（环境科学专业论文）双桥河东侧巢湖清淤底泥的污染物分析及生态风险评价研究.pdf

as t u d yo ft h ep o l l u t a n t si nt h e d r e d g i n gs e d i m e n t s f r o m c h a o h ul a k ea n dt h ee c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n ti nt h ee a s t e r no f s h u a n g q i a or i v e r a b s t r a c t c u r r e n t l y ，t h es e d i m e n td r e d g i n ge n g i n e e r i n gi sa ni m p o r t a n tt e c h n o l o g yo f e u t r o p h i c a t i o nc o n t r o l i nl a k e s b e c a u s eo fal a r g ev o l u m eo ft h ed r e d g i n g s e d i m e n t sa n da ne c o l o g i c a lh a z a r do ft h eh e a v ym e t a l s ，h o wt od e a lw i t ht h e s e s e d i m e n tw a st h e r e f o r eat e c h n i c a lp r o b l e mo ft h ed r e d g i n g t h ec o m p o s i t i o na n dd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h ep o l l u t a n t sw e r es t u d i e d a n dt h ep o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ko fh e a v ym e t a l sp o l l u t i o nw a sa s s e s s e d t a k i n gt h e d r e d g i n gs e d i m e n t sf r o mc h a o h ul a k ei nt h ee a s t e r no fs h u a n g q i a or i v e ra s o b j e c t ，t h ea c c u m u l a t i o na b i l i t ya n dt r a n s p o r t a b l ea b i l i t yo f h e a v ym e t a l sb yp l a n t s t h a tg r o w e do nt h ed r e d g i n gs e d i m e n t sw e r em a d e f r o mt h ea b o v er e s e a r c hw o r t h s o m ec o n c l u s i o n s ： ( 1 ) t h ea v e r a g ec o n t e n to ft h eh e a v ym e t a l si nt h ed r e d g i n gs e d i m e n t ss h o w s t h a tt h ec o n t e n to f z nr e a c h e dt h el a r g e s tw i t h5 9 1 4 5p g ，a n dt h ec o n t e n to f h g t h es m a l l e s tw i t ho n l yr e a c h e do 0 3 5 p g g t h ec o n t e n t so ft h eh e a v ym e t a l sw e r e d e c r e s e di nt h eo r d e r ：z n c r c u p b a s c d h g t h ec o n t e n t so f p b ，z n ， c r ，c uw e r ed e e r e s e d5 4 5 ，4 5 6 ，4 9 o ，7 3 o b e f o r ed r e d g i n g ( 2 ) b yt h ec o r r e l a t i o nc a nb el e a r n e dt h a t t h eo r g a n i cm a t t e ra n dt 矗et o t a l n i t r o g e ns h o w e dag o o dc o r r e l a t i o nw