（环境科学专业论文）山东省典型岸段潮间带沉积物环境地球化学研究.pdf

a b s t r a c t i n t e r t i d a lz o n ew a sp e r i o d i c a l l ys u b m e r g e d 、d r i e db ys e a w a t e r ，w h i c hi s e x t r e m e l ys e n s i t i v et oa n t h r o p i ca c t i v i t i e sa n dn a t u r a lp r o c e s s e s i t se n v i r o n m e n t a l q u a l i t yi sd i r e c t l yr e l a t e dt ot h ea n t h r o p i cl i v i n gs p a c e ，q u a l i t yo fl i f ea n dt h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fs o c i e t y t h ec o r eo ft h ec o a s t a le n v i r o n m e n t a lq u a l i t y a s s e s s m e n ti st h ec o n t e n ta n dd i s t r i b u t i o no fc o n t a m i n a t i v ef a c t o r si ni n t e r t i d a l s e d i m e n t s b a s e do nt h ed a t ao fs i l t - m u d d yc o a s ti ns h a n d o n gp r o v i n c e ，t h ea u t h o rs t u d i e d t h ec o n t e n ta n ds p a t i a ld 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 fc o n t a m i n a t i v ef a c t o r si n i n t e r t i d a ls e d i m e n ta n di t s r e l a t i o n s h i pb e t w e e nh y d r o d y n a m i cc h a r a c t e ra n d g r a n u l a r i t yo fs e d i m e n t ；a tt h es a m et i m e ，t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r sw h i c hc o n s t r a i nt h e s p a t i a ld i s t r i b u t i o no ft h ec o n t a m i n a t i v ef a c t o r sh a v eb e e nd i s c u s s e d ；u s i n gs c a t t e r p l o t so fn ia n dc o n t a m i n a t i v ef a c t o r si nj i a o z h o ub a y , t oe l i m i n a t et h ee f f e c t so f m i n e r a lg r a i n s i z e ，f i n a l l y , t h et r u ec o n t a m i n a t i v es t a t u sw a so b t a i n e d w h e ng e o c h e m i c a lb a s e l i n ev a l u eo ft h ep o l l u t i o nf a c t o rw a sc a l c u l a t e d ， s t a n d a r d i z a t i o n 、b o xp l o ta n ds e d i m e n t a r yl i t h o l o g yw e r eu s e da n du l t i m a t e l yt h eb o x p l o t sw a ss e l e c t e d q c l u s t e ra n a l y s i s ，w h i c hb a s e do nc l u s t e ra n a l y s i sr e s u l t si su s e d d u r i n gt h er e s e a r c h a sar e s u l t ，i ti s d i v i d e di n t ot h r e ea r e a si nj i a o z h o ub a y , c o m p a r e dw i t hn e i g h b o r i n gs e a ，p o l l u t i o ns o u r c