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太湖北部沉积物微量元素垂直分布特征及指示意义_

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ISSN1009-2722 MarineGeologyLetters　海洋地质动态 2005,21(8)∶1—5

文章编号:1009-2722(2005)08-0001-05

太湖北部沉积物微量元素

垂直分布特征及指示意义

黄顺生,华　明,廖启林,吴新民,朱佰万,冯金顺

(江苏省地质调查研究院,南京210018)

摘　要:分析了太湖北部柱状沉积物微量元素含量,以深层沉积物作背景样品,揭示了重金属垂向

变化特征及指示意义。中深层沉积物中重金属Pb、Cu、Ni、Cr与Li呈显著正相关,反映了沉积物

来源为流域基岩风化产物;表层沉积物中重金属Cu、Ni、Cr与有机碳具有良好正相关性,表明了沉

积物受近年来环湖工农业活动影响。中深层沉积物与流域基岩在稀土特征上表现出亲源性;而表

层沉积物稀土特征反映了人类活动的影响。

关键词:微量元素;稀土元素;沉积物;垂直分布;太湖

中图分类号:P595 文献标识码:A

湖泊沉积物的微量元素研究是部、省合作

项目“江苏省国土生态地球化学调查”的一项重

要内容,沉积物的微量元素原始来源于流域内

母岩的风化,环湖的人类活动使某些元素得以

富集。太湖位于长江三角洲南部,是中国人口

和城镇最为密集的经济发达地区之一,每年大

量的工农业和生活污染物经流域水系最终汇入

太湖。近年来,人们对太湖表层沉积物中重金

属研究相对较多[1,2],但对沉积物重金属的垂

向分布,特别是稀土元素垂向变化特征研究较

少。本文通过太湖硬底层、柱状沉积物系统的

微量元素分析,探讨沉积物微量元素垂向变化

特征及指示意义,对太湖流域生态环境研究具

有十分重要的理论意义。

1　沉积物的采集和分析

2003年11月完成样品采集,利用船上

收稿日期:2005-06-13

基金项目:国土资源部中国地质调查局与江苏省人民政

府合作的“江苏省国土生态地球化学调查”项目(200312300008)

作者简介:黄顺生(1975—),男,硕士,主要从事表生地球

化学研究工作.平台在太湖北部采集一柱状样(THS,如图1),

图1　太湖采样示意图

Fig.1　SamplingsitesinTaihuLake

样品描述见图2,沉积物的采样深度为200cm,

其中0～20cm按1cm间距分割;20～100cm

按2cm间距分割;100～200cm深按5cm间

距分割。太湖湖心几乎为无沉积物覆盖的硬质

泥区,同时我们在硬质泥区采集一短柱状样

(TS3-3),采样深度为43cm,按10cm间距分

割。样品放于阴凉处自然风干,去除植物残骸、MarineGeologyLetters　海洋地质动态 2005年8月　

图2　太湖THS柱状沉积物组分描述及重金属含量垂向变化图(虚线代表背景值)

Fig.2　Thedescriptionofcompositionandverticalcharacteristicsofheavymetalsinthe

corefromthenorthernTaihuLake(Dashedlinerepresentsbackgroundlevels)

