论文总字数：19272字

摘 要

为研究江苏太湖流域水生态分区沉积物重金属分布的差异性,采集了太湖流域201个采样点，测定表层沉积物中Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr和Zn7种重金属含量。采用重金属元素间的相关性对太湖流域重金属污染来源进行分析，通过地积累指数法和潜在生态风险指数法评价了重金属污染现状以及潜在生态风险程度，为开展流域水生态功能分区生态环境质量管控提供了科学依据。结果表明：（1）太湖流域表层沉积物重金属平均含量Zn（77.33mg/kg)gt;Pb(36.96mg/kg)gt;Cr(32.02mg/kg)gt;Cu(25.41mg/kg)gt;As(10.94mg/kg)gt;Cd(0.76mg/kg)gt;Hg(0.10mg/kg)。（2）地积累指数法评价结果表明，Cd是江苏太湖流域表层沉积物中最主要的污染，特别是洮滆水系和南河水系的Cd，地积累指数等级为3。从整体上来看，污染程度的大小排序为Cdgt;Hggt;Pbgt;Asgt;Zngt;Cugt;Cr（3）重金属间的相关性表明，Pb主要来自于农业污染和生活污水；Cr、Zn、Cu这3种重金属主要受到电镀及合金制造行业等方面的影响；As主要来自于农药和工业废水的排放；Cd的主要来源是冶炼工业；Hg主要来源于化石燃料和石油产品的燃烧。（4）潜在生态风险评价结果表明，Cd是最主要的生态风险贡献因子，总体上看，各水系综合潜在生态风险程度的高低顺序为洮滆水系gt;南河水系gt;黄浦江水系gt;沿江水系。

关键词：太湖 重金属 沉积物 相关性 地积累指数法 潜在生态风险指数法

Analysis on the distribution of heavy metals in sediments in taihu lake basin, jiangsu province

Abstract

In order to study the difference of heavy metal distribution in the sediments of taihu lake watershed in jiangsu province.In this study, the surface sediments of 201 sampling sites in the taihu lake basin were collected and the contents of Cd, Hg, As, Cu, Pb, Cr and Zn7 heavy metals in the surface.The correlation between heavy metal elements was used to analyze the pollution status of taihu lake,from the overall plan of taihu basin and from the four major characteristics of heavy metal pollution on the water system, metal pollution status quo and potential risks, to effectively carry out river basin water ecological function zoning provides scientific basis for ecological environmental quality control.The results showed that :(1) 7 heavy metals in the surface sediments of the four major river systems were polluted to varying degrees, among which Cd and Hg were the most polluted.(2) as can be seen from the chart, Cd is the maximum pollution to the environment in the whole taihu lake watershed in jiangsu, especially during China Ge drainage and south river water system of the Cd, accumulation index of grade 3, were moderately polluted.Overall, the order of pollution levels is Cdgt;Hggt;Pbgt;Asgt;Zngt;Cugt;Cr.(3) the correlation between heavy metals indicates that Pb mainly comes from domestic sewage and agricultural pollution emissions; Cu, Cr and Zn is mainly influenced by alloy industry and ship industry.As is produced by people's neglect of nature and random destruct. The main source of Cd is the smelting industry;Chemicals such as shampoos and shampoos, which are commonly used in People's Daily life, have produced the Hg(4) the potential ecological risk assessment results show that the Cd is the main contribution to the ecological risk factors, in general, the water system comprehensive potential ecological risk degree of China's high and low order Ge drainage gt; south river water system gt; the huangpu river water system along the Yangtze river water system.

Key words: taihu lake; Heavy metals; Sediment; Correlation; Ground accumulation index method; Potential ecological risk index metho