e sw e r em o s t l yd i s t i n g u i s h e db y f a c t o ra n a l y s i s m o d i f y i n gc o a s t a ls e d i m e n tq u a l i t ya s s e s s m e n t ，b yi m p o r t i n gp a r t i c u l a rp a r a m e t e r , b e i n gp o l l u t e da r e a sw e r ec a u t i o n e d i nt h i sc o a s t a ls e d i m e n tq u a l i t ya s s e s s m e n t ， c o a s t a ls e d i m e n tq u a l i t yt y p e si ny e l l o wr i v e r 、se s t u a r ya n dk i a o c h o wb a yw e r eg o o d ， c o a s t a ls e d i m e n tq u a l i t yt y p e si nl a i z h o ub a y 、y u e h ub a ya n dd i n g z ib a yw e r ea l l r i g h t k e yw o r d s ：i n t e r t i d a ls e d i m e n t ；e n v i r o n m e n t a lg e o c h e m i s t r y ；c o a s t a ls e d i m e n t q u a l i t ya s s e s s m e n t 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声 明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 刘艾峰 日期：2 口四年6 月z o 日 学位论文使用授权说明 本人完全了解国家海洋局第一海洋研究所关于收集、保存、使用 学位论文的规定，即： 按照本所要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 研究所有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 研究所可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文： 研究所同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国 学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 安j 义j 晕 l 导师签名：黝 日期：乡少节年多 月矽口日 第一章前言 第一章前言 1 选题意义 海岸带是岩石圈、水圈、气圈、生物圈和人类圈相互作用最敏感、最活跃 的地带，也是海平面升降、波浪、潮汐等影响明显的地区。目前，我国沿海地 区以1 5 的土地养育着4 0 以上的人口，我国7 0 以上的城市分布于海岸带地 区，我国海岸带地区的工农业产值占全国国民生产总值的5 5 。我国海岸带的 滩涂资源约2 万多平方千米，现已利用2 0 左右，在创造巨大经济效益的同时， 也对海岸带环境、生态带来了极大的威胁。 2 0 世纪以来，日新月异的科技进步极大地推动了沿海地区的城市化进程， 为人类带来巨大财富的同时，也给海岸带地区带来了严重的环境压力。海岸带 是海洋与大陆联系的桥梁，大陆物质由此进入海洋。河流入海泥沙、生源要素 及污染物的7 5 9 0 归宿于海洋，一部分重金属、有机质及人类活动的产物 通过悬浮泥沙的搬运累积于潮滩上，使潮滩成为其重要归宿之一。 潮间带沉积物中重金属的含量通常高于上覆水3 5 个数量级，往往是上覆 水质没有发生明显的变化，而沉积物重金属污染己经达到了较为严重的程度， 在近岸海域更是如此。多年来，海洋环境和其他水环境的污染监测一直都是以 上覆水质监测为主。但考虑到大部分高毒性污染主要富集于沉积物中而不是上 覆水内，忽略了对沉积物的监测，便无从对海洋环境实施全面有效的保护。近 年来，海底沉积物，不但因其作为污染物的主要富集介质和重要的生物栖息场 所，而且也因其可作为比水介质更及时、更稳定，更概括和更强的具有指示区 域环境质量状态和趋势作用的监测要素，而日益引起重视。在2 0 世纪8 0 年代 开展的“全国海岸带和海涂资源综合调查和中国海湾志，以及有关监测、 调查项目都将沉积物化学列为工作内容的重要组成部分。 随着经济社会的高速发展和自然环境条件的变化，我国海岸带自然环境、 资源状况都已发生了重大变化。为了摸清当前我国海岸带环境质量状况，在2 0 0 3 获国务院批准立项的“我国近海海洋综合调查与评价专项 ( 简称9 0 8 专项) ， 硕士学位论文山东省典型岸段潮问沉积物环境地球化学研究 在其总体任务中也将沉积物化学调查列为重要的工作内容。