贝壳及砾石等杂质,碾碎后过200目筛以分析

Cd、Pb、Cu、Ni、Cr、Li元素和稀土元素。其中

Cu、Ni、Cr、Li、Cd和稀土元素用等离子光谱质

谱(ICP-MS)测定;Pb用X射线荧光光谱

(XRF)测定。分析误差均在国家标准允许范围

内,样品测试由江苏省地质调查研究院测试所

完成。

2　微量元素的分布特征

2.1　重金属背景值拟定

沉积环境中元素背景值是指一定区域内自

然状态下未受人为污染影响的沉积物中元素的

正常含量[3],而背景值的确定往往是比较困难的。由于环湖周围工农业活动强烈,目前在太

湖流域已不可能采集到能真正代表沉积柱背景

含量的表层沉积物或土壤。前人曾在梅梁湾口

采集柱状样,与本文采集柱状样位置相近[4],其

沉积环境和沉积速率具有类比性,以该区域的

最大沉积速率(1.54mm/a)估算,在表层之下

80cm的沉积物应有500a的沉积历史,可近似

认为未受到近代工业活动的影响,故本研究将

80～200cm沉积物作为太湖北部沉积物重金

属背景值样本。太湖湖心的硬质泥区的下蜀黄

土是自然风化的产物,为太湖提供原始沉积胚

底层,其可以作为太湖沉积物背景值的参考。

本文确定的太湖北部沉积物背景值、硬质泥区

及其他质量标准的重金属含量列于表1。

由表1可见,太湖沉积物背景值与硬质泥2　第21卷第8期 黄顺生,等:太湖北部沉积物微量元素垂直分布特征及指示意义

区重金属含量比较接近,而且它们均有较小的

标准方差,表明了沉积物背景值的相对稳定性。

与其他环境质量标准相比,太湖沉积物重金属

的背景值(本底值)较低。

表1　太湖沉积物的背景重金属含量及其比较

Table1　Thecontentofheavyelementin

sedimentsfromTaihuLake

mg/kg

沉积物CuCrNiPbCd样品数

研究区

背景值22.2±

1.590.3±

6.140.7±

2.519.4±

2.90.07±

0.0219

硬质

泥区30.1±

1.176.3±

7.838.2±

1.219.3±

2.10.05±

0.014

荷兰沉积

物环境质

量标准[5]36100850.8

世界页岩

标准[6]459068200.3

2.2　重金属的垂向变化

研究柱状沉积物重金属在不同深度的含量

分布,可了解不同时期重金属的输入量,将其与

背景值对照,可反映出不同阶段重金属汇入量

的情况,柱状沉积物重金属垂向分布见图2,

Pb、Cu、Ni、Cr具有非常相似的垂向变化态势,

表明它们具有同一物质来源或相同的沉积后再

迁移行为[7],重金属在垂向曲线上有3种变化

形式:第1种是底层(200～60cm)由深及浅含

量基本保持不变(Ⅰ型),如Cu、Ni、Pb、Cr;第2

种是中层(60～16cm)含量略有增加(Ⅱ型),如

Cu、Ni、Pb、Cr;第3种是表层(16～0cm)呈ε

型变化(Ⅲ型),这反映非线性动荡沉积环境[8]。

太湖是一大型的浅水湖泊,风浪对沉积物的扰

动强烈。在分割柱状样时观测也发现,表层

9cm沉积物无明显层理发育。重金属在表层

陡然降低与扰动水体促进重金属解吸作用有

关[9],因此,利用柱状沉积物重金属的沉积记录

来精确刻画区域环境污染历史时应持谨慎态度。从第2种形式向第3种形式过渡,总体上

可以反映重金属含量靠近表层有明显增加的态

势。

3　讨论

3.1　矿物和有机组分与重金属元素的关系

Li是亲石元素,主要是流域母岩风化的产

物,受人类活动作用影响较小,而有机碳与人类

活动关系密切。在探讨湖泊或海湾沉积物中重

金属来源时,经常引用Li、有机碳作为参考元

素[10-12],利用参考元素与重金属间的相关性来

判断重金属与矿物、有机组分的关系。表层和

中深层沉积物主要元素的皮尔森相关系数见表

2,由表2可见,中深层沉积物中Pb、Cu、Ni、Cr

与Li及Pb、Cu、Ni、Cr之间均呈显著正相关,

表明这些重金属与矿物组分具有亲源性,Li与

Cd相关性较低,这是因为Cd以碳酸盐形式沉

淀下来[13];表层沉积物中有机碳与Cu、Ni、Cr

呈显著正相关,说明表层沉积物受人类活动作

用较明显,而Pb与有机碳、Li均不相关,表明

Pb可能为其他来源—大气来源。前人在研究

