珠江口沉积物中-重金属污染状况及其生态影响评价

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1、珠 江 口 沉 积 物 中 重 金 属 污 染 状 况 及 其 生 态 影 响 评 价04环 境 科 学 班劳 搌 华 、 曾 建 军 、 钟 燕 娌 、 谢 惠 如 一 、 重 金 属 污 染 简 介二 、 重 金 属 在 水 体 中 的 迁 移 转 化 机 制三 、 研 究 珠 江 口 沉 积 物 中 重 金 属 污 染 的 意 义四 、 珠 江 口 沉 积 物 中 重 金 属 污 染 状 况 概 述五 、 珠 江 口 沉 积 物 中 重 金 属 污 染 调 查 及 其 生 态 影 响 评 价六 、 重 金 属 的 治 理 对 策 重 金 属 污 染 ： 密 度 在 5以 上 的 金 属

2、统 称 为 重 金 属 ， 有 45种之 多 ， 人 们 熟 悉 的 有 金 、 银 、 铜 、 铅 、 锌 、 镍 、钴 、 镉 、 铬 和 汞 等 。 不 过 ， 从 环 境 污 染 方 面 所 说 ，主 要 是 指 生 物 毒 性 显 著 的 汞 、 镉 、 铅 、 铬 、 砷 等和 具 有 一 定 毒 性 的 锌 、 铜 、 钴 、 镍 、 锡 等 。 重 金属 污 染 的 特 点 是 ， 即 使 排 出 的 浓 度 很 小 ， 也 可 能造 成 污 染 甚 至 很 大 的 危 害 ， 像 发 生 在 日 本 的 水 俣病 和 骨 痛 病 就 是 由 汞 污 染 和 镉 污 染 造 成

3、 的 公 害 病 。 重 金 属 对 生 物 体 的 危 害 主 要 取 决 于 水 中 重 金 属 的形 态 ， 而 不 是 取 决 于 重 金 属 的 总 浓 度 各 种 络 合物 ， 沉 淀 物 及 吸 附 物 的 毒 性 小 于 溶 解 在 水 中 的 金属 离 子 的 毒 性 许 多 研 究 工 作 都 证 实 了 被 有 机 配 位 体 螯 合 的 铜 是无 毒 的 ， 铜 的 毒 性 随 着 被 螯 合 的 程 度 而 下 降 ， 即铜 的 毒 性 是 由 铜 的 无 机 态 所 造 成 的 所 以 我 们 需 要 知 道 重 金 属 在 水 环 境 中 的 形 态 影 响因 素

4、 重 金 属 在 水 环 境 中 的 迁 移 转 化 机 制1 水 解 作 用2 沉 淀 溶 解 平 衡3 氧 化 还 原 作 用4 络 合 解 离 平 衡5 吸 附 解 吸 作 用6 某 些 重 金 属 的 生 物 甲 基 化 作 用 吸 附 解 吸 作 用 重 金 属 进 入 水 体 后 ， 绝 大 部 分 会 马 上 被 水 中 的 悬浮 物 和 沉 积 物 吸 附 天 然 水 体 中 存 在 大 量 的 悬 浮 颗 粒 物 ， 如 黏 土 矿 物 ，水 合 氧 化 物 等 无 机 高 分 子 化 合 物 和 腐 殖 质 等 有 机高 分 子 化 合 物 ， 它 们 是 天 然 水 体

5、中 存 在 的 主 要 胶体 物 质 胶 体 有 巨 大 的 比 表 面 ， 表 面 能 和 带 电 荷 ， 能 够 强烈 递 吸 附 各 种 分 子 和 离 子 ， 对 重 金 属 离 子 在 水 体中 的 迁 移 有 重 大 影 响 重 金 属 在 沉 积 物 中 的 存 在 形 态 可 交 换 离 子 态 ： 指 在 黏 土 矿 物 及 其 他 成 分 上 的 重 金 属 离 子 ，水 相 中 重 金 属 的 组 成 和 浓 度 变 化 主 要 受 这 部 分 重 金 属 吸 附和 解 吸 过 程 的 影 响 这 种 形 态 对 水 环 境 变 化 最 敏 感 与 碳 酸 盐 结 合 态

6、 ： 是 指 与 颗 粒 物 中 碳 酸 盐 结 合 在 一 起 或 碳酸 盐 沉 淀 结 合 的 重 金 属 ， 这 部 分 重 金 属 对 值 变 化 最 为敏 感 ， 在 酸 性 条 件 下 易 溶 解 释 放 铁 锰 氧 化 物 结 合 态 ： 是 以 铁 锰 结 核 或 凝 结 物 形 式 存 在 颗 粒上 ， 也 有 的 呈 胶 膜 状 覆 盖 在 颗 粒 上 ， 这 部 分 重 金 属 在 氧 化还 原 电 位 降 低 时 容 易 释 放 出 来 有 机 物 和 硫 化 物 结 合 态 ： 指 重 金 属 以 不 同 形 态 进 入 有 机 质中 ， 同 有 机 质 发 生 螯

