珠江三角洲水库中藻类有机质在典型污染物沉积历史中的作用

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近年来,随着人们对水体污染研究的逐步深入,淡水生态系统中浮游藻类与各种污染物之间的相互作用和影响成为了全世界科学家们所关注的重要环境问题。浮游藻类作为湖泊、池塘、水库等淡水生态系统中的主要生产力,起到类似“生物泵”的作用。因此,研究水体中浮游藻类对污染物迁移转化的影响,能够有助于正确地评价水体和沉积物的污染程度。  本论文主要研究了淡水环境中初级生产力对有机污染物和重金属在沉积过程中累积的影响,共采集了3个郊区水库的沉积柱样品,分别位于增塘水库,联安水库,和新丰江水库。运用Rock-Eval热解法对藻类来源的有机质进行鉴定和分析,并结合分子级别的中性糖研究进一步探讨有机质的来源及降解。采用Cs和Pb同位素测年建立相应的时间标尺,重建了水库中多环芳烃、有机氯农药和重金属的沉积历史,并探讨了气候变暖的背景下,藻类有机质与有机污染物和重金属之间的关系,对藻类的生物泵作用和影响进行了初步的定量估计。具体的研究结果如下:  (1) Rock-Eval热解法是快速、简单、有效的有机质特征分析方法。水库的沉积物有机质类似Ⅱ型干酪根,水库沉积物中的各热解参数相互之间都呈现很强的正相关关系,说明初级生产力的重要贡献。S2和S2a参数能够很好地代表沉积物有机质中的藻类有机质。  (2)中性糖总量在增塘和联安水库的柱芯表层显著富集且与藻类有机质S2a的变化呈显著性相关,而在贫营养的新丰江水库却呈现减少的趋势;增塘和联安水库的沉积物中性糖主要来源于藻类,虽然受到了微生物的选择性降解,但是依然保存了明显的来源特征。水库沉积物中的中性糖可能来自于浮游藻类细胞壁中的结构性多糖。  (3)大部分重金属含量在增塘和联安水库沉积柱中都呈现了由深至浅明显升高的趋势,且重金属的含量与S2和S2a的含量都有显著性的正相关关系。新丰江水库沉积物中的重金属含量变化较小。但是,三个水库中的Cd和As在柱芯表层都有较高的富集污染。重金属的历史沉积通量可能会由于藻类有机质的生物泵作用而被高估。  (4)增塘、联安和新丰江水库沉积柱中HCHs和DDTs的浓度重现了当地有机氯农药的生产和使用历史;除了新丰江水库的底层样品,大部分水库沉积物中的HCHs都是以β-HCH和δ-HCH为主,说明残留态的农药是主要成分。DDT在增塘水库的沉积物中以好氧降解为主,联安水库的沉积物中以厌氧降解为主,而新丰江水库中好氧和厌氧降解皆有。  (5)除了贫营养型的新丰江水库以外,增塘和联安水库沉积柱中的多环芳烃含量从深层到浅层都呈现明显升高的趋势,且多环芳烃的历史变化与藻类有机质S2a有重要的正相关关系。由于气候变暖提升了水库中的初级生产力,导致了藻类有机物浓度的增加,因此积累更多的多环芳烃于底部的沉积物中。即使在纬度较低的亚热带地区,水库中的初级生产力也已经明显受到气候变暖的影响。而且,由于增塘水库是浅水型的湖泊,对气候的变化较敏感,多环芳烃、S2a与滑动年均温的相关性比另外两个水库都明显。  (6)应用线性回归初步估计了水体中藻类对污染物的生物泵作用。总的来说,增塘水库沉积物中有大约90.2%的PAHs受到了藻类生物泵作用的影响(1987-2010),而在联安水库沉积物中,受到这样影响的PAHs占总PAHs的73.1%(1962-2010)。
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