珠江沉积物重金属来源时曾发现Pb的大气来

源[14]。环太湖地区工业发达,人口密集,工矿

和汽车废气携带Pb以大气沉降形式进入太湖

沉积物不可忽略。

3.2　稀土元素分配模式特征

稀土元素(REE)具有十分相似的化学和物

理性质,在地球化学作用过程中,往往以一个

“整体”运移,但不同稀土元素性质仍有微小差

异。由于外界条件变化,稀土元素之间可发生

一定程度的分馏,在湖泊沉积物的研究中,利用

稀土元素的分馏特征来指示微量元素的迁移、

富集和环境变化。3种类型的稀土元素上地壳

标准化曲线见图3,Ⅰ、Ⅱ型沉积物的稀土元素

具有非常相似的配分曲线,轻/重稀土分馏不明

显,出现轻微的Tb负异常,整个曲线近于平

坦,表明它们具有相同的物质来源,相对Ⅰ、Ⅱ3MarineGeologyLetters　海洋地质动态 2005年8月　

表2　太湖表层和中深层沉积物微量元素皮尔森相关系数矩阵

Table2　PearsoncorrelationmatrixfortraceelementsofsurfaceandsubsurfacesedimentsinTaihu

元素LiCdCorgCrNiCuPb

表

层Li1.000-0.0640.5620.5420.6750.308-0.068

Cd1.0000.1390.2360.4000.4720.453

Corg1.0000.5680.8020.590-0.056

Cr1.0000.5080.4860.275

Ni1.0000.7240.322

Cu1.0000.512

Pb1.000

中

深

层Li1.0000.242-0.5370.8400.9810.9220.680

Cd1.000-0.0950.1820.2590.2750.297

Corg1.000-0.514-0.341-0.240-0.172

Cr1.0000.8290.7690.583

Ni1.0000.9320.690

Cu1.0000.718

Pb1.000

注:黑体数字代表相关性水平P<0.05,表格上部分为表层沉积物样品(N=11),表格下部分为中深层沉积样品(N=19)。

型沉积物而言,Ⅲ型沉积物表现出轻/重稀土分

馏较明显,出现明显的Tb负异常。

图3　沉积物稀土元素的上地壳配分模式

Fig.3　UCC-normalizedpatternofsediments

根据∑Ce/∑Y和Eu/∑REE的比值关

系,可以发现,太湖沉积物和西部宜溧地区中

酸性岩一样,均属富铈贫铕族稀土。近岸的

风化搬运、沉积作用均不能明显改变源岩的

稀土组成特征,因此,太湖沉积物继承了流域

源岩特征(亲源性),在表层沉积物稀土配分曲线特征上表现轻/重稀土比值和稀土总量略

有增加。我国是稀土贮藏量最多的国家之

一,随着我国经济的发展,加快了农用稀土微

肥的应用和推广,环太湖地区是我国重要的

农业生产基地,农业耕作使大量可溶性稀土

随地表径流或地下水进入太湖,吸附在沉积

物颗粒而沉淀下来。

太湖北部由于邻近无锡、常州等工业经济

发达城市地区,几千万吨每年未经处理的工

业和生活污水排入梅梁湾,其中包含了大量

的重金属。从重金属垂向变化曲线上看,表

层沉积物中重金属有明显的增加趋势,反映

了近代工农业发展加大湖泊的重金属输入

量,虽然它与我国及世界其他国家湖泊相比,

太湖北部沉积物由于重金属元素的地球化学

本底值较低,环境容量较大,因而重金属元素

的含量目前尚处于中低水平,但其污染趋势

不容乐观,因此,这一问题需引起政府有关职

能部门的高度重视,着力控制环湖城市污染

物入湖,为逐步恢复太湖良性循环的生态系

统奠定基础。4

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太湖大浦口河口区沉积物中铁、磷的地球化学特征

太湖大浦口河口区沉积物中铁、磷的地球化学特征

作者： 袁和忠[1,2];沈吉[1];刘恩峰[1];孟祥华[3]作者机构： [1]中国科学院南京地理与湖泊研究所,湖泊与环境国家重点实验室,江苏南京210008;[2]中国科学院研究生院,北京100049;[3]济南大学城市发展学院,山东济南250022出版物刊名： 环境科学研究页码： 1288-1293页主题词： 铁;磷;水动力;地球化学;大浦河口;太湖

