（环境工程专业论文）巢湖烔炀河河口沉积物污染特征及其生态影响评价.pdf

巢湖炯炀河河口沉积物污染特征及其生态影响评价 摘要 富营养化是当前湖泊面临的主要问题之一。当外源污染得到控制之后，内源 的影响变得明显，这是由于沉积物中营养盐的释放，使富营养化继续存在甚至恶 化。研究河口沉积物污染状况对于了解内源污染，追溯污染源，治理巢湖水 体富营养化以及探讨减少污染的对策具有重要的理论和现实意义。 本文以巢湖炯炀河河口湿地为研究对象，较为系统地研究了构成该湿地的 沉积污染物来源、物质成分及空间分布特征，采用盲数理论对沉积物中重金属 污染的潜在生态危害进行了分析和评价。为查清沉积污染状况，在炯炀河河口 湿地共设置了四个控制剖面，19 个采样点，采集了5 7 个沉积物样本。对 所采集的样本分别运用分光光度法、原子吸收法等手段分析其中营养物质 和重金属含量。根据测试数据，探讨了污染因子之间的相互关系。 研究结果表明，沉积物中各污染物空间分布上差异显著，沉积物分层较为 明显。沉积物中的有机质与t n ，t n 与t p ，c u 与z n 及p b 呈显著相关关系。 表层沉积物有机质污染程度为轻污染，有机氮污染等级为级，沉积物有机指 数较高，底质肥力属于i 级。表层沉积物中重金属处于中等污染程度，潜在 生态风险指数较低。本研究表明，将盲数理论用于沉积物潜在生态风险评价， 不仅理论上可行而且计算结果可信。 关键词：河口沉积物；污染特征：盲数；潜在生态风险；炯炀河：巢湖 c o n t a m i n a t i v ec h a r a c t e r i s t i c so fs e d i m e n t sa n dt h e i r e c o l o g i c a li m p a c ta s s e s s m e n ti ne s t u a r yo ft o n g y a n g r i v e ra tc h a o h ul a k e a b s t r a c t e u t r o p h i c a t i o ni s am a i np r o b l e mo fl a k ep o l l u t i o np r e s e n t l y 。w h e ne x t e r n a l p o l l u t i o ns o u r c e so fl a k e sa r ec o n t r o l l e d ，t h ee f f e c t so fi n t e r n a lp o l l u t i o no r i g i n s m a yb e c o m em o r ei m p o r t a n t c l e a r l y ，e u t r o p h i c a t i o nm a ys t i l le x i s ta n dp o s ea s e r i o u se n v i r o n m e n t a lt r o u b l ed u et op o s s i b l er e l e a s eo fi n t e r n a ll o a d i n gn u t r i e n t s f r o ms e d i m e n t s s oas t u d yo nc o n t a m i n a t i v ec h a r a c t e r i s t i c so fe s t u a r ys e d i m e n ti s i m p o r t a n tf o rt r a c k i n gp o l l u t i o ns o u r c e sa n dc o n t r o l l i n ge u t r o p h i c a t i o no fc h a o h u l a k e s o u r c e s ，c o m p o s i t i o n sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fp o l l u t a n t sf r o me s t u a r i n ew e t l a n d s e d i m e n t si nt h et o n g y a n gr i v e rw e r es y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d ，t h eb l i n dn u m b e r t h e o r yw a su s e dt oe v a l u a t et 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 nt h e s e d i m e n t s 。