论文部分内容阅读
太湖是我国著名的五大湖泊之一，地处人口稠密、经济快速发展的长江三角洲地区，是这一地区重要的淡水资源。长期以来，太湖不仅是上海、无锡、苏州和湖州等大中城市最重要的供水源地，而且集供水、蓄洪、灌溉、养殖、旅游等多种功能于一体，对该地区经济发展的重要性不言而喻。但是由于工农业生产和生活污水的输入，太湖的生态环境受到破坏，近年来主要人湖河道和湖区的水质变坏，特别是富营养化已成为太湖水环境的主要问题。
太湖污染物的来源包括了地表点、面排放及大气沉降等的外源污染和底泥释放产生的内源污染。控制污染物是复杂的系统工程，需要多学科、多方法的综合措施。点源排放相对容易控制，面源排放因涉及到人类的生产生活方式，往往较难控制；内源污染也很难控制，原因在于底泥位于水体之下，其污染特征不易查清，释放条件难以把握。本论文的重点放在太湖沉积物的污染特征研究、成因分析及对水体环境的影响，从沉积学和地球化学角度探讨污染元素的空间分布和演化，并提出太湖污染的生态治理建议。
通过多种方法的分析测试与对比归纳前人资料，本文取得了以下的主要认识：1.太湖在地貌上西高东低，人湖河道位于西南部、西部和北部，出湖河道均在东部，尤以东太湖为主要出水通道。主要的补给水系为苕系水系、南溪水系和运河水系，它们既是太湖水的源头，又是沉积物的输出地。太湖周边的基岩主要出露于西南部和西部，岩性为中酸性火山岩、碎屑岩、碳酸盐岩和花岗岩类，其风化物质是沉积物的基础。
2.太湖底部的沉积物可以分为两类：一类是层位稳定的硬质粘土层，俗称黄土硬底，表层覆盖有5-20cm厚度的现代湖泊沉积淤泥层，主要分布在太湖中部及东部；另一类为沟谷和湖湾充填堆积的由全新世疏松淤泥沉积物，在沿岸地区也有分布。浅地层剖面仪探测反映疏松淤泥沉积厚度不一，一般厚度仅在1～3米，在古河道中间最大厚度达8～10米。
3.太湖地处平原区，又是大型浅水湖，湖水的运动随风向而变化，沉积物的堆积方式也不同。太湖的现代水动力作用方式主要有两种：一是吞吐流，由与湖泊相连的河道出入流引起的湖泊水体运动。太湖的人湖河道主要在西部，出湖河道在东部，因而使水体由西向东流动，水流的主体通常偏向湖泊南部；另一种是风成湖流，由于湖区地形平坦，湖面开阔，因而强风过境时，起波迅猛，驱使水体流动，在湖中形成风生流。不同的湖流运动导致了不同的沉积类型，如吞吐流沉积、风生流、风暴流沉积等。
4.210pb和14C年龄测定表明，不同地段沉积物的沉积速率存在差别，其中东太湖东郜沉积速率最高，而西太湖中部沉积速率最低。根据对数十个沉积物粒度的分析，大部分沉积物为粘土质粉砂，即粘土(粒径0.01～0.001mm)含量占20％～40％左右，而粉砂(粒径0.1～0.01mm)含量占60～80％。在西部沿岸地带及南部沿岸至东太湖地区，粉砂含量占到80％～85％，即大部分由粉砂质组成。
5.沉积物的常量元素分析结果显示，不同地点样品的化学成分存在差异，变化较大的成分有SiO2、Al2O3和Fe2O3，其次为K2O、Na2O。在风化程度相对较高的北部地区，样品SiO2、Na2O较低，AlO3、Fe2O3、MgO较高，K2O略高；而在风化程度相对稍差的南部，样品SiO2、Na2O较高，其余几项都则低于北部样品。沉积物与上部陆壳平均化学成分相比，K、Na、Ca和Mg明显亏损，Si、Al、Fe基本不变，Mn、Ti相对富集。
6.太湖沉积物营养元素的分布与人类活动的频繁程度关系密切，北部的五里湖、梅梁湾、西部的大浦口、南部的小梅口都是营养元素的高值分布区。营养元素的垂向分布没有明显规律，自表层向下含量没有明显减少。营养元素的分布与有机质呈正相关关系，但氮和磷存在形式与地球化学行为有较大的区别。有机氮占总氮的90％以上，而有机磷则占总磷的30％以下；氮能够在厌氧及硝化过程中，以N2、NO2和NO3等气态形态逸出水面，磷则主要保留在沉积物中，被动植物吸收。
7.相对于古土壤，沉积物中多数金属是富集的。其中Ni的富集程度最高，其次为Pb、Cu、Zn，而Co和V不但没有富集，反而略有下降。就元素受人类活动影响而言，人类活动叠加Ni和Pb的比例超过总量50％，Cu和Zn接近50％，基本上与富集程度相对应。Hg和Cr的富集程度较低，可能与它们的性质相对活泼、容易迁移有关。通过十多年的重金属数据的对比，太湖沉积物的多数重金属累积速率较高，反映近年来重金属的输人量大。
