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大亚湾是我国典型的亚热带兼具热带特色的海湾,湾内水产资源丰富,是多种珍稀保护生物的栖息、繁衍场所。随着大亚湾水产养殖、港口、石化产业的发展,各类污染物不断汇入湾内,并最终进入海洋沉积物中,使大亚湾海域生态环境发生了较大的变化。在各类污染物中,重金属由于其难降解性及生物毒性,对海域环境的危害较大。本文通过对大亚湾海域表层沉积物重金属分布特征及赋存形态的研究,为进一步探讨重金属在近岸海域环境中的归宿及迁移转化、生态效应等提供依据。
本研究在大亚湾海域共布设21个表层沉积物采样站位,对各站位沉积物的理化性质、重金属(Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni、Fe、Al、Mn)总量及其赋存形态进行分析。本文采用的实验方法基于国标,对采集到的沉积物样品风干过63μm尼龙筛,沉积物重金属总量分析采用王水-微波消解法,形态分析采用改进BCR连续形态提取法,各重金属浓度采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)及石墨炉测定;数据处理与分析采用差异性检验、相关分析、主成分分析、聚类分析、平行因子分析。本文研究结果如下:
1.大亚湾海域表层沉积物中重金属元素的平均含量为:Cu25.78μg/g、Pb30.64μg/g、Zn81.63μg/g、Cd0.086μg/g、Cr55.15μg/g、Ni27.89μg/g、Fe39090μg/g、Al76501μg/g、Mn800μg/g。Cu、Cr含量在大鹏澳网箱养殖区达到最高值,其它重金属元素含量的分布基本表现为近岸澳头湾、荃湾港区、大亚湾石化区、旅游区、范和港、养殖区较高,湾内中央列岛、湾口及湾外海域较低。时间分布上则基本表现为冬季含量高于夏季。
2.TOC、粘土含量是影响大亚湾沉积物重金属含量变化的主要控制因素,这主要和有机物、粘土矿物对重金属具有较强的吸附作用有关。重金属来源分析认为,Pb、Zn、Cd、Ni可能为自然来源及轻微的人类活动输入,Cu、Cr则可能受海水养殖活动影响。
3.应用改进BCR连续提取法对沉积物重金属形态分析表明,大亚湾沉积物中Cu、Zn、Cr、Ni、Fe、Al的主要存在形态为残渣态;Pb则主要以可还原态存在,其次为残渣态;Cd的主要赋存形态为可氧化态,其次为可还原态;而Mn则主要以酸提取态为主。
4.大亚湾沉积物中重金属的环境行为主要表现为与有机物、Fe氧化物结合进行迁移转化,可还原态和可氧化态是其重要的赋存形态。Cu与Pb、Zn、Cr以及Pb与Zn在铁锰氧化物结合行为上具有相似性,Cu与Cr、Zn与Ni、Pb与Cd则在与有机物、硫化物结合的环境行为中表现较为一致。
5.基于沉积物重金属总量,地累积指数法和沉积物质量基准法评价结果,大亚湾表层沉积物Cu、Cd、Cr处于偏中度污染,Pb、Zn、Ni污染程度轻微。基于沉积物重金属形态,次生相原生相分布比值法评价结果,Pb、Cd污染严重,Mn处于中度污染,Cu轻度污染,Zn、Cr、Ni基本无污染。