20世纪80年代以来,巢湖流域水环境质量恶化,水环境的重要组成部分沉积物成为重金属等污染物的蓄积库。在环境条件发生变化时,沉积物中污染物会通过扩散、沉积物再悬浮、生物扰动等途径再次进入上覆水体中形成内源污染。污染物在沉积物中的迁移转化过程受到沉积物微观物理结构的影响,揭示沉积物的真实三维微孔结构,对于认识污染物的迁移转化过程以及评价内源污染风险具有重要的理论和现实意义。本研究验证和改进了一套包含样品制备方法、数据获取方法、图像解译方法、参数计算方法的未成岩沉积物三维物理结构研究方法,在巢湖进行了应用,并结合巢湖沉积物粒径和重金属(镍、铜、锌、铅、铬和镉)空间分布特征的分析,探讨了巢湖沉积物物理孔隙结构与化学污染物(重金属)的相关性。主要研究结果如下:(1)在物理结构方面,巢湖沉积物的粒径组分含量总体上差别不大,基本由黏土与粉砂组成,但沉积条件及物质来源的不同导致巢湖不同湖区粒度参数和孔隙结构存在显著差异。东部湖区表层沉积物(1-2 cm内)孔隙连通程度高于中部和西部湖区,东部湖区孔隙度为0.75,连通体积占总体积67.47%,中部湖区仅为0.28。沉积物孔隙曲率在2.83-9.31之间,在不同方向上存在显著差异,西部湖区沉积物在Z方向上的曲率较大,中部和东部湖区沉积物在X和Y方向上的曲率相对较大。此外,孤立孔体积、连通性等孔隙参数也有所差别。在垂直剖面上,沉积物孔隙度随深度增加而减小,0-10 cm内变化不大,在0.51-0.44之间,10 cm后变化幅度明显增大,17-18 cm深度的孔隙度降为0.01,说明沉积物与上覆水物质的交换主要集中在沉积物上层。S/V(孤立孔面积与体积之比)在剖面上的变化幅度较小,明显低于表层沉积物在不同湖区上的变化。孤立孔数量、体积与表面积随深度增加均呈现出减小的趋势,某些深度上出现的异常可能是受到当时底栖动物活动以及沉积条件改变的影响。(2)在污染物(重金属)分布上,巢湖表层沉积物的6种重金属中除Ni和Cr外,其他4种(Cu、Zn、Pb和Cd)都不同程度超过背景值,平均含量分别为背景值的1.40、2.09、1.37和4.46倍。在空间分布上,重金属污染程度总体呈现出东西部湖区高,中部湖区低的特点。西部湖区重金属的潜在生态危害为中等生态风险,其他区域RI(综合潜在生态风险指数)值均低于150,为低潜在生态风险,短期内不会对周围环境产生威胁。沉积柱垂直剖面数据显示,巢湖沉积物重金属含量整体上随时间的推移而有所升高,重金属生态风险呈增加趋势,在表层沉积物(0-5 cm)中含量最高。6种重金属在沉积物中富集系数大小关系为:Cd>Zn>Cu≈Pb>Cr>Ni。Cd的富集系数在2.47~7.71之间,说明人为输入已经成为沉积物Cd的主要来源;Ni、Cr未发生富集(富集系数小于1.5),为自然来源;元素Cu、Pb、Zn富集主要集中在西部湖区。结合生态风险评价结果,防止Cd、Zn和Pb进一步累积是治理巢湖重金属污染的重要目标。(3)巢湖沉积物物理孔隙结构与化学污染物(重金属)的相关分析发现,沉积物有机质含量与孔隙度极显著正相关(P<0.01),与曲率极显著负相关(P<0.01),说明有机质含量的增加会导致沉积物孔隙度增大和曲率降低,有利于促进沉积物与上覆水之间物质的迁移转化;粒径不同组分含量对孔隙度、曲率影响不大;沉积物Pb含量与曲率存在显著正相关(P<0.05),可能是因为沉积物在垂直方向上具有较大的曲率会抑制Pb向上覆水中释放。