本文聚焦于2008年所取的渤海湾沉积物,集中研究了沉积物中常量元素、微量元素以及海水中重金属的生物地球化学特征,通过剖析元素形态并结合对渤海湾生态环境信息的综合分析,系统探讨了渤海湾沉积物元素的分布特征、潜在生态风险、影响控制因素以及演变趋势,获得了以下一系列新的结果和认识:1.根据渤海湾沉积物稀土元素的配分模式,明显的Eu负异常和Y/Ho比值特征揭示了陆源自然输入而非人为输入是渤海湾沉积物的主要来源,另外稀土元素的埋藏通量可以指示洪水等的异常输入。稀土元素在渤海湾沉积物中的含量水平差异较小,不同形态稀土元素从大到小的含量顺序为:残渣态(R5)、铁锰氧化物结合态(L3)、碳酸盐结合态(L2)、有机结合态(L4)、可交换态(L1),可浸取态稀土元素容易富集在细颗粒物含量较高的站位。渤海湾沉积物的稀土配分模式具有明显的Eu负异常,没有明显的轻重稀土分异,由渤海湾沉积物的Y/Ho比值及其配分模式可以推断出渤海湾沉积物主要是海河和黄河等陆源自然输入而非人为输入。20世纪30年代末对应的海河口附近柱子的沉积层,稀土元素埋藏通量发生了异常改变,对应1939年海河北系的大洪水,洪水带来的物质“稀释”了稀土元素的浓度,导致其埋藏通量的降低。2.渤海湾海水和沉积物中重金属的地球化学分布特征揭示了重金属有不同的来源。从总含量角度分析,渤海湾沉积物总体状况良好。基于形态分析的污染评价显示,Zn、Co、Cu、Ni和Pb都有不同程度的污染,Pb是所有重金属中污染最严重的。表明评价海洋沉积物的重金属污染状况必须结合各形态和生物可利用性有关的浓度,而不能简单地采用重金属的总浓度来评价。渤海湾海水中重金属主要在海河口附近富集,海水中As、Cd、Cr、Cu、Zn和Hg主要来自径流输入,Pb的来源有径流输入和大气沉降两部分组成。表层沉积物中重金属在渤海湾中央的泥质区富集。海河口附近沉积柱重金属的含量有几次突变,分别对应:1939年海河北系的洪水,导致20-22 cm段重金属达极小值;1963年海河南系洪水,导致10-12 cm重金属达极小值;1963年至今重金属含量有逐渐增加的趋势。另外,不同形态重金属的百分含量从大到小的顺序为:R5 >L3 >L2 >L4 >L1。重金属元素在海河口附近站位都表现出较高的可浸取态百分含量。总量重金属富集因子顺序为:Pb>Cd>Zn>Cr>V>Co>Cu>Ni,其中Pb、Cd和Zn的富集因子均大于1,说明其受到了污染。但渤海湾沉积物总体质量良好,潜在生态风险较低。从重金属的形态角度评价,V和Cr基本无污染;Zn大部分无污染或有轻微污染,Co大部分轻度污染,Cu的污染水平由中度污染变到基本无污染,Ni则是由重度污染到轻度污染,Pb是所有重金属污染最严重的。综合两种评价方法,得出Pb是渤海湾污染最严重的重金属,Cu和Zn有潜在污染的可能性,V、Cr和Co基本是清洁的。3.渤海湾沉积物中碱金属和碱土金属的生物地球化学特征可用来表征径流输入和环境变化对渤海湾的影响,研究显示Li/Ba和Rb/Sr是反映环境气候变化信息的良好指标。陆源输入是影响碱金属和碱土金属含量的主要因素,外界环境条件也会对其含量造成一定程度的影响。残渣态Rb、Cs和Ba对其总量起决定性的作用,而Sr的可浸取态百分含量较高,其碳酸盐结合态的百分含量已经超过残渣态的百分含量,说明Sr是这些元素中最易受环境条件影响的元素。Sr和Ca的高度富集说明碳酸盐对渤海湾的沉积过程有重要影响,Sr/Ba的垂向变化特征显示,虽然百年来渤海湾沉积物一直是陆源淡水沉积,但海相沉积作用却有所增强。根据Rb/Sr和Li/Ba出现的极小值可推断出,对应年代Sr和Ba淋溶量的增加是海河流域1939年和1963年两次大洪水导致的。Rb/Sr和Li/Ba近年来均有降低的趋势,而A6沉积柱对应Rb/Sr和Li/Ba的减小程度均大于A2沉积柱,说明Sr和Ba向渤海湾的迁移逐渐增加,且向渤海湾中央海区方向发生了较大程度的迁移。4.渤海湾沉积物可浸取态Nb、Ta、Zr和Hf的研究表明,它们的特定比值也可用来指示异常洪水及泥沙的输入等外来因素的影响。地球化学环境条件的改变可使Nb和Ta的形态发生较大的分馏,但对Zr和Hf的影响相对较小。Nb、Ta、Zr和Hf都在渤海湾中央的细颗粒沉积海域出现高值区,各形态含量的大小顺序为Nb:R5>> L4> L3> L1> L2;Ta:R5>> L1> L2> L3> L4;Zr:R5>> L4> L3 > L1> L2;Hf:R5>> L4> L3> L2> L1。残渣态在各形态中占据绝对优势,但各浸取态元素及特征比值的变化能指示地质环境的变化情况。Nb较容易与水合氧化物、有机质等有机配体结合,Ta更易以可交换态和碳酸盐结合态等无机态形式存在,可浸取态Zr和Hf与各个配体的结合情况差异不大,都是较易以有机配体等形式存在。根据Ti/Nb垂直变化的异常点推断,可能影响A2柱的主要环境事件有1938年黄河改道向南、1939年海河北系的大洪水和1963年海河南系的大洪水。可能影响A6柱的主要环境事件有1947年后黄河改道向北和1984-1990年期间的高含沙洪水。不同形态Nb、Ta、Zr和Hf近百年来的含量变化特征表明,近期渤海湾沉积环境条件的变化,使得可浸取态Nb和Ta的分馏越来越大,尤其是有机结合态Nb和Ta的分馏最为显著,但并没有造成可浸取态Zr和Hf分馏的明显增强。