長江中下游干流沉積物磁學及重金屬地球化學研究

.頁眉.頁腳..長江中下游干流沉積物磁學及重金屬地球化學研究【摘要】：河流沉積物中蘊含豐富的環(huán)境信息。利用河流沉積物的磁性特征進行物源識別、沉積環(huán)境信息提取和環(huán)境污染評價是當前環(huán)境磁學的重要發(fā)展方向。沉積物中的重金屬則常被用作判別河流水環(huán)境質(zhì)量的重要指標。作為我國經(jīng)濟發(fā)展最快和城市化水平最高的地區(qū)之一,長江中下游干流地區(qū)的沉積物研究一直都是學術界的熱點。以往的工作主要集中在長江口、三峽庫區(qū)及干流的部分城市或區(qū)域江段,以流域整體為對象的系統(tǒng)研究相對薄弱。本文以長江中下游干流河道及長江口為研究對象,于2006年三峽水庫156m蓄水前,在宜昌、荊州、城陵磯、鄂州、九江、湖口、安慶、銅陵、蕪湖、南京、江陰、鎮(zhèn)江、等城市江段以及長江口崇明環(huán)島潮灘系統(tǒng)采集干流中泓沉積物、邊灘沉積物、支流沉積物、表層水樣及植物樣品,綜合運用環(huán)境化學、環(huán)境磁學、生態(tài)學、土壤學、水文學等學科知識及測試手段,從流域角度探討了長江中下游河道沉積物的重金屬地球化學及環(huán)境磁學特征。主要取得以下認識和成果:(1)磁鐵礦主導了長江中下游河道沉積物的磁性特征,磁鐵礦晶粒以假單疇(PSD)-多疇(MD)為主?？v斷面上,從中游到下游,磁性礦物含量呈下降趨勢,晶粒呈變細趨勢;橫斷面上,從中泓到邊灘,磁性礦物含量亦呈下降趨勢,晶粒亦呈變細趨勢。與干流相比,支流沉積物中不完整反鐵磁性物質(zhì)含量相對較多,亞鐵磁性礦物晶粒較細。隨著支流泥沙的入江,干流沉積物的磁性特征相應發(fā)生改變,支流物源貢獻是干流沉積物的磁性特征空間變化的主要影響因子。(2)中泓沉積物的重金屬總量及生物可利用態(tài)含量較低,與本流域土壤巖石元素背景值相近,符合土壤環(huán)境質(zhì)量一級標準(GB15618-1995),不存在重金屬污染。邊灘與支流沉積物已遭受不同程度的重金屬污染,與城市排污有關的Cu、Pb、As、Ni等元素含量較高。邊灘與支流沉積物中生物可利用態(tài)重金屬的含量較高,所占比重較大,容易通過食物鏈傳遞,危害性大,應予以關注。從中游到下游,中泓沉積物的重金屬含量沿程分布差異較大。粒徑與重金屬沿程差異密切相關,經(jīng)過粒徑校正后的沿程差異明顯減小。(3)長江中下游干流沉積物中汞的含量總體較低,基本能達到土壤環(huán)境質(zhì)量一級標準。中泓沉積物基本保持自然地質(zhì)背景狀態(tài)。邊灘沉積物中汞含量明顯偏高,反映出人類活動對近岸水域影響較大。邊灘沉積物汞的含量高值出現(xiàn)在九江-銅陵區(qū)域。(4)崇明環(huán)島潮灘植物主要通過根系吸收沉積物中的重金屬。吸收重金屬時,各重金屬元素共同進入植物根系,未發(fā)現(xiàn)選擇性吸收現(xiàn)象。植物對重金屬的吸收具有地域差異性,崇明北岸蘆葦體內(nèi)的重金屬含量普遍高于南岸。互花米草對重金屬的吸收與累積能力高于蘆葦和蔗草。蘆葦和互花米草體內(nèi)重金屬含量的分布規(guī)律為根系莖葉,地上部分的重金屬含量一般大于50%,通過植物收割方式能有效轉(zhuǎn)移重金屬。被廣泛用作造紙原材料的蘆葦?shù)氖崭钤跍p輕長江口重金屬污染上發(fā)揮著巨大生態(tài)效應。(5)中泓沉積物顆粒整體較粗,以砂粒為主,砂粒含量達63%,平均粒徑112μm;邊灘沉積物顆粒相對較細,以粉砂組分為主,粉砂組分含量達51%,平均粒徑26μm;支流沉積物顆粒最細,以粘土和粉砂粒級組分為主,粘土和粉沙粒級組分含量分別為39%和52%,平均粒徑9.2μm。(6)粒度是影響沉積物磁性特征的重要因素。由于長江中下游河道沉積物中晶粒以假單疇一多疇為主(粉砂)的磁鐵礦,與較粗粒級的石英、長石(細砂)伴生,并富集于細砂沉積物中,因此長江中下游河道沉積物細砂組分的磁化率最大。但將沉積物篩分為三種不同的粒級組分后再測磁化率,出現(xiàn)磁化率與粒徑成反比現(xiàn)象,即隨著粒級的變細,磁化率愈高。粒度亦是影響重金屬含量的重要因素,不同粒徑顆粒吸附重金屬能力不同。重金屬元素Cu、Mn、Pb、As和Ni等性質(zhì)較為相似,主要富集于細顆粒組分中;與此相反,Sr、Cr和Zr元素趨于富集在粗顆粒組分中。本論文的創(chuàng)新點:(1)綜合運用環(huán)境磁學、環(huán)境地球化學、沉積學、生態(tài)學等手段,從流域角度探討了長江中下游干流沉積物的磁學特征和地球化學特征,建立了沉積物元素數(shù)據(jù)庫,為三峽完全封壩后的后續(xù)研究提供科學的比照參數(shù)。(2)系統(tǒng)探討了長江中下游干流河道中泓、邊灘、支流沉積物中重金屬的總量與生物可利用態(tài)含量水平、污染狀況、沿程分布及影響因素,為制定防治長江中下游重金屬污染的對策措施提供依據(jù)。(3)研究了植物對沉積物中重金屬吸收與累積的能力大小、地域差異、及其影響因素,探討了重金屬的植物生態(tài)效應。(4)探討了粒度對長江中下游干流河道沉積物的磁性特征和重金屬特征的影響?！娟P鍵詞】：環(huán)境磁學重金屬河流沉積物長江中下游干流