摘要：对太湖西部大浦口河口区沉积物中的w（Fe2＋）,w（TP）和w（Fe-P）及间隙水中ρ（Fe2＋）和ρ（PO43-）的空间及垂向分布特征进行了测定分析.结果表明,上覆水中,河道的各项指标均大于湖区及河口,而在河道与河口沉积物中w（TP）基本相似,均小于湖区.在河口沉积物垂向剖面上,存在约5,9及11 cm的3个明显变化阶段.w（Fe-P）占w（TP）的16.7%-47.8%,与ρ（TP）的相关性较好（R=0.526）,但与其他指标的相关性并不明显.Fe-P是重要的磷形态,厌氧状态下有向间隙水解析扩散的潜力,并形成Fe3＋与Fe2＋间的转换.间隙水中ρ（PO43-）与w（Fe-P）/w（TP）和ρ（Fe2＋）存在非对应性,但与ρ（Fe）呈显著相关（R=0.853）.河口区PO43-的迁移转化受多种因素的作用,复杂的水动力活动和地球化学作用是

主要控制因素.Geochemical Characteristics of Iron and Phosphorusin the Sediment from the Dapu Estuary of TaihuLake

太湖、巢湖沉积物中重金属污染的总量特征及其区域性差异

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摘要：选取太湖、巢湖污染较为严重的区域为研究对象,采集季节性沉积物柱状样,以0.5cm的间距高精度分割样品,分析其中的Fe,Mn,Cu,Zn等重金属元素的含量,对沉积物中重金属的总量特征及季节性变化特征进行了分析,得出以下结论:太湖、巢湖沉积物中重金属的总量均呈现出Fe>Mn>Zn>Cu的`特征,季节性变化幅度为Mn>Fe>Zn>Cu,重金属元素的地球化学性质对其季节性变化有很大的影响.同时,不同的区域背景差异(如元素丰度、污染状况等)导致了太湖、巢湖采样点沉积物中重金属元素季节性特征的差异.Abstract：The

heavily polluted areas were chose as the sampling sites of Taihu

lake and Chaohu lake. The sediments were sampled in different

seasons, with the samples separated at 0.5cm intervals, Heavy

metal contents (Fe, Mn, Cu, Zn)were analyzed, and the contents

and seasonal variation characteristics of heavy metals were

discussed. Comparisons were made between two lakes and the

same lake in different sampling sites. The results show that the

order of the heavy metal concentration is Fe > Mn > Zn > Cu,

太湖北部湖区COD浓度空间分布及与其它要素的相关性研究

太湖北部湖区COD浓度空间分布及与其它要素的相关性研究

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张运林1,杨龙元1,秦伯强1,高光1,罗潋葱1,朱广伟1,刘明亮2(11中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,南京　210008;21南京农业大学,南京　210095)摘要:利用2004年夏季在太湖北部湖区的采样数据,分析了化学需氧量(COD)浓度的空间分布,建立了COD浓度与有色可溶性有机物(CDOM)吸收、荧光、溶解性有机碳(DOC)浓度之间的定量关系.并以2004201、2005201、2007206的数据探讨了COD的来源.结果表明,夏季COD浓度的变化范围为3177～7196mg・L-1,均值为(5190±1154)mg・L-1.COD浓度从梅梁湾内往湾口再往大太湖呈现逐渐降低趋势,梅梁湾和大太湖的均值分别为(6193±0189)mg・L-1、(4121±0149)mg・L-1,梅梁湾的值显著要高于大太湖开阔水域.COD浓度与CDOM吸收、荧光、DOC浓度存在显著的正相关.通过对光学活性物质CDOM浓度的反演,可以外推水体有机物污染程度,为日后利用遥感影像反演和评估太湖水体有机物污染状况奠定基础.夏季COD浓度与叶绿素a浓度存在极显著正相关,而冬季没有相关或这种相关性很弱,并且夏季的值明显要高于冬季的值,反映了除入湖河流带来外源COD的输入外,夏季浮游植物大量生长死亡腐烂后的降解产物也是水体中COD的重要来源.关键词:化学需氧量;有色可溶性有机物;溶解性有机碳;荧光;叶绿素a;太湖中图分类号:X524　文献标识码:A　文章编号:025023301(2008)0621457206

