汞在衡水湖湿地环境介质和芦苇中的分布与季节性变化特征研究
本文关键词：汞在衡水湖湿地环境介质和芦苇中的分布与季节性变化特征研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：在我国,汞的研究区多集中在贵州等汞矿区,对非汞矿污染区的研究较少,但汞能在大气长距离迁移而后通过大气沉降造成湖泊污染,因此针对汞在非汞矿污染区淡水湖泊的研究十分必要。湿地处于水陆交错带,其氧化还原环境的特殊性强烈地影响汞在其中的迁移转化过程。湿地植物作为湿地汞地球化学循环中一环,目前对湿地汞研究多集中在土水气等非生物介质中,对汞和湿地植物之间的研究较少。衡水湖湿地是我国的重要湿地,芦苇是其中的优势种。前人研究结果表明,汞是衡水湖湿地沉积物和芦苇中主要的重金属污染元素。同时根据衡水湖水质状况调查报告,在冬季出现地表水汞含量超标的现象,汞污染在衡水湖湿地具有季节性差异。因此本研究以河北衡水湖湿地为研究区,芦苇为研究对象,通过野外采样结合原位控制实验分析汞在衡水湖湿地环境介质和芦苇中的分布与季节性变化特征。得出如下结论:(1)通过对衡水湖湿地汞污染的野外实验发现:衡水湖湿地汞污染在总量上表现为,大气总汞浓度均值是(2.9±0.85)ng·m-3,表层水总汞浓度均值是(0.081±0.053)μg·L-1,土壤总汞浓度均值是(0.027±0.013)mg·kg-1。在空间分布特征上表现为,岸边表层水总汞浓度显著高于湖中表层水总汞浓度(P0.05),但岸边土壤总汞浓度显著低于湖中沉积物总汞浓度(P0.05);岸边大气总汞浓度与土壤总汞浓度呈正相关关系,在人为活动剧烈的地点出现相对富集。与十年前衡水湖湿地相比较,汞污染程度从高生态风险降低为低生态风险,即当前汞不会造成衡水湖湿地出现生态风险。(2)通过对衡水湖湿地不同环境介质中汞污染的持续监测发现,衡水湖湿地大气总汞浓度年平均浓度为3.87 ng·m-3,略高于北半球大气总汞的背景浓度,但低于典型冬季燃煤城市的大气总汞浓度年均值。冬季衡水湖湿地大气总汞浓度略高于其他季节。大气总汞浓度按季节表现为:冬季秋季夏季春季。表层水总汞浓度年平均浓度为0.075μg·L-1。衡水湖湿地表层水年变化较小,区域内不同采样点的表层水总汞浓度在春夏两季季有较大变异,秋冬则趋于稳定。土壤总汞浓度年平均浓度为0.027 mg·kg-1,夏季土壤中的总汞略高于环境背景值。使用地积累指数法和潜在生态风险指数法评价各个季节衡水湖湿地汞污染的生态风险程度,结果表明个别采样点在夏季有轻度汞污染发生,人为活动是导致这些采样点出现轻度汞污染的主要原因。(3)湿地植物是湿地汞地球化学循环中重要的一环,因此在对衡水湖湿地汞污染持续的野外检测中也加入对典型湿地植物芦苇的野外实验。通过衡水湖湿地芦苇野外实验发现,衡水湖湿地中芦苇叶片总汞浓度年均值为0.030 mg·kg-1,按季节表现为:冬季秋季夏季春季,而且冬季叶片总汞浓度高于其他季节,与大气总汞浓度具有极好的正相关关系,与季节变化表现一致。芦苇茎干总汞浓度仅在秋冬季节可测得,在春夏季测定值均低于检出限,并与环境介质中的总汞浓度相关性均较差。芦苇根系总汞浓度年均值为0.0068 mg·kg-1,与土壤总汞季节性变化有一致趋势,并与土壤、大气总汞浓度均具有较好的正相关关系。芦苇不同部位总汞浓度年均值表现为:叶片根系茎干。(4)为进一步研究芦苇中不同器官汞的来源以及积累效应,设置控制实验。控制实验中,水体初期随浓度梯度设置不同有较明显的梯度出现,但不同的浓度设置最终趋于同一稳定值。土壤总汞浓度随时间变化的程度较小,初期固定水体中的外源汞源表现为略有上升,后期基本持平。芦苇叶片和茎干中的总汞浓度随时间变化而逐渐上升,根系总汞浓度则与时间变化关系较小,没有明显的变化趋势。在控制实验下芦苇不同器官汞的积累随时间的变化规律与自然条件下类似,但控制实验设置的浓度梯度未在芦苇不同器官表现出明显的积累效应。通过对野外实验和原位控制实验结果中芦苇不同器官总汞浓度与环境介质总汞浓度的相关性分析,可以得出,芦苇叶片和茎干中的汞大部分来自大气,根系中的汞主要来自土壤,水体对芦苇各器官汞的积累贡献不明显。
