九龙江口红树林湿地表层沉积物重金属分布特征及来源解析

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本文以九龙江口红树林湿地表层沉积物为研究对象,分析了其理化性质、重金属含量和赋存形态的分布特征,运用了地累积指数法、富集系数法、潜在生态风险指数法、沉积物质量基准法、次生相与原生相分布比值法和风险评价编码法对其重金属污染状况进行了评价,运用多元统计和铅锶钕同位素示踪探究了重金属来源。湿地表层沉积物理化性质整体较为稳定,pH范围(均值)为6.12~8.05(6.90),多呈中性或略偏酸性,氧化还原电位(Eh)范围(均值)为-34 mV~67 mV(24.22mV),以还原性为主,可溶性盐含量范围(均值)为1.99‰~7.04‰(3.81‰),有机碳含量范围(均值)为10.82 g?kg-1~61.93 g?kg-1(22.11 g?kg-1),机械组成以粉砂组分为主(含量范围47.15%~70.72%),其次为黏土组分(含量范围19.65%~37.58%)和砂组分(含量范围1.09%~29.76%)。沉积物中重金属含量(mg·kg-1)大小顺序依次为:Fe(38928.38±1653.36)>Mn(1077.32±289.81)>Zn(146.57±10.31)>V(86.81±2.74)>Pb(73.54±6.88)>Cr(63.98±3.76)>Cu(34.25±7.29)>Ni(28.62±2.09)>Co(13.88±0.57)>As(12.99±1.44)>Cd(0.229±0.11)>Hg(0.150±0.060),除Fe和V接近福建省土壤背景值外,其余重金属含量均在不同程度上超过背景值。在空间分布特征上,V、Cr、Mn、Fe和Zn的含量在湿地南北边缘低、中间区域高,与区域部分理化性质(pH值、Eh值和粒度分布)存在一定联系。As、Hg和Cd的含量与理化性质无相关性,而其余重金属的含量与理化性质存在相关性,其中Mn和Pb含量与理化性质的关联相对密切。Mn、Co与p H显著正相关,与Eh显著负相关;Cu、Pb与pH显著负相关,与Eh显著正相关;Zn、Pb与可溶性盐度呈显著负相关,总有机碳含量与Pb含量呈显著正相关。黏土组分含量与V、Fe、Zn、Pb含量呈显著正相关,与Mn含量呈显著负相关;粉砂组分含量与Mn、Ni含量呈显著正相关,与Pb含量呈显著负相关;砂组分含量与V、Cr含量呈显著负相关。沉积物中的V、Cr、Fe、Ni、Zn、As和Hg以残渣态为主,Mn和Cd以弱酸溶态为主,Pb以可还原态为主,Hg的可氧化态有一定的占比,Cu的可还原态、可氧化态和残渣态均占有一定比例。总体而言,Cd和Mn的生物有效态含量占比较高(65.76%~97.84%、60.70%~80.33%),Pb、Cu和Co的生物有效态含量也有相当占比(55.59%~78.56%、48.83~81.29%、44.77%~61.24%)。V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn和As在湿地边缘区域的生物有效态占比低于中部区域,由最高的区域朝南北向逐渐降低,Co、Ni和Zn在潮沟附近区域的生物有效态占比明显高于离潮沟相对较远的区域,Hg有效态占比在空间分布上无明显差异。综合多种污染评价方法的结果,研究区沉积物以较高潜在生态风险为主,在12种重金属中,九龙江口红树林湿地表层沉积物除未受到V和Fe的污染外,受到了其他重金属不同程度的污染,其中Cd、Mn、As、Ni、Hg和Pb的污染程度相对较高,尤其是Cd和Mn,达到偏中度污染和中度富集程度,应引起重视。多元统计分析结果表明,Zn、V和Fe主要为自然来源,Co、Ni、Cr、Pb和Mn污染主要来自燃煤及工业活动,Cu和Hg污染主要来自于水产养殖,Cd和As污染主要来自于农业,各潜在源对湿地沉积物重金属的贡献率分别为54.20%、19.38%、24.76%和1.66%。稀土元素的含量、特征参数与配分模式均表明陆源输入是沉积物的主要来源,但也受到了一定程度其他源的影响。Pb同位素分析表明,湿地表层沉积物的Pb主要来源于土壤母质层、福建铅锌矿和工业源,贡献率分别为32.73%、52.12%和15.15%。残渣态的206Pb/207Pb和208Pb/207Pb的值相对于其他三种形态与人为源相距最远,所受影响最小,而有效态Pb易受人为源的影响。Sr同位素分析结果表明,自然源对湿地Sr的贡献率为85.53%,人为复合源对其贡献率为14.47%。联合总稀土含量(?REE)和Nd同位素示踪表明表层沉积物的稀土元素主要来自母质和福建铅锌矿,也受到了一定程度人为源的影响,但影响程度相对较小。Pb-Sr-Nd同位素联合示踪表明自然源仍是对湿地沉积物影响较大的源。综合各源解析结果,自然源是湿地沉积物重金属的主要来源,但人为源对其也有贡献,且不容忽视。
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