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河口和海湾地区,由于海陆相互作用活跃,对自然过程和人类活动的响应敏感。因而,该区域的环境演化直接关系到人类的生存空间、生存质量和社会的可持续发展。在这些海域的沉积物中,重金属元素的分布特征及地球化学行为与区域内的沉积环境密切相关。
本文以位于海南岛东西海岸的两大河口为研究对象,在对典型沉积柱精确定年的基础上,剖析了近几十年来两大河口沉积环境的演变过程;通过柱状沉积物中重金属元素的垂向分布变化、沉积物中有机碳的含量分析、沉积物中重金属元素的环境质量评价等,对昌化江河口与万泉河河口现代沉积环境变化、重金属元素的环境地球化学特征、重金属元素的污染状况进行了较深入的研究。通过对沉积物中重金属元素的综合分析,提取了其受人类影响的信息指标,获得了一系列新的结果和认识。
(1)万泉河河口沉积柱中各种重金属之间的空间分异趋势比较大,而吕化江河口沉积柱中的重金属空间分异趋势小。在重金属元素Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg和As等含量及分布特征的基础上,根据不同河口间沉积物组成的较大差异,采用多种分析方法,获得了不同元素在吕化江河口与万泉河河口沉积柱中相应的富集组分。
万泉河口沉积柱中各种重金属的含量在各层没有显著差异,每一种重金属在各层具有相同的米源特征;昌化江河口Pb、As在各层没有显著差异,表明它们在各层具有相同的来源特征;Cr、Zn、Cu具有显著差异,它们在各层具有不同的来源。
万泉河口沉积柱中各种重金属与有机碳之间的相关性不显著,而吕化江河口几乎所有重金属元素与有机碳之间都有强烈的相关性。
(2)通过研究昌化江河口与万泉河河口沉积柱重金属元素沉积特征,对该河口沉积环境变化、人为活动的影响及重金属元素的污染历史进行了较为客观的反演。
1975年以前可以看作是昌化江河口环境演变的一个背景值,该阶段的重金属含量较轻;1975年至1990年左右昌化江流域工农业迅猛发展,但各项治污措施和保护措施不当导致环境恶化,重金属污染严重;由于各项治污措施的制定和制度的不断完善,1990年至1995年间昌化江环境质量不断改善;1995年至今是昌化江环境质量不断恶化的时期,该时期昌化江流域人口增加迅速,城市化进程加快,大量的生产生活污水排入江河,再加上河流上游原始森林被经济林取代,流域环境急剧恶化,河流自净能力降低,重金属污染程度急剧升高。
在万泉河河口,1987-1998年,人类活动强度比较稳定,水动力条件稳定,重金属输入量比较小;2000-2002年,亚洲博鳌经济论坛成立带来了旅游业的大力发展,许多小型企业从万泉河流域迁出,工业及城市生活污水的处理力度加大,重金属的污染程度呈减轻趋势;
2002-2006年,各重金属(除Hg以外)和有机C含量又趋于上升并达到稳定,并在表层趋于富集。
(3)对两个河口沉积动力环境进行比较。得出水动力较强的万泉河河口,元素的迁移与运动比较强烈,元素的含量变化也就会较为复杂;昌化江河口处于水动力环境较弱地带,因而沉积柱各个层位重金属的含量相对于万泉河口沉积柱中重金属含量来说都较高,各种重金属元素含量的空间分异趋势比较简单。
(4)对比元素的区域土壤背景和地球化学分区图,在万泉河口所在的区域上,富含Sr和P;而在昌化江河口所在的区域上,富含Cu、As、Pb、Zn、Y等重金属。因此可知,两个河口重金属来源都具有陆源效应。
(5)昌化江河口沉积柱中经Al标准化后的Pb的垂直分异复杂,经分析表明其来源于大气沉降;大气干湿沉降对两个河口其他重金属累积的直接贡献微乎其微;
(6)昌化江河口与万泉河河口具有不同的气候。对Ba、Rb而言,其物源效应大于气候效应。而从西向东丰度趋于升高的一些元素,如稀土元素Y、La等,在两个河口沉积物中相对富集,显示了元素的气候效应;
(7)昌化江河口沉积柱中有机碳在重金属沉积过程中起吸附的作用,它们之间有很强的相关性;万泉河口沉积柱中整个沉积层均是泥沙质,虽然有机C含量较高,但是没有和重金属表现山强烈的相关性。
(8)昌化江流域矿产资源丰富,重工业比较发达,工业生产排放的大量废水进入河流,因而污染比较严重,昌化江河口沉积柱中每一种有毒重金属的人为影响因子(AF)值都大于万泉河河口沉积柱中重金属的人为影响因子。
(9)对比两个河口沉积柱中重金属元素的同步沉积情况,两个河口各种重金属浓度组成十分相似,具有相同的变化趋势。经检验,两个河口的各种重金属米源具有明显差异,尽管万泉河口的沉积速率比较快,却对重金属的含量贡献不大。