收稿日期:2007206206;修订日期:2007208203基金项目:中国科学院知识创新工程方向性项目(KZCX22YW2419);国家自然科学基金项目(40730529);中国科学院”优秀博士学位论文、院长奖获得者科研启动专项资金”项目;中国科学院南京地理与湖泊研究所所长科研专项基金项目作者简介:张运林(1976～),男,博士,助理研究员,主要研究方向为水光学、水生态学和水质遥感,E2mail:ylzhang@SpatialDistributionofCODandtheCorrelationswithOtherParametersintheNorthernRegionofLakeTaihuZHANGYun2lin1,YANGLong2yuan1,QINBo2qiang1,GAOGuang1,LUOLian2cong1,ZHUGuang2wei1,LIUMing2liang2(1.StateKeyLaboratoryofLakeScienceandEnvironment,NanjingInstituteofGeographyandLimnology,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China;2.NanjingAgricultureUniversity,Nanjing210095,China)Abstract:Spatialvariationofchemicaloxygendemand(COD)concentrationwasdocumentedandsignificantcorrelationsbetweenCODconcentrationandchromophoricdissolvedorganicmatter(CDOM)absorption,fluorescence,DOCconcentrationwerefoundbasedonacruisesamplinginthenorthernregionofLakeTaihuinsummerincluding42samplings.ThepossiblesourceofCODwasalsodiscussedusingeverytwocruisesamplingsinsummerandwinter,respectively.TheCODconcentrationrangedfrom3177to7196mg・L-1withameanvalueof(5190±1154)mg・L-1.ThemeanCODconcentrationsinMeiliangBayandthecentrallakebasinwere(6193±0189)mg・L-1and(4121±0149)mg・L-1respectively.AsignificantspatialdifferencewasfoundbetweenMeiliangBayandthecentrallakebasininCODconcentration,CDOMabsorptioncoefficient,fluorescence,DOCandphytoplanktonpigmentconcentrations,decreasingfromtherivermouthtoinnerbay,outerbayandthecentrallakebasin.SignificantcorrelationsbetweenCODconcentrationandCDOMabsorption,fluorescence,DOCconcentration,suggestedthatCODconcentrationcouldbeestimatedandorganicpollutioncouldbeassessedusingCDOMabsorptionretrievedfromremotesensingimages.SignificantandpositivecorrelationwasfoundbetweenCODconcentrationandchlorophyllaconcentrationinsummer.However,thecorrelationwasweakornocorrelationwasfoundinwinter.Furthermore,asignificanthigherCODconcentrationwasfoundinsummerthaninwinter(p<01001).OurresultsindicatedthatdegradationofphytoplanktonbloomswasthemainsourceofCODinsummer,exceptforriverterrestrialinput.Keywords:chemicaloxygendemand;chromophoricdissolvedorganicmatter;dissolvedorganiccarbon;fluorescence;chlorophylla;LakeTaihu 由于流域和周围城市大量氮磷营养盐输入,太湖面临着严重的湖泊富营养化和蓝藻水华暴发,引起越来越多的关注[1～3],特别是2007年5月底6月初在贡湖湾口南泉水厂附近出现蓝藻水华异常堆积,水华死亡腐烂降解释放出大量带有恶臭味的溶解性物质,危及无锡人民的饮用水安全.同时由于周围城市工业的迅猛发展,有机化工产品的日益增多,一些未经处理的废水进入太湖.入湖河流带来的以及蓝藻水华死亡降解后释放出来的有机物污染已成为太湖水质污染的主要问题之一.由于有机污染物第29卷第6期2008年6月环 境 科 学ENVIRONMENTALSCIENCEVol.29,No.6Jun.,2008种类繁多,成分复杂,来源各异,目前很难对其有机成分进行全面分析.通常用化学需氧量(chemicaloxygendemand,COD)和生化需氧量(biologicaloxygendemand,BOD)等指标来间接反映水体中有机物污染程度.有色可溶性有机物(chromophoricdissolvedorganicmatter,CDOM)表征的是溶解性有机物中带发色团的那部分,溶解性有机碳(dissolvedorganiccarbon,DOC)则是以碳含量来表征溶解性有机物的浓度,与COD、BOD浓度会存在某种定量关系.夏季浮游植物大量生长死亡后会释放出大量溶解性物质,叶绿素a浓度反映了浮游植物现存量,因而其变化及与COD浓度的关系能初步反映COD可能来源.随着光学遥感技术的快速发展,利用野外原位实测光谱、星载高光谱传感器和遥感影像等光学遥感技术来反演水体内光学活性物质CDOM吸收、DOC浓度已逐渐成为可能.国外发展了大量CDOM吸收和DOC浓度的经验、半经验和生物光学反演模型[4～8].通过CDOM吸收和DOC浓度的遥感反演模型,结合CDOM吸收、DOC浓度与COD、BOD浓度之间的定量关系,可望通过遥感手段来实现太湖COD、BOD浓度实时、动态、长期监测.同时通过分析叶绿素a与COD浓度间的定量关系,可以初步探明COD的来源.基于2004208在太湖北部湖区的采样数据,分析COD的空间分布,通过建立COD浓度与CDOM吸收、荧光、DOC浓度之间的定量关系,以期为日后利用遥感影像反演和评估太湖水体有机物污染状况奠定基础.并辅以2007206在贡湖湾口南泉水厂以及2004201、2005201在梅梁湾的采样数据,探讨了C