w h i l e4c o n t r o l l i n gc r o s ss e c t i o n sw e r ed e s i g n e d ，19s a m p l i n gp o i n t s w e r ec h o s e n ，5 7s a m p l e sw e r ec o l l e c t e df o rs t u d y i n gp o l l u t i o no fs e d i m e n t s c o m p o s i t i o n sc o n t e n to fn u t r i e n tm a t t e r a n dh e a v ym e t a l so fs a m p l e sw e r e a n a l y z e d ，u s i n gs p e c t r o p h o t o m e t r y 、a t o m i ca b s o r p t i o nm e t h o d ，e t c a c c o r d i n gt o t h et e s td a t a ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np o l l u t i o nf a c t o r sw e r ed i s c u s s e d r e s e a r c h r e s u l t ss h o wt h a tt h e p o l l u t a n t s i ns e d i m e n t sw e r e v e r y u n h o m o g e n e o u si nt h es p a i t a ld i s t r i b u t i o n ，d e l a m i n a t i o ni ns e d i m e n t sw a sv e r y c l e a r 。t h ec o n t e n tb e t w e e no r g a n i cm a t t e ra n dt o t a ln i t r o g e n ，t o t a ln i t r o g e na n d t o t a lp h o s p h o r u s ，c ua n dz na n dp bi ns e d i m e n t ss h o w e das i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n ， r e s p e c t i v e l y t h eo r g a n i cp o l l u t i o ni ns u r f a c es e d i m e n t sw a sl i g h t ，o np o l l u t i o ni n s u r f a c es e d i m e n t sb e l o n g e dt oi vg r a d e ，o r g a n i ci n d e xi ns e d i m e n t sw a sh i g h e r ， s e d i m e n t sf e r t i l i t yg r a d ew a ss u b je c tt o g r a d e h e a v ym e t a l si ns u r f a c e s e d i m e n t ss t o o di nm i d d l ep o l l u t i o nd e g r e e ，t h ep o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki n d e xw a s l o w t h er e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a tt h ea p p l i c a t i o no fb l i n dn u m b e rt h e o r yt o e c o l o g i c a lr i s ke v a l u a t i o no fp o l l u t i o ns e d i m e n t sw a s e f f i c i e n ta n dr e l i a b l eb o t hi n t h e o r ya n d i np r a c t i c e k e y w o r d s ：e s t u a r i n es e d i m e n t s ；p o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ；b l i n dn u m b e r ：p o t e n t i a l e c o l o g i c a lr i s k ；t o n g y a n gr i v e r ；c h a o h ul a k e 插图清单 圈1 1 巢潮永域示意图l 图1 2 研究技术路线图7 图2 1 炯炀河河口地理位置示意图8 圈2 2 炯炀河河懿景观图9 图2 3 研究区域地理位置及采样点布设示意图1 0 图2 - 4 沉积物柱状剖面图1 0 图3 。