長(zhǎng)江中下游干流沉積物磁學(xué)及重金屬地球化學(xué)研究

.頁(yè)眉.頁(yè)腳..長(zhǎng)江中下游干流沉積物磁學(xué)及重金屬地球化學(xué)研究【摘要】：河流沉積物中蘊(yùn)含豐富的環(huán)境信息。利用河流沉積物的磁性特征進(jìn)行物源識(shí)別、沉積環(huán)境信息提取和環(huán)境污染評(píng)價(jià)是當(dāng)前環(huán)境磁學(xué)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(biāo)。作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快和城市化水平最高的地區(qū)之一,長(zhǎng)江中下游干流地區(qū)的沉積物研究一直都是學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)。以往的工作主要集中在長(zhǎng)江口、三峽庫(kù)區(qū)及干流的部分城市或區(qū)域江段,以流域整體為對(duì)象的系統(tǒng)研究相對(duì)薄弱。本文以長(zhǎng)江中下游干流河道及長(zhǎng)江口為研究對(duì)象,于2006年三峽水庫(kù)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(zhǎng)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(yùn)用環(huán)境化學(xué)、環(huán)境磁學(xué)、生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)、水文學(xué)等學(xué)科知識(shí)及測(cè)試手段,從流域角度探討了長(zhǎng)江中下游河道沉積物的重金屬地球化學(xué)及環(huán)境磁學(xué)特征。主要取得以下認(rèn)識(shí)和成果:(1)磁鐵礦主導(dǎo)了長(zhǎng)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(shì),晶粒呈變細(xì)趨勢(shì);橫斷面上,從中泓到邊灘,磁性礦物含量亦呈下降趨勢(shì),晶粒亦呈變細(xì)趨勢(shì)。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(duì)較多,亞鐵磁性礦物晶粒較細(xì)。隨著支流泥沙的入江,干流沉積物的磁性特征相應(yīng)發(fā)生改變,支流物源貢獻(xiàn)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)(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(guān)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(yīng)予以關(guān)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(guān),經(jīng)過粒徑校正后的沿程差異明顯減小。(3)長(zhǎng)江中下游干流沉積物中汞的含量總體較低,基本能達(dá)到土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。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(dòng)對(duì)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(shí),各重金屬元素共同進(jìn)入植物根系,未發(fā)現(xiàn)選擇性吸收現(xiàn)象。植物對(duì)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?；セ撞輰?duì)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?jiān)牧系奶J葦?shù)氖崭钤跍p輕長(zhǎng)江口重金屬污染上發(fā)揮著巨大生態(tài)效應(yīng)。(5)中泓沉積物顆粒整體較粗,以砂粒為主,砂粒含量達(dá)63%,平均粒徑112μm;邊灘沉積物顆粒相對(duì)較細(xì),以粉砂組分為主,粉砂組分含量達(dá)51%,平均粒徑26μm;支流沉積物顆粒最細(xì),以粘土和粉砂粒級(jí)組分為主,粘土和粉沙粒級(jí)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(zhǎng)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(jí)的石英、長(zhǎng)石(細(xì)砂)伴生,并富集于細(xì)砂沉積物中,因此長(zhǎng)江中下游河道沉積物細(xì)砂組分的磁化率最大。但將沉積物篩分為三種不同的粒級(jí)組分后再測(cè)磁化率,出現(xiàn)磁化率與粒徑成反比現(xiàn)象,即隨著粒級(jí)的變細(xì),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(xì)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(diǎn):(1)綜合運(yùn)用環(huán)境磁學(xué)、環(huán)境地球化學(xué)、沉積學(xué)、生態(tài)學(xué)等手段,從流域角度探討了長(zhǎng)江中下游干流沉積物的磁學(xué)特征和地球化學(xué)特征,建立了沉積物元素?cái)?shù)據(jù)庫(kù),為三峽完全封壩后的后續(xù)研究提供科學(xué)的比照參數(shù)。(2)系統(tǒng)探討了長(zhǎng)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(zhǎng)江中下游重金屬污染的對(duì)策措施提供依據(jù)。(3)研究了植物對(duì)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(yīng)。(4)探討了粒度對(duì)長(zhǎng)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(guān)鍵詞】：環(huán)境磁學(xué)重金屬河流沉積物長(zhǎng)江中下游干流

【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【學(xué)位授予年份】：2008

【分類號(hào)】：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(xué)及其在重金屬研究中的應(yīng)用17-191.2.1環(huán)境磁學(xué)簡(jiǎn)介17-181.2.2環(huán)境磁學(xué)在重金屬研究中的應(yīng)用18-191.3國(guó)內(nèi)外河流重金屬研究進(jìn)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(píng)價(jià)231.3.5長(zhǎng)江流域重金屬研究進(jìn)展23-241.4研究目的和研究?jī)?nèi)容24-27第二章研究區(qū)域概況27-332.1長(zhǎng)江流域概況272.2長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)驗(yàn)分析33-453.1長(zhǎng)江中下游干流樣品采集33-413.2長(zhǎng)江口樣品采集413.3實(shí)驗(yàn)分析41-453.3.1主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容41-423.2.2主要環(huán)境影響因子42-45第四章長(zhǎng)江中下游河道沉積物環(huán)境磁學(xué)特征45-714.1引言45-464.2分析原理與測(cè)試方法46-504.2.1環(huán)境磁學(xué)原理46-484.2.2磁性測(cè)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(duì)干流中泓沉積物磁性影響63-654.6長(zhǎng)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(zhǎng)江中下游河道沉積物重金屬地球化學(xué)特征71-945.1引言71-725.2重金屬影響因素與測(cè)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(cè)試分析方法745.3干流中泓沉積物重金屬的地球化學(xué)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(guān)性分析80-815.3.5重金屬與其它元素的相關(guān)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(xué)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(guān)性分析88-895.4.4重金屬與其它元素的相關(guān)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(zhǎng)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(cè)試方法95-976.2.1實(shí)驗(yàn)儀器及主要試劑956.2.2水體汞測(cè)試方法95-966.2.3沉積物汞測(cè)試方法96-976.3長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(fù)原理與測(cè)試方法104-1097.2.1植物修復(fù)原理104-1067.2.2樣品采集106-1087.2.3測(cè)試方法108-1097.3植物對(duì)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(duì)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(cè)試方法118-1208.2.1粒度測(cè)試分析原理118-1198.2.2粒級(jí)劃分119-1208.2.3粒度測(cè)試分析方法1208.3粒度