i t hah i g hd e g r e eo fc o r r e l a t i o n t h el i n e a r e q u a t i o nw a sy = 4 5 7 7 x + 2 9 3 5 2 ，t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tw a sr = o 8 5 2 6 a n o r g a n i cm a t t e ra n dt h et o t a lp h o s p h o r u sa l s os h o w e dap o s i t i v ec o r r e l a t i o n , t h e l i n e a re q u a t i o nw a sy = 2 2 6 4 7 x + 2 5 8 1 6a n dt h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tw a sr = 0 7 9 2 2 ( 3 ) g e n e r a l l ys p e a k i n g , c ua n dz n ，c ua n da 1 ，z na n da ih a dav e r yh i g h c o r r e l a t i o n ，t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to fc ua n dz nw a s0 。9 5 51 a sa n dh gh a dt h e m i n i m u mc o r r e l a t i o n ，t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to n l yw a s0 2 1 4 0 t h ee c o l o g i c a l d s k so fp o l l u t a n t sw e r ed e c r e a s e di nt h eo r d e ro fh g a s c d c u p b c r z n ，w h i c hm e a n e dam e d i u mp o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s k ( 4 ) t h ec o n t e n to f t no f t h es u r f a c ep a r ti nt h er e e d ，t h ec o t t o n , t h ec o l ea n d t h el e e ko f t nw e r el a r g e rt h a nt h a ti nt h eu n d e r g r o u n dp o r t i o n ；a n dt h ec o n t e n t so f c u ，z n ，a s ，h go f t h es u r f a c ep a r ti nt h er e e d ，t h ec o l ea n dt h el e e kw e r el e s st h a n t h ec o r r e s p o n d i n ge l e m e n t s c o n t e n t so ft h eu n d e r g r o u n dp o r t i o n t h ec o n t e n t so f t h et po ft h es u r f a c ep a r ti nt h er e e d ，t h ec o l ew e r el a r g e rt h a nt h a t i nt h e u n d e r g r o u n dp o r t i o na n dt h es u r f a c ec o n t e n to ft po ft h el e e kw a sl a r g e rt h a nt h a t u n d e r g r o u n dp o r t i o n t h es u r f a c ec o n t e n t so f t h et p ，c u ，z n ，a s ，h gi nt h e c o t t o n w e r el a r g e rt h a nt h ec o r r e s p o n d i n ge l e m e n t s c o n t e n t so ft h eu n d e r g r o u n dp o r t i o n t h ea c c u m u l a t i v ea b i l i t i e so fh e a v ym e t a l si np l a n t sw e r ed e c r e a s e di nt h eo r d e r ： h g z n c u a s t h ep o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ko fh e a v ym e t a l si np l a n t s w e r o d e c r e a s e di nt h eo r d e r ：h g a s c u z n k e y w o r d s ：c h a o h ul a k e ：s h u a n g q i a or i v e r ：d r e d g i n gs e d i m e n t s ；p o l l u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s e c o l o g i c a le v a l u a t i o n 插图清单 图1 1 本研究采用的技术路线框图6 图2 1 研究区及采样点位置图8 图2 2 采样坑示意图9 图4 1 各清淤底泥样品中中含水率的变化2 8 图4 2 各清淤底泥样品中有机质的含量2 9 图4 3 各清淤底泥中t n 的含量2 9 图4 4 各清淤底泥中t p 的含量3 0 图4 5 各清淤底泥中a l 的含量3 0 图4 6 各清淤底泥中c u 的含量3 l 图4 7 各清淤底泥中z n 的含量3 i 图4 8 各清淤底泥中p b 的含量3 2 图4 9 各清淤底泥中c r 的含量3 2 图4 1 0 各清淤底泥中c d 的含量3 3 图4 1 l 各清淤底泥中a s 的含量一3 3 图4 1 2 各清淤底泥中h g 的含量3 4 图4 1 3 总氮和有机质的相关图3 7 图4 1 4 总磷与有机质的相关图3 7 图4 1 5 单元素生态危害系数平均值4 0 图4 1 6 植物r i 拄状图，4 1 图4 1 7 植物的富集系数4 2 图4 1 8 植物的转运系数4 3 图4 1 9 单元素的生态危害系数平均值4 5 图4 2 0 植物的r i 柱状图4 5 表格清单 表3 1 清淤底泥含水量( ) 1 1 表3 2 清淤底泥有机质含量1 4 表3 3 各坑有机质的含量数值1 5 表3 - 4 清淤底泥总氮含量( g g ) 1 6 表3 5 原子吸收分光光度计工作条件一1 7 表3 - 6 c u 的测试结果( t t g g ) 1 8 表3 7 z n 的测定结果( r t g g ) 1 8 表3 - 8p b 的测定结果( g g ) 1 9 表3 - 9 c d 的测定结果( p g g ) 1 9 表3 - 1 0p 的测定结果( t t g g ) 1 9 表3 - 1 1c r 的测定结果( i t g g ) 2 1 表3 1 2a 1 的测定结果( t t g g ) 2 2 表3 1 3h g 的测定结果( i t g g ) 2 3 表3 1 4a s 的测定结果( 弘g 值) 2 4 表3 - 1 5 植物各元素汇总( r t g g ) 2 5 表4 - l 清淤底泥含水率( ) 、有机质( ) 、 i n ( i t g g ) 、t p ( t t g g ) 含量2 6 表4 - 2 清淤底泥重金属及a i 、a s 元素含量( i t g g ) 2 7 表4 3 污染物在每层的含量3 5 表4 - 4 清淤底泥中污染元素含量的平均值( 1 a g g ) 3 5 表4 5 植物中各元素的含量3 6 表4 - 6 清淤底泥中各污染元素的相关系数矩阵3 8 表4 7 重金属的参照值c 二( m g k g ) 和毒性系数( z ) 3 9 表4 8c ；，彭和r i 相对应的污染程度及潜在生态风险程度3 9 表4 - 9 单个重金属污染因子c ：值4 0 表4 1 0 金属的潜在生态危害系数占：值及r i 值4 0 表4 1 l 植物的重金属富集系数4 2 表4 1 2 植物的转运系数4 3 表4 1 3 重金属的参照值和毒性系数4 4 表4 1 4c ：，研和r i 相对应的生态危害程度4 4 表4 1 5单个重金属污染因子c ：值4 4 表4 1 6 植物中金属的潜在生态危害系数彤值及r i 值4 5 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特g 加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 金l 至些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 靴论文作者鹳：荔盖p l 翔：嘲年j 6 旯j 器 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借圄。本人授权金e 墨王些丕堂可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名 唧白伊 电话： 邮编： 致谢 在三年的研究生学习生涯即将结束之际，首先，要感谢的是我的导师洪天 求教授。