本文即是依托山东 省9 0 8 专项海岸带调查( s d 9 0 8 0 1 0 2 ) 之潮间带沉积物化学调查积9 0 8 专项海 岸带开发活动的环境效应评价( 9 0 8 0 2 - 0 2 0 6 ) 完成的。 2 国内外研究进展 2 1 国外研究进展 国外有关潮间带沉积物地球化学调查研究起步较早，2 0 世纪7 0 年代初英 国率先开展了海岸带沉积物地球化学调查，d eg r o o t 就沉积物中重金属的含量 及形态等方面的地球化学特征做了研究【2 】，此后有关潮间带沉积物中重金属的 调查研究蓬勃发展，欧洲瓦登海【3 1 、北海【4 1 、波罗的海【5 】及其周围潮滩的调查为 潮滩沉积物重金属的研究积累了丰富的资料。l o r i n g 等【6 儿7 】于7 0 年代就提出海 洋沉积物中痕量元素浓度与细粒沉积物的所占的比例有正相关关系，并在不断 研究过程中，a c k e r m a n n 先后选择了c s 剐、f e 、r b 、s c 、t h 、l i 和魁作为保 守元素，通过对沉积物粒度的归一化过程来消除矿物粒度效应。s c o v e l l i g f o n t o l a n 认为由于各个区域的母岩性质、区域地质情况、风化程度强弱( 气 候) 等因素并不相同，各个地区所利用的归一化元素是不同的，而选择哪一种 元素作为归一化元素，还要根据当地具体情况来定。h a k a n s o n g j 将重金属污染 物与生物毒性、生态危害有机地结合，在1 9 8 0 年提出了评价沉积物重金属质量 的潜在生态危害指数法，至今仍被广泛使用。 2 2 国内研究进展 我国较大规模的海洋环境状况研究始于2 0 世纪7 0 年代，主要是查明污染 物在海洋环境各介质中的含量分布及时空分布。国内对潮间带重金属的研究则 开始于8 0 年代初期弘筑，1 9 8 0 年开始实施的全国海岸带和海涂资源综合调查将 重金属作为主要调查内容之一，随后有关潮间带重金属污染的研究和评价逐渐 开展起来，8 0 年代主要对我国河口开展了海洋环境专项调查研究，9 0 年代对我 国沿海进行了生态环境调查。在这些调查研究中，做了大量海洋沉积环境地球 2 第一章前言 化学方面的研究工作。黄华瑞玎2 1 等主要研究了重金属的来源、赋存形态及转化 规律等因素对潮间带重金属累积特征的影响，陈振楼、许世远等f 1 2 坝f j 重点探讨 了潮间带动力环境、沉积物粒径与重金属空间分布的关系。吴景阳f 1 3 l 分析了 重金属在渤海湾沉积物中的分布模式，指出重金属的自然沉积受沉积物环境和 沉积物粒度组成的控制，可以n i 的分布模式代表。有关潮间带沉积物中重金属 的研究已受到国内外科学界的普遍重视，并在全国范围内展开了本次潮间带沉 积物综合调查研究工作。 2 3 山东省海岸带环境地球化学研究现状 环境地球化学是环境科学与地球化学之间的- 1 1 新兴的边缘学科，是环境 地学的一个分支。它主要研究环境中天然的和人为释放的化学物质的迁移转化 规律，及其与环境质量、人体健康的关系。人为释放的各种金属和非金属元素、 各种无机和有机化合物也加入自然界原有物质循环之中，它们在自然界的运动 同样受地球化学规律的支配。因此，地球化学的许多原理和方法可以应用于环 境问题的研究，这样就促进了环境科学与地球化学的结合，导致了环境地球化 学这门新兴的边缘学科的诞生。 国家海洋环境监测中心每年都对近岸海洋沉积物进行质量评价，并自2 0 0 3 年起，有刊物中国海洋环境质量公报出版。山东省沉积物调查资料较为翔 实，如表1 1 ，在黄河三角洲、莱州湾、胶州湾等重点调查区域资料相对较多。 尤其是胶州湾的环境地球化学的调查资料比较丰富，但以往的资料仅限于胶州 湾的湾内较深的海域，而对于潮滩沉积物的研究资料很少，而且也仅限于对沉 积物中重金属进行定量测定，对于沉积物的粒度影响往往考虑的较少，而粒度 往往是痕量元素的重要控制因素。 3 硕士学位论文山东省典型岸段潮间沉积物环境地球化学研究 表1 1 环境地球化学研究进展 3 研究范围 在山东省9 0 8 专项海岸带研究工作中，潮间带沉积物化学调查是以典型粉 砂淤泥质岸段为重点调查区域，选取具有一定区域代表性的断面，在高、中、 低潮位分别设站进行沉积物化学取样调查，以反映区域沉积物环境质量状况。 基于上述因素，本次研究分别在黄河三角洲、潍北平原粉砂淤泥质海岸和山东 省南部基岩、半封闭的海湾设立取样剖面，并重点研究河1 2 1 、海湾等潮间带发 育较好的岸段。在一些沉积环境较为稳定、受扰动较小并具代表性的岸段获取 沉积物柱状样品，各取样站位分布如图1 - 1 。研究内容涉及本次调查获取的表层 沉积物和柱状沉积物样品的地球化学特征、粒度特征，以及潮间带底栖生物残 毒，调查剖面的坡度变化等。 4 第一常前自 j 。_ 。懈 j 鱼 j 妊“：* 。 ” * l ；雄 1 1 75 e5 ”9 r1 2 05 。1 2 5 口1 丝5 幽i 1 山东省满m 带沉积物调查站位分布即 本次潮问带沉积物化学调查结果如表l2 。批改札了4 8 个调查剖面，每个 调查剖面分高潮滩、中潮滩、低潮滩二个站位分别获取表层沉积物样品，共取 得表层沉积物样品1 4 0 个，并且在典型剖面的中潮濉挟舣沉秘物枉状样品2 8 个 袁l om 末省潮间带沉积物化学i i 蕾t 作统计 4 技术路线 研究将野外】祝样诮卉、实验审分折测试、资科收集等方泣相结 ，借助r 地理信息系 统、环境地球化学研究等拄术手段，对山东省典l u 岸段潮间带沉积环境的再种地球化学要 素进行综台评价与分析研究。