低潮位降雨及其径流对淤泥质潮间带水体重金属和营养盐的影响及其生态效应

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低潮降雨及其径流能够扰动淤泥质潮间带表层沉积物并夹带极大量颗粒物输入潮间带水体,这一过程被视为潮间带物质循环的“热点”,近年来备受关注。为了研究降雨对滨海红树林湿地物质循环的影响,本文选取了福田红树林湿地的典型潮沟入海口为研究对象,测定分析了潮沟径流中理化参数(SSC、盐度、粒度)、有机质(有机碳、有机氮、有机磷)以及5种重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、Pb)总量及其赋存形态在降雨发生后的短期时空分布特征。采用单项污染指数法和潜在生态危害指数法对潮沟水体的颗粒态重金属污染进行了评价。本研究所得主要结果如下:1.福田红树林湿地潮沟水体的悬浮沉积物主要以黏土为主。在降雨及其径流的扰动下,径流SSC和颗粒态重金属浓度明显增加。其中,降雨驱动的SSC比无降雨时的平均值高出0.5~490.7倍,颗粒态Cr、Ni、Cu、Zn、Pb浓度的平均值比无降雨时高出11.5倍、21.0倍、21.9倍、31.7倍、27.8倍。相比于颗粒态重金属浓度(μg/L)的显著增长,颗粒态重金属含量(μg/g)仅在降雨的初始阶段有较为明显的增幅,所以降雨扰动对颗粒态重金属含量的增加效应是阶段性的,结合降雨优先扰动细粒沉积物的特点可得出降雨及其径流的筛选作用:降雨初期特异性筛选富含重金属的细粒沉积物。2.红树林湿地潮沟水体中颗粒态重金属在降雨期间的污染程度可归结为轻微污染,与无降雨时期没有区别,其中Cu的污染最为严重,其次是Zn、Pb。潮沟水体中颗粒态重金属的单项潜在生态危害指数顺序为Cu>Pb>Zn>Cr=Ni,从5种重金属的综合潜在生态危害指数(RI)来看,悬浮沉积物在降雨期间的RI值为26.16-32.84,悬浮沉积物在无降雨时的RI值为29.97,二者均属于轻微污染。潮沟水体中颗粒态重金属在降雨期间的单项污染指数顺序为Cu=Zn>Pb>Cr=Ni,与无降雨时期相同。3.在潮沟水体中,溶解态重金属在降雨期间的浓度低于无降雨,降雨扰动对溶解态重金属主要起到了稀释效应,这可能是因为福田自然保护区地处亚热带海滨,夏季雨热同期,雨水对溶解态重金属的稀释作用大,这也表明重金属在水相中具有非常低的迁移率。4.通过对重金属赋存形态在降雨期间的短期时空分布分析,可以得出对迁移转化能力较强(生态环境威胁较大)的重金属形态如酸可提取态、可还原态总体上低于表层沉积物或者在降雨后期才有所升高,迁移转化能力较弱的可氧化态和残渣态整体上高于表层沉积物但其被降雨扰动的量非常有限,对生态环境的危害很小。5.溶解态有机氮、有机磷在降雨径流中的浓度显著大于无降雨。颗粒态有机碳、有机氮在降雨径流中的含量显著小于无降雨;而颗粒态有机磷在降雨径流中的浓度显著大于无降雨,其平均值是无降雨时的10倍。因此,降雨扰动对潮沟水体中颗粒态有机碳、有机氮主要起到了稀释效应。滨海潮间带区域沉积物生物地球化学循环对全球变化的响应一直是海洋科学界的研究热点,而降雨、台风极端天气气候事件在全球变化大背景下频率不断增加,因此需要更有针对性的研究其对沉积物循环的影响。然而目前尚未有公开报道的针对降雨、台风天气事件对深圳滨海颗粒物或者污染物生物地球化学循环影响的论文,本文研究了深圳滨海红树林湿地沉积物、营养盐和重金属及其赋存形态对降雨或台风扰动的响应过程,进一步了解滨海红树林湿地沉积物循环具有重要意义。
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