导师在学习和科研上给予精心的指导，在生活上给予亲切关怀，以及 在待人处事上的态度，都使我获益良多，受益终生! 特别是在论文的选题和工 作进展等方面，导师严谨的科研态度，敏锐的科学思维，渊博的知识都令我难 以忘怀。在论文完成之际，谨向导师表示崇高的敬意和最衷心的祝福! 在此，还要感谢胡宏祥老师和李如忠老师。胡宏祥老师对我的野外和实验 室研究提供了许多有价值的指导性意见；李如忠老师在论文写作过程中给予了 大量的指点。在此，向他们表示诚挚的谢意! 要特别感谢贾志海老师在百忙之中，对论文的选题、野外工作和论文的写 作过程中出现的问题给予的及时指导和大力帮助。 感谢中国科技大学的孙立广老师、刘晓东老师、梁庆友老师和张燕燕老师 在实验室工作过程中提供的大量帮助和具体指导 还要感谢众师兄弟：张利伟、张强、郑伟、管佳佳、黄本柱、颜存奎等。 他们在我的野外工作及实验室研究过程中给予了大力支持和帮助。 最后，还要感谢我的父母。他们在我的学习及生活上给予了巨大的支持、 关怀、鼓励和帮助。 李郑 2 0 0 7 年6 月 1 1 研究目的和意义 第一章绪论 本研究以巢湖市双桥河东面的巢湖东区清淤底泥为对象，借鉴国内外土壤 研究方法，分析了其中的物质成分、营养物质含量和重金属的含量，并且测定 了在清淤底泥中生长的植物中的总氮总磷的含量以及重金属污染元素的含量， 利用潜在生态危害指数法对双桥河清淤底泥和生长其中的植物进行了生态风险 评价，旨在了解研究区清淤底泥中的污染物组成、分布及其来源，研究植物一 土壤的相互关系及清淤底泥的元素含量变化。此项研究对于控制巢湖水质恶化 与富营养化具有重要的现实意义和学术价值。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 巢湖水环境现状 改革开放以来，沿河沿湖地区工农业生产不断发展，城市人口不断扩张，污染物 入河入湖量不断增多，长期排放至河流的污染物很大部分积聚在底泥中，对上覆水水 质、人类及水生生物的健康造成负面影响l l j ，使河流与湖泊的水质不断恶化。底泥中 的污染物不断累积，湖泊的富营养化程度也日趋严重。富营养化已经是目前世界范围 内面临的最主要的水环境问题! 巢湖水体的主要污染物的有：致浊物、致嗅物、病原 微生物、需氧有机物、植物营养物质、无机有毒物质、重金属、易分解有机有毒物、 难分解有毒物、油热、放射性、硫、氮的氧化物等。它们在浊度、色度、嗅度、传染 病、耗氧、富营养、硬度、毒性、油污染、热污染、放射性、酸化富集等方面都有不 同程度的危害。这些污染物主要来源于生活污水、工业污染、农田排水污染、矿山排 水以及垃圾和废渣物等。 巢湖面临的主要环境问题包括：水质恶化、富营养化加速和湖泊淤积速度 加快等1 2 3 】。巢湖目前水质已经基本属于劣五类水，巢湖湖区呈中度富营养状态， 其中靠合肥的西半湖呈重度富营养状态，而东半湖属于轻度富营养化状态。巢 湖富营养化原因有很多，主要有以下两方面原因，一方面巢湖闸等水利工程的 建设严重降低了巢湖与长江水体间的自然交换能力，巢湖自然换水周期过长， 改变了巢湖的生态学特征；另一方面由于经济发展和人口增长导致进入巢湖的 污染负荷，尤其是氮磷总量急剧增加。 目前有很多学者对巢湖的水污染治理进行了研究。党啸和韩小勇等学者 j j 从巢湖水质污染状况方面进行了分析研究。有些学者 6 , 7 1 探讨了不同土地类型的 地表径流特征及其对巢湖非点源污染的影响，并比较了大豆地、水稻田、菜地、 小麦地、山芋地等土地利用类型的污染特征。李志军等 8 , 9 1 分析了巢湖的非点源 污染的来源并提出了控制对策。曹德菊【io j 对水体中的p b ，c u ，f e 元素进行了 测试，并对环境质量进行了评价顾成军等 1 l , t 2 1 对巢湖泥沙淤积状况及其主要 来源进行了分析并提出了恢复流域生态和减少流域水土流失等减缓泥沙淤积的 措施。 许多研究 1 3 , 1 4 】都证明了湖泊沉积物氮磷的释放会导致湖泊富营养化状态 出现反复变化，所以对于巢湖的永质恶化及富营养化的治理不能仅仅依靠控制 点源污染和面源污染，还必须对湖泊的沉积物进行研究。因此研究巢湖沉积物 的污染状况可以为探讨水体恶化与水体富营养化的控制提供科学依据。顾成军、 杜磊等【1 5 , 1 6 1 针对巢湖沉积物的粒度进行了分析，以探讨沉积物的沉积环境及其 沉积过程。王永华等 i a 7 l 对曾测定过巢湖合肥区底泥污染元素的含量，并研究 了其垂直分布特征，并用潜在生态危害指数法对底泥污染作了评价。刘伟等【i s j 对巢湖清淤合肥项目区域进行了底泥污染调查，并对调查结果进行分析。谢红 霞【l9 】对巢湖西部柱样以及杭埠河流域土壤的环境磁学进行了研究。结果表明磁 铁矿是决定磁性特征的主要磁性矿物，杭埠河流域是巢湖西部沉积物的主要来 源。