技术路线流程如瞄1 - 2 。 硕士学位论文山东省典型岸段潮间沉积物环境地球化学研究 图1 2 技术路线流程图 6 第二章研究区概况 第二章研究区概况 1 自然环境 1 1 自然地理 山东省地处中国东部、中纬度地带。据山东省近海海洋综合调查与评价结 论，山东省海岸北起鲁冀交界的漳卫新河、南至鲁苏交界的绣针河口，海岸线 全长3 3 4 5 公里。沿海滩涂面积约3 0 0 0 平方公里，1 5 米等深线以内水域面积约 1 3 万余平方公里。 以莱州市虎头崖为界，将山东省海岸划分为鲁北平原海岸区和鲁东丘陵区。 ( 1 ) 鲁北平原海岸区：以莱州市虎头崖为界，大口河至虎头崖岸段，为鲁北 平原海岸区，沿海地带地势平坦，粉砂淤泥质潮滩宽阔，海底浅平，黄河是本区 海岸的主要建造者和泥沙供应者；该区域是全省降水量偏少的地区之一和省内的 气温低值区：沿岸多大风天气，东北大风引起的风暴潮，使黄河三角洲沿岸及莱 州湾南岸为本省受风暴潮危害最重的岸段。土壤类型属滨海盐土，待改良利用的 土地资源丰富；植被以盐生植被及盐生草甸植被为主，林地稀少，草场资源丰富， 随离海愈远、地势渐高及土壤中含盐量的降低，由潮盐土逐渐过渡为盐化潮土和 潮土；植被亦逐渐过渡为獐茅、蒿类和白茅、芦苇为主的草甸植被等。黄河尾闾 新冲积的土地，盐碱较轻，局部有条带状小面积天然生长的旱柳林及人工刺槐林 分布；海洋生物资源方面，滩涂以贝类资源为主，浅海以经济虾、蟹为主。除冀 鲁交界漳卫新河外，自西而东主要有马颊河( 含德惠新河) 、徒骇河、淄脉沟、小 清河、弥河、白浪河、潍河、胶莱河等平原河流，地表径流除黄河外，普遍偏小。 ( 2 ) 鲁东丘陵区：本区段岸线范围北起莱州市虎头崖，绕胶东半岛后南至鲁 苏交界的绣针河口，属鲁东丘陵自然区范围，陆域在地貌上主要为鲁东丘陵及崂 山山地的近海边缘，海岸带以基岩港湾海岸为主体、海岸地貌类型复杂多样。鲁 东丘陵沿海土壤类型多样。低山丘陵和山麓平原大多为棕壤；沿海局部分布的小 型河谷平原及河海积平原区，以潮土为主；海湾顶部的滨海湿洼地，则为盐化 7 硕士学位论文山东省典型岸段潮间沉积物环境地球化学研究 潮土及滨海潮盐土的分布区。植被较复杂，山地丘陵及平原沿海地带广泛分布有 赤松、黑松及刺槐林，崂山山地尚有成片的落叶松林分布；特别是沿海大面积沙 荒地，经人工种植现已形成大面积的赤松、黑松、刺槐防风林区。落叶阔叶林以 麻栎、栓皮栎林为代表。崂山及日照市沿海，局部尚有小片淡竹及毛竹林分布。 鲁东丘陵区沿海分布有山溪性河流，自北而南主要有界河、黄水河、大沽夹河、 沽河、老母猪河、黄垒河、乳山河、五龙河、大沽河、吉利白马河及傅疃河。 根据海岸带类型的差异，本区又可分为三个自然岸段：莱、龙、蓬砂质海 岸段；山东半岛东部、南部基岩港湾海岸段；日照砂质海岸段。由于莱龙一 蓬砂质海岸段、日照砂质海岸段潮滩沉积物颗粒较粗，不能有效赋存具有指示 环境质量状况的痕量元素，因此未对这些地区的沉积物进行定量的化学分析工 作。 1 2 气候特征 山东的气候属暖温带季风气候类型。降水集中，雨热同季，春秋短暂，冬 夏较长。年平均气温1 1 。c 1 4 。c ，全省气温地区差异东西大于南北。年平均降 水量一般在5 5 0 m m - - - 9 5 0 m m 之间，由东南向西北递减。由于降水量6 0 以上 集中于夏季，故易形成涝灾，冬春又常发生旱灾，对农业生产影响最大。 山东沿海的气候受海洋影响较大，但影响程度有一定的地区差异。黄河三角 洲和潍北平原是全省降水量偏少的地区之一和省内的气温低值区。由于降水量少， 且年内分配不均，春旱、夏涝、晚秋又旱的现象常有发生。沿岸多大风天气，东 北大风引起的风暴潮，使黄河三角洲沿岸及莱州湾南岸为本省受风暴潮危害最重 的岸段。 鲁东丘陵区沿海的气候受海洋影响明显，具冬少严寒、夏少酷暑、春秋比较 温和的特点，但自北而南也有一定差异。 蓬莱、龙口和莱州沿海，多年平均降水量为6 3 0 m m 6 5 0 m m ；年平均气温 1 2 左右，高于半岛东部。 东部及南部沿海，多年平均降水量为7 3 0 m m - 9 5 0 m m ，季节分配较省内其它 地区均匀。多年平均气温在1 1 1 1 5 5 c ，受海洋影响显著，春季气温回升较 8 第二章研究区概况 内地约推迟1 5 天左右，夏无酷暑。秋季较长，冬季气温较内地稍高。沿岸常受 海雾的影响，热量条件较内地相对差些。成山角一带是我国沿海有名的大风区之 一，年平均风速为6 7 m s ，最大风速3 0 m s ，年内8 级以上大风1 2 5 天，是我省 除埕口以外的另一处风力资源丰富并具良好开发前景的地区。胶东半岛南岸是全 省受台风影响突出的岸段，尤其是近年来沿海台风灾害比较普遍。 鲁东丘陵区南部日照市沿海，多年平均降水量9 0 0 m m ，多年平均温度为 1 2 6 c ，水热条件是全省最好的地区，旱涝灾害亦较省内其它地区为轻。 1 3 沿岸海洋水文特征 山东海岸濒临渤海和黄海，受陆地与河流的影响显著，海洋水文状况比较 复杂，不仅地域差异大，且有明显的季节变化，表现了北温带边缘浅海的特点。 