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河口是一个具有复杂水动力学的水环境区域,岩石圈、大气圈、水圈和生物圈层在河口地区相互渗透,相互作用和相互影响。沉积物由碎石、粘土矿物、硅酸盐、无机和有机颗粒组成,在化学、物理和生物特征上具有较为复杂的异质性。辽东湾—营口河口接受了从附近城市和工业区排放的大量人类活动产生的生活污水和工业废水,对于辽东湾—营口河口沉积物中重金属污染及沉积物/水界面迁移特征的研究具有重要意义。本研究对辽东湾—营口河口的样点进行了沉积物中8种金属总量和理化性质的测试,采用四种评价方法(地累积指数法；污染负荷指数法；潜在生态风险指数法；富集因子法)对沉积物中的金属进行污染评价和生态风险评估；运用酸挥发性硫(AVS)和同步提取金属(SEM)来评价生物毒性和生物有效性；六步提取法用来确定金属的化学组成,以便评价它们在表层沉积物中的迁移性和生物有效性；圆形DGT和条形DGT(薄膜扩散梯度)技术被用来完成现场测定河口沉积物剖面重金属的浓度、剖面分布、扩散通量,并研究了其释放机理和来源。
本文选取辽东湾—营口河口的35个采样点为研究区域,采集了表层沉积物、上覆水和间隙水样品。用ICP-OES和ICP-MS等仪器测定了重金属在这些样品中的含量。Cd的浓度范围为:0.05～0.67 mg/kg,平均值为0.34 mg/kg；Cr的浓度范围为:15.40～85.80 mg/kg,平均值为60.83 mg/kg;Ni的浓度范围为:5.47～38.62 mg/kg,平均值为35.23 mg/kg;Mn的浓度范围为:264.70～1073.00 mg/kg,平均值为61.5.58 mg/kg;Co的浓度范围为:3.61～16.02 mg/kg,平均值为10.17 mg/kg:Cu的浓度范围为:2.77～43.80 mg/kg,平均值为20.03mg/kg;Pb的浓度范围为:16.57～39.18 mg/kg,平均值为26.62 mg/kg;Zn的浓度范围为:16.53～125.93 mg/kg,平均值为69.38 mg/kg。
总体上而言,表层沉积物中Cd、Ni、Co、Cu与世界其它环境相似的河口和海湾中的含量相对照,浓度较低；而Cr、Mn、Pb、Zn相比较的结果表明:这4种元素的污染程度较高。辽东湾—营口河口重金属分布具有较明显的区域特征。污染程度的顺序大致上如下所示:辽河下游>辽河入海口>内湾>内外湾海水交汇处>外湾。8种元素较好的相关性表明它们有共同的岩相来源。地累积指数评价结果表明:除了Cd和Pb在少数样点外,8种元素的地累积指数接近或低于0,属于“无污染”状况；污染负荷指数评价表明:除了中等污染状况的4个样点外,其它样点属于无污染状况.8种重金属污染程度依次为:Pb>Cd>Cr=Mn>Zn=Ni>Co>Cu；潜在生态风险指数评价表明:在所有的采样点中,8种重金属的潜在生态风险等级是“轻微”,其顺序依次为:CA>Pb>Ni>Co>Cu>Cr>Zn>Mn；富集因子评价表明:在大多数样点,Co,Cu,Ni是“没有富集”；Pb,Zn,Cd,Cr,Mn在大多数样点是“较小富集”。本研究还对辽东湾—营口河口表层沉积物中的重金属的污染源进行了探讨。酸挥发性硫(AVS)和同步提取金属(SEM)被用来评价生物毒性和生物有效性,研究结果表明:表层沉积物中重金属的生物有效性较高,并且对底栖生物具潜在的毒性作用。六步提取法用来确定8种金属的化学组成,以便评价它们在表层沉积物中的迁移性和生物有效性。Cd和Mn主要分布在碳酸盐结合态,而Ni、Cr、Zn、Cu主要分布在残渣态。其迁移性排序如下:Cd>Mn>Pb>Co>Ni=Zn>Cr>Cu。Cr、Ni、Zn、Cu在残渣态中较高的分布反映了较低程度的污染、被结合在原生矿物和次生矿物中而显示出的相对稳定性和不活泼性以及释放到空隙水的较低的机率。
DGT(薄膜扩散梯度)技术被用来现场测定河口沉积物剖面重金属在间隙水到DGT的扩散通量和浓度,以便用来研究不同金属用DGT测定剖面的对应特征、金属的释放机理和来源。用DGT探针对沉积物中间隙水中重金属浓度研究结果表明:Fe,Mn,Co和Cd的通量和浓度属于“部分饱和”状态,这表明从固相到空隙水之间的部分的补给,并未足够保持最大的通量。Fe和Mn的剖面表明了随深度的氧化还原顺序,这与Mn和Fe的释放以及它们的氧化物作用—作为电子受体促成有机质的分解有关。Mn和Co之间浓度的较好对应关系表明了Co在某种程度上与Mn的氧化还原循环相偶合、Co(Ⅱ)被Mn氧化物所吸附并且涉及到被氧化至Co(Ⅲ)。Cd的界面浓度和扩散通量并没有显示出与Mn、Co或Fe的较好的对应性。这种现象可能由于诸如浮游植物这样的有机质的分解或是咸潮对矿物质释放Cd的作用所导致的。用圆形DGT对河口表层沉积物中间隙水中Cd,Cu,Zn,Ni,Fe,Mn等6种金属进行了测定,对圆形DGT的装配、沉积物和标准溶液中DGT的操作、洗脱、检出限、回收率、DGT的空白值、金属的测定值和R值进行了详细的研究。现场DGT测定的精密度为6％或是更好(RSD)。对6种金属测定的数据结果表明:DGT诱导通量和界面浓度属于“部分饱合”状态,金属在沉积物和间隙水之间的存在非稳定的平衡。DGT可以用来完成对大辽河口表层沉积物的空隙水有效的现场测定。