l 全氮标准曲线1 9 图3 2 全磷标准曲线2 l 图4 1 沉积物中有机质含量垂直分布图2 9 图4 2 沉积物中全氮含量垂直分布图3 0 图4 3 沉积物中全磷含量垂直分布图3 0 图4 4 沉积物中c u 含量垂直分奄豳3 l 图4 。5 沉积物中z n 含量垂直分布图3 l 图4 。6 沉积物中p b 含量垂直分布图3 2 图4 7 沉积物中c f 含量垂直分布图3 2 图4 8 沉积物中a s 含量垂直分布图3 2 图4 - 9 表层沉积物有机污染评价体系图3 4 图4 1 0 表层沉积物有机氮污染评价体系图3 5 表格清单 表2 1 采样点地理坐标9 表3 1 沉积物含水率1 2 表3 。2 沉积物中有机质含量( ) l5 表3 3 沉积物中有机质含量汇总( ) 1 6 表3 4 全氮标准慧线数据1 9 表3 5 沉积物中全氮测定结果2 0 表3 6 沉积物中全氮测试结果汇总2l 表3 。7 全磷标准曲线数据2 l 表3 。8 沉积物全磷测试结果2 2 表3 9 沉积物中全磷测试结果汇总2 2 表3 1 0 沉积物中重金属测试结果2 4 表3 1 l 沉积物中重金属测试结果分析2 5 表4 1 沉积物中有桃质、全氮、全磷质量分数相关系数矩阵3 3 表4 2 沉积物中重金属质量分数相关系数矩阵3 4 表4 3 有机污染评价标准3 4 表4 4 沉积物有机氮评价标准3 5 表4 。5a 层各项指标值3 6 表4 6b 层各项指标值3 6 表4 7c 层各项指标值3 6 表4 。8 底覆肥力评价分级标准3 7 表5 。lc ；，c d ，霹：和彤相对应的污染程度及潜在生态风险程度4 0 表5 2 沉积物a 层重金属含量4 0 表5 。3 安徽省土壤环境背景值4 2 表5 4 单个污染物污染指数和潜在生态风险系数“4 2 表5 。5 单个污染物隶属于污染程度各等级的可信度水平4 4 表5 - 6 单个污染物隶属于潜在生态风险各等级的可信度水平4 4 表5 。7 沉积物污染指数和污染程度4 4 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，除了文中特别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g 曼王些盔堂 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。 学位论文作者签名：讨弦彳签字日期渺辟臼咖 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解佥起王些太堂有关保留、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阅。本人授权金罡王些太堂可 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) 靴敝储鹳：坩哔 i 窿- 7 1 1 善必明占年其l s b 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期： 电话： 邮编： 致谢 在合肥工业大学学习已经接近8 年( 本科及硕士研究生学习) ，在这八年的时间里得 到了各位老师、同学的关心和帮助。从他们那里不仅学习到了丰富的专业知识，还获得 了宝贵的人生感悟，丰富了自己的人生阅历。在即将毕业离开合肥工业大学之际，我向 所有关心和帮助我的老师和同学致以衷心的感谢! 首先感谢恩师洪天求教授。在近三年的硕士研究生学习阶段里，导师渊博的知识、 一丝不苟的敬业精神、严谨的治学态度、正直的品格时刻激励和熏陶着我。三年 来，导师不仅在学习和科研上给予了悉心指导，在生活上也给了亲人般的关怀和 帮助，更重要的是导师给了我信任和机会，使我有机会提高自己的能力，丰富自 己的社会经验。正是在导师的信任、关怀和帮助下，我才能顺利完成学业。 李如忠老师、贾志海老师、陈天虎老师、刘因老师在论文选题、样品测试、 论文定稿等过程中给予了支持和帮助，在此表示诚挚的谢意! 张利伟、石勇、张强、李郑、郑伟、管佳佳、黄本柱、颜存奎等师兄师弟也 提供了宝贵的支持和帮助。实验室工作过程中得到了孙玉兵的大力帮助，在此一 并表示感谢。 把我最诚挚的谢意送给一直关心和支持我的家人，是他们的鼓励和支持，促 使我不断前进。 最后对本论文的评阅人和答辩委员们的帮助和指导表示衷心的感谢! 甘信华 2 0 0 8 年6 月 1 1 巢湖流域概况 第一章绪论 巢湖位于安徽省中部，是我国著名的五大淡水湖泊之一，地理缀置为 e 1 1 6 。2 4 | 3 0 “一1 1 8 。0 0 10 0 “，k3 q 。5 8 | 0 0 “- - 3 2 40 6 | 0 0 “，姓 于长江、淮河两大河流之间，属于长江下游左岸水系【l 】。