江苏典型海岸带土壤及沉积物重金属环境地球化学研究

发布时间：2020-07-19 14:22

【摘要】：海岸带是人类活动的集中区、全球变化响应的敏感区及生态交错的脆弱地带dGBP和IHDP共同的核心计划“海岸带陆-海相互作用”(LOICZ)即致力于促进地球表层陆地和海洋两大界面的综合研究。重金属是土壤和沉积物地球化学元素的重要组成部分,具备生物累积毒性和介质中的稳定性,可通过食物链的不断传递和累积进而危害人体健康。随着工农业的快速发展,当前重金属污染已经成为威胁区域生态系统健康的重要因素,是地理科学、环境科学和海洋科学的共同研究热点。因此,在人类活动干扰强烈、生态脆弱的海岸带地区开展重金属环境地球化学研究,可对其环境评价、管理和修复提供重要的参考和依据。长期以来,江苏沿海经济社会发展水平落后于苏南地区；随着江苏沿海开发上升为国家战略,给经济社会发展带来了新契机的同时,也带来了较大的环境压力。本研究从环境地球化学的角度出发,选择江苏响水-如东段海岸带的表层土壤、典型潮滩柱状样(灌河口、斗龙港和如东三个采样点)、以及辐射沙脊群表层沉积物为研究对象,对典型重金属元素进行了系统的分析测试,综合运用地统计学、多元统计学、2’。Pb测年技术以及风险评估等方法,开展土壤和沉积物重金属的来源、空间变异、历史环境演变以及环境风险研究,以期为江苏海岸带开发、环境保护和一体化管理提供参考。本研究主要研究结果如下：1)江苏响水-如东段海岸带Cc、Cu、Hg, Pb和Zn在表层土壤中存在较为明显的富集,Cr和Ni的平均值低于背景值。Cr和Ni为自然来源元素,受到成土母质的控制；Cd、Cu、Pb和Zn受到成土母质和人类活动的共同影响,其中人为源主要包括工业、交通排放和农业活动；Hg为人为来源,受到人为排放的大气沉降的影响。海积物母质发育土壤的Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量显著低于河流冲积物、(?)湖相沉积物和三角洲沉积物母质。人类活动对重金属的影响主要体现在采样区域的北部、西部和南部。土壤重金属的空间变异分为块金效应、局部尺度(变程为15km的指数模型)区域尺度(变程为80km的球状模型)三个组分,重金属之间的相关关系随着空间尺度的增大而增强。Cr和Ni在局部尺度和区域尺度上均受到成土母质的控制,为自然来源。成土母质控制着Cd、Cu、Pb和Zn局部和区域尺度空间组分的基本格局,同时这四种元素在各个尺度上又受到人类活动的显著影响。Hg在地方和区域尺度上的空间变异均受到人类活动的控制。整体来看,江苏海岸带土壤重金属环境质量较好,基本能保证农业生产和人体健康,处于轻微生态风险水平。Cd和Hg是江苏海岸带土壤污染程度最高的两种元素,均处于中等生态风险水平,应该引起警惕。2)潮滩沉积柱粒度呈现出自北向南逐渐变粗的趋势,其中灌河口沉积柱粒度最细,如东沉积柱粒度最粗。灌河口、斗龙港和如东潮滩沉积岩芯的沉积速率分别为1.08、1.42和1.54cm·a-1。江苏潮滩沉积柱中的Cr和Ni均为自然来源,未显示出人类活动的影响。Cd、Cu、Hg、Pb和Zn的来源和变化历史随采样区域而不同。灌河口沉积柱的Cd、Cu、Hg、Pb和Zn和斗龙港沉积柱Cd和Hg受到人类活动的干扰。人类活动对重金属的影响大体上始于上世纪80年代(1980s)中后期,重金属的富集系数大致呈现上升趋势；本世纪初由于环保力度的加大,灌河口沉积柱的Cd、Cu、Pb和Zn以及斗龙港沉积柱的Cd出现明显的下降趋势；但是本世纪初以来,人类活动对Hg的影响与日俱增,主要由于大量的化工园区的建设,造成了Hg富集系数的不断增加。如东潮滩沉积柱的重金属元素没有显示出明显的人类活动干扰,能保持自然本底背景；其周边陆源排放较灌河口和斗龙港采样点明显较少；加之,位于辐射沙脊群沿岸,水动力作用较强,沉积物的颗粒明显较粗,对重金属的吸附能力较弱。3)辐射沙脊群表层沉积物重金属含量在自然背景范围内波动,均为自然来源,其空间分布格局受到沉积物粒度的控制。辐射沙脊群表层沉积物重金属的空间变异可分为块金效应、局部尺度(变程为7km的指数模型)和区域尺度(变程为25kmn的球状模型)的三个组分。在局部尺度上,重金属空间变异主要受到沉积物粒度的控制,其高值区主要分布在辐射沙脊群西北和东南部粒度较细的区域；在区域尺度上,重金属的空间变异主要受到沉积物矿物组成的控制。辐射沙脊群表层沉积物重金属环境质量较好,基本不存在环境风险,仅在西北和东南部存在极小比例的相对高风险区域。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X142;X53
【图文】：

海岸海洋,海岸带

海岸带人文因素与自然因素的交互影响作用，并ｗ此作为集中研究海岸带人类活动与资源开发逡逑利用等关键问题的手段；ＬＯＩＣＺ中国委员会（ＣＣ－ＬＯＩＣＺ）也积极推进人类活动对海岸带环境的逡逑影响、近海生态系统响应Ｗ及海岸带陆海一体化综合管理（（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ邋Ｃｏａｓｔａｌ邋Ｚｏｎｅ邋ＭａｎａｇｅｍuQｔ，逡逑ＩＣＺＭ）等方面的研究。＂陆表过程、近海过程、区域可持续发展、人地关系地域系统调控等方面逡逑的建模＂已经成为２１世纪初我国地球科学研究的战略重点之一（中国科学院地学部地球科学发逡逑展战略研巧组，２００１）。逡逑

多尺度空间

且由于自然背景和人类活动的复合叠加影响，空间多尺度变异及其环境因子之间的关系是十逡逑复杂的。对±壤和沉积物而言，其空间变异性的尺度依赖性的有关问题，如不同属性变量么逡逑的相关关系如何随着空间尺度的变化而变化、不同尺度间的研巧结果如何相互关联、如何确逡逑不同尺度上影响空间变异的主导因素等，都己成为空间变异研巧的热点和难点（Ｌｖ邋ｅｔ邋ａｌ．，逡逑１４ａ）。逡逑

插值,拟合,变程,变异函数

过协同化区域线性模型（Ｌｉｎｅａｒ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｃｏ－ｒｅｇｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ，邋ＬＭＣ）的拟合将变异函数分解逡逑个变程（Ｒａｎｇｅ）的变异函数之和，可Ｗ将变量的总变异分解为多个尺度（变程）上的空间组逡逑进而实现模拟多个变量的空间多尺度变异（图１．４）；同时，不同尺度上的主成分分析（ＰＣＡ）逡逑总结变量各个尺度的相关关系，进而指示多尺度空间变异的来源。逡逑

【参考文献】