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 重金属 1

1.2.1 重金属定义 1

1.2.2 重金属的危害 1

1.3 国内外研究现状 1

1.4 研究内容 2

第二章 材料与方法 3

2.1 研究区概况 3

2.1.1 太湖地理位置及地形 3

2.1.2 四大水系概况 3

2.2 调研点位与样品采集 3

2.2.1 调查点位布设 3

2.2.2 样品采集方法 4

2.3 样品分析测试 4

2.3.1 样品的预处理 4

2.3.2 分析方法 4

2.3.3 试验数据处理 5

2.4 样品评估方法 5

2.4.1 沉积物污染评价现状 5

2.4.2 地积累指数法 5

2.4.3 潜在生态风险指数 6

第三章 太湖表层沉积物重金属的分布特征及相关性分析 8

3.1 太湖表层沉积物重金属的分布特征 8

3.1.1 太湖表层沉积物重金属含量特征 8

3.1.2 太湖表层沉积物重金属空间差异 9

3.2 相关性分析 10

3.2.1 太湖表层沉积物重金属间的相关性分析 10

3.2.2 太湖表层沉积物重金属来源解析 10

3.3 太湖表层沉积物重金属变化分析 12

第四章 太湖表层沉积物重金属生态风险评价 13

4.1太湖表层沉积物重金属地积累指数法评价 13

4.2太湖表层沉积物重金属潜在生态风险指数评价 15

4.3太湖表层沉积物重金属潜在风险指数变化 16

第五章 结论 17

参考文献 18

致 谢 21

第一章 文献综述

1.1 研究背景与意义

近年来，由于经济的迅速发展、人口的剧增和城市的不断扩张，使得太湖流域水资源利用强度加大，同时大量的工业废水、农田径流、生活污水进入河流，向河流输入了大量的重金属和营养盐物质，造成流域水体重金属含量不断升高^[1]，严重阻碍了区域的可持续发展和人民生活水平的提高，并且太湖流域跨越多个行政区域，导致水环境管理难度较高，多数跨省界河流水质常年处于劣Ⅴ类^[2]。因此太湖流域的水环境面临空前压力，引起社会各界的高度重视。

2016年，江苏省政府发布了《江苏太湖流域水生态环境功能区划（试行）》（苏政复[2016]40号），将太湖流域划分为49个生态环境功能区，拟对应开展响应的水质、包含水生态与生态红线的保护。由于区域间的差异，不同功能区生态环境及影响因素、影响机制不同，水体沉积物重金属生态风险状况也存在差异。本研究针对49个生态环境功能区划分为4大水系，分别沿江水系、洮滆水系、南河水系和黄浦江水系。识别不同水系沉积物重金属生态风险，为有效开展流域水生态功能分区生态环境质量管控提供了基础。

1.2 重金属

1.2.1 重金属定义

在自然界中重金属大约存在45种，在环境污染研究中，重金属主要是指对动植物具有明显毒性的元素，主要包括镉(Cd)、铬(Cr)、铅(Pb)、汞(Hg)和类金属砷(As)等，以及如铜(Cu)、锌(Zn),锰(Mn)等生物体进行正常生理活动不可或缺的生命元素^[3]。

1.2.2 重金属的危害

伴随着工业化和城市化的推进，重金属污染的问题日益凸显。人类活动产生的过量重金属可以通过工业污染、农业污染、农业污染等多种途径进入水体，由于重金属不能被微生物降解，而是被水中悬浮颗粒物吸附，并与后者共同沉降至水底，最终积累于水体沉积物中^[4]。沉积物中重金属以多种结合形式存在，表现出不同的理化特性，最终影响其迁移、生物可利用性和毒性^[5]。通过食物链进入人体，对人类健康产生危害。

1.3 国内外研究现状

国内外关于太湖沉积物重金属污染特征的研究较多，方斌斌等采用ICP－MS和直接汞分析仪对太湖流域98个点位水体和沉积物中Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg进行监测。平水期水体Cr和Cu浓度高于枯水期和丰水期，丰水期Zn和As浓度最大，Cd、Pb和Hg浓度在枯水期、平水期、丰水期稳定，无显著变化^[6]。刘莹等对太湖沉积物的研究表明：太湖沉积物中重金属除竺山湾处于偏中度污染水平，其他各点均处于轻度污染状态，其中Ni和Pb的生态风险明显高于其他金属，需对太湖竺山湾污染物排放进行控制，并且对全湖沉积物中Ni污染进行优先控制与去除^[7]。LIU等对太湖的研究结果表明：在表层沉积物中，平均金属含量为Crgt;Zngt;Nigt;Pbgt;Cu。从空间上看，竺山湾Cu、Ni、Zn含量较高，小梅口Cr、Pb含量高于其他地区。采用薄膜扩散梯度法（DGT）对竺山湾和小梅口的不稳定金属进行了定量分析并且Zn、Ni、Cu、Pb、Cd的DGT不稳定浓度呈下降趋势，指出不同重金属的不稳定浓度与总金属含量不一致，应注意沉积物中镉的毒性作用。哈坎森潜在生态风险指数评价的生态风险表明，竺山湾污染最为严重，应予以特别重视。在进行风险评估时应考虑金属的生物利用度，为了能够得到更准确的分析。

1.4 研究内容

研究通过采集太湖流域201个采样点的表层沉积物，为了揭示太湖流域沉积物中重金属含量的分布特征，将使用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）和直接汞分析仪测定表层沉积物中Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr和Zn7种重金属含量^[8]。通过重金属元素间的相关性对太湖流域重金属污染来源进行分析，从太湖流域整体和从四大水系上对重金属污染特征进行比较和分析，并且通过地积累指数法和潜在生态风险指数法评价了重金属污染现状和潜在风险程度，为太湖流域的环境质量管控提供了科学依据。

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