研究生知识库

河流是物质从陆地运输到海洋的关键传输纽带，陆地上的各种地球化学反应以及物质地球化学特征均会在河流中汇总，因此河流在元素的全球地球化学循环中起着非常重要的作用。河流的水体，悬浮颗粒物以及沉积物的地球化学特征不仅能反映流域地表风化侵蚀的强弱，同时还能反映流域的地质背景、地理气候和生态环境。同时，河流作为地球表面生态系统的重要组成部分，对流域环境的变化较为敏感。由于自然和人为活动的相互作用，河流（尤其是人口密集区域的河流）的水动力和水化学环境时刻处于变化中，使得受人为干扰的河流其水体、悬浮颗粒物和沉积物的来源变得更为复杂。在众多的河流污染物中，河流重金属污染物因其在环境中的生物毒性、累积性、生物富集放大性、污染不可逆性和危害持久性等特性而备受关注。沉积物不仅是河流重金属的主要汇集场所即重金属的汇，还是重金属潜在的次生污染源。因此研究河流沉积物中重金属的含量、分布特征和赋存形态有利于探寻河流重金属的来源、分布迁移特征以及预测重金属对河流环境的潜在污染。本文以珠江流域为研究区域，采集珠江干流上游到下游12个采样点的水体、悬浮颗粒物和沉积物样品，系统研究了这些样品的地球化学特征，包括河流理化特性、颗粒物矿物组成、沉积物稀土元素等，着重对沉积物重金属Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb总量和赋存形态进行分析，探讨重金属总量在珠江流域的分布特征，在水体-沉积物间的分配规律以及重金属在不同化学相态之间的分配规律，评估和预测重金属对流域生态环境的潜在危害。通过本论文的研究工作，主要得到以下几点认识：1. 珠江水体属弱碱性水质，其理化参数各项均值及变化趋势分别为：pH值为7.8，从上游到下游逐渐降低；电导率为275μs/cm，从上游到下游也逐渐降低；溶解氧DO为7.7mg/L，上游快速降低，中下游缓慢降低；溶解有机碳DOC为4.5mg/L，从上游到下游缓慢增加，入海口异常高；温度为26.6℃，整体变化趋势不明显。2. 珠江水体悬浮颗粒物主要矿物组成为硅酸盐矿物，大颗粒主要为长石和石英，小颗粒为含水黏土矿物，从上游到下游悬浮颗粒物粒度有减小趋势，上游悬浮颗粒物中含有大量硅藻类生物颗粒。3. 珠江表层沉积物矿物组成与悬浮颗粒物相对应，主要为石英、黏土矿物、长石等造岩矿物，物源来自流域风化，黏土矿物为典型的珠江型黏土，从上游到下游，沉积物矿物组成反映化学风化程度逐渐加强。4. 珠江水体样品中不同重金属含量平均值大小顺序为：Cu > Zn > Ni > Cr > Pb > Cd，水体重金属含量普遍偏低。珠江沉积物中重金属含量平均值的大小顺序为：Zn>Cr>Pb>Cu>Ni>Cd，空间分布上，Cu、Zn、Cd和Pb这四个重金属在沉积物中的含量从上游到下游均呈逐渐增加的趋势，而Ni和Cr则基本保持不变。大部分元素含量低于该区域前人研究结果，高于大陆上地壳平均值，除Cr，外其他元素高值区均位于中下游区域。水体和沉积物的重金属含量空间尺度上差异性变化不一致，均受支流汇入的影响。5. 沉积物中Cu、Zn、Cd和Pb这四个元素间两两相关性为显著正相关，同时这四个元素的富集因子均表现较高值，表明沉积物中这四个元素可能有相同的来源且都遭受人为污染，水体中重金属元素相关性不明显。水体和沉积物中部分元素含量受理化条件（如EC、pH）影响。6. 重金属Cr、Zn、Pb在沉积物和水体间的分配系数范围表明，这三个元素主要以颗粒相形式在流域中迁移或富集，另外三个重金属Ni、Cu和Cd主要以颗粒态和溶解态两种形式在流域中迁移。珠江流域重金属从上游到下游分配系数的变化主要受源贡献影响。7. 沉积物中重金属Cr、Ni、Cu、Zn主要以残渣态形式存在，Cd和Pb分别主要赋存在可交换态和可还原态。除了Pb以外，其他几个重金属的非残渣态比例均向下游逐渐升高，表明这几个重金属的生物地球化学活动性和环境潜在危害性往下游人为活动干扰区逐渐加重。8. 珠江流域水系沉积物中稀土元素含量与地壳平均值和页岩平均值基本相同，其页岩标准化模式图成略微右倾的平坦型分布型式。从上游到下游，稀土元素总量、轻重稀土比值均成规律性升高的趋势，指示水系沉积物中稀土元素主要受流域岩石类型控制。