春晖湖沉积物中磷形态的垂直分布特征

春晖湖沉积物中磷形态的垂直分布特征

春晖湖沉积物中磷形态的垂直分布特征

郑足红; 陈刚

【期刊名称】《《湖北工程学院学报》》

【年(卷),期】2019(039)006

【总页数】8页(P42-49)

【关键词】磷形态; 垂直分布特征; 沉积物; 春晖湖

【作 者】郑足红; 陈刚

【作者单位】湖北工程学院 生命科学技术学院 湖北 孝感 432000

【正文语种】中 文

【中图分类】X141

水体富营养化是一个严峻的环境问题。当水体中的总磷含量达到或者超过某阈值时，磷作为一种营养元素将显著推动水体的富营养化进程，磷的该阈值即为控制水体富营养化的标准阈值[1]。水体中的磷分为外源性磷和内源性磷。外源性磷包含由于降水、山川河流的运输、人为排污等活动在内的各种向水体中增加的磷，可通过立法、政府干预等措施有效地从源头上控制。而内源性磷主要来源于水体内部，如底泥的自然释放过程。许多水体的内源性磷成为水体磷负荷的重要来源，而内源性磷大量存在于沉积物中[2]。沉积物是氮、磷等营养物质的重要蓄积库，既可作为“汇”来收集来自上覆水体中的颗粒物；也可在一定的环境条件下，作为“源”将营养物质再次释放到上覆水体中，从而形成内源污染。沉积物中不同结合态的磷具有不同的生物有效性，对上覆水体富营养化发生具有十分显著的影响[3]。沉积物的化学形态决定了能够被生物利用或者通过浓度梯度进行扩散的磷含量。

沉积物中的磷形态通常分为无机磷(IP)、铁铝磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)、有机磷(OP)、总磷(TP)等5种化学形态。研究表明无机磷所包含的铁铝磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)等在沉积物中的迁移、释放是沉积物释放磷的最重要机制[3]。磷在沉积物中的储存形态与含量影响着湖泊富营养化的发生。因此，测定湖泊沉积物中磷的不同形态及其含量对于研究沉积物中磷的行为特征、磷的垂直分布和在沉积物与水界面的迁移力以及改善湖泊富营养化现状有重要的作用[4]。

国内关于磷形态的研究多集中在海洋和河口地区。岳维忠等[5]以珠江口的沉积物为实验对象，研究了磷形态之间的关系以及磷垂直分布所反映的陆源污染的情况；王迪迪等[6]以乳山湾东流区的沉积物作为实验对象，主要研究了乳山湾贝类养殖与磷形态分布的关系；国内外有关湖泊沉积磷形态的研究较少。冀峰等[7]对太湖流域的磷形态进行了分析，主要研究了太湖流域的黑臭河流与磷形态的关系。其他方面，赵暾等[8]研究了黄河某段两季水体和沉积物中不同形态磷的分布特征。林悦涓等[9]对春夏两季武汉东湖的磷形态分布特征进行了研究，探讨了季节对于沉积物垂直分布的影响。李振国等[10]在太湖地区研究了马来眼子菜群丛对沉积物磷形态的影响。董浩平等[11]研究了对水体沉积物磷释放及控制产生影响的因素。寇丹丹等[12]还探究了对沉积物磷释放进行控制的相关技术。