金山湖表层沉积物污染物的时空分布特征研究

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湖泊作为水环境生态的重要组成部分,在城市景观构建中发挥着举足轻重的作用。然而,当前我国城市景观湖泊污染日益严重,水体富营养化等现象频现,城市湖泊污染的防治已成为当前的热点问题。沉积物作为湖泊重金属、氮、磷等污染物的“源”和“汇”,影响其中污染物在生物地球化学中的循环作用,因此,对湖泊沉积物主要污染物的调查与评价研究将为湖泊污染的综合治理提供关键的基础数据。基于此,本文选择典型的闸坝型湖泊水体—镇江市金山湖作为研究对象,对表层沉积物氮、磷、有机质、重金属等主要污染物的空间、季节等时空分布特征、生态风险评价以及溯源分析等进行综合研究,获得了湖泊沉积物中主要污染物的时空分布特征等基础数据,研究结果将为湖泊污染的综合整治提供依据。获得的主要结论如下:  1、金山湖表层沉积物主要污染物时空分布差异显著。沉积物总氮TN含量介于224~1470mg/kg之间,平均含量表现为夏季>春季>冬季>秋季;氮素形态以有机氮为主,有机氮(ON)占总N含量的98.18‰98.71%; TN、ON、氨态氮NH4+-N、硝态氮NO3--N的最高值分别出现在夏季、夏季、春季、冬季,分别为1470、1464.3、46.98、35.92mg/kg,最低值分别出现在冬季、冬季、秋季、秋季,表明沉积物氮季节变化特征显著。沉积物总磷TP含量介于440~1620mg/kg之间,平均含量表现为冬季>春季>夏季>秋季;磷素形态以无机磷为主,而无机磷IP又以钙磷Ca-P为主要形态;除有机磷OP的最高值出现在春季外,IP、Ca-P、铁磷Fe-P的最高值均出现在冬季,而最低值除Fe-P出现在冬季外,IP、Ca-P、OP的最低值均出现在夏季,可见沉积物磷的分布亦具有一定的季节变化性。沉积物有机质含量介于0.68%~4.61%之间,平均含量表现为冬季>秋季>夏季>春季。最高值、最低值分别出现在冬季和春季。沉积物重金属As、Pb、Cu、Zn、Cr、Cd含量范围分别为10.21~44.47、4.66~141.7、7.39~65.9、14.41~2522.45、12.41~627.24、0.13~1.64mg/kg,最高值分别出现在冬季、秋季、春季、春季、秋季、秋季,As最低值出现在秋季,其他元素最低值均出现在春季,表明沉积物重金属的分布随季节变化而显著变化。此外,氮、磷、有机质、重金属各形态在各点位的含量均差异明显,表明金山湖表层沉积物的主要污染物同样具有明显的空间分布差异。  2、金山湖表层沉积物主要污染物的生态风险结果差异显著。有机指数评价结果表明,沉积物属Ⅱ类级别,尚属较清洁范畴;沉积物有机氮秋季、冬季为Ⅱ级,属较清洁范畴,与有机指数评价一致;而春季、夏季有机氮达Ⅲ级,尚属清洁范畴。重金属的生态风险评价结果表明,春季:Cu、Cr元素表现为清洁状况,Pb元素在大部分湖区表现为清洁状态,Cd元素为轻度污染状态,As、Zn元素则为偏中度污染;总潜在生态危害指数平均值为111.01,表现为轻微生态危害,6种重金属单项潜在危害指数由强到弱分别为As、Cd、Pb、Zn、Cu、Cr。夏季:Cu元素表现为清洁状况,Zn、Pb元素在大部分湖区表现为清洁状态,Cr元素轻度污染状态,As、Cd元素表现为偏中度污染;总潜在生态危害指数平均值为166.83,表现为中等生态危害,6种重金属单项潜在危害指数由强到弱分别为As、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn。秋季:Cu元素表现为清洁状况,Zn元素在大部分湖区表现为清洁状态,Pb、Cd元素表现为轻度污染状态,As、Cr元素表现为偏中度污染;总潜在生态危害指数平均值为137.94,表现为轻微生态危害,6种重金属单项潜在危害指数由强到弱分别为Cd、As、Cr、Pb、Cu、Zn。冬季:Cu元素表现为清洁状况,Zn元素在大部分湖区表现为清洁状态,Cd元素表现为轻度污染状态,As、Cr元素表现为偏中度污染;总潜在生态危害指数平均值为168.58,表现为中等生态危害,6种重金属单项潜在危害指数由强到弱分别为As、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn。可见,沉积物重金属的生态危害指数随季节和空间采样点的不同而有显著的差异。  3、金山湖表层沉积物主要污染物的溯源分析结果差异显著。春季、冬季沉积物TN、有机碳TOC及TP呈显著的正相关,表明以上三种元素之间具有同源性,有机质在沉积物中富集是有机氮、有机磷的主要来源;夏季、秋季的TN、TOC及TP均不呈现显著的正相关,表明其不具有同源性;沉积物重金属相关性及主成分分析结果表明,金山湖沉积物重金属的分布差异除了受各点位沉积物环境背景值的影响外,还与外源污染有一定的关系,但不同季节各样点污染源有所差异。
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