沿岸海水温度具有明显的浅海特点：表、底层分布趋势相似；秋、冬季向 岸递减，春、夏季则向岸递增，且季节变化明显，夏季最高，冬季最低，季节 变幅大。海水盐度偏低。 渤海沿岸一般自1 2 月开始结冰，冰期约3 个月。沿岸固定冰的最大宽度可 达1 0 公里( 黄河三角洲附近) 。沿岸海冰对交通航运及海上生产均有较大影响。 沿岸潮汐基本受三个驻波系统控制。按潮汐性质全区分为不正规日潮、正 规日潮、不正规半日潮和正规半日潮四种类型。潮差分布主要受潮波系统制约， 其总趋势是半岛南岸大于北岸。渤海沿岸平均潮差有西部大，东部次之，中部 小的分布特征；黄海沿岸则以成山角附近最小，向西和向南逐渐增大。 潮流多为旋转流，只是在近岸、海峡及河口处才有往复流存在。全区潮流 性质不尽一致，存在着明显的地域差异。绝大多数海区属正规半日潮流，少数 海区为不正规半日潮流，极个别海区具全日潮流性质。余流的流速普遍较小， 且随季节而变。 山东海岸带的波浪，全年以风浪为主。其主浪向在半岛北岸多偏北向，南 岸多偏南向。月均波高，北岸大于南岸。 9 硕士学位论文山东省典型岸段潮间沉积物环境地球化学研究 2 近岸海域环境质量状况 2 1 海水环境质量状况 据中国海洋环境质量公报，2 0 0 3 年至2 0 0 8 年，如表2 1 ，山东省近岸海域 主要污染区域为莱州湾、胶州湾局部海域、渤海湾南部。主要污染物为无机氮、 活性磷酸盐和石油类。由于近年的环境污染治理，污染面积总体上呈减小的趋 势。陆源排污通过排污口、河流向近海海域中输入大量污染物，是近海污染的 主要来源，另外海上运输活动及周围陆上交通污染也是一个重要来源。 表2 1 山东省2 0 0 3 - 2 0 0 8 年近岸海域污染状况 ( 近岸海域：指我国领海基线向陆一侧的全部海域，尚未公布领海基线的海域及内海，指负1 0 米等深线向陆一侧的全 部海域) 2 2 沉积物质量状况 据中国海洋环境质量公报，2 0 0 3 年，胶州湾沉积物质量较差；2 0 0 4 年，青 岛近岸海域沉积物，石油类和滴滴涕的污染较重，威海近岸海域沉积物受到石 油类的污染；2 0 0 5 年莱州湾和烟台近岸海域沉积物受到汞的污染。而自2 0 0 6 年起，山东省近岸海域沉积物质量一直保持良好。 衷2 2 山东省2 0 0 3 2 0 0 8 年近岸海域沉积物质量状况 1 0 第二章研究区概况 由上可知，山东省近岸海域沉积物质量较差的海域应为胶州湾，根据青岛 海洋地质研究所2 0 0 3 年进行的胶州湾全区沉积物调查资料。在胶州湾，按照污 染范围大小排序是：铜 铬 汞 锌 镉 铅 砷：按其污染程度排序是汞 铜 铬 锌 镉 铅。铜是胶州湾内最严重的污染元素，污染范围大，程度深。而砷是污 染程度最轻的痕量元素。胶州湾痕量元素高值区皆分布在胶州湾东部，有些直 接分布于排污口或河口处。这些高含量的污染元素，主要为工业和生活污水经 排污沟和河流进入胶州湾。 2 3 底栖生物体内污染物残留状况 2 0 0 4 年，我国启动了贻贝监测计划，旨在通过监测海洋贝类体内污染物的 残留水平，反映我国近岸海域的环境质量状况。监测的贝类品种主要有菲律宾 蛤仔、文蛤、四角蛤蜊、紫贻贝、翡翠贻贝、毛蚶、缢蛏、僧帽牡蛎等。其体 内污染物的残留量是表征近岸环境污染现状与趋势的主要指标。 如表2 3 所示，多年监测结果显示，我国近岸海域贝类体内的滴滴涕、铅、 砷、镉和石油类的残留水平总体呈下降趋势，尤以滴滴涕的下降幅度显著，但 渤海湾贝类体内的总汞和多氯联苯其残留水平仍均呈显著上升态势。渤海湾、 莱州湾近岸海域贝类体内的石油类、c d 呈升高趋势。而烟台、威海、青岛近岸 海域贝类体内残毒水平大致呈下降趋势。 表2 31 9 5 ) - - 1 0 0 6 年近岸海域贝类体内污染物的残留水平变化趋势 ( 一为缺少数据资料) 硕士学位论文山东省典型岸段潮间沉积物环境地球化学研究 2 4 主要河流污染物入海量 山东近岸海域的污染主要由工业排污和生活污水经河流和排污沟进入海洋。 那么这些河流的分布、污染物的入海量就是影响近岸海域环境质量的重要因素。 黄河是山东省境内鲁北平原区海岸的主要建造者和泥沙供应者，也是境内 流量最大的河流。如表2 4 ，2 0 0 3 2 0 0 8 年，黄河年平均污染物入海总量约为 6 7 6 5 7 5 8 吨，而且大体上呈逐渐减少的趋势，部分原因可能是黄河淡水输入量 逐年减少的缘故。小清河、漳卫新河近年来入海污染总量显著增加，增长速度 惊人。而输入胶州湾的大沽河，其入海污染物总量剧减，为改善胶州湾环境质 量状况提供了条件。 表2 4 主要河流排放入海的污染物量( t ，a ) 年际变化情况 从总体上来讲，山东省近岸海域的海水环境质量、沉积物质量都有所好转， 底栖生物体内残毒、河流污染物入海总量也都呈下降趋势。 1 2 第三章样品测定方法 第三章样品测定方法 l 粒度分析 沉积物是海洋底质环境的物质基础，经过不同形式的侵蚀，搬运和沉积等 过程，沉积物最终会以不同的粒径分布模式沉积下来，因此通过分析沉积物中 的粒度特征，可以获取有关沉积环境中物质迁移和沉积模式等重要信息。沉积 物粒度的大小，主要受物源远近、搬运介质、搬运方式、沉积环境等因素控制。 