7、合 作 用 而 形 成 螯 合 态 盐 类 或 硫 化 物 ，比 较 稳 定 ， 不 易 被 生 物 所 吸 收 利 用 碎 屑 矿 物 态 ： 也 叫 残 渣 态 ， 指 在 黏 土 矿 物 等 晶 格 里 的 重 金属 ， 不 能 被 生 物 吸 收 ， 是 生 物 无 法 利 用 的 部 分 珠 江 口 是 我 国 三 大 河 口 之 一 ,生 物 多 样 性 丰 富 ,是幼 鱼 幼 虾 的 繁 殖 保 护 区 ,也 是 多 种 珍 稀 水 生 生 物 ,如 中华 白 海 豚 ， 江 豚 ， 黄 唇 鱼 等 的 栖 息 地 和 重 要 增 养 殖 水域 。 近 10多 年 来 ,珠 江

8、三 角 洲 地 区 社 会 经 济 迅 猛 发 展 ,使 珠 江 口 水 域 生 态 环 境 发 生 较 大 变 化 ,污 染 状 况 加 剧 。对 于 沉 积 物 中 重 金 属 污 染 ， 其 具 有 潜 在 的 ， 长 期 的 危害 性 ,极 有 可 能 对 环 境 造 成 二 次 污 染 。因 为 在 受 重 金 属 污 染 的 体 系 中 ,水 相 中 的 重 金 属 含 量甚 微 , 即 使 接 近 污 染 物 排 放 口 ， 水 中 重 金 属 的 含 量 也不 高 。 而 且 随 机 性 大 ,其 含 量 分 布 常 因 排 放 状 况 与 水动 力 条 件 的 不 同 而 不

9、 同 ； 但 沉 积 物 中 的 重 金 属 含 量 由于 累 积 作 用 往 往 比 相 应 水 相 中 的 含 量 要 高 ,且 表 现 出较 强 分 布 规 律 。 从 沉 积 物 中 重 金 属 的 含 量 可 以 判 断 研 究 区 受 污染 的 程 度 ； 研 究 重 金 属 的 含 量 的 水 平 分 布 可 以 追踪 其 污 染 源 ,了 解 其 扩 散 范 围 研 究 沉 积 物 重 金 属 在 柱 状 样 不 同 层 位 的 含 量 分布 ,可 了 解 所 研 究 区 域 重 金 属 的 污 染 历 史 ， 把 柱 状样 重 金 属 含 量 与 未 污 染 区 背 景 值

10、进 行 对 照 ,则 可 反映 出 不 同 历 史 阶 段 人 类 活 动 对 所 研 究 区 域 重 金 属的 输 送 量 的 变 化 情 况 对 沉 积 物 中 重 金 属 进 行 生 态 影 响 评 价 ， 可 以 了解 重 金 属 对 环 境 和 生 物 的 潜 在 危 害 性 时 间 上 ： 月 的 重 金 属含 量 高 于 月 的 含 量 ，这 种 季 节 性 差 异 ， 可 能跟 珠 江 口 水 体 盐 度 ， 潮流 ， 河 水 径 流 等 因 素 有关 ， 受 径 流 ， 潮 汐 流 ，河 海 水 混 合 等 过 程 的 影响 地 形 上 ： 通 过 研 究 得 出珠 江 口

11、表 层 沉 积 物 中 重金 属 Zn,Cr,Cu,Cd得 含量 分 布 特 点 呈 现 由 西 北渐 向 东 南 递 减 得 分 布 趋势 周 边 沿 岸 大 于 中 心 ，因 为 受 到 陆 源 污 染物 得 影 响 西 岸 大 于 东 岸 ， 因为 东 岸 受 到 弱 潮 流得 影 响 ， 而 且 西 岸由 河 流 携 带 入 海 的陆 源 污 染 物 在 河 口弯 西 侧 形 成 最 好 的沉 积 环 境 ， 主 要 的表 层 沉 积 物 是 粉 砂质 黏 土 沉 积 ， 细 粒径 沉 积 物 吸 附 力 较强 重 金 属 在 生 物 里 面 的 分 布 状 况 底 栖 生 物 体 中