【关键词】：汞 衡水湖湿地 环境介质 芦苇 分布特征 季节性变化特征
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X173;X52;Q948
【目录】：
- 摘要5-7
- Abstract7-16
- 第一章 绪论16-28
- 1.1 概述16-17
- 1.2 湿地中汞的地球化学特征17-20
- 1.2.1 汞的基本理化性质17-18
- 1.2.2 湿地汞的迁移机制18
- 1.2.3 湿地汞的转化机制18-20
- 1.3 湿地植物对湿生环境的适应20
- 1.4 湿地植物对汞的吸收过程20-25
- 1.4.1 湿地植物吸收汞的主要途径20-25
- 1.4.2 湿地植物中汞的分布特征与迁移转化25
- 1.5 主要研究内容及技术路线25-28
- 1.5.1 主要研究内容25-27
- 1.5.2 技术路线27-28
- 第二章 材料与方法28-37
- 2.1 研究区概况28-31
- 2.1.1 地质地貌29
- 2.1.2 气候29
- 2.1.3 水文与水资源29-30
- 2.1.4 植被类型30
- 2.1.5 人为活动情况30-31
- 2.2 实验方案31-32
- 2.2.1 野外实验31
- 2.2.2 控制实验31-32
- 2.3 样品采集与检测32-35
- 2.3.1 样品采集与保存32-33
- 2.3.2 样品检测33-35
- 2.4 生态风险评价方法35-36
- 2.4.1 地积累指数法35
- 2.4.2 潜在生态风险指数法35-36
- 2.5 数据处理36-37
- 第三章 汞在衡水湖湿地环境介质中的空间分布特征37-51
- 3.1 采样情况37-39
- 3.2 汞污染现状及分布特征39-46
- 3.2.1 大气总汞浓度与分布特征39-40
- 3.2.2 表层水总汞浓度与分布特征40-42
- 3.2.3 土壤/沉积物总汞浓度与分布特征42-44
- 3.2.4 汞在不同环境介质的空间对比分析44-46
- 3.3 衡水湖汞污染现状与其他湖泊的对比46-48
- 3.4 近十年衡水湖湿地汞污染变化情况48-50
- 3.5 小结50-51
- 第四章 汞在衡水湖湿地环境介质中的季节性变化特征51-61
- 4.1 采样情况51-53
- 4.2 大气总汞季节性变化特征53-54
- 4.3 表层水总汞季节性变化特征54-55
- 4.4 土壤总汞季节性变化特征55-57
- 4.5 生态风险评价57-59
- 4.5.1 衡水湖湿地汞污染地积累指数及污染级数57-58
- 4.5.2 衡水湖湿地汞污染潜在生态风险58-59
- 4.6 小结59-61
- 第五章 汞在芦苇不同器官的分布与季节性变化特征61-72
- 5.1 野外条件下汞在芦苇不同器官的季节性变化特征61-67
- 5.1.1 芦苇叶片总汞浓度季节性变化特征62-63
- 5.1.2 芦苇茎干总汞浓度季节性变化特征63-65
- 5.1.3 芦苇根系总汞浓度季节性变化特征65-67
- 5.2 控制实验下汞在芦苇不同器官的分布特征67-71
- 5.2.1 实验设置67-68
- 5.2.2 水体、土壤、大气总汞变化情况特征68-69
- 5.2.3 芦苇不同器官总汞分布特征与来源69-71
- 5.3 小结71-72
- 第六章 结论与展望72-75
- 6.1 结论72-74
- 6.2 展望74-75
- 参考文献75-88
- 附录88-89
- 在读期间的学术研究89-90
- 致谢90-92
- 详细摘要92-98
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