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红树林是分布于热带/亚热带河口潮间带的重要植被类型。开展红树林湿地沉积物的生物地球化学研究不仅可以更全面了解沉积物中污染物分布和行为,而且对于红树林保护意义重大,故已成为相关研究中前沿领域之一。本文选取珠江口淇澳岛大围湾红树林湿地为研究区域,在高、中、低潮滩不同植被下(1#无瓣海桑、6#无瓣海桑(对比)、2#老鼠筋、3#秋茄、4#光滩、5#互花米草、7#芦苇)采集沉积物0~50cm核心部分,分析不同深度上沉积物的粒度、含水率、pH、Eh、有机质、有效硫、挥发性酸性硫化物(AVS)/同步提取金属(SEM)、重金属(Cd,Cr,Cu,Ni,Pb,Zn)的空间分布特征及其影响因素。并综合利用AVS/SEM潜在生物毒性评价法、沉积物质量基准法、内梅罗综合污染指数法、地累积指数法、Hakanson潜在生态危害指数法、综合污染指数法和污染负荷指数法对不同植被下沉积物的重金属污染进行评价和对比。
本论文取得的主要认识和结论:
(1)红树林不同植被下沉积物的pH、 Eh、含水率、有效硫和有机质之间均存在显著的相关性,其中有效硫含量与有机质含量显著相关;而pH、Eh、含水率、有效硫和有机质与沉积物的粒径组成均没有明显的相关性。所有采样点垂向上沉积物颗粒组成主要为粘粒(<4μm)和细粉砂(16~4μm),粒径总体较细。沉积物中Fe主要与粘粒,而Cu、Zn、Pb主要与细粉砂发生吸附作用。在不同植被下Eh的垂向分布存在差异,1#、6#、4#、7#样点Eh随深度增加而下降;2#、3#表层还原性较强而深层氧化性逐步增加。有机质平均含量在垂向上的分布为:3#>1#>2粉7粉5#>6#>4#。所有采样点沉积物有机质含量在垂向上呈递减趋势,表层最高而底层最低,且表层各点有机质含量变异性较大。
(2)研究认为AVS可能是沉积物中Cd和Pb的主要结合相。所有采样点AVS含量的垂向变化范围是:0.53~50.47μmol/g,而不同采样点AVS浓度垂向分布差别较大。所有采样点沉积物垂向上SEM平均值大小为:SEM-Zn>SEM-Pb>SEM-Cu>SEM-Ni>SEM-Cr>SEM-Cd。AVS与pH、含水率、细粉砂、中粉砂、有效硫、有机质呈正相关关系,与Eh和粘粒呈负相关关系,但是相关性均不显著。AVS与Pb显著相关,并且与Cd达到极显著相关水平。研究发现SEM中Mn、Pb的主要吸附态为有机质,Cu、Zn的主要吸附态是粘粒,而Ni的主要吸附态即可能是有机质也可能是粘粒。
(3)沉积物中金属元素平均含量为:Fe>Mn>Zn>Cr>Cu>Pb>Ni>Cd,且有根系存在的沉积物中重金属含量高于光滩。除了Cd含量尚未超过我国海洋沉积物Ⅰ类标准外,Zn、Cr、Cu、Pb含量均超过海洋沉积物Ⅰ类标准,但未超过Ⅱ类。研究认为有机质的地化循环对Cu的转换和迁移过程有重要影响而对Cd的影响相对较小;Ni、Cu、Zn、Pb、Cr在沉积物中具有相似的行为及来源,而Cd可能存在其它来源。
(4)几种评价方法结果的对比分析表明:Pb、Cu、Cr、Ni具有相对较高的潜在生物毒性风险,而Zn、Cd处于相对安全水平;各采样点的污染程度轻重依次为1#≈2#>7#>4#>6#>5#>3#。其中AVS/SEM法、SQG、Igeo法评价结果认为Pb、Cu、Cr、Ni具有较高的潜在生物毒性风险;Nemerow法评价结果显示大部分采样区为Ⅲ级轻度污染。Hakanson法评价结果表明本区域所有采样点均存在轻微潜在生态风险。CPI法评价结果显示大部分采样点在全深度上均为Ⅳ级中度污染。PLI法评价结果则表明重金属污染以Ⅰ级中等污染和Ⅱ级强污染为主。