【學位授予單位】：華東師范大學

【學位級別】：博士

【學位授予年份】：2008

【分類號】：P342

【目錄】：摘要6-9ABSTRACT9-13目錄13-16第一章緒論16-271.1問題的提出16-171.2環(huán)境磁學及其在重金屬研究中的應用17-191.2.1環(huán)境磁學簡介17-181.2.2環(huán)境磁學在重金屬研究中的應用18-191.3國內(nèi)外河流重金屬研究進展19-241.3.1河流重金屬研究概述19-201.3.2河流重金屬的主要來源20-211.3.3沉積物中重金屬的主要研究方法21-231.3.4河流重金屬污染評價231.3.5長江流域重金屬研究進展23-241.4研究目的和研究內(nèi)容24-27第二章研究區(qū)域概況27-332.1長江流域概況272.2長江中下游干流流域概況27-312.2.1自然地理特征27-302.2.2水環(huán)境現(xiàn)狀30-312.2.3重大工程影響312.3長江口區(qū)域概況31-332.3.1自然地理特征31-322.3.2生態(tài)環(huán)境污染狀況32-33第三章樣品采集與實驗分析33-453.1長江中下游干流樣品采集33-413.2長江口樣品采集413.3實驗分析41-453.3.1主要實驗內(nèi)容41-423.2.2主要環(huán)境影響因子42-45第四章長江中下游河道沉積物環(huán)境磁學特征45-714.1引言45-464.2分析原理與測試方法46-504.2.1環(huán)境磁學原理46-484.2.2磁性測量及分析方法48-504.3干流中泓沉積物的磁性特征50-564.3.1磁性礦物的類型與含量50-544.3.2磁性礦物的晶粒特征54-554.3.3磁性礦物的沿程分布特征55-564.4干流邊灘沉積物的磁性特征56-614.4.1基本磁性特征56-604.4.2邊灘沉積物橫斷面磁性特征60-614.5支流沉積物的磁性特征61-654.5.1基本磁性特征61-634.5.2支流匯入對干流中泓沉積物磁性影響63-654.6長江口潮灘沉積物的磁性特征65-704.6.1崇明東灘基本磁性特征66-674.6.2磁性特征垂向變化67-704.7小結(jié)70-71第五章長江中下游河道沉積物重金屬地球化學特征71-945.1引言71-725.2重金屬影響因素與測試方法72-745.2.1水體沉積物重金屬的影響因素72-745.2.2測試分析方法745.3干流中泓沉積物重金屬的地球化學特征74-855.3.1含量水平74-765.3.2沿程分布76-775.3.3重金屬粒徑歸一化研究77-805.3.4重金屬元素間相關性分析80-815.3.5重金屬與其它元素的相關性分析81-835.3.6生物可利用態(tài)重金屬分析83-855.4干流邊灘和支流沉積物重金屬的地球化學特征85-925.4.1含量水平85-885.4.2邊灘沉積物典型橫斷面885.4.3重金屬元素間相關性分析88-895.4.4重金屬與其它元素的相關性分析89-915.4.5生物可利用態(tài)重金屬分析91-925.5小結(jié)92-94第六章長江中下游干流表層水和沉積物汞含量特征94-1036.1引言94-956.2樣品測試方法95-976.2.1實驗儀器及主要試劑956.2.2水體汞測試方法95-966.2.3沉積物汞測試方法96-976.3長江中下游干流表層水體汞的含量特征97-996.3.1含量特征97-986.3.2原因探討98-996.4長江中下游河道沉積物中汞的含量特征99-1026.4.1中泓沉積物中汞含量特征99-1006.4.2邊灘沉積物中汞含量特征100-1026.5小結(jié)102-103第七章植物對沉積物中重金屬的吸收與累積103-1177.1引言103-1047.2植物修復原理與測試方法104-1097.2.1植物修復原理104-1067.2.2樣品采集106-1087.2.3測試方法108-1097.3植物對沉積物中重金屬的吸收與累積109-1167.3.1根系土壤重金屬含量特征1097.3.2植物體吸收重金屬的地域差異109-1127.3.3不同植物體的重金屬含量特征112-1137.3.4植物體的不同部位重金屬含量113-1157.3.5植物根系吸收重金屬元素的選擇性115-1167.4小結(jié)116-117第八章粒度對沉積物磁性和重金屬特征的影響117-1378.1引言117-1188.2粒度分析原理與測試方法118-1208.2.1粒度測試分析原理118-1198.2.2粒級劃分119-1208.2.3粒度測試分析方法1208.3粒度