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1 3 个市、罢。流域瑟积包括合肥市3 4 6 9 k m 2 、巢潮市6 7 0 9 k m 2 、 六安市3 1 5 7 k m 2 、安庆市的岳谣县1 5 1 k m z 。该流域东邻长江，西北为江 淮分水岭，东北邻滁河流域，南与陈瑶湖、菜子湖及皖河流域毗邻。巢湖 位子会肥市南部1 5 公里，为半封闭型湖泊，流域内有杭埠河、派河、南 肥河、兆河等3 3 条河流呈放射状汇入。总容量4 8 1 亿m 3 ，最高达5 2 。8 亿m 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 江各阴岸。 避4 0 年来，巢潮流域人口剧增，森林锐减，水土流失严重，大量泥沙带入 潮中淤积。据考证，古巢潮的形成距今约一万多年，古巢湖面积约为 2 0 0 0 k m 2 , 而今巢湖面积仅为7 6 0 k m 2 ，如图1 1 所示。周围的绝大部分古湖 泊地区变成了湿地。现今由予人类活动影响，加速了巢湖周围湿地的消失 帮湖泊消亡过程。 圈1 1 巢湖水域示意图 巢湖流域地处江淮之间的丘陵地带，按其地貌成因可划分为浅切割低 山区丘陵( d q ) 、丘陵岗地( q g ) 、岗冲地( g c ) 以及冲击平原( c p ) 西种类型。萁四周是由低由丘陵构成的一个东西长南北窄的不规则的西高 东低中间较低洼平坦的地带。 巢湖流域气候温和湿润，属亚热带过渡性的副热带零风气候区。年平 均温度1 5 1 6 ，1 月份平均气温2 3 ，7 胃份平均气温2 8 3 0 ，历 年土壤最大冻结深度9 l l 厘米。流域内雨壁充沛，梅雨期雨量较为集中。 流域内各水系主要由雨水补给，因而巢湖水位多受河流水情控制，季节性 差异较大。区域内主导风向夏季为东南风，冬季为东北风。 巢潮流域因其地形、地貌特点雨形成7 密度大、级横交叉的河流水系， 并呈放射状汇入巢湖。流域内有3 3 条河流，分属为杭埠河一丰乐河、南 肥河一店埠河、派河、柘皋河、白石山河、裕溪河等七条水系。流域内河 流注入巢湖水量大小顺序为：杭埠河一丰乐河 南肥河 自石山河，分别 占径流量的5 5 5 、9 4 、8 2 。 1 2 巢湖水环境状况 巢潮是典型的构造断陷型湖泊，经过漫长的岁月，隧着湖盆自身的变化及 人类活动的影响，形成了现在的鸟巢状的现代湖盆形态。东西长5 4 5 k m ，南北 平均宽为1 5 1 k m ，最大宽度为2 1 k m 。以姥山为界分为东、西两湖区。湖岸线 总长约1 8 4 。6 6 k r a ，岸线发育系数1 8 9 ，岛屿率o 。1 3 。水位在8 - - - - 1 0 m 时，湖 面积为7 5 3 - - 7 7 4 k m 2 ，容积为1 7 2x1 0 8 , - , , 3 2 3x1 0 8 m 3 。正常水文下年均水深约 3 m ，最大水深约7 m ，东湖水深3 4 m ，西湖比东湖浅1 m 左右。 1 2 1 湖泊水文特征 巢潮东口门建阕后，使之变为人工控制水量的半封闭性水体，流域径流量 多年平均为3 4 9 x1 0 8 m 3 ，长江入湖交换水量多年平均为1 6 1 0 8 m 3 ，交换水量 不到总水量的1 1 0 0 ，换水周期达1 3 3 d 。 巢潮水量和水位受流域内河流水情所控制，而流域内各河流补给以雨水失 主，因此水位随降水量和季节变化波动较大。 1 2 2 湖水理化特征 巢湖是蓝藻型富营养湖泊。湖水具有如下理化特征： ( 1 ) 巢潮水温分布均匀 多年平均水温1 7 3 ，夏季最高水温3 2 6 ，并无明显分层现象；冬 季最低水温5 2 c ，一般年份仪出现岸冰冰期短，冰层薄。水面下o 5 m 处 的次表层温度年际平均在1 6 。 ( 2 ) 潮水透明度低 2 总悬浮固体浓度为4 0 - 1 0 0 0 m g l ，浊度在2 8 - - 1 6 2 度之间，并含有大 量带有负电荷的粘士矿物胶体微粒和外来腐殖质。由于藻类遍布全湖，对 太阳光的散射、吸收强，求呈褐色，透明度只有0 1 6 m ，冬季则为o 1 3 m 。 ( 3 ) p h 值偏碱性 根据1 9 8 4 年测定，湖水p h 值的范围为7 5 5 8 2 2 ，年平均为7 9 l ， 其四季交纯为：春季7 8 l ，夏季8 。q 9 ，秋季8 。1 8 ，冬季7 。5 7 。湖承p h 值 变化与蓝藻生物量的变化规律十分吻合，当“水华”大量发生时，p h 值 升高，最高达1 0 左右。 ( 4 ) 水质矿化度低 潮东中可溶馕圆体含量蔻1 5 0m g l ，矿化度约7 2 。1 3m g l ，为低矿化 度水。 ( 5 ) 营养盐负荷率高 据2 0 0 2 年监测结果，湖水t n 的年平均值为2 3 8m g l ，t p 的年平 均值为o 1 7 m g l ，比一般潮泊偏高。 ( 6 ) 溶解氧含量高 一般情况下湖的上、下层均为好氧状态，d o 年平均值为9 2 1m g l ，饱和 度达9 8 ，3 。