粵西海域表層沉積物地球化學(xué)特征

粵西海域表層沉積物地球化學(xué)特征

廣東省海陵灣是重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖基地和風(fēng)景如畫的場所。流經(jīng)陽陽江的河流是海陵灣附近水域的主要水源和污染。1964年建成的旨在連接大陸與海陵島的海陵大堤,阻斷了海陵灣泥沙和污染物的天然環(huán)流路徑,流經(jīng)陽江港出?？诘乃髁看蠓鶞p少,致使溪頭至閘坡之間的攔門沙迅速發(fā)育,并且以每年平均近百米的速度由西向東擴展,海陵灣附近的陽江港出海航道將有被封閉的危險,海洋生態(tài)環(huán)境發(fā)生了較大的變化。開展生態(tài)環(huán)境的綜合調(diào)查研究,對區(qū)域經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展有重要意義。沉積物的粒度組成反映了其礦物組成、表面物理化學(xué)性質(zhì)、比表面積和表面自由能的差異,這對重金屬的吸附、解吸和遷移有重要影響。通過各種途徑進入水環(huán)境的重金屬,絕大部分迅速地通過懸浮物的吸附、沉降轉(zhuǎn)移至沉積物中。懸浮物在被水流搬運的過程中,當(dāng)其負荷量超過搬運能力時,逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槌练e物。沉積物是重金屬等環(huán)境污染物的源和匯,pH,Eh,有機碳和硫化物等環(huán)境因子對重金屬在沉積物中的遷移、轉(zhuǎn)化等地球化學(xué)行為起著至關(guān)重要的作用。研究沉積物中重金屬含量與沉積物的粒度、有機碳和硫化物含量之間的相互關(guān)系,對揭示該區(qū)重金屬污染的來源、現(xiàn)狀及其潛在的生態(tài)危害有重要的科學(xué)意義。1特征和分析過程于2001年12月(枯季)和2002年6月(洪季)首次(歷史調(diào)查僅限于其外海[2～3])在海陵灣近岸海域采集30個表層沉積物樣品,采樣站位見圖1。采樣和分析方法參照《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB17378.5-1998)。用于測定硫化物的沉積物樣品密封于棕色玻璃瓶,-4℃速凍保存,亞甲基藍分光光度法分析硫化物含量。用于測定有機碳和重金屬的沉積物樣品自然風(fēng)干,研磨,過80目篩。有機碳分析采用重鉻酸鉀氧化-還原容量法,重金屬(Cu,Pb,Zn,Cd)的總量分析采用火焰原子吸收分光光度法(BSFS-2100),Hg采用冷原子熒光法(XGY1012)。沉積物的粒度分析和命名依照《中華人民共和國國家標(biāo)準(GB/T13909-92)》執(zhí)行,粒度分析流程如下:采樣、烘干、稱重,加六偏磷酸鈉和水浸泡樣品,過0.063mm的水篩。篩上樣品(>0.063mm)烘干后,用篩析法分析:篩下樣品(<0.063mm)用日本產(chǎn)SKC-2000型光透式粒度分析儀分析。含砂量高的樣品未分析有機碳、硫化物和重金屬。2結(jié)果與討論2.1海陵島之后古巖砂沉積物粒度為沉積物的特征參數(shù),平均粒徑和中值粒徑可反映沉積物粒度組成的總體特征,偏態(tài)和峰態(tài)值則反映沉積物組成的粗細分布的不均勻性。沉積物的分配主要取決于沉積物重力與水動力的平衡。高潮帶及河口兩側(cè)潮灘潮流速度小,而在高、低潮憩流時更小,細粒泥沙易沉積下來;由河口至淺海,因搬運距離的增加而使懸沙越細,沉積物中粘土含量越高。海陵島東南方向和海陵灣水道海域水動力較強,沉積物含砂量高,甚至全是砂。鑒于沉積物的類型和粒度組成洪、枯季變化不明顯,僅報道2001年12月枯季的研究結(jié)果。本海區(qū)表層沉積物類型主要為粘土質(zhì)粉砂和砂(見表1)。大體上,漠陽江口至海陵大堤以東表層沉積物主要為粘土質(zhì)粉砂,海陵灣灣口一帶主要為砂,海陵灣灣內(nèi)至海陵大堤以西主要為粘土質(zhì)粉砂,整個海陵灣附近海域表層沉積物含砂量較高;而海陵島東南部外海水域沉積物類型主要為粉砂質(zhì)粘土。沉積物的平均粒徑變化范圍(0.52~7.55)φ,平均為(4.62±2.36)φ;偏態(tài)值多為正,變化范圍(-0.41~0.81)φ,平均為0.33φ;峰態(tài)變化范圍(0.53~1.85)φ,平均為1.09φ,其中8號站偏高。2.2重金屬含量隨海陵灣海域的變化粵西海區(qū),珠江水系輸送入海的污染物質(zhì),隨著西南沿岸密度環(huán)流的作用沿著岸邊向西推移,其影響范圍可延至湛江港外(包括海陵灣附近海域),本海區(qū)沉積物中重金屬含量亦受到珠江水系污染物的影響。海陵灣附近海域表層沉積物中Cu,Pb,Cd的含量在洪、枯季變化很小,Zn,Hg的含量枯季較高于洪季(表2)?？菁綵n,Hg含量相對較高,一方面是流入該海區(qū)的徑流——漠陽江和豐頭河流量小,洪枯季變化不大,影響較小;另一方面是受珠江水系污染的外海水影響較大。