沉积物微量金属元素在重建水体环境变化中的意义.PDF

第５８卷　 第５期　　 地 　 质　 论 　 评 　　　 ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＲＥＶＩＥＷ　　 Ｖｏｌ．５８　Ｎｏ．５ ２０１２年 ９月 Ｓｅｐｔ．　２０１２ 沉积物微量金属元素在重建水体环境变化中的意义 １，２） １） １） １） １） 于宇 ，宋金明 ，李学刚 ，袁华茂 ，李宁 １）中国科学院海洋研究所生态与环境科学重点实验室，山东青岛，２６６０７１； ２）中国科学院研究生院，北京，１０００４９ 内容提要：沉积物所记录的微量金属含量与形态的变化是指示人类活动影响下水体环境变化的有效指标，主要 用于指示沉积物重金属污染、水体初级生产力变化和氧化还原条件等方面的水体环境状况。总体而言，沉积物中微 量金属含量在近一个世纪以来显著上升，反映了采矿、冶金、污水排放、化肥使用、煤炭和石油燃烧等各种人类活动 造成水体和沉积物重金属污染的记录。作为浮游植物微量营养元素，Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｃｄ等在沉积物中的记录可以指 示水体初级生产力水平。Ｕ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ｍｎ等氧化还原敏感元素在沉积物中的富集或贫化，及其比值（如Ｒｅ／Ｍｏ、 Ｃｄ／Ｕ、Ｔｈ／Ｕ和Ｖ／Ｓｃ）的变化，是指示水体和沉积物氧化还原环境的有效指标。但需要指出的是，在受人类活动影响 的水体中，这些生产力和氧化还原指标很少能指示水体生产力或氧化还原状况，可能主要与人类活动同时造成这些 金属元素大量污染输入而掩盖了其自生来源和内在变化的沉积记录有关。所以，对沉积物中微量金属元素来源的 判别（陆源碎屑输入、人为输入和水体自生来源）是重建水体环境变化的重要前提。本文总结了多种化学和统计学 方法（包括同位素示踪法、化学提取法、富集因子法和主成分分析法等）在沉积物金属来源判别中的应用。另外，成 岩作用等多种因素会干扰沉积物金属记录对环境变化的指示作用，所以构建多元素指标来综合判断沉积物记录所 反映的环境信息是今后的研究所必须关注的。 关键词：微量金属元素；沉积物；水体环境；人类活动 　　２０世纪以来，受经济发展、人口剧增、城市化扩 入、埋藏过程，是反映水体环境变化以及人类活动历 张等人类活动影响，大量工农业、生活产生的废水、 史的有效指标。 废物被倾倒至近岸水体。含大量金属元素的废弃物 一般来讲，水体中金属元素的沉积和分布受生 对周围水体的生态环境造成了严重的影响（Ｍａｒｔｉｎｓ 物过程、化学过程和物理过程三种机制控制 ｅｔａｌ．，２０１０）。除了金属的点源污染，填埋废物渗 （Ｎａｍｅｒｏｆｆｅｔａｌ．，２００２；Ｔｒｉｂｏｖｉｌｌａｒｄｅｔａｌ．，２００６）。 出液、地表径流以及大气沉降都会将金属物质输入 Ｂａ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｄ等元素是浮游植物生长的必 近岸水体，影响水体环境（Ｂｕｃｋｌｅｙｅｔａｌ．，１９９５）。 需元素，它们会被浮游植物吸收并随浮游植物碎屑 直到２０世纪末期，许多国家在认识到水体环境恶化 的沉降而进入沉积物。这些元素在沉积物中的含量 后和重金属污染对生态环境的威胁后，引入废水处 与有机质及初级生产力密切相关。化学过程造成的 理系统，并逐渐减少了部分易造成重金属污染物质 金属沉积一般涉及金属元素的氧化还原过程以及随 的使用，使得排放到水体中的重金属污染物有所减 后形态氧化物、硫化物和有机质络合物以及进入硫 少（ＳｉｖｅｒａｎｄＷｉｚｎｉａｋ，２００１；ＳｃｈｏｔｔｌｅｒａｎｄＥｎｇｓｔｒｏｍ， 铁矿等化学过程。物理过程主要为吸附共沉淀过 ２００６；Ｈｏｓｏｎｏｅｔａｌ．，２０１０）。而在中国，随着改革开 程，吸附载体通常为有机质或铁、锰的氢氧化物。沉 放以来经济的快速发展，水体的重金属污染一直在 积物中微量金属元素与有机质和氧化还原环境的密 加重（ＺｈａｎｇＨｏｎｇａｎｄＳｈａｎＢａｏｑｉｎ，２００８；ＬｉｕＭｉｎｇ 切关系，使微量元素同样可以反映水体初级生产力 ａｎｄＦａｎ