汪家权、钱家忠等 2 0 1 对巢湖沉积物磷释放进行过模拟研究，并探讨了沉积 物磷释放对水体污染的贡献。 在湖泊污染源控制达到相当的程度后，水体底泥的内源释放所表现出的二 次污染现象日趋明显。内源污染是指来自土壤冲刷、大气沉降、河岸侵蚀或矿 化作用而积累在水域底部的，含有对人类或者环境健康有害的土壤、沙、有机 物或者矿物质。其中，污染物主要是指超过底泥质量标准、能通过某种途径对 人类或环境健康造成威胁的化学物质。沉积物主要通过表层污染物质直接向水 体吸附和解吸或通过沉积物间隙水中的污染物质向水体扩散等途径对水体造成 污染。沉积物与水体所含污染物质由于吸附和解吸处于动态平衡，当水体污染 物质含量降低时沉积物中所含污染物质的解吸作用大于吸附作用，从而导致二 次污染。由于沉积物对污染物质的累积远远大于水体中的累积。所以当点源污 染、面源污染等外霁污染源得到控制之后，内源污染就成为水体的主要污染途 径。水体沉积物作为污染物的载体和水系统中的内源污染源早以为人们所认识， 由底泥污染而导致河水的二次污染及其消除问题已成为人们十分关心的焦点之 一。许多研究【2 卜2 m 证明对于浅水湖泊，内源污染已经成为其主要污染源之一。 因此，在湖泊水体污染防治与生态修复过程中，底泥清淤是一项普遍采用 的工程技术措施【2 4 1 。为了消减湖泊的内源污染，减少底泥污染物向水体的释放， 特别是对于城市供水取水口，底泥清淤是最有效的措旌之一i i j 。 2 1 2 2 底泥清淤研究进展 底泥疏浚要制定严格的方案。疏浚方案的制定分以下三步：首先，应对污 染底泥的沉积特征、分布规律、理化性质等有比较清楚的了解；其次，应在比 较精确的测量数据的基础上确定合理的疏挖范围及规模、疏挖深度、疏挖方式 及机械配置、工作制度及工期等；最后，对底泥堆放场地的选择、处置工艺的 选取等都要有明确的技术方案，尤其要提出综合利用方案1 2 5 1 。疏挖深度的确定 应综合考虑清除内源性污染、控制巨型水生植物的生长以及有利于生态恢复等 问题。底泥疏挖一般有两种形式：第一种方法是将水抽干，然后使用推土机和 刮泥机清除表层底泥；第二种方法是带水作业，应用范围广泛，河湖疏浚都可 用之f 2 6 。 虽然底泥疏浚对于减轻河流湖泊的富营养化程度以及对于较少重金属的污 染有较大的帮助，但底泥疏浚也可能带来不利影响：( 1 ) 如果采取的疏浚方案 不当或技术措施不力，很容易导致底泥空隙水中的氮磷及其他污染物进入水体， 加重水的污染；( 2 ) 底泥疏挖严重的破坏了底栖生物及鱼类的食物链，可能需 要2 3 年的时间，才能重薪建立底栖生物群落，因而不利于水底生态的自我 修复：( 3 ) 疏浚项目施工期间可能对水域的航运、旅游以及水产养殖业带来一 定的不利影响，也会产生一定的大气污染( 如底泥堆放场的恶臭) 和噪声污染， 施工过程中的扰动也会对水域水环境产生二次污染；( 4 ) 在底泥堆放场，由于 底泥中含有大量的污染物，这些污染物会由于自然降雨的冲刷而随径流影响周 围土壤及地表水和地下水。此外，底泥处置还涉及政策、经济、立法等诸多问 题，对周围环境也有诸多影响，存在环境风险与生态风险【2 6 l 。 处置清淤底泥通常采用的方法【2 7 , 2 s 有：( 1 ) 陆地堆积，此法占用土地，还 可能造成环境污染；( 2 ) 资源化利用，利用底泥制造瓷砖、有机肥料、水泥等； ( 3 ) 土地利用。 国内许多学者从不同方面对疏浚底泥做了详细的研究。曹文洪等1 2 9 】结合黄 河下游疏浚工程，通过现场取样和化验，确定了疏浚底泥的环境背景值，并探 讨它们与黄土高原土壤环境背景值之间的相关性。王小雨等【3 0 】监测了长春南湖 底泥疏浚后1 2 项水化学指标，并用因子分析方法找出了底泥疏浚前后影响南湖 水质的主要因子，分析了底泥疏浚前后南湖水质变化的特征和底泥疏浚对南湖 水质的影响。邢雅囡等【3 h 利用苏州市古城区南园河底泥柱样，研究了不同疏浚 深度下，底泥中营养物质氮和磷的释放规律 3 2 】。朱广伟等通过青菜盆栽实验等 方法研究了运河( 杭州段) 底泥农田应用对作物的影响。贾海峰等口钉研究了河湖 底泥在疏浚中暴露的问题。濮培民等 3 4 】探讨了底泥疏浚对改善湖泊富营养化的 可行性。王小雨等p5 】研究了底泥疏浚前后长春南湖浮游生物的种群变化。朱敏 等【3 6 】根据南京玄武湖1 9 9 8 年初实施的清淤疏浚工程，比较分析清淤前后 3 ( 1 9 9 6 2 0 0 0 年) 玄武湖沉积物中主要污染指标的变化。朱广伟等口7 1 以运河( 杭州 段1 待琉浚底泥为材料，分析了疏浚底泥的养分特征及其污染化学性质。刘爱菊 等 3 8 1 采用淡水沉积物质量基准和微生物毒性试验方法，对疏浚前后五里湖沉积 物提取液和全底泥沉积物的生态毒性进行了研究与分析。刘德启1 3 9 模拟太湖底 泥清淤对氮磷营养物的释放过程的影响研究。 