南海湖沉积物重金属形态分布及其对水质影响的研究

文章编号:100020550(2007)0420612207①国家自然科学基金(批准号:40363001)资助收稿日期:2006212211;收修改稿日期:2007201218南海湖沉积物重金属形态分布及其对水质影响的研究①樊庆云何江薛红喜吕昌伟宝金花(内蒙古大学生态与环境科学系呼和浩特010021)摘要通过对包头市南海湖沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd的形态、AVS和SEM、上覆水、上覆过滤水及沉积物间隙水重金属的系统分析,结合南海湖为黄河新成牛轭湖的特点,与黄河进行了对比,研究了重金属在固、液两相间的迁移转化规律,结果表明南海湖与黄河沉积物中重金属的残渣态非常接近,反映了沉积的同源性,Pb和Cd次生相则明显在南海湖发生富集,上覆水中重金属81.0%以上均结合在悬浮物上,南海湖水质长期Cu超标的现象是由沉积物的释放造成的,研究证明间隙水为重金属向上覆水迁移起到桥梁通道作用;有机络合物的络合作用超过AVS的沉淀作用,是导致Cu向水相扩散迁移的主导因子。关键词重金属形态分析沉积物AVS南海湖黄河第一作者简介樊庆云男1968年出生高级工程师博士研究生环境地球化学、污染生态学通讯作者何江E2mail:ndjhe@imu.edu.cn中图分类号X141文献标识码A沉积物被称为水体重金属的源和汇,赋存于沉积物中的金属元素以不同的结合态存在,环境条件的变化决定了重金属的形态转化及其在固、液两相间的分配[1～4]。许多研究均认为水体沉积物中酸可挥发性硫化物(Acid2latileSulfide,AVS)的含量是控制重金属在沉积物/间隙水中的分配和生物可利用性的主导因子[5～7];同时把测量AVS酸化过程中同时释放的重金属(SimultaneousExtractMetals,SEM)与AVS的当量浓度比值作为确定沉积物中重金属是否会产生生物毒性的判据,即当[SEM]/[AVS]<1时,重金属完全受硫化物控制,水相中游离态重金属极少,不会产生生物毒性;而当[SEM]/[AVS]>1时,水相中游离态重金属的浓度开始升高,可能会产生生物毒性。包头市南海湖沉积物中[SEM]/[AVS]<<1,沉积物中重金属含量理应不会向上覆水迁移;但在基本无外源排放的情况下,上覆水体中的Cu浓度一直超出渔业水质标准,并有逐年增加的趋势,是否沉积物中Cu的释放是水体Cu超标的原因尚不清楚。本文在对南海湖水质特性、上覆水、上覆过滤水、表层沉积物间隙水以及沉积物重金属形态分析的基础上,通过与黄河包头段上游打不素断面的对比分析,探讨了南海湖重金属由沉积物向上覆水迁移转化的规律和机理以及南海湖水质Cu超标的原因。1研究区概况南海湖(E109°59′2″～110°2′26″,N40°30′08″～40°33′32″)是黄河河道南移后留下的牛轭湖,位于包头市东河区南海自然保护区内,保护区面积15.85km2,南海湖面积约3.33km2。南海湖东西长约3.5km,南北宽约1.2km,湖深0.8～3m,是一个封闭性浅水湖泊。在未封闭前,南海湖水自西南流入,向东北经弧形转弯后由东南向流出。在黄河向南改道的过程中,南海湖西南入口逐渐淤死,并于1958年在东部出口人工筑坝,从而形成现有的湖面形状。南海湖的水深分布也因原有黄河河道冲蚀和淤积而形成现有的西南浅东北深的状况(图1)。包头市年蒸发量为2342.2mm,年均降水量仅为307.4mm,湖内需要大量补水,补水口仍设在原有入口的西南部。早期南海湖以渔业养殖为主,1985年后以渔业养殖和旅游业并重。西部原有生活污水排入(A站位北部),1990年市政排污建设的泵站开始运行,进入南海湖的污水大部分被截流,1998年彻底封闭了西部的生活污水排放口。目前,南海湖的入水口除黄河提水口外,还有东北部(I站位北部)的雨水口和公园管理处的少量生活污水排入。2001—2005五年间的监测数据显示(表1),南海湖水体中Cu超过渔业水质标准的3～12倍,且有第25卷第4期2007年8月沉积学报ACTASEDIMENTOLOGICASINICAVol.25No14Aug.2007表1南海湖历年水质监测结果Table1WaterqualityannualmonitoringdatumoftheNanhaiLake监测时间YearpHCu/mg·L-1Zn/mg·L-1Pb/mg·L-1Cd/μ·L-1CODCr/mg·L-1NH3-N/mg·L-1Cl-/mg·L-1SO42-/mg·L-1TN/mg·L-1TP/mg·L-120017.55～8.770.0410.0290.00010.0111121.124954342.620.16620027.54～8.870.0570.0380.00020.0161260.873723702.280.36620037.60～8.