2.3海陵灣海域重金屬與有機碳、om、hg的物質(zhì)來源分析海洋沉積物的形成主要受水動力(波浪、潮流)、物理化學(xué)過程(來源、絮凝、沉降、氧化-還原反應(yīng))和生物過程(排泄物、生物擾動)所控制,沉積物粒度研究是沉積水動力環(huán)境研究的重要手段之一。在同一沉積環(huán)境中,沉積物粒度分布的空間變化反映了多種動力搬運作用的綜合結(jié)果[6～7]。在沉積過程中,無論元素及化合物有無發(fā)生明顯的化學(xué)變化,都要伴隨著它的載體介質(zhì)進行粒度狀態(tài)的分散或集中,元素及化合物的內(nèi)在聯(lián)系越密切,其分布趨勢愈類似。海洋環(huán)境中的重金屬易與有機碳(主要為腐殖質(zhì))和硫化物通過表面吸附、陽離子交換反應(yīng)和螯合反應(yīng),形成金屬有機絡(luò)合物與金屬硫化物沉淀而從水體中移出[8～9]。本文利用Parson方法(SPSS12統(tǒng)計軟件)分別對海陵灣附近海域洪、枯兩季表層沉積物中重金屬與沉積物粒徑(Mzφ)、有機碳(OM)和硫化物(ΣS)進行了相關(guān)統(tǒng)計分析,結(jié)果(表3)表明它們之間的相關(guān)性洪、枯兩季類似,兩個航次沉積物中Cu,Pb,Zn和Hg之間都呈顯著相關(guān),說明它們的物質(zhì)來源和平面分布具相似性;枯季Cd與其它重金屬元素沒有相關(guān)性,而洪季Cd與Cu,Pb和Zn相關(guān);洪、枯兩季Cu,Pb,Zn和Hg分別與沉積物的平均粒徑顯著相關(guān),這與文獻中廣泛的研究報道相同,表明沉積物粒級越小,重金屬含量越高;洪、枯兩季Cu,Pb,Zn和Hg分別與沉積物中有機碳顯著相關(guān);枯季Pb和Zn而洪季僅Zn與硫化物相關(guān);洪、枯兩季海陵灣沉積物的有機碳含量變化分別與沉積物的平均粒徑呈顯著相關(guān),佐證淺海沉積物中有機碳的輸運和積聚主要是伴隨著細顆粒組分發(fā)生,與北黃海的結(jié)果類似[11～12]。4海陵灣海域表層沉積物重金屬含量、有機碳及理化性質(zhì)a)海陵灣附近海域表層沉積物中Cu,Pb,Zn,Cd和Hg含量的平均值2001年枯季分別為(33.2±17.3,35.5±8.1,123.9±37.1,0.25±0.18,0.167±0.068)×10-6,2002年洪季分別為(31.1±18.0,36.6±11.5,92.6±31.8,0.27±0.11,0.059±0.025)×10-6,海陵灣重金屬污染較輕。b)表層沉積物中有機碳的平均含量枯、洪季為(1.12±0.38)%和(1.51±0.58)%;硫化物平均含量為(183.65±157.04)×10-6和(103.14±106.59)×10-6,有機碳含量與廣東省其它海域歷史調(diào)查資料相近,而硫化物含量相對較高。表層沉積物的類型主要為粘土質(zhì)粉砂和砂,平均粒徑(4.62±2.36)φ。c)重金屬(Cu,Pb,Zn,Hg)的含量之間,以及重金屬含量與沉積物的平均粒徑和有機碳含量之間呈顯著的相關(guān)性。進一步的研究將是分析沉積物中重金屬分級及其各形態(tài)的含量,更好地闡明該海區(qū)重金屬的生態(tài)危害和來源。洪、枯季海陵灣沉積物中Cu,Pb,Zn,Cd和Hg的含量隨站位的變化見圖2。各站位重金屬含量變化不明顯,枯季稍高于洪季;在漠陽江口外與豐頭河水域重金屬的含量稍高,是陸源污染所致,與其相應(yīng)的沉積物多為粘土質(zhì)粉砂相一致;海陵灣及海陵島以東海域重金屬的含量相對低,這與該區(qū)流急浪大、砂質(zhì)的沉積物吸附的重金屬較小有關(guān);此外,在海陵島以東水域Zn含量相對高,原因有待深入調(diào)查。洪枯季Cu,Pb,Zn,Cd和Hg平均含量及變化范圍見表2,總平均值分別為(32.1±17.5,36.1±10.0,107.0±37.4,0.26±0.15,0.109±0.073)×10-6。據(jù)海洋沉積物國家第一類質(zhì)量標(biāo)準(GB18668-2002),枯季沉積物中Cu,Zn,Cd和Hg的超標(biāo)率分別為38.1%,28.6%,9.5%和38.1%,Pb不超標(biāo);而洪季僅超標(biāo)Cu(25.0%)。海陵灣附近海域表層沉積物中有機碳與硫化物平均值分別為(1.33±0.53)%、(140.13±136.42)×10-6（表2)。海陵大堤以東至海陵島東南與豐頭河上游水域,有機碳和硫化物的含量均較高。海域有機碳與沿岸植被分布量密切相關(guān),海陵灣有機碳含量與中國東部河流沉積物的有機碳平均含量(1.16%)相近,低于臨近的珠江沉積物中有機碳平均值(2.62%),海陵灣附近海域表層沉積物中有機碳含量與廣東省其它海域歷史調(diào)查資料相近。海陵灣沿岸位于熱帶北緣,在熱帶季風(fēng)海洋性氣候的孕育下植被組成種類豐富