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与流域性湖泊相比,城市浅水湖泊由于直接受纳城市生活污水、部分工业废水和城市地表径流污水等,污染更严重,对人类健康的影响也更直接。因此,探讨城市湖泊沉积物中典型污染物质的迁移转化、复合效应关系具有重要的理论和现实意义。本文以我国3个城市浅水湖泊——江苏省南京玄武湖、大明湖和山东省济南大明湖为研究实例,系统研究了沉积物中磷形态、有机质组分及Cr、Cd、Fe、Mn、Mo、Ni、Pb和Zn 8种重金属化学形态的垂直分布规律,并应用结构方程模型对沉积物中的磷形态一有机质组分-铁/锰形态的互作关系进行了分析和研究。得出的主要结论有:
(1)城市浅水湖泊沉积物的理化特性在不同湖泊差异较大,且对污染物质(磷形态、有机质组分及重金属形态)在湖泊沉积物中的赋存形态及分布规律具有重要的影响。因此,深入研究湖泊水生态系统沉积物的理化特性,对把握湖泊水污染发生机制,控制湖泊污染具有重要意义。
(2)所研究的3个城市浅水湖泊沉积物中TP含量在大明湖中最高,玄武湖中最低,在垂向上的分布规律有所不同。沉积物中不同磷形态的分布有所差异,Al-P含量较低,Ex-P、ACa-P、De-P含量在大明湖最高,玄武湖最低;Fe-P、Bi-P含量由高到低的顺序为玄武湖>莫愁湖>大明湖;Or-P含量为玄武湖>大明湖>莫愁湖。且3个湖泊污染程度为:玄武湖>莫愁湖>大明湖。湖泊间隙水中总溶解态磷与沉积物总磷及稳定态磷相关不显著,与活性较强的Ex-P、Fo-P及易于矿化的Or-P具有很强的相关关系。
(3)所研究湖泊均属于多腐殖质湖,腐殖化程度在莫愁湖最高,玄武湖最低,大明湖居于二者之间,腐殖化随深度增加而增加。沉积物中WSOM含量相差不大,随深度变化受人为干扰和风浪影响规律不明显。FZA、HA和FA含量基本上为莫愁湖>玄武湖、大明湖,垂向上随深度的增加,含量呈递减趋势。
(4)所研究湖泊沉积物中Cr、Cd、Fe、Mn、Mo、Ni、Pb和Zn的总量分布及垂向上的变化趋势在不同湖泊沉积物中有所差异。Fe、Cr和Mo主要以残渣态存在;Ni、Pb、Cd、Zn主要以残渣态和可氧化态存在;而Mn主要以残渣态和可交换态为主要赋存形态,不同重金属的形态随深度的变化规律有所不同。
(5)所研究沉积物中重金属的潜在迁移指数在玄武湖和莫愁湖沉积物顺序相同:Mn>Pb>Zn>Cd>Mo>Fe>Ni>Cr,而大明湖与此不同,沉积物中潜在迁移指数为:Mn>Zn>Mo>Pb>Cd>Ni>Cr>Fe;且所研究湖泊沉积物中重金属的潜在迁移威胁程度玄武湖和莫愁湖相差不大,大明湖最低。
(6)所研究湖泊的沉积物中磷形态和重金属形态之间存在不同程度的相关关系,在适宜的环境条件下这些形态或组分可能进行相互转化。所以控制稳定形态向易释放形态的转化,或把活泼形态转变为稳定形态可能是湖泊沉积物污染治理的一种好方法。
(7)SEM模型中潜变量P、O和潜变量Fe、Mn间具有不同程度的正负相关关系,表明沉积物中污染物质的复合关系也有很大的差异。城市浅水湖泊沉积物中磷形态与铁/锰形态、有机质组分间的相关关系也能从侧面角度来反应它们之间存在的复合关系。污染物质之间的复合关系是一个复杂的问题,还有待于深入的研究。