1 2 3 植物修复重金属污染土壤研究迸展 随着工业的不断发展及人类对资源需求的不断提高，含有重金属的废弃物 不断的输入环境，对环境造成的污染不断加剧我国受重金属污染的耕地面积 已达2 0 0 0 多万h m 2 ，每年出产重金属污染的粮食约1 2 0 0 万吨1 4 们，土壤污染己 成为人类所面临的重大生态环境问题。由于土壤重金属污染的残留期较长，植 物和微生物几乎不能分解，从而导致土壤肥力退化，粮食产量降低，水环境恶 化。重金属在植物体内富集后通过食物链传递给人，严重影响人类的健康。可 见修复重金属污染土壤己非常迫切。 目前，对受重金属污染土壤的修复的物理化学技术有：土壤淋洗技术、化 学固化技术和动电修复技术。淋洗技术是用淋洗液( 水、稀酸、鳌合剂、盐类 等) 来冲洗污染土壤，使吸附、固定在土壤颗粒上的重金属形成溶解性的离子 或金属络合物，然后收集淋洗液回收重金属并循环利用淋洗液的治理技术。固 化技术是将重金属污染的土壤按一定比例与固化剂混合，经熟化形成最终渗透 性很低的固体混合物。固化剂种类很多，主要有硅酸盐、高炉矿渣、石灰等。 动电修复技术是基于电流能打开所有的金属一土壤键，且在电压固定时，金属 脱出率与通电时间成正比的原理之上研发应用的。在污染土壤中插入电极并通 直流电，使土壤升温并降低电阻，土壤中的重金属在电解、电迁移、电渗和电 泳等作用下在阳极( 或阴极) 被浓集固定，继而被清除。这些物理化学修复技 术在治理重金属污染土壤上具有一定的意义，但是由于经济性、对土壤的破坏 以及存在二次污染等原因，所以在应用上存在较大的困难1 4 1 4 ”。 相反，植物修复技术具有物理、化学修复方法所无法比拟的费用低廉，不 破坏土壤结构，不造成地下水污染、能起到美化环境的作用等优点，被广泛用 于土壤、污泥的修复处理。由于植物修复技术尚处于起步阶段，还存在以下不 足之处：大多数超积累植物生长速度幔，生物量小，不利于大规模的种植；超 积累植物的选择性较强，往往只对种或几种重金属表现出超富集能力，而对 其它重金属的富集能力较差，这也限制了植物修复技术在多种重金属污染土壤 治理方面的应用：超富集植物对气候条件要求也严格，这也影响人们广泛应用 植物修复重金属污染土壤的方法【4 ”。 植物修复技术的种类很多，主要有6 种类型：植物净化、植物降解、根际 圈生物降解、植物提取、植物挥发和植物固定。植物净化主要是通过叶片吸收 4 及根系的滤除作用来清洁污染空气和水体；植物降解是利用植物根系分泌物和 特有酶系的转化和降解作用去除土壤中的有机污染物；根际圈生物降解是利用 根际圈内菌根真菌、细菌等微生物的新陈代谢活动来转化和降解有机污染物； 植物提取、植物挥发、植物固定主要是利用植物的吸收积累、挥发及根系分泌 物的鳌合沉淀作用来去除和固定重金属。其中利用超富集植物的提取作用去除 土壤中超量重金属被认为是最有前途的植物修复技术1 4 ”。 引起人们对重金属在土壤一作物系统内的迁移、富集及对重金属污染土壤 的治理和植物修复等问题的研究的原因是重金属污染不仅使土壤肥力下降，而 且又使生产出的农产品质量不符合生态安全的要求，具有很大的危害性 4 5 , 4 6 。 罗春玲等【4 7 l 研究了植物对重金属的吸收和分布。李博文等4 s 通过模拟研究了土 壤镉、铅、锌复合污染对植物吸收重金属的影响。简敏菲等f 4 9 】研究了铜铅锌等 重金属的富集作用，并对其进行了评价。弓晓峰等 s o l 研究了都阳湖湿地土壤中 c u 、z n 、p b 和c d 形态与植物富集的关系。魏树和等 5 t , 5 2 】对重金属污染土壤植 物修复基本原理、强化措施、作用方式及亟待解决的问题进行了论述。黄永杰 等1 5 3 j 研究了芜湖市四褐山工业区附近水域中c u 、p b 、c d 、z n 和m n 5 种重金属 的含量及其在8 种水生植物体内的积累特征。李铭红等 5 4 】学者对浙江省不同地 区受污农田中农作物样品对p b 积累的特征进行了研究及分析。冯素萍等p 钉研 究了a u 、a g 、c u 元素在招远金矿区s 种植物叶中的富集系数。 1 3 本研究完成的工作及采用的研究方法 本课题来源于国家科技部重大基础研究前期预研项目“巢湖输入型非点源 污染的源解析及控制机制研究( 编号：2 0 0 3 c c c 0 0 4 0 0 ) ”和安徽省。十一五” 科技攻关计划重点项目“巢湖入湖河口湿地生态修复机理及关键技术研究与示 范( 编号；0 7 0 1 0 3 0 2 1 6 5 ) ”。 研究采用野外调查采样，实验室分析和风险分析相结合的方法。2 0 0 6 年5 月至2 0 0 6 年1 0 月，对巢湖双桥河地区进行了详细的野外考察，并采集了4 0 个清淤底泥样品和8 个植物样品。2 0 0 6 年1 1 月至2 0 0 7 年3 月在中国科技大学 极地实验室测定了清淤底泥的含水率、总氮、总磷、有机质、铜、锌、铬、镉、 铝、铅、砷、汞元素的含量及植物的总氮、总磷、有机质、铜、锌、砷、汞的 含量。2 0 0 7 年4 月至2 0 0 7 年6 月，进行污染元素评价。 