所以沉积物粒度的分布和组成，是反映海区的水动力状况和沉积环境变化的一 个综合指标。如沉积物的平均粒径是反映搬运介质动力大小和特征的直接标志， 可以用来指示源区，平均粒径越大，离物源区越近；偏度则表示沉积物中各种 粒度的比例；峰度表示某种沉积物的集中程度，它们共同反映了沉积物的分选 程度。沉积物粒度可以作为古环境演变研究的一个重要指标，也是研究沉积动 力状况的重要手段。一般来讲，如果地层中粗粒沉积物多，则表明当时沉积动 力较强：反之，则表明当时沉积动力弱。沉积物的粒度广泛用于物质运动方式 的判定和沉积环境类型的识别。 此次沉积物粒度分析采用筛析法和激光粒度分析法相结合的方式，先用筛 析法分析粒径 4 l l i 的颗粒，然后用激光粒度仪分析粒径小于4 i l i 的组分，粒级间 隔为1 西，两者结合求出样品的粒度组成。 筛析法即通过一系列不同孔径的筛子来筛选干净、干燥的沉积物样品( 最 适用的对象粒径大于4 i l i 的砂样) 。 c o u l t e r 激光粒径仪分析法，这是目前最先进的沉积物粒度分析手段。其原 理是将沉积物分散在溶液中，从不同的角度在溶液中进行照射，统计不同粒径 区间内颗粒的数量，然后计算各区间颗粒数中的比例，从而描绘出粒径频率分 布图和累计概率分布图，并得出粒径统计参数，适用于小于2 m m 的颗粒。 沉积物粒级标准采用尤登温德华氏等比由值粒级标准，分类和命名采用谢 帕德的沉积物粒度三角分类法。命名原则为：当一种沉积物含量达到7 5 以上 时，单独命名：当有两个粒级含量大于2 0 ，含量多的粒组作为基本命名，含 1 3 硕士学位论文山东省典型岸段潮间沉积物环境地球化学研究 量少的立足作为辅助命名；当有三个粒组含量大于2 0 时，三个粒组都参与命 名。 沉积物粒度参数平均粒径( m ：) 、标准偏差( 6 i ) 或分选系数、偏度( s k ) 和峰态( k g ) 的计算采用f o l k & w a r d 方法。 2 元素含量的测定 表层沉积物样品的采集、保存、运输、测定均按照海洋监测规范的有 关规定进行。并选取有机污染( 有机质、石油类) ，重金属( 汞、铜、铅、锌、 镉、铬、砷) ，营养盐( 总磷、总氮、总碳) 和硫化物等，作为评价项目。 在定量测定实验中，利用原子荧光光度法测定砷、汞的质量分数；利用紫 外分光光度法测定石油类的质量分数；利用重铬酸钾硫酸亚铁滴定法测定有机 质质量分数；利用硫离子选择电极法测定硫化物质量分数。 其他重金属测定时，取沉积物样品放在表面皿上风干、剔除植物根茎、贝 壳，研钵磨碎，通过1 6 0 目尼龙标准筛，取适量沉积物样品置于聚四氟乙烯坩 埚中，硝解，低温加热溶解溶液，定容，用i c p m s 测定c d 、c r 、c u 、p b 、z n 的质量分数，c u 、z n 、p b 、c d 、c r 、h g 、a s 的检出限分别为o 5m g k g 、6m g k g 、 lm g k g 、0 0 4m g k g 、2m g k g 、0 0 0 5m g k g 、3m g k g 。样品测定基本方法如表 3 2 。 表3 2 调查样品测定基本信息 1 4 第三章样品测定方法 3 生物残毒测定 生物体中c u 、p b 、z n 、c r 、a s 、c d 与h g 元素含量的测定，由中国科学 院海洋研究所海洋地球化学实验室完成；生物体中石油类含量的测定，由海洋 沉积与环境地质重点实验室完成。 参照执行海洋监测规范g b l 7 3 7 8 1 9 9 8 ，准确称取2 0 0m g 样品到t e f l o n 消 解罐中，加入2 m l 硝酸溶液，静置2 小时，于1 5 0 c 电热板上消解2 4 小时，冷 却，定容到2 0 克，测试生物样品中重金属元素。本次实验用到标准溶液为0 、l p p b 、 5 p p b 、1 0 p p b 浓度的标准溶液制备标准曲线，元素的标准曲线相关系数均在o 9 9 9 以上。 4 柱状样2 1 0 p b 测定 由于痕量元素被表层的有机质和粘土矿物吸附，不易迁移，随着沉积物的 不断覆盖、沉积，沉积层越积越厚，痕量元素就被固定在沉积层中，因此沉积 物柱样就可以表示一段时间内的沉积环境变化。在柱状沉积物中，表层样中重 金属含量变化反映了现代经济影响下的环境现状，而深层样重金属含量值则作 为大规模工业化革命前的自然背景值。一般以人类历史上的工业化革命为界， 工业化前人类活动对环境的影响很小，所测定的元素含量代表了环境的自然背 景值。近年来，p b 、c s 同位素测年技术应用为定量评价人类历史上每个不同的 发展时期环境质量以及自然环境演变去世提供了有用的工具。 在水循环活动较弱的海湾，一般为弱缺氧还原环境，这不仅有利于p b 、z n 、 c u 等重金属元素的保存，而且也抑制了生物扰动作用的进行，基本满足p b 、 c s 同位素测年技术的要求。 2 1 0 p b 测年法基本原理是，地表的2 2 6 r a 产生的子体2 2 2 r n ( - - 种放射性气体) 从地表逸出后在空气中经过一系列短寿命子体衰变才衰变为2 1 0 p b 0 2 1 0 p b 是一种 颗粒活性核素，吸附在微粒上的2 1 0 p b 在大气中的停留时间很短，它将会随尘埃 或雨水沉降进入水圈，连同水中2 2 6 l h 产生的2 1 0 p b 一起从水体中迁出，转移到 沉积物中。