秋、冬季高予誊、夏季。冬季温度低，大气复氧能力增强， d o 高达1 2 1 2m g l ，而夏季藻类繁殖快，在夜间黑暗的条件下消耗了水 中的大量的溶解氧，加上有机物的好氧分解等，造成局部水体氧亏，致使 鱼类窒息死亡时有发生。 1 3 巢湖水环境研究进展 七十年代以来随着工农业生产的迅速发展大规模的水利工程建设和 入瑟的快速增长给这一地区的生态环境带来了巨大的压力。由于污水排 放、化肥农药的大量使用、周围湿地面积减少、水土流失和湖盆的淤积速 度加快等使巢湖出现了明显的富营养化。巢湖的水生生态、水产资源遭受 严重破坏，渔获量逐年减少。巢湖的富营养化和生态破坏的严重薏暴是制 约了该区的社会和经济发展，雩| 起了国家和地方政府的极大关注j 。 目前巢湖水质已基本属予一类水，巢湖湖区呈中度富营养状态，其 中，西半湖呈重度富营养状态，东半湖属予轻度富营养状态。近年来，国 家针对巢湖永污染治理和东体富营养化防治开展了大量的调查研究。调查 发现，巢湖的污染不仅来源于工业的点源污染，还有来自非点源污染负荷的污 染。后者主要指来自流域的农田径流、水土流失、水产养殖及畜禽粪便污染等。 在巢湖众多污染物质中，菲点源污染负荷所占比例较大，全磷占入湖全磷量的 6 8 左右，全氮占入湖全氮量的7 4 左右翻。阎伍玖等盹5 l 研究了不同土地使用 3 类型的地表径流对巢湖污染的效应及其污染特征。纪岚等【6 ，分析了南淝河污染 的现状，用一维稳态模型来模拟水质，计算了南淝河环境容量。王绪伟等【8 l 对巢 潮潮区水与表层沉积物污染物进行了调查研究，并结合巢潮现状，提出了污染 控制措施。此外，阎伍玖1 9 】还对巢湖流域河水中n 、p 盐分组成特征进行了分析， 为巢湖水环境污染与水体富营养化的控制提供了科学依据。韩小勇等【l o j 对巢 潮水矮状况进行了分辑研究。张美琴【n 】等对巢湖主要入湖河道磷的污染 现状进行了调查。曹德菊【豫】对水相、沉积物、生物相中的p b 、c u 、f e 的 含量进行测试，并分析了生物累积效应。谢红霞f 1 3 】等对巢湖沉积物的磁性特 征以及对沉积动力的响应进行了分析研究。张强【h 1 研究了巢湖双桥河沉积物污 染特征及其生态影响。郑伟鞋习研究了巢湖双桥河湿地植被生态现状。顾成军、 孙凤贤等 1 6 , 1 7 1 对巢湖泥沙淤积状况及其主要来源进行分析并提出了恢复 流域生态系统和减少流域水土流失等减缓泥沙淤积的措施。 巢潮污染治理除了要控制点源负荷与非点源负荷夕卜，内源污染也是一个不 容忽视的污染源。近年来内源污染受到极大的重视，许多专家学者对此做了大 量研究，并认为湖泊沉积物中的氮磷在一定条件下的释放会导致湖泊水体富营养 化现象出现反复1 8 , 1 9 1 。姚书春【2 0 1 对采集于巢湖湖心的沉积物柱样中的正构烷烃 和有机碳进行了分析，发现巢湖石油污染的存在。王永华等 2 1 , 2 2 1 研究了巢湖底 泥污染物的分布特征，并用潜在生态危害系数法对底泥污染物作了评价。孙新民 吲分析了巢湖底泥中铬、锰的污染现状，童军华幽】抽测了巢湖水体及湖泊沉积 物中重金属含量。 对于巢潮的富薷养化的控制是一个漫长焉又艰巨的任务。国家及有关 高等院校、科研单位开展了多轮野外科学考察与现场定点监测，并利用遥 感技术、计算机模拟技术、回声仪探测等高科技手段和方法共取得了近十 万个数据及数百幅遥感图像照片等，为巢湖水域的富营养纯防治、资源开 发和管理决策提供了初步的基础资料。污染治理仅依靠控制点源污染负荷 和面源污染负荷是远远不够的，大量研究证明，湖泊沉积物中氮磷的释放 会导致湖泊富营养化状态反复出现 2 5 , 2 6 l 。因此，研究巢湖沉积物中污染 因予的吸收和释放可数为承环境污染与水体富营养他的控制提供科学的 依据。 1 4 河湖沉积物研究进展 沉积物是指沉积在陆地或盆地的松散矿物质颗粒或有机质，包括砾 石、砂、粘土、灰泥、生物残骸等。沉积物的形成机理一般认为是水体中的 有机震、矿物质颗粒等透过沉淀、吸附、生物吸附等物理、化学和生物作用直 接或首先形成水体悬浮物；然后沉积至水体的底部区域的过程玲7 翻。根据沉积 4 物组分的形成类型和矿物特征，可以分为四个部分f 2 嬲：1 ) 火成岩和变质 岩风化残留矿物，主要包括氧化物、硅酸盐、微量盐类( 碳酸盐、磷酸盐、 硫化物) ；2 ) 低温和水成矿物，主要包括粘土矿物、氧化物和氢氧化物、 碳酸盐磷酸盐、硫化物、硫酸盐和奁仡物；3 ) 有机组分，主要包括植物 碎屑和生物尸体及其腐烂风化形成的氨基化翕物、糖类及衍生物、脂类、 类固醇、多环化合物、酚、腐殖质、碳氢化合物、沥青；4 ) 流动相，主 要包括沉积物中各种类型的水以及气体稻油类。 沉积物中的重金属是水环境污染的指示者，能明显地反映水体被重金属污 染的程度【3 们，是水环境的重要组成部分，在水体沉积物系统中，水体沉积物既 是重金属污染物的汇集地，又是对水质有潜在影响的次生污染源洋弓一。水体沉 积物既是污染物的载体又是水系统中的内源污染源。