPM, the concentration of Cu, Pb, Zn and Cd