这部分来自大气的2 1 0 p b 称为非补给2 1 0 p b 或过剩2 1 0 p b 。2 1 0 p b 在沉 积物中一般不会扩散迁移，若沉积环境稳定，随着时间的推移，沉积物中过剩 1 s 硕士学位论文山东省典型岸段潮间沉积物环境地球化学研究 的2 1 0 p b 放射性将随时间按负指数衰减。采样深度不足时，可以测定柱状样的 2 2 6 l h 的放射性，其测定值作为2 1 0 p b 的本底值。根据上述原理就可以大致测出 柱状样各层大致沉积时间。 1 6 第州帝研究结果练e 分折 第四章研究结果综合分析 1 沉积物区域分布特征 在研究山东省海岸带沉积物区域分布特征时，以山东省海岸带自然区的具 体划分为基础，综合考虑陆地综合自然区情况并着重体现海岸带沉积物的差异。 从而将山东省海岸带分为四个区域进行分析。如图4 - l 。 删4 1 山东省表培沉积物沉軎 类型分布圈 ( 1 ) 黄河三角洲粉砂淤泥质海岸 西起太口河口，东至小清河河口，为黄河三角洲海岸段，沉积物主要类型 为粘土质粉砂。以在黄河入海口处的表层沉积物取样来看，黄河携带的入海泥 沙基本为粘土质粉砂。而在少许岸段沉积物类型为粉砂，如黄河故道河1 3 附近 地区，可能由于海岸侵蚀等作用，沉积物类型为粉砂。由于黄河独有特性，使 其尾闾经常迁徙造成了黄河三角洲大冲大淤的特点( 行水河口岸线淤进。弃河 三角洲海岸蚀退) ，并于2 0 世纪9 0 年代后半期，黄河三角洲海岸多处于蚀退状 硕士学位论文山东省典型岸段潮间沉积物环境地球化学研究 态，可能是造成本区域沉积物类型不一致的原因之一。 ( 2 ) 潍北平原粉砂淤泥质海岸 西起小清河河口，东至虎头崖，地处莱洲湾南部的湾顶岸段。沿岸地势平 坦，海岸线平直，潮滩广布，平均宽7 k m ，组成物质较黄河三角洲物质为粗， 以砂、粉砂质砂为主，为黄河入海泥沙影响较微弱的岸段，沉积物平均粒径基 本一致。海岸基本稳定，呈弱增长趋势，与黄河三角洲岸段有明显差异。 ( 3 ) 山东半岛东部、南部基岩港湾海岸段 本岸段北起威海，南至胶南市与日照市交界处的吉利一白马河口附近；沿 海大部为低缓的波状起伏的低丘陵及剥蚀平原，青岛沿海为崂山山地；海岸带 以基岩港湾海岸为基本特色，岸线曲折、港湾众多；海蚀、海积地貌均极发育。 青岛、威海直面黄海的较开阔海域岸段，由于其区域环境水动力条件较强，沉 积物主要类型为砂。而较为封闭的胶州湾、丁字湾内部海域，沉积物主要类型 为粘土质粉砂，而在胶州湾内，沧口水道的东侧海域潮间带还有粒径较粗的粉 砂质砂存在，可见沧口水道附近相比于胶州湾其他部分海域，水动力条件还是 较强的。 ( 4 ) 日照砂质海岸段 此岸段北起吉利一白马河口( 胶南、日照交界处) ，南至鲁苏交界的绣针河 口，属日照市管辖范围。沿海以平缓的剥蚀平原及小型河口冲积平原为主体， 岸线基本平直，以沿岸沙堤发育及滨岸泻湖带绵长的砂质海岸为特色，沉积物 主要类型为砂。近岸水下砂质浅滩较窄，浅海海底为水下冲蚀平原。 为了较清晰地观察山东省海岸带内沉积物的粒径变化情况，沿着山东省海 岸线自北向南，绕过胶东半岛，向南至鲁苏交界的绣针河口，将所有的沉积物 样品的平均粒径量化在图中。如图4 2 ，山东省调查区沉积物的平均粒径分布情 况，其中，潍北平原潮滩沉积物平均粒径基本一致，而黄河三角洲潮滩沉积物 在整个山东省沿岸海岸带，其平均粒径最小，但是有一定的波动变化。在山东 半岛东部、南部基岩港湾海岸段，较开阔海域中，平均粒径较大，但是粒径变 化小；但是在较封闭海湾内，其沉积物的平均粒径则较湾外沉积物平均粒径小， 在胶州湾内，由于湾内水动力条件复杂，而其粒径变化也较大。 1 8 第叫章研究结果综台分析 质海岸段 取样位置 一自潮滩 十潮滩 低潮滩 图4 - 2 山尔省潮滩沉积物甲均粒释分布图 本次调查在同一个取样剖面中，高潮滩、中潮滩、低潮滩= 个站位的沉积 物平均粒径非常接近。由于莱州湾沉积环境比较稳定，潮汐作用也较规律，因 此莱州湾潮滩沉积物垂岸方向粒度分布较有代表性，以莱州湾为例研究垂岸方 向粒度变化特征。在莱州湾中，垂岸方向上，沉积物粒径变化规律为：高潮滩 中沉积物平均粒径39 0 m 低潮滩( 0 0 3 m g k g ) 的 趋势。这种趋势也正好与垂岸方向上沉积物粒径的分布趋势是相同的。 黄河1 2 i 月 丁 l 莱州湾湖 字1窿州湾 湾 i l i 箩 l 缟 - i i k 脚么 一 虽量量量星星娶要是星娶善薹善喜善吾蚕器罾聋墨置 呈曷昌品呈昌呈吊曷品曷趸圣圣墨置量篓2 昌= 长 o 西p 厶”p 、vwn o 2 1 j 2 8 6 4 2 1 8 6 4 2 0 位n 1 j a j q d d n 0 0 0 0 0 0 0 0 硕士学位论文山东省典型岸段潮间沉积物环境地球化学研究 图4 - 7 潮滩沉积物中c u 含量空间分布图 从图4 7 中我们可以看出，c u 与h g 的分布趋势基本相同，表明两种元素 赋存形式相似。在胶州湾内，c u 含量变化较大，沉积物中铜的含量由东向西逐 渐降低。除胶州湾外，c u 含量在其他站位波动变化较小。