8.分析了5种重金属的化学形态，结果表明不同重金属的化学态差别较大。Cr、Zn的残渣态含量较高，Cd、Pb、Cu有较高的Fe-Mn氧化态、有机态和碳酸盐态，但不同形态的比例各不相同；Cd和Pb的Fe-Mn氧化态相对较高，而Cu的有机态明显高于其它形态，Cd又有最高的可交换态。区域上沿岸沉积物的非残渣态高，湖心沉积物的残渣态高；对具体采样点而言，近岸沉积物化学形态的变化较大，离岸沉积物化学形态的变化较小。重金属的化学形态组成既与金属本身化学性质有关，又与沉积物物质成分相关；同时不同化学形态的迁移和释放能力不同，将导致重金属的生物有效性有明显差异。
9.沉积物样品中绝大部分有机氯农药都能检测到，但含量差异较大。平均值最高的是β-HCH，其次是p，p’-DDE、Heptachlor，最低的为α-Endosulfan。分类而言，HCH类含量最高，DDT类中等，drin类最低，并且前者明显高于国内多数地区，说明HCH类曾是本地区主要使用的农药。从有机氯农药总含量来看，高值点的样品比较分散，在太湖各个地段包括湖心都有高值样，表明大气沉降是有机氯农药的重要来源。10.在分析的6种有代表性的多氯联苯同系物PCB28，52，101，138，153，180中，前5种的检出率为87.5％～100％，后一种为58.3％。其中PCB52最高，PCB180最低。沉积物的多氯联苯总量的变化范围较大，地带分布性不明显，与湖岸沉积物相比，湖中心的沉积物PCBs含量没有明显的减少，但河口的样品出现明显的低值。在地域上，北部沉积物中的多氯联苯含量要高于中部和南部，与北部乡镇工业较集中，工业废水排放量多有关。
11.除苯并[k]荧蒽外，太湖沉积物中有5种被世界卫生组织定为环境总PAHs代表物的苯并[a]芘、荧蒽、苯并[b]荧蒽、茚并[1，2，3-cd]芘、苯并[ghi]茈均有检出。按多环芳烃的环数来区分，多环芳烃的含量以二环＞六环＞三环＞四环＞五环，从多环芳烃总量来看，2+3环PAHs约占总量的47.2％，≥4环的约占总量的52.8％，没有显示某一类多环芳烃占优势。太湖北部、中部和南部由于地理位置和来源的不同，多环芳烃的含量有明显的不同，除了芘之外，其余多环芳烃都是北部＞中部＞南部，而且北部的总量也明显高于中部和南部。
12.分析结果表明，太湖沉积物比土壤更富含微量元素，反映沉积物比土壤更易积聚微量元素。通过沉积物、土壤与周边基岩微量元素比值的相关性对比，认为沉积物的最初物质主要来自湖泊南部碎屑岩、南部火山岩和西部沉积岩。土壤与三者的相关系数分别为0.86、0.79、0.78，沉积物与三者的相关系数为0.77、0.56、0.55，该结果与实际地质地理情况比较吻合。
13.人类活动明显加速了太湖的衰变，人类的生产生活废水排放给太湖输人了大量的污染物。生活污水输入了大量的有机质、氮和磷；农田肥料和农药的施放，不但增加了湖泊的营养元素，而且带来了有毒有机物；工业废水的排放则携带了大量的重金属元素，导致沉积物中重金属的积累；人工养殖、旅游、航运和大气沉降也是污染物的来源之一。
14.太湖底泥不同时期氮、磷的变化和TP-叶绿素a富营养化程度图解显示，二十世纪八十年代初期，太湖总体处于中等营养化，到八十年代后期达到初步的富营养化，九十年代后达到严重的富营养化来看。本文对太湖底泥营养元素的分析表明，九十年代中期以后，由于政府对太湖环境的逐步重视，减少污染源排放，禁用了含磷洗衣粉，使得底泥中的氮磷元素增加很少，再加上底泥中氮磷的自然释放，使总含量有减少的趋势.
15.参考重金属生态风险标准值，沉积物金属元素中镍的生态风险最高，所有的样品值都大于生态效应低值(ERL)，一个样品的值大于生态效应中值(ERM)；其它相对较高的元素为砷、铜和铬，其中砷有超过一半样品的含量大于ERL；其余几个元素的含量基本上都小于ERL。因此，太湖沉积物中有生态风险的元素主要是镍和砷，尤以后者的毒性较大，需要加以重视。
16.沉积物中三类有毒有机物的生态效应各不相同。多氯联苯基本不显示毒性效应；有机氯农药DDT总量和六六六总量较高，但它们已经停用并逐步降解，毒性将减小；只有多环芳烃目前仍在不断产生，进入水体和沉积物，因此应定期检测和控制多环芳烃的污染源。