利用原予吸收法、原子荧光法和紫外分光测定清淤底泥及植物的污染元素 及总氮总磷的含量，分析污染元素在不同底泥深度的分布状况，研究这些元素 的迁移富集过程及其在相应的植物体内的分布情况，探讨清淤底泥一植物的相 互关系； 通过相关性分析，研究底泥中有机质含量与总氮、总磷含量及重金属含量 之间的关系，以及植物与底泥中污染物质之间的相关关系等； 利用潜在生态危害指数法对底泥及植物体内的污染因子进行风险分析评 价，得到底泥和植物体内各污染指标潜在的生态危害程度。 本研究采用的技术路线如图1 1 所示。 f 相关性分析，潜在生态危害指数法，植物一清淤底泥相互关系 图1 1 本研究采用的技术路线框图 6 2 1 巢湖流域概况 第二章研究区域概况 巢湖流域位于安徽省中部，在e 1 1 6 。2 4 3 0 ”一1 1 8 。o o o o ”，n 3 0 0 5 8 0 0 ”一 3 2 0 0 6 o o ”，处于长江、淮河两大河流之间，属长江下游左岸水系。巢湖流域总 面积1 3 4 8 6 k m 2 ，其中巢湖闸以上9 1 5 3 k m 2 ，闸以下4 3 3 3 k m 2 ，跨越合肥，巢湖、 六安等地区的1 3 个市、县。流域地势的总轮廓是东西长南北窄且西高东低中间 比较低洼平坦。流域面积包括合肥市3 4 6 9 k m 2 、巢湖市6 7 0 9 k m 2 、六安地区 3 1 5 7 k m 2 、安庆市的岳西县1 5 l k m 2 。巢湖位子合肥市南部1 5 公里，为半封闭型 湖泊，杭埠河、派河、南淝河、兆河等3 3 条河流呈放射状入湖。巢湖总容量 4 8 1 亿m 3 ，最高达5 2 8 亿n 1 3 。灌溉面积达4 0 0 多万亩，是合肥城市水源之一， 常年通航抵达长江各口岸。 根据探测结果和地质资料判断，巢湖是在构造盆地基础上发育起来的典型 断陷构造湖泊，其湖盆底部沉积物属晚更新世，为上更新统下蜀粘土，与沿岸 广为分布的粘土质岸同属一个时代，说明巢湖于晚更新世之后就开始沉降形成 雏形。至晚更新世末，即奠定了巢湖的基本形态，距今已有一万多年。 巢湖流域位于江淮之间的丘陵地带，按其地貌特征可划分为低山区、低山 丘陵区、丘陵岗区、岗冲地区以及冲击平原区五种类型。巢湖流域低山区以及 低山丘陵岗地，地形起伏大坡度陡，是水土流失的主要发源地。巢湖流域四周 分布有银屏山、凤凰山、冶父山、大别山、防虎山等山脉。流域的地形、地貌 特点而形成的河流、水系密度大，纵横交错汇入巢湖。由裕溪河汇入长江。 巢湖流域属亚热带和暖温带过渡性的副热带季风气候区。气候温和湿润， 年平均温度1 5 1 6 度，极端最高气温3 9 2 度，极端最低气温一2 0 6 度。历年土 壤最大冻结深度9 1 1 厘米。降水量分布不均匀，流域内各水系主要为雨水补 给，巢湖水位受河流水情控制。巢湖多年平均水位为8 。3 1 m ，多年平均水位变 幅为2 5 m 。最高水位出现在7 、8 月份，最低水位出现在少雨或农业用水季节。 整个流域内植被无论是类型、种类都比较单调，主要有针叶林、阕叶林、经济 林、杂叶林、灌丛、宜地林等。 巢湖是全国闻名的第五大淡水湖。巢湖流域地貌多变，自然条件复杂。从 皖西大别山北坡延伸到沿江平原，按照水稻、旱粮、经济作物等栽培的土地类 型，可分为水田、冲田、旱地等耕地类型。是长江中下游主要农业区之一，也 是商品粮基地，历来被誉为“鱼米之乡”。从五十年代后期起，随着湖区经济活 动的增加和人口增长，一些缺乏科学管理、违背自然规律的人类活动，使流域 内生态环境遭到严重破坏，森林覆盖率下降，水土流失加剧，引起土壤沙化和 河床淤塞。由此给巢湖水域生态环境带到一系列连锁反应，使巢湖水质富营养 7 化进程加剧 5 6 , 5 7 】。 2 2 研究区域简况 研究区域位于巢湖双桥河东l o o m 处，双桥河距入湖河口1 k m 处( 图2 1 ) ， 为2 0 0 2 年的巢湖清淤底泥堆积场，2 0 0 6 年开始种植农作物。研究范围东西跨 度约3 0 0 m ，南北跨度约4 0 0 m 。双桥河受是巢湖市双桥工业区生活污水及工业 污水影响，水质为v 类。双桥河入巢湖口位于巢湖市集中饮用水源地二级保护 区范围内，对饮水安全构成直接威胁。为了保证饮用水的安全，地方政府在国 家的支持下，于2 0 0 0 年开始巢湖清淤一期工程，面积达2 2 1 平方公里，清淤 工程量3 0 1 万立方米，总投资1 6 亿元，2 0 0 2 年可完工【5 8 l 。清淤工程完工后， 巢湖市的饮用水水源得到了较好的保护。部分清淤底泥就堆积于双桥河东面的 耕地上，面积达2 2 1 k m 2 ，本研究仅涉及部分清淤底泥。图2 1 为研究区域位置 图。 图2 1 研究区及采样点位置图 8 2 3 样品的采集与实验方法 2 3 ，1 土样的采集 为了研究清淤底泥中的重金属及其它污染元素的分布状况，笔者于2 0 0 6 年6 月2 0 0 6 年9 月在研究区域内根据土地利用类型的不同，采用分层土柱法 采集不同深度的清淤底泥样品。