1、 毕业设计文献综述 海洋科学 海洋沉积物重金属分布特征及其影响因素研究 摘 要 海洋沉积物重金属是潜在危害的重要污染物。本文从海洋沉积物重金属分布特征及其影响因素这些方面来探讨。海洋沉积物重金属来源包括陆源输送、海成组分和大气沉降。已有研究表明， 海洋沉积物重金属污染主要来自于工业和生活污水的排放。 对浙江省近岸海域表层沉积物重金属的分布规律研究表明， 海洋沉积物重金属分布主要是在大陆架附近的海域， 河口及沿岸水域高于外海 ,尤其是河海口交汇的地带重金属较富集。而控制海洋沉积物中重金属元素分布规律的主要因素有水动力 条件和沉积环境、沉积物类型。 关键词 海洋沉积物；来源；重金属分布特征；影响因
2、素 Distribution of heavy metals in marine sediments anditsinfluence factors Abstract Potentially harmful heavy metals in marine sediment is a major pollutant. This distribution of heavy metals from the marine sediment characteristics and to explore these factors. Sources of heavy metals in marine sed
3、iment transport, including land-and sea into the composition and atmospheric deposition. Has been shown that heavy metal pollution in marine sediments mainly from the industrial and domestic sewage discharge. Coastal waters of Zhejiang Province, the distribution of heavy metals in surface sediment s
4、tudies have shown that heavy metals in marine sediments are mainly distributed near the continental shelf waters, estuaries and coastal waters than off, especially the intersection of River estuary zone than the concentration of heavy metals. The control of heavy metals in marine sediment distributi
5、on of the main factors hydrodynamic conditions and depositional environment, sediment types. Key words Marine sediments； Source； Distribution of heavy metals； Factors 引言 重金属是具有潜在危害的重要污染物 (1)。 由于其难降解性 、 普遍的生物毒性 、 生物累积性和生物放大作用，环境中重金属污染一直倍受关注 (2)。 近年来，地表水体的重金属污染事件频繁发生，威胁着当地居民的用水安全，也造成了巨大经济损失 。 重金属进入地表水
6、环境中以后，绝大部分迅速地转移至悬浮物与沉积物中 。 悬浮物在被水搬运的过程中，也逐步地 转变为沉积物 。 重金属在沉积物中的分布特征可呈现出明显的污染源规律，而其在水体中的分布却常常毫无规律 (3)。 所以研究沉积物中重金属的分布特征及影响因素，对于查明水体污染现状 、 分析水体污染历史 、 判断污染物来源及评价流域人类活动对水体的环境影响都有非常重要的意义(4)。 1 海洋沉积物 1.1 海洋沉积物的概念 海洋沉积物（ marine sediments）是指各种海洋沉积作用所形成的海底沉积物的总称。以海水为介质沉积在海底的物质。沉积作用一般可分为物理的、化学的和生物的 3 种不同过程，由于
7、这些过程往往不是孤立地进 行，所以沉积物可视为综合作用产生的地质体。传统上，按深度将沉积物划分为：近岸沉积（ 0 20 米），浅海沉积（ 20 200 米），半深海沉积（ 200 2000米），深海沉积（大于 2000 米）。 有以下几个来源： 陆源，主要是陆地 岩石 风化剥蚀的产物，如 砾石 、 砂 、 粉砂 和 粘土 等，是典型的 陆源沉积物 。 海洋组分，主要是从海水中由生物作用和化学作用形成的各种沉积物，如 海洋生物 的遗体， 海绿石 、 磷酸盐 、 二氧化锰 等 自生矿物 及某些粘土等。 火山 作用形成的 火山碎屑 ，大洋裂谷等处溢出的来自地幔 的物质，以及来自 宇宙 的 宇宙尘 等