12、 重 金 属 残 毒 量 呈 现 出 以 下 规 律 性 ， 鱼 类 和 软体 动 物 :PbAsCdHg;甲 壳 动 物 :AsCdPbHg。 不 同 生 物 对 重 金 属 的 富 集 能 力 不 同 ， 同 一 种 生 物 对 不 同 重金 属 的 富 集 能 力 不 同 ,其 大 小 顺 序 依 次 为 :鱼类 :PbHgAsCd;甲 壳 动 物 :CdHgAsPb;软 体 动物 :PbCdHgAs。 甲 壳 动 物 和 软 体 动 物 体 内 Cd和 Pb存 在 的严 重 积 累 问 题 。 底 栖 生 物 重 金 属 残 毒 质 量 评 价 表 明 ,珠 江 口 底 栖 生 物 均

13、 未受 到 重 金 属 污 染 。 这 里 我 们 具 体 以 中 国 科 学 院 南 海 海 洋 研 究 所 和 香 港理 工 大 学 在 1997年 6-7月 做 的 研 究 项 目 为 例 。1 采 样 和 分 析 测 定 利 用 无 扰 动 重 力 采 样 器 在珠 江 口 采 集 了 21个 柱 状 沉 积 物样 品 ,采 样 点 的 选 择 主 要 依 据河 口 区 的 不 同 水 动 力 模 型 ， 具体 布 点 的 情 况 见 (图 1)。 所 有样 品 置 烘 干 箱 内 105。 C恒 温 烘干 ,剔 除 砾 石 、 木 屑 及 贝 壳 、杂 草 等 动 植 物 残 体 ，

14、 玛 瑙 球 磨机 研 磨 后 过 180目 筛 供 分 析 用 。样 品 的 Cu， Pb， Zn， Cr含 量 采用 等 离 子 体 原 子 发 射 光 谱(ICP-AES)方 法 测 定 ;Cd， As， Hg分 别 用 石 墨 炉 原 子 吸 收 法 和比 色 法 分 析 。 2 分 析 结 果 重 金 属 总 量 分 布 及 富 集 特 征 ： 珠 江 口 沉 积 物 中 的 重 金 属 总 量 （ 见 表 1） 。 由 表 1可 见 ,珠 江 口 表层 沉 积 物 中 的 Pb， Cu， Zn， Cr的 含 量 明 显 比 其 它 大 城 市 和 工 业中 心 附 近 的 河 口

15、要 低 ,原 因 可 能 是 珠 江 口 周 围 相 对 较 短 的 工 业 发展 历 史 以 及 对 重 金 属 具 有 较 强 吸 附 能 力 的 黏 土 成 分 含 量 较 低 。 重 金 属 Zn， Cr， Cu， Cd的 含 量 分 布 呈 现 由 西 北 逐 渐 向 东 南 递 减的 趋 势 (图 1， 表 1),如 Zn的 平 均 含 量 为 110.85x10-6mg/kg,其 在靠 近 珠 海 的 A， B站 含 量 分 别 为 185x10-6mg/kg， 210 x10-6mg/kg,明 显 高 于 东 南 面 的 7-10号 站 的 平 均 含 量 值 82.00 x1

16、0- 6mg/kg。 Cr，Cu， Cd等 元 素 也 有 类 似 的 分 布 特 征 。 重 金 属 元 素 Pb， As， Hg的含 量 分 布 无 明 显 规 律 ,但 仍 可 看 出 靠 近 深 圳 的 6A， 7和 靠 近 珠 海 ，澳 门 的 B， D等 4个 站 明 显 高 于 其 它 站 。 在 6A， 7， B， D等 4个 站 的Pb平 均 含 量 为 65.25x10-6mg/kg,大 于 其 总 平 均 含 量 59.43x10-6mg/kg。 65.25 以 上 特 征 表 明 ,珠 江 口 表 层 沉 积 物 的 重 金 属 分 布 可 能 主 要 受 大城 市 陆

17、 源 污 染 物 的 影 响 (如 重 金 属 元 素 Pb的 分 布 ),同 时 也 与 水 动力 条 件 如 强 径 流 和 潮 汐 的 变 化 有 关 (如 7-10号 站 由 于 径 流 量 大 ,潮 汐 变 化 频 繁 ,大 多 数 重 金 属 的 浓 度 均 较 低 )。 为 了 评 估 人 类 活 动 对 珠 江 口 表 层 沉 积 物 重 金 属 富 集 的 影 响 ,以工 业 化 前 全 球 沉 积 物 中 重 金 属 最 高 值 为 背 景 参 照 值 ,计 算 重 金属 的 富 集 系 数 (表 2),可 见 无 论 平 均 值 还 是 中 值 ,21个 表 层 样 品中