近年来，由底泥污染 而导致水体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 多研究证明对予浅水湖泊，内源污染已经成为其主要污染源之一s 郴j 。 根据美国e p a 对内源污染的定义：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、能逶过某种途径对入类或环境健康造成威胁的化学物质。 沉积污染物质主要通过表层沉积物直接向水体吸附和解吸，沉积物间 隙水中的污染物质向水体扩散等途径对水体污染。沉积物与水体所含污染 物覆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，从丽导致二次污染。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 外界污染源得到控制之后，内源污染就成为了水体的主要污染途径。 国内处对沉积污染都进行了系统深入全面的研究，美国、法国、土耳 其、葡萄牙、日本等很多国外的学者均对沉积物进行了广泛研究【4 卜4 引。国 外学者a n n s o f i ew e r n e r s s o n 等i 4 5 l 对海洋沉积物污染进行了评价分 析，s 。d e g e t t o 等【4 6 ，4 7 l 学者对湖泊的沉积物污染进行了评价和动力学研究， s u m m e r sj k 等【4 8 1 对河流沉积物污染特性进行了研究。目前国内有众多学 者已经陆续开展了针对河流、湖泊、海洋沉积物的研究分析，其中，针对 湖泊沉积污染，众多研究者已对巢湖、太湖、滇池、东潮等湖泊沉积物污染进 行了分析，为湖泊的污染治理奠定了基础。 目前对沉积物的研究已成为治理湖泊二次污染的重要课题之一。很多 研究者【毒9 巧2 】对沉积物中有机物污染进行了研究，并分别探讨了农药、氯、 苯等有机物在沉积物中的污染特性和来源；d e l v a l l s 等【5 3 , 5 4 】学者利用多元 分析方法开展了沉积物污染来源研究，分析了沉积物重金属等主要污染物 质的来源；冯素萍等【韩l 利用电镜、红外和x 衍射等现代技术手段对河流 5 沉积物物质成分进行了探讨；a l b r e c h t 酌j 测定了沉积物的沉积年代并对湖 泊河流水库等不同水体类型的沉积物的沉积特性进行了研究；还有很多学 者对污染物质在水体沉积物中的迁移转化规律进行了分析研究f 5 7 , 5 8 j ；目 前很多学者l s 弘舂l l 对沉积物中氮磷吸附和释放进行了模拟分析，研究吸附氮 磷吸附释放规律以及由于污染物质释放带来水体的二次污染问题；由于重 金属在沉积物中的累积作用远远大于在水体中的累积，而且分布受到人为 污染的影响而表现出很强的规律性，所以对沉积物重金属的污染研究也是 目妻誊研究的热点之一：缎多学者1 6 如的】对重金属与有机物质相关性，重金属 的来源以及重金属的评价进行了深入的探讨。另外还有学者【6 6 】对沉积物 污染因子相关性进行了研究。 1 5 课题来源、研究内容及技术路线 为了进一步认识巢湖不同入湖河口沉积物污染状况、污染物质来源以 及对巢湖富营养化的影响，本研究依托国家科技部重点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( 编号：2 0 0 3 c c c 0 0 4 0 0 ) ”和安徽 省群十一五”秘技攻关计划重点项邑“巢溯入湖河口湿地生态修复枫理及关键技 术研究与示范( 编号：0 7 0 1 0 3 0 2 1 6 5 ) ”以及安徽省科技攻关计划重点项目“巢湖 北岸东段入湖河口沉积污染物的溯源及控制研究( 0 7 0 2 0 3 0 3 0 6 3 ) ”，以巢湖炯 炀河河霉为研究对象，对河蜀沉积物污染特征及其生态影响进行分析评价，为 防治巢湖水体富营养化提供依据。 本研究内容主要包括以下几个方面： ( 重) 搜集和查阅相关文献资料，现场调查和采集炯炀河入潮河口沉积物 样品。设定采样剖面，布设采样点，利用底质采样器进行野外采样。 ( 2 ) 制定试验方案，进行样品测试，测出炯炀河河口沉积物所含污 染物质的含量。对污染物质韵来源、分布规律，及萁对巢湖富营养亿的作 用进行分析； ( 3 ) 根据测试数据，通过相关性分析，研究炯炀河河口沉积物中有 机质含量与氮、磷含量及其重金属含量之间的关系等。 ( 4 ) 利用相关评价标准对炯炀河河i z l 沉积物中的有机质、有机氮等 含量进行评价，并对其浓度分布分布状况进行分析。 ( 5 ) 基于未确知数学中的盲数理论对沉积物进行潜在生态风险评价 因为最近凡十年人类活动的影响以及悬浮物质的沉积主要积累在淀积物 表层，故在有机质、有机氮污染评价以及潜在生态风险评价中以表层沉积 物为研究对象。 根据上述研究内容，确定研究的技术路线。如图l - 2 所示： 6 查阅文献，收集资料 上 野外调查，样品采集 上 沉积物样品制备 沉积物主成分分析 上 图1 2 研究技术路线图 7 第二章研究区基本概况和研究方案 2 1 研究区域概况 炯炀河是一条天然河流，位于巢湖北岸，始于巢湖市炯炀镇。