会仙喀斯特湿地沉积物重金属污染特征及沉积记录研究

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本论文以会仙湿地沉积物为研究对象,共采集70个表层沉积物和30个沉积柱样品,测定了会仙湿地沉积物中重金属含量和形态、理化因子、210Pb比活度以及汞同位素组成。本论文探讨了表层沉积物重金属污染程度、生态风险和来源,并通过210Pb测年建立沉积柱年代框架模型获取沉积速率信息,寻找污染重金属沉积记录与人类活动的响应关系。通过分析讨论,取得以下研究结果:表层沉积物Cd、Pb、Zn、Mn、Cu、Ni、Cr、As和Hg平均值分别是背景值的4.47、2.72、2.15、3.13、0.94、1.66、1.23、1.10和3.15倍,Cd、Hg、Zn、Mn和Pb积累效应较强。空间分布表明Pb、Zn、Mn、As和Hg在区域2(靠近码头)和区域3(靠近农田和运河)存在富集现象;Cd和Cu在区域3富集,Zn、Ni和Cr在区域2富集。单因子污染指数显示Cu、Ni、As和Cr为低污染,Cd、Mn和Hg为重度污染,Pb和Zn为中度污染。Pb、Zn、Mn和Hg的地累积指数均值分别为0.87、0.45、0.96和0.80,表明Pb、Zn、Mn和Hg可能具有较高本底值。Hg在区域1(靠近居民区)和区域2最大值为2.61和4.58,为中度和重度污染。Hg和Cd的潜在生态风险因子分别为125.54和134.09,是造成湿地生态风险的主要元素,Cd的贡献率高达43.92%。潜在生态风险指数和内梅罗潜在风险指数表明沉积物重金属生态风险程度顺序为:区域2>区域3>区域1。通过主成分分析(PCA)和正定因子矩阵(PMF)模型对沉积物重金属来源进行解析,Pb、Zn和Ni之间存在显著的相关性,其主要来源可能是交通运输和农业活动,贡献率为15.1%;Cu和As的来源主要是自然因素和农业生产活动,贡献率为6.5%;Cd主要是由工业生产活动所贡献,贡献率为23.8%;Mn和Cr的含量主要是由自然源贡献,贡献率为35.1%;大气干湿沉降以及居民日常活动是Hg的主要来源,贡献率为19.5%。采用210Pb测年建立沉积年代学框架,获得沉积速率为0.34cm/a,沉积年代跨度为1932~2020年,结果显示污染重金属沉积历史对人为活动存在明显的响应关系。1978年改革开放以后,工农业活动的恢复导致Hg、Cd和Pb沉积含量增加;2000至2012年,Cd、Pb、As和Hg沉积含量明显上升,可能是工业园的建立及工业活动的影响;2013年以后,Zn、Ni、Cd和Pb沉积含量保持稳定,As含量下降,说明当地政府的环境保护措施对湿地重金属沉积起到一定的控制作用。重金属形态分析表明酸可交换态Hg所占比例出现逐年增加的现象,表明Hg能够直接被生物利用的部分在增加。汞同位素组成表明δ202Hg均值为-1.39±0.46‰,发生了明显负的质量分馏,说明汞沉积受到人为影响较大。沉积柱7号样Δ199Hg为-0.09‰,结合年代数据显示汞沉积峰值对应着工业园的工业活动。Δ199Hg/Δ201Hg拟合曲线说明光致还原反应对汞同位素非质量分馏的贡献率较大。
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