8、 。 中国水体重金属污染问题十分突出，江河湖库底质的污染率高达 80.1%（ 5-9） 。随着江河径流如海，也对海洋水体产生了巨大的污染危害。在全国近海海域海水采样的样品中， Pb 的超标率达 62.9%，最大值超一类海水标准 49.0 倍； Cu 的超标率为 25.9%， Hg 和 Cd 的含量也有超标现象 （ 10-11） 。国外同样存在水体重金属污染问题，水体重金属污染已近成为全球性的环境污染问题 （ 12） 。 1.2 海洋沉积物重金属潜在危害 海洋沉积物重金属释放，海水就会受到重金属的污染，有些海洋生物已经灭绝 （ 13） ，当这些重金属直接或间接的进入到人体中，对人体造成的危害是很
9、大的。例如： 汞：食入 后直接沉入肝脏，对大脑、神经、视力破坏极大。 天然水 每升水中含 0.01毫克，就会导致人中 毒 ； 镉：导致高血压，引起 心脑血管疾病 ；破坏骨骼和肝肾，并引起 肾衰竭 ； 铅：是重金属污染中毒性较大的一种，一旦进入人体将很难排除 ， 能直接伤害人的脑细胞，特别是 胎儿 的神经系统，可造成先天智力低下 ； 这些重金属中任何一种都能引起人的头痛、头晕、失眠、健忘、神精错乱、关节疼痛、结石、癌症。 2 海洋沉积物重金属来源 海洋沉积物重金属来源包括陆源输送、海成组分和大气沉降。 2.1 陆源输送 陆地径流是海洋沉 积物的主要输入源，每年河流向海洋输送的沉积物达 1.551
10、033kg (Milliman et al.1995)。河流所携带的物质一部分是河流流域的岩石、土壤的风化侵蚀 ,是重金属来源中的自然部分，其变化主要受控于河流流域的岩石类型、风化物及土壤的地球化学性质等 ;另一部分则是流域内工农业生产所排放的污染物，这是重金属的人为输入部分，受河流流域产业结构和经济发展程度的影响。临港的发展也会一定程度上影响附近海域沉积物重金属含量的变化，不管是工业污水还是生活污水的排放，都将给附近海域带来重金属的隐患。 2.2 海成 组分 海生生物的生物残骸及排泄物经微生物分解，引起沉积物中化学成分发生改变。海洋沉积物有一部分是通过生物作用而形成的，比如生物残骸及排泄物，
11、当这些生物残骸及排泄物本身含有重金属，而重金属又难于被微生物分解，就会随着沉积物的形成而留在沉积物中。海洋生物生活在受重金属污染的海域体内会含有少量的重金属，南海水产研究所曾经在大亚湾对海洋生物做过重金属的分析和评价，结果查出了很多生物体内含有很高含量的重金属。 2.3 大气沉降 河流是主 要元素 (Fe、 Mn) 的主要来源，而大气是一些痕量元素 (Cu、 Co、 Ni、 Pb、 Zn ) 向海洋输运的 主要通道。中国海域重金属大气尘降通量最大可占河流输送的 38%。因此，大气是陆源物质向开阔大洋输运的主要通道。大气沉降对陆架区沉积物中重金属影响最显着的是铅。许多文献表明，陆架区沉积物中 P
12、b 的来源主要来自于大气沉降，这是由于人类燃烧汽油的日益加剧而造成的 （ 14-15） 。 3 海洋沉积物重金属的分布特征 3.1 重金属在海洋环境中的迁移转化过程 进入海洋的重金属，一般要经过物理、化学及生物等迁移转化过程。 重金属污染物在海洋中的物理迁移过程主要是指海气界面重金属的交换及在海流 、波浪、潮汐的作用下，随海水的运动而经历的稀释、扩散过程。由于这些作用的能量极大，故能将重金属迁移到很远的地方 。 重金属污染物在海洋中的化学过程主要是指重金属元素在富氧和缺氧条件下发生电子得失的氧化还原反应，及其化学价态，活性及毒性等变化过程。重金属在海水中能与无机和有机配位体作用生成络合物和螯合
13、物，使重金属在海水中的溶解度增大。已经进入底质的重金属在此过程中可能重新进入水体，造成二次污染。此外，重金属在海水中经水解反应生成氢氧化物，或被水中胶体吸附而易在河口或排污口附近沉积，故在这些海区的底质中，常蓄积着 较多的重金属。 3.2 沉积物中重金属的分布特征 由于重金属污染来源和迁移转化的特点，一般认为重金属污染物在海洋环境中的分布规律如下： 河口及沿岸水域高于外海； 对浙江省近岸海域 305 个表层沉积物发现 ,表层沉积物中 7 种重金 属 ( As、 Cd、 Hg、Pb、 Cr、 Cu、 Zn) 基本上具有相同或相似的分布规律， 主要是在大陆架附近的海域，尤其是河海口交汇的地带重金属
