论文部分内容阅读
水库作为汞甲基化敏感系统,一直是国内外研究的热点。水产养殖过程中,饵料投放和排泄物蓄积导致水库有机质增加,以氮、磷元素为主的营养物质含量升高,富营养化加重,进而导致一系列水环境化学参数的变化,如水库底层缺氧、硫酸盐增加、厌氧微生物的生长等,这都将对甲基汞的地球化学行为造成很大影响。
本论文旨在了解和掌握网箱养鱼对水库汞甲基化的影响程度及其主要的驱动因素。为此本研究选择乌江渡水库作为研究对象,于2010年9月和2011年3月采集养鱼区和对照区水体、沉积物样,进行了水样、沉积物及孔隙水样品中无机汞和甲基汞含量、常规水理化参数、营养盐及有机质的分析测试。
主要研究内容如下:
1.养殖区与参照区水体的汞含量、形态分布和相关参数的特征研究:
2.养殖区与参照区沉积物汞含量、形态分布与相关参数分布特征研究;
3.养殖所造成的环境改变(如有机质含量、营养盐、及叶绿素、溶解氧等)与汞甲基化水平的关系;
4.对比2003年至今大坝段汞含量变化,分析养鱼活动造成的时间累积效应。
研究结果得出的主要结论如下:
(1)水库养鱼区与对照区水体:暖季,养鱼区总汞含量为2.04±0.53ng·L-1,甲基汞含量为0.146±0.231ng·L-1;对照区总汞含量为3.33±2.39ng·L-1,甲基汞含量为0.380±0.577ng·L-1。冷季,养鱼区水体总汞含量为3.04±1.53ng·L-1,甲基汞含量为0.047±0.028ng·L-1;对照区水体总汞含量为3.24±1.23ng·-1,甲基汞含量为0.046±0.013ng·L-1。差异系数分别为:总汞T=0.875(n=35),甲基汞T=0.091(n=35),差异不显著。水体网箱养鱼对水库小尺度范围内水体汞的甲基化影响并不明显。可能的原因在于水库自身的特殊性,如水库蓄水与泄水发电时对水体的扰动、水库自身水体的交换作用、水体季节性热分层(如夏季由于水体热分层导致水库底部厌氧状态,利于汞的甲基化,甲基汞含量在底层水体出现峰值)、上游供给等都会对甲基汞的迁移转化产生影响。
(2)养鱼区与对照区沉积物固相:暖季,养鱼区总汞含量为239.0~426.0ng·g-1,平均294.3±63.5ng·g-1,甲基汞含量为0.66~3.44ng·g-1,平均1.23±0.81ng·g-1;对照区总汞含量为232.5~534.0ng·g.1,平均321.3±108.6ng·g-1,甲基汞含量为0.67~1.84ng·L-1,平均1.11±0.43ng·g-1。冷季,养鱼区总汞含量为172.0~295.5ng·g-1,平均243.6±43.5ng·g-1,甲基汞含量为0.46~1.34ng·g-1,平均0.88±0.26ng·g-1;对照区总汞含量为231.0~314.0ng·g-1,平均269.3±28.6ng·g-1;甲基汞含量为0.69~1.52ng·g-1,平均0.98±0.25ng·g-1。养鱼区与对照区差异系数分别为总汞T=0.945(n=40),甲基汞为T=0.492(n=40)未发现显著变化。
(3)养鱼区与对照区孔隙水:暖季,养鱼区溶解态总汞含量为2.43~6.31ng·L-1,平均4.76±1.27ng·L-1,溶解态甲基汞含量为0.28~3.07ng.L-1,平均0.96±0.86ng·L-1;对照区溶解态总汞含量为3.04~9.53ng·L-1,平均4.93±2.06ng·L-1;溶解态甲基汞含量为0.06~2.72ng·L-1,平均0.57±0.84ng·L-1。冷季,养鱼区溶解态总汞含量为3.44~12.81ng.L-1,平均6.71±2.86ng·L-1,溶解态甲基汞含量为0.11~.0.46ng.L-1,平均0.26±0.11ng.L-1;对照区沉积物孔隙水溶解态总汞含量为4.36~34.8ng·L-1,平均13.57±9.47ng·L-1;溶解态甲基汞含量为0.10~0.30ng·L-1,平均0.19±0.07ng·L-1。DMeHg在夏季养鱼区含量(0.96±0.86ng·L-1)比对照区含量(0.57±0.84ng·L-1)高68.4%,DMeHg在冬季养鱼区含量(0.26±0.11ng·L-1)比照区含量(0.19±0.07ng·L-1)高36.8%;DHg在夏季养鱼区含量(4.76±1.27ng·L-1)比对照区含量(4.93±2.06ng·L-1)低3.4%,DHg在冬季养鱼区含量(6.71±2.86ng·L-1)比照区含量(7.38±2.09ng·L-1)低9.1%。可见溶解态甲基汞养鱼区略含量高于参照区(n=40,T=0.250),而对照区溶解态总汞含量略高于养鱼区(n=40,T=0.179),且溶解态甲基汞占溶解态总汞的比率养鱼区高于对照区(n=40,T=0.388)。
(4)暖季养鱼区有机质含量为4.47~32.42%,平均为15.37±9.54%;对照区有机质含量为4.65~15.78%,平均为9.48±3.29%。冷季养鱼区有机质含量为4.98~23.94%,平均为12.87±5.89%;对照区有机质含量为1.51~11.89%,平均为8.73±6.21%。养鱼区有机质含量略高于对照区,且表层6厘米以上尤为明显。但未发现有机质与甲基汞的显著相关关系。2003与2007年,养殖密度最大的大坝段有机质含量最大值为4.41%和11%,2011年时显著增加到32.4%。有机质含量虽然显著增加,但是并未显著影响甲基汞的产量,这可能因为有机质与二价汞络合,使得汞甲基化的细菌可利用的底物减少,降低汞的生物可利用性,影响甲基化过程有关。并且网箱养鱼带来的有机质粒径可能较大。有机质的颗粒大小、形态影响其可利用性,直接影响汞的甲基化。并且可能导致甲基汞在沉积物固液相分配系数的变化。
(5)沉积物中养鱼区总氮、总磷及有机质含量均高于对照区;且甲基汞、总磷、有机质均变现为表层含量高于底层含量。可见网箱养鱼活动中投放的鱼类类饵料、鱼类粪便散落于水体最后主要蓄积于沉积物表层。丰富的营养物质造成水体藻类的繁殖,藻类对汞吸附并沉降从而成为一个汞的储存库。同时营养物质的消耗、促进了厌氧环境下汞甲基化微生物的生长,利于汞的甲基化。有机质的降解及水体热分层等因素造成孔隙水中的还原环境使得Hg-S主要以HgS0(aq)形态存在,因其尺寸较小且呈中性而成为主要的汞甲基化底物,从而提高了甲基汞的产生。
(6)大坝段2003年、2007年及2010~2011年间,水体、沉积物孔隙水、沉积物固相中各形态汞含量均无显著变化。可见汞含量随时间并未显著改变。但是鉴于历年所选采样点位置的差异性,这种时间上的对比意义并非很大。
(7)受季节性因素影响,孔隙水中养鱼区与对照区各参数也呈不同。冬季硫酸盐浓度适宜,利于汞的甲基化,而且冬季DOC与溶解态甲基汞呈显著正相关。且夏季由于水体热分层导致水库底部厌氧状态,利于汞的甲基化,甲基汞含量在底层水体出现峰值。