河道宽 度约2 0 , - 一3 0 m ，全长约3 k m ，流经6 个自然村，周边无大型的厂矿企业。 炯炀河两岸主要以稻田为主，入湖口北岸两侧有面积约3 0 0 m 2 的人工鱼 塘。 由于农田水土流失和雨水对城镇地表的冲刷作用，使得炯炀河水体中 泥沙和悬浮物含量较高，当夹带着悬浮颗粒的河水流到河口区后，由于河 道突然变宽以及湖水的顶托作用，河水流速大大减缓，悬浮物质便在河口 处沉降并不断堆积，最终在炯炀河河口两侧形成了较为规则的河口扇形冲 积区一扇形湿地( 见图2 - 1 a 和b ) 。东侧湿地面积较大，枯水期湿地沿 岸长约l k m ，面积约2 k m 2 ，湿地植被茂盛，主要以芦苇、柳树、稗草、 水花生、野塘蒿、野大豆、毛蓼为主，具有很好的生物多样性，几乎未受到 人为破坏；西测湿地面积相对较小，面积约l k m 2 ，植被物种较单一，主 要被用作菜田、畜牧，人为破坏性较大。此外，据调查，炯炀河河口是附近 渔民的栖息地。常年有数十艘渔船在此停泊，渔民的生产和生活对河口湿 地生态环境造成了一定程度的破坏。故本文仅研究东侧天然湿地沉积物的 污染特征及其对生态环境的影响。 图2 1 炯炀河河口地理位置示意图 囝 2 2 研究方案 2 2 1 采样点的布设 图2 2 炯炀河河口景观图 为查清炯炀河东侧河口湿地沉积物的污染状况，根据河口沉积特征，采用 全球卫星导航定位系统( d g p s ) 精确定位设置了四条剖面，剖面均呈东西走向， 间距约为6 0 米。共1 9 个采样点，采样点编号依次为1 1 、1 - 2 、2 1 、2 2 ， 采集了5 7 个沉积物样品。采样点分布地理坐标见表2 1 和图2 2 。 表2 - 1 采样点地理坐标 地理坐标 1 - 15 6 0 6 8 83 5 0 3 8 6 52 35 6 0 5 2 33 5 0 3 9 6 6 1 - 25 6 0 6 1 93 5 0 3 8 7 52 - 45 6 0 4 6 6 3 5 0 4 0 0 1 1 - 35 6 0 5 5 03 5 0 3 8 7 92 55 6 0 4 2 9 3 5 0 4 0 51 1 - 45 6 0 4 7 8 3 5 0 3 8 9 3 2 6 5 6 0 3 ；9 93 5 0 4 1 0 2 1 5 5 6 0 4 2 5 3 5 0 3 9 2 53 15 6 0 6 6 23 5 0 4 0 1 4 1 - 65 6 0 3 8 03 5 0 3 9 7 33 25 6 0 5 9 6 3 5 0 4 0 3 3 1 - 75 6 0 3 5 33 5 0 4 0 2 03 - 3 5 6 0 5 3 83 5 0 4 0 6 5 1 - 85 6 0 3 2 73 5 0 4 0 6 63 - 4 5 6 0 4 9 93 5 0 4 1 2 0 2 - 15 6 0 6 5 6 3 5 0 3 9 3 5 4 - 1 5 6 0 6 3 83 5 0 4 1 0 2 2 - 25 6 0 5 9 03 5 0 3 9 4 7 苫 图2 3 研究区域位置及采样点布设示意图 2 2 2 样品采集 2 0 0 7 年6 - 8 月，采用g p r s 技术对研究区域进行定位，并多次实地调查， 确定研究区域界线和拟定的采样方案。2 0 0 7 年8 月，根据拟定的采样剖面和确 定的采样点，使用自制采样器，采集湿地约0 7 1 m 厚的沉积物样品。采样时， 把采样器放在选定的采样点，通过人力作用使沉积物进入采样器，表层水通过 采样器周边的排水孔排出，利于泥水分离。采样器材质为无缝钢管，具有很高 的硬度，因测试中不检测f e 的含量，因此不会对样品造成污染。根据采样剖面 的沉积特征，一般将其分为3 层，分层后的样品立即装入专用样品袋，外部用 黑色采样袋包裹，并贴上标签，其中a 代表沉积物表层，b 代表沉积物中间层， c 代表正常湖积层( 图2 。3 ) 。采集后的样品当天带回实验室，并置于阴凉通风 处风干，以防止空气中飘浮物的污染、微生物降解和太阳曝晒。所采样品均保 留备用样品。 采集的沉积物样品中，偶见粉砂黏土，个别样品有塑料等难降解制品，少 量可见贝壳残骸及草类秸秆。 ：童、，1 _ ! ，j t ， j 一j辱菇” a 层沉积物表层 b 层沅枫物中阃层 c 层正常湖积层 厚度约1 5 - 2 0 u n i厚度约1 5 - 2 0 0 m- 厚度约1 5 - 2 0 c m 上i中i下 图2 - 4 沉积物柱状剖面图 1 0 2 2 3 样品制备与测试方法 采集的样品放置于不易被酸碱等气体及灰尘污染的阴凉通风处自然风干。 将风干后的沉积物样品平铺于硬质白纸板上，用玻璃棒等压碎。剔除样品里的 砾石及植物残体等杂物，过2 0 目尼龙筛。用四分法缩分筛下的样品至需要的量 并移入玛瑙研钵。研磨移入研钵的样品直至全部通过2 0 0 目尼龙筛，装入样品 袋封口，并放入干燥器中备用。 