14、较富集， 高值区主要分布在椒 江口、乐清湾、温州湾及瑞安 苍南沿海。另外， 水动力较弱、沉积物颗粒较细的南部海域和较封闭的港湾为重金属元素的 富集区。比如杭 州湾水动力较强，重金属含量比较低；而温州湾水动力不强就导致了重金属含量相对来说比较高。 底质高于水体； 根据重金属的迁移转化途径，进入水体中的重金属污染物大部分被悬浮物吸附，富集于有机质中，并随水迁移逐渐沉淀下来，因此底质重金属污染物高于水体。 高营养阶生物高于低营养阶生物； 根据食物链关系，高营养阶生物体内重金属要高于低营养阶生物。 北半球高于南半球。 大量的海洋沉积物重金属分布研究表明，北半球高于南半球，这是由于北半球相对南半球来说陆
15、地较多，工业污水和生活污水排放是这一带海域海洋沉积物重金属主要来 源之一。 4 影响沉积物重金属分布的因素 控制海洋沉积物中重金属元素分布规律的主要因素有水动力条件和沉积环境、沉积物类型。 （ 1）水动力条件 水动力强度是影响沉积物重金属分布的因素之一。一般河口和湾区海 域沉积物中重金属高值区，而 强烈的水动力条件区域则是重金属低值集中分布区。浙江省近岸海域表层沉积物重金属分布规律研究表明，浙江北部紧邻长江 , 其年径流总量达 9 250 亿 m3 , 年输沙量达 4. 86 亿 t, 其中约 50% 沉积在长江口水下三角洲 , 大约 20% -30%扩散到东海陆架 , 20% -30% 沿岸
16、南 下 , 一部分在浙江近岸浅海沉积 , 浙江近岸约 20% -30% 的沉积物来源于长江。这些河流所携带入海的粗颗粒物质 , 大部分沉积在河口以内 , 只有少部分进入浅海 , 但其所携带的细粒悬沙则可向口外扩散 , 并成为浙江近岸海域泥沙的来源之一。此外 , 随着泥沙一起被带来的还有沿江城镇排放的污染物 , 以致某些重金属在河口地区集聚。 浙江近海是我国的强潮海区之一 , 其潮差普 遍较大 , 平均潮差大于 4 m。潮差的大小在湾内各处也不一样 , 往往是从湾口向湾内逐渐增大 , 至湾顶处达到最大 , 如三门湾湾顶潮差超过 7 m。潮水沿河上溯 , 扩大了咸淡水交换的范围 , 在径流量较大的
17、海湾 , 由于水交换作用增强 , 带走了大量细颗粒泥沙及沿岸排放的污染物 , 然而在径流量较小的港湾 , 潮水所携带的海域的细颗粒泥沙在其河口或港湾深处沉积 , 污染物质也不容易被带出。 （ 2）沉积环境 自然水体中，有机质、铁锰氧化物、粘土矿物等颗粒物对重金属元素具有很强的吸附和络合作用，并且与水体溶解态重金属存在着动态平衡，这些物质对重金属的吸附与解吸过程，对自然水体中的重金属浓度起主要的控制作用（ Schindler, 1981)。当吸附或络合重金属的颗粒物进入沉积物 后，海水与沉积物之间物理化学特征上的巨大差异会使颗粒物所结合的那部分重金属释放出来，在沉积物中进行再分配，大部分在沉积物
18、中被其它结合相所吸附和络合，少部分随间隙水扩散而又回到上覆水中。 (3)沉积物类型 近岸海区海底表层沉积物类型组成主要为砂、粉砂、砂质粉砂、黏土质粉砂和粉砂质砂。 对浙江近岸海域沉积物中重金属元素含量与沉积 物类型的相关分析表明 , 黏土与 7 种重金属之间都存在强相关性 , 相关系数都大于 0. 6, 而砂与痕量金属存在强负相关性 , 相关系数绝对值均大于 0.6，粉砂与 As、 Cd、 Pb、 Zn 的相关系 数都较低 , 属于不相关 , 与 Cr、 Cu 呈中度相关 , 与 Hg 的相关系数为 0.67，呈强相关性。此外 , 对不同类型沉积物中重金属元素平均含量的统计分析可知 , 所有元
19、素在黏土质粉砂中的含量最高 , 元素 As 和 Pb 在砂质粉砂中的含量最低 , 其他元素在砂中含量最低 , 可见沉积物中随着黏土 质成分的增多 , 重金属元素含量也随之增多。 重金属 元素的含量分布与沉积物类型分布规律相一致 ,沉积物粒度较细的南部海域为重金属元素的富集区。 5 总结 作为持久污染物的存储器，海洋沉积物的质量标准是评价水环境健康与否的一个重要指标。沉 积物中不断积累的有毒物质与不断增加的有机质最终会被交换到底栖生物活动区。由此进入食物链，对生态环境和人体健康都会产生很大的影响。众多污染物当中，重金属由于其毒性和持久性而成为影响沉积物质量较严重的一类。这些重金属既可可能来源于岩
20、石的自然风化和侵蚀，也可能来源于许多分散的污染源灰尘、降雨或水质交换过程，同时又可能来源于受污染的河流、居民生活废水和工农业污水排放口等。海洋沉积物重金属分布主要是在大陆架附近的海域， 河口及沿岸水域高于外海 ,尤其是河海口交汇的地带重金属较富集。而控制海洋沉积物中重金属元素分布规律的主 要因素有水动力条件和沉积环境、沉积物类型。故了解海洋沉积物重金属分布特征及影响因素有着很重要的意义，能够预防和减少重金属的污染。 参考文献 （ 1） 苏春利，王焰新 . 武汉市墨水湖沉积物重金属污染特征与防治对策 J. 矿物岩石， 2006， 26（ 2）： 111-116. （ 2） 唐阵武，程家丽，岳勇，
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