在黄河口地区c u 含 量稍有变化，而这种波动变化与细粒沉积物的含量变化趋势比较吻合。在垂岸 方向上，沉积物中c u 的平均值基本为高潮滩( 2 0 0 4 m g k g ) q b 潮滩( 1 8 4 3 m g k g ) 、 低潮滩( 1 8 5 8 m g k g ) ，中潮滩与低潮滩沉积物中c u 含量相近。 单位：m k g p b 莱州湾 垂 丁 哦 字 ；湾 伊d 0健 玲 i i 位置 高潮滩 中潮滩 低潮滩 量量量g o o 星星娶蚕委星星吾薹吾善善蚕0 蚕曷荟吾置置 p l n 若苗苌譬铸出譬罱墨葛g 墨n 曷 囊qp 们 图4 - 8 潮滩沉积物中p b 含量空间分布图 从图4 8 中可以看出，p b 含量有一个极高值，在月湖剖面p 4 0 1 的低潮滩 站位，其含量高达2 0 3 8 m g k g 。在莱州湾中，p b 含量基本一致，而在黄河三角 洲，p b 含量的波动变化较大，基本与细粒沉积物的含量变化趋势相吻合。胶州 湾潮间带内p b 含量东部地区高于西部，红岛附近地区p b 含量也很高，可能是 由于交通污染中的降水、降尘为其主要污染来源所致。而在垂岸方向上，剔除 p 4 0 1 低潮滩站位的异常值外，p b 含量呈高潮滩( 2 0 8 3 m g k g ) 中潮滩 ( 1 9 9 9 m g k g ) 低潮滩( 1 9 6 9 m g k g ) 的变化趋势。 强如巧加砖如5 o 第四章研究结果综合分析 m g 蝇 z n 月 丁 莱州湾湖 字 胶州湾 湾 a 潮钆 产 i 位置 高潮滩 中潮滩 低潮滩 量量量委星星景景委星星善薹吾善善吾蚕曷圣聋墨吞i - ip 们g 葛磊台 譬篙譬罱暮写吕墨s 昌 囊qp 们 图4 - 9 潮滩沉积物中历含量空间分布图 从图4 - 9 中看出，本次调查中，出现的异常高值都是在高潮滩站位出现的。 而在同一剖面中潮滩、低潮滩沉积物中z n 含量与周围海域中沉积物中z n 含量 接近。原因可能是z n 比较容易溶于海水当中，但是在高潮滩，沉积物干出在海 水中的时间较长，还未来充分溶入到海水中，另外还与高潮滩沉积物粒径较细 有关。在垂岸方向上，z n 含量呈高潮滩( 6 2 5 7 m g k g ) 中潮滩( 5 6 6 8 m g k g ) 低潮滩( 5 4 1 7 m g k g ) 的趋势。 单位： 0 6 0 s 0 4 0 3 0 2 0 1 0 ，。c d m 刚昭 月 丁 湖 字 胶州湾 湾 出 j lk i 量量 量 量蕈器量 蚕薹蚕善蚕 曷 蚤暑琶 p a 芯磊譬 笛x 苗墨 8 们p n 图4 一1 0 潮滩沉积物中c d 含量空间分布图 从图4 1 0 中看，渤海岸段沉积物中c d 含量要高于黄海岸段沉积物中c d 的含量，而且与沉积物粒径变化趋势也相关。c d 的含量因调查地区的不同而差 异较大。但是在同一个剖面中，三个取样站位中的沉积物样品中c d 含量都很 2 3 扛轮 o t 2 2 1 1 单 硕士学位论文山东省典型岸段潮间沉积物环境地球化学研究 接近。垂岸方向上，c d 含量呈高潮滩( 0 2 1 9 m g k g ) 中潮滩( 0 2 0 7 m g k g ) 低潮滩( 0 2 0 6 m g k g ) 的趋势。 月 丁 湖 字 湾 弛， 母卢 量量量星票昌量蚕薹吾善。暑品吞暑若 p 芯葛譬墨 x曷墨 pq 圈4 - i1 潮摊沉积物中c r 含量空同分布图 如图4 - 1 1 所示，本次研究，胶州湾内沉积物中c r 含量呈自东而西逐渐降 低的趋势，东部含量要高于西部，而胶州湾东部c r 含量在整个调查区是异常高， 在p 0 9 1 站位中c r 含量较低，沉积物样品p 0 9 1 由6 3 的砾石与3 7 的砂，而 没有细粒沉积物，因此造成此沉积物样品中c r 含量较低。其余站位c r 含量都 较均匀，而且波动变化也都与沉积物的粒径变化趋势相关。在垂岸方向上，c r 含量呈高潮滩( 6 7 1 4 m g k g ) 低潮滩( 6 5 4 2 m g k g ) 中潮滩( 6 4 8 5 m g k g ) 的 变化趋势。 蚕蚕蚕 蚕 蚕蚕吞 吊 罟 吞罨罨弓 图4 1 2 潮滩沉积物中a s 含量空间分布图 如图4 - 1 2 所示，a s 含量在莱州湾、月湖、丁字湾中分布较为一致。而在 2 4 嗡坳姗m坳枷oo o 廿 第四章研究结果综合分析 胶州湾中，高潮滩站位中a s 含量有异常高值，中西部地区潮间带沉积物中， a s 含量较高。而p 0 9 、p 1 7 剖面高潮滩沉积物中，a s 的含量是远高于其他地区 的，而本次研究的结果与2 0 0 3 年陈正新等人的调查结果相似。在垂岸方向上， a s 含量呈高潮滩( 9 5 3 m g k g ) 低潮滩( 8 2 9 m g k g ) 中潮滩( 7 7 0 m g k g ) 的 变化趋势。 单位： 1 2 0 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 m g k g 石油类 黄河口 月 丁 莱州湾 湖 字胶卅 湾 i l 越 、一j赎 l ， - l 拿 ：户游 一叁l - 位置 高潮滩 中潮滩 低