第三章实验方案及测试结果 3 1 沉积物含水率测定( 蜞千法) 3 1 1 测试方法 ( 1 ) 测试仪器 电子天平、恒温干燥箱、干燥器、干燥皿等。 ( 2 ) 测试步骤 将干燥瓶放入1 1 0 ( 2 烘箱中烘2 h ，至恒重，前后误差 b 。 3 2 沉积物有机质含量测定 3 2 1 测试方法 ( 1 ) 测试仪器与试剂 仪器 油浴锅、滴定管、2 5 0 m l 锥形瓶、5 0 m l 比色管、容量瓶、恒温干燥箱( 上 海实验仪器总厂) 、电子天平( 地g p i n g 型号；f a 2 0 0 4 n ) 变温电炉、移液 管等。 试剂 重铬酸钾( k 2 c r 2 0 7 ) 优级纯，北京化工厂；硫酸( h 2 s 0 4 ) 分析纯，中国 医药集团上海化学试剂公司；七水合硫酸亚铁( f e s 0 4 7 h 2 0 ) 分析纯，广东汕 头西陇化工厂。 ( 2 ) 方法与原理 本研究采用重铬酸钾容量法。 本法是用过量的k 2 c r 2 0 7 - h 2 s 0 4 溶液在加热的条件下使待测样品有机质中 的c 氧化成c 0 2 ，等当量的c r 2 0 7 2 。被还原成c ，剩余的c r 2 0 7 2 。再用f e 2 + 标准 溶液滴定。根据有机碳被氧化前后c r 2 0 7 2 数量的变化，计算出有机碳或有机质 的含量。纯学反应式如下： 2 k 2 c r 2 0 t - k 3 c + 8 h 2 s 0 4 _ 2 k 2 s 0 4 + 2 c r 2 ( s 0 4 ) 3 - j f - c 0 2 - 1 - 8 h 2 0 k 2 c r 2 0 7 + 6 f e s 0 4 + 7 h 2 s 0 4 啼k 2 s 0 4 - a t - 2 c r 2 ( s 0 4 ) 3 + 3 f e 2 ( s 0 4 ) 3 + 7 h 2 0 测褥有枫碳的含量乘上一个经验系数1 7 2 4 ，即为有机质的含量。本方法在 加热条件下，有机碳的氧化效率约为9 0 ，故对结采还要乘以一个校芷系数 1 0 8 t 6 7 1 。 ( 3 ) 测试步骤 试剂的配制； ( 1 6k e c r 2 0 7 ) - - 0 8 0 0 m o l lk 2 c r 2 0 7 标准溶液：称取经过1 3 0 烘 2 5 h 3 9 2 2 5 6 9 的优级纯k = c r = 0 7 ，用少量的水溶解，移入1 0 0 0 m l 容量瓶中，加 水至标线，摇匀。另取分析纯浓硫酸2 5 0 l ，慢慢加入到重铬酸钾永溶液中，不 断搅拌，冷却至室温，移入密封玻璃瓶中保存。 f e s 0 4 = 0 2 0 0 0 m o f l 标准溶液：称取5 6 9f e s 0 4 7 h 2 0 溶于8 0 0 m l 水中，加 浓硫酸2 0 m l ，搅拌均匀，冷却至室温，稀释至l l 。此溶液易被空气氧化丽使浓 度降低，故用时要每天标定。方法如下：准确称取0 2 0 0 0 m o l lk 2 c r 2 0 7 标准溶 液2 0 o o m l ，放于1 5 0 m l 锥形瓶中；加入h 2 s 0 4 5 m l ，指示液2 3 滴，用f e s 0 4 溶液滴定至棕红色即为终点，消耗f e s 0 4 溶液v l ( m 1 ) 。 c f e s 0 4( o 2 0 0 0 x 2 0 。o ) ，v l 测试步骤 准确称量一定质量的风干待测样品放入干燥的比色管中，用移液管慢慢加 入0 8 0 0m o l l k 2 c r 2 0 7 溶液5 0m l ，浓硫酸5 0 m l 。 在油浴锅中放入菜籽油，当油温井至1 8 5 - 1 9 0 时，把硬质玻璃试管放入， 待试剂开始沸腾计时，保持沸腾5 m i n 。在沸腾时摇动2 3 次防沉淀。此时试液 呈黄绿色，取出比色管，擦净外部油液，放试管架冷却。 将试液移入2 5 0m l 锥形瓶中，并用水洗涤试管2 3 次，洗液并入锥形瓶中， 使试液总体积为8 0 m l 左右，加磷酸5 m l ，摇匀。 往试液中滴加f e s 0 4 ，待黄色褪去，往试液中加指示剂三萘胺磺酸钠2 - 3 滴，用f e s 0 4 标准溶液滴定至亮绿色即为终点。消耗f e s 0 4 溶液v ( d ) 。 与样品操作的同时，用空硬质试管作全程空宣实验，消耗f e s 0 4 溶液 ( m 1 ) 。 计算 有机质( ) 茹( v o - x c x 0 0 0 3 x 1 7 2 4 x 1 0 8 1 0 0 w c = c k 2 c r 2 0 t x vk 2 c r 2 0 t v o 式中：v o 一空囱试验消耗的f c s 0 4 体积( m 1 ) ； v 一滴定样品时消耗的f e s 0 4 体积( m 1 ) ； c f e s 0 4 标准溶液的摩尔浓度； o 0 3 一碳斡毫克摩尔( g ) ； 1 7 2 4 一e l j 有机碳换算成有机质的经验系数