具体步骤为：选取四种不同的土地利用类型， 即林地、棉花地、油菜地和韭菜地，分别在每种土地利用类型上挖两个深i m ， 长1 5 m ，宽0 8 m 的坑( 如图2 2 所示) ，共八个坑。一、二号坑为林地，三、 四号坑为棉花地，五、六号坑为油菜地，七、八号坑为韭菜地。在每个坑的采 样面上，从地表自上往下每隔2 0 c m 取一个样( o 2 0 c m 为第l 层，2 0 4 0 c m 第2 层，4 0 6 0 c m 为第3 层，6 0 g o c m 为第4 层，8 0 l o o c m 为第5 层) ，总 共采集土样4 0 个。在实验室将土样混匀，按四分法弃取，用于元素含量的测定。 一号坑土呈粉末状，在3 0 c m 处见有贝壳；二号坑土呈块状，2 0 c m 左右处见有 塑料皮，3 0 c m 处见有贝壳，8 0 c m 处也见有塑料袋；三号坑土质疏松；四号坑 清淤底泥凝结成大块状，在6 0 c m 处呈灰黑色，含水率明显增加，泥土成糊状， 泥浆水开始出现；五、六号坑表土松，颗粒状土多，6 0 c m 处见有贝壳；七、八 号表层土为深灰色，含水率较高，粘性较大，地势比其它坑低i m 左右，在8 0 c m 处有地下水渗出。 图2 - 2 采样坑示意图 9 2 3 2 植物样的采集 植物样的布设与土样采样点相对应。分别在八个采样点采集了芦苇( 芦苇 生长在林地里) 、棉花、油菜及韭菜的地上与地下部分样品。总共采集了8 个植 物样品a 每个样品的重量为l 2 k g 。 2 3 3 样品的处理及测试方法 ( 1 ) 将采回的清淤底泥样品尽早打开，自然风干，不让阳光直接曝晒。样品 风干时注意防止酸碱气体及灰尘的污染。风干后，将图样放在木板上用圆木碾 碎，过2 0 目筛，然后从中取1 0 0 9 左右的过2 0 耳土样在陶瓷研钵中磨细，使其 过1 0 0 目筛的量大于5 0 9 。然后将研磨后的样品混匀，装塑料袋保存，贴标签， 待测。 ( 2 ) 将采回的植物样用自来水将附着物全部洗净，再用蒸馏水洗两遍。根据 研究的需要分地上部分及地下部分，用剪子剪开分开放置、风干。风干后在8 0 9 0 的温度下杀青3 0 分钟，在4 5 的烘箱中烘至恒重。再用磨碎机磨碎，过 l m m 筛，保证过筛后的植物量大于5 0 9 ，装袋密封保存，贴标签、待测 5 9 , 6 0 j 。 ( 3 ) 用重铬酸钾氧化法测定有机质。用电极法测定总氮，用比色法测定总磷、 c r 和a 1 的含量，原子吸收法用于测定样品中的c u 、z n 、p b ，无火焰石磨炉法 用于测定c d ；a s 和h g 的含量用原子荧光法测定 6 h 。 j 0 第三章分析指标的i 贝! | 试 3 1 清淤底泥含水率的测定 3 。1 1 测定仪器 电子天平、烘箱、干燥器、称量瓶。 3 1 2 测定步骤 将称量瓶放入烘箱中2 h ，温度设为1 0 5 。c ，烘至恒重，前后误差5 0 2 m g ； 称取1 0 0 0 0 9 的风干过1 0 0 目筛的清淤底泥于已恒重的称量瓶中，将称量 瓶放入1 0 5 烘箱中，烘4 h ，烘干至恒重，取出放入干燥器中冷却后称重，前 后误差s 0 2 r a g ： 以百分数表示的风干土样水分含量按下式计算： ，：墅墨x 1 0 0 。 形 厂土样水分含量，； 形烘干前土样重量，g ： 烘干后土样重量，g 。 3 ，1 3 测定结果 采用上述实验方法，对4 0 个清淤底泥样本进行测定，得出最大值与最小值 并计算平均值( a v e ) 结果见表3 1 ： 表3 - 1 清淤底泥含水量( ) 层号 坑号 一 二 三 四五六七八 3 ，1 4 测定分析 从表3 一i 可以看出： 一号坑清淤底泥含水率变化范围为0 8 1 0 l ，4 6 5 ，平均值是1 1 4 1 ； 二号坑清淤底泥含水率变化范围为2 0 6 5 3 ，2 4 0 ，平均值是2 6 2 8 ； 三号坑清淤底泥含水率变化范围为1 5 9 0 2 3 1 5 ，平均值是i 9 3 3 ； 四号坑清淤底泥含水率变化范围为2 6 5 0 3 ，8 6 5 ，平均值是3 2 0 1 ； 五号坑清淤底泥含水率变化范围为1 2 2 0 3 0 8 0 ，平均值是1 8 2 5 ； 六号坑清淤底泥含水率变化范围为1 4 9 0 2 9 0 5 ，平均值是2 0 7 8 ； 七号坑清淤底泥含水率变化范围为3 2 0 0 3 6 5 0 ，平均值是3 ，4 l l ； 八号坑清淤底泥含承率变化范围为3 1 3 5 3 9 2 0 ，平均值是3 5 7 7 ； 七、八号坑的含水率明显要高于其它坑清淤底泥的含水率，各坑的含水率 从大到小依次为：八号坑 七号坑 四号坑 二号坑 六号坑 三号坑 五号 坑 一号坑。从土地利用类型上看，韭菜地的含水率最高，为3 4 9 4 ，而林 地的含水率最低，仅有1 9 8 5 。 了2 清淤底泥有机质的测定 3 2 1 测定方法原理