18、 只 有 Hg富 集 系 数 大 于 1.0,其 平 均 值 为 1.42,中 值 为 1.36。就 最 大 值 而 言 ,Hg为 2.88， Cu为 1.26， Zn为 1.20， Cd为 1.10，Pb为 1.09。 就 平 均 值 而 言 ,本 区 重 金 属 元 素 富 集 程 度 依 次 为HgPbCuCr， ZnAsCd。 3、 沉 积 物 中 重 金 属 生 态 危 害 评 价 （ 1） 评 价 方 法 这 里 选 用 瑞 典 科 学 家 Hakanson提 出 的 潜 在 生 态 危 害 指 数 法进 行 评 价 。 根 据 这 一 方 法 ,某 一 区 域 沉 积 物 中 第

19、 i种 重 金 属 的 潜在 生 态 危 害 系 数 Eri及 沉 积 物 中 多 种 重 金 属 的 潜 在 生 态 危 害 指 数RI可 分 别 表 示 为 : 式 中 :cf i为 重 金 属 的 富 集 系 数 (cfi=csi/cni);csi为 表 层 沉 积物 重 金 属 i浓 度 的 实 测 值 ;cni为 计 算 所 需 的 参 照 值 ,参 照 值 采用 工 业 化 以 前 沉 积 物 中 重 金 属 的 最 高 背 景 值 (表 3);Tri为 重金 属 i的 毒 性 系 数 ,它 主 要 反 映 重 金 属 的 毒 性 水 平 和 生 物 对 重金 属 污 染 的 敏

20、感 程 度 ,有 关 重 金 属 的 毒 性 系 数 见 表 3。 表 3 重 金 属 的 参 照 值 (cni)和 毒 性 系 数 (Tri) 沉 积 物 重 金 属 生 态 危 害 程 度 的 划 分 标 准 ： Eri40或 RI 150为 生 态 轻 微 危 害 ; 40Er i80或 150 RI 300为 生 态 危 害 中 等 ; 80Eri160或 300 RI 600为 生 态 危 害 强 ; 160Eri600为 生 态 危 害 很 强 ; Eri320为 生 态 危 害 极 强 。 （ 2） 评 价 结 果 按 工 业 化 以 前 沉 积 物 中 重 金 属 最 高 背

21、景 值 为 参 照 值 的 计算 结 果 列 于 表 4， 从 表 4可 知 21个 站 点 没 有 300的 点 ,表 明 珠江 口 生 态 危 害 不 是 很 强 ,有 两 个 点 :除 12号 站 和 A号 站 接 近 或位 于 于 150 300,属 中 等 的 生 态 危 害 外 ,其 他 站 点 的 值 均 小 于150,属 轻 微 的 生 态 危 害 。 珠 江 口 沉 积 物 中 的 值 均 小 于 160,危害 较 严 重 的 元 素 为 Hg,其 平 均 值 为 56.69,其 中 在 12号 站 和 A号站 的 值 分 别 为 115.20和 110.40,位 于 80E

22、ri160强 的 生 态 危害 之 列 ,在 2,4,5,6A,7,8,9,10,11,13,14,15,16,C,D等 站 点的 值 属 于 40Eri80中 等 生 态 危 害 ;其 余 的 均 属 于 Eri C d P b C u A s C r Z n 。 水 体 沉 积 物 中 重 金 属 在 一 定 的 物 理 化 学 条 件 下 会 向水 体 释 放 ， 从 而 导 致 水 质 恶 化 。 对 于 水 体 中 重 金 属 的 治理 而 言 ， 一 方 面 要 减 少 外 源 性 污 染 物 的 排 放 ， 另 一 方 而要 改 善 内 源 性 环 境 。 因 此 提 出 如 下

23、 对 策 : 减 少 外 源 性 重 金 属 的 进 入 。 要 大 力 控 制 污 水 中 重 金 属 的 排 放 ，尽 可 能 建 立 污 水 处 理 厂 。 调 节 水 质 的 氧 化 特 性 和 酸 碱 度 ， 以 控 制 沉 积 物 中 重 金 属 向 水体 释 放 ， 造 成 二 次 污 染 。 对 严 重 污 染 的 底 泥 的 治 理 。 对 上 底 泥 疏 浚 ， 并 填 入 清 洁 泥 沙或 碎 石 ， 可 以 有 力 地 抑 制 底 泥 对 河 水 的 二 次 污 染 ， 若 用 具 有吸 附 功 能 的 粘 土 作 为 铺 填 物 ， 则 有 望 进 一 步 改 善 水 质 。 进 行 水 体 生 态 修 复 与 重 建 。 有 必 要 栽 培 一 些 耐 性 较 强 且 速 生的 植 物 ， 萃 取 水 体 沉 积 物 底 泥 中 的 重 金 属 。 有 些 河 流 水 体 的 重 企 属 是 以 悬 浮 物 中 含 量 为 主 ， 悬 浮 物 来 源 于 水 土 流 失 ， 因 些 减 轻 重 金 属 污 染 、 迁 移 扩 散 的 途 径 主 要 是开 展 植 树 造 林 ， 防 止 水 土 流 失 。