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沉积物是湖泊水体污染物的最终蓄积库,记录了区域的污染历史,也记录了流域内人类活动的信息以及湖泊生态环境的演变过程。营养盐(C、N、P等)及重金属污染物进入水体后,经历了复杂的地球物理、化学、生物过程,最终埋藏于沉积物中。在环境因子变化的条件下,这些污染物可以释放出来,成为湖泊水生生态系统的重要污染内源。
太湖位于我国长江三角洲南部,是一大型浅水湖泊,未经处理的工农业及城市生活污水携带大量营养盐及金属元素排入太湖,已经导致西部及北部湖区营养盐严重超标,出现不同程度的富营养状态,此外,重金属由于其生物毒性而受到广泛关注。营养盐及重金属的富集,已经对太湖周边饮用水、工农业生产用水、渔业用水及观光业等造成不利影响。
本次研究首次将StrataBox浅水剖面测深系统运用于太湖沉积物探测,结果表明,沉积物的分布状况取决于风浪、湖流、湖底地形等因素,同时对重金属及营养盐的赋存状况与内源负荷具有重要影响。太湖湖盆表层10 m内沉积物存在比较明显的层序分层,湖相沉积物直接堆覆于致密的黄褐色粘土层上,呈明显的地层不整合。湖相沉积物在全太湖分布极为不均衡,主要分布于西太湖沿岸及西北部湖湾内,其余湖区斑块状散布,或出露大面积黄土层,湖相沉积物最深处见于西北部大浦河口附近水域。太湖北部的泥深分布和格局与水体的富营养状态存在明显的一致性,深泥区表现为突出的水体富营养化,显示了底泥对水体富营养化的驱动作用。
通过对太湖较高密度的表层沉积物的采样分析,并利用插值作图分析的方法得到太湖水体中SPR、TP、TN及沉积物中TN、TP、TOC及P的各形态的分布图,比较清晰的发现各指标在空间上呈现明显的异质性分布。水体中生源要素在竺山湾、梅粱湾及太湖西部的浓度明显高于其他湖区,沉积物中TP、TN分布类似于水体,西北部湖区显著高于其他湖区,东太湖的TN偏高和较高的生物量有关系。沉积物中Fe-P含量低于Ca-P,Fe-P含量占IP含量的17.5%-43.5%,Ca-P含量则在45.8%-85.1%之间。这两种形态的磷空间上表现出明显的区域性差异,Fe-P主要分布与污染严重的西北部湖区,Ca-P除于这些湖区明显蓄积外,东南部湖区及东太湖表现出更高值。沉积物中IP占TP的含量高于OP,IP中Fe-P含量虽然低于Ca-P,但其与水体中SRPT及TP以及沉积物中的TP的相关性远高于Ca-P,作为潜在的生物可利用磷源,Fe-P的内源释放是水体中SRP的升高的重要驱动力。而Ca-P及OP难以参与短时序的磷循环,更表现出埋藏的特性。C/N及TOC与Ca-P的相关性较好,指示高生物量在这些湖区对Ca-P的蓄积埋藏的影响。
太湖沉积岩芯分析结果表明竺山湾及梅梁湾上覆水及沉积物中的营养盐含高于太湖东部。无机磷(IP)是太湖磷的主要存在形态,而IP中的Fe-P是藻型湖区竺山湾中比重最大的磷形态,草型湖区.东太湖中Ca-P则为最主要磷形态,OP也占了重要的比例,而梅梁湾则介于竺山湾与东太湖之间。沉积物17 cm层位大致对应于19世纪50年代,近表层约5 cm则对应于本世纪初。竺山湾从17 cm开始除Ca-P外其他形态的磷迅速增高,反映了1950s开始的工农业生产规模的迅速扩大引起营养盐的大量排放,导致竺山湾营养水平迅速升高,而约5 cm处除L-P外其他形态的磷未见大的变动,则一定程度上和管理部门加强入湖河流污染物的排放限制措施等有关。
金属含量的空间分布能反映不同起源及各种污染源的混合。太湖各湖区采样点沉积物的重金属Zn、Cu、Mn、Cr、Pb含量高于地壳中的背景值,Cr和Pb富集程度高于其他金属。几乎所有采样点的沉积剖面的Pb含量自底部向表层迅速增加,表明1950s以来太湖流域含Pb工业废水等的大量排放,而船用含Pb汽油以及汽车含Pb尾气的大气沉降可能是导致所有采样点Pb含量升高的因为。竺山湾的重金属及营养盐的污染程度明显高于其他湖区,自沉积物底部向表层重金属及磷含量自大约20 cm层位开始迅速增加,指示自50年代以来竺山湾一直就是太湖污染物的重要排放区,也应该是太湖的重点监控湖区。