Environmental changes in Jiaozhou Bay of northern China during the past 90 years using metals and biogenic elements in sediments

Metals and biogenic elements were analyzed from surface sediments and a 100 cm core collected from Jiaozhou Bay in July 2009, to determine how the environment has changed over the past 90 years due to increasing anthropogenic influences in this region. High concentrations of biogenic silica (BSi) represented the dominance of diatoms in the bay. Most metals were lower than the marine sediment quality guidelines; however, Hg, Zn, and Mn were at polluted levels. The vertical profiles of biogenic elements and metals in the sediment core suggest that the most significant environmental changes occurred since the 1990s, and three stages could be defined: (1) before 1950, characterized by low concentrations of biogenic elements and metals; (2) between 1950 and 1990, displaying an obvious increase of Hg and a slow increase of biogenic elements; (3) after 1990, reflected by a significant increase of total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), total phosphate (TP), and most metals, but a decrease of BSi. Correlation and principal component analyses indicated that most metals originated from lithogenic sources, industrial and domestic discharges as well as maricultural activities.     

青岛近岸海域表层沉积物生源要素分布及污染状况评价

为了解青岛市近岸海域不同功能海区沉积物中生源要素分布及污染状况,于2017年11月在胶州湾、崂山近岸海域和青岛市文昌鱼保护区共采集了33个表层沉积物样品,分析了沉积物生源要素中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)及生物硅(BSi)的含量。青岛近岸海域TOC、TN、TP和BSi含量范围分别为0.21%～1.43%、0.02%～0.13%、0.06%～0.15%和0.26%～0.60%。胶州湾表层沉积物中TN和TP含量较高,崂山近岸海域TOC较高,而文昌鱼保护区BSi含量较高。此外,胶州湾沉积物中BSi含量呈显著下降趋势,说明海域硅藻生产力的下降。根据沉积物中TOC/TN摩尔比,崂山近岸海域沉积物中有机质为海源和陆源混合输入,而胶州湾和文昌鱼保护区有机质的主要来源为海源输入。生源要素污染评价结果显示,青岛近岸海域表层沉积物中TOC含量未受到污染,而TN和TP则处于中等污染水平。     

环北部湾典型港湾表层沉积物中生源要素分布特征

为了解环北部湾典型港湾沉积物生源要素分布及污染状况,于2015~2016年采集了广东西部、海南省西北部以及广西沿海7个港湾的48个表层沉积物样品,分析了沉积物中总有机碳（TOC）、总氮（TN）、总磷（TP）和生物硅（BSi）的含量。TOC、TN、TP和BSi含量分别为0.27%~1.64%、0.09%~0.25%、0.02%~0.05%和0.55%~2.28%,湛江港生源要素含量较高,其次为北海港,海南沿海的4个港湾TOC、TN和TP含量相近,但BSi含量则在北部的海口港和新海港明显高于中西部的洋浦港和八所港。各生源要素之间显著正相关,说明它们来源相近;大部分站位TOC/TN小于10,说明沉积物中TOC主要源于海洋浮游植物,特别是海洋硅藻。生源要素潜在生态危害评价表明,而所有港湾的TN均受到一定程度的污染,而湛江港、北海港与八所港的TOC也已受到污染。     

厦门西港近岸沉积物重金属污染历史及源解析

分析厦门西港潮间带柱状沉积物中14种重金属元素(Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Sr、Cd、Sb、Tl、Pb、Fe和Hg)的垂向分布特征、污染历史和污染来源.结果表明, 1795年之前,多数重金属元素含量变化趋势较平稳;1795~1849年间,Sc、Cr、Co、Ni、Cu、Sr、Cd、Tl、Pb和Hg含量有明显增加;2001~2011年间,Sc、Cr、Co、Sr、Tl、Pb和Hg含量又有增加趋势.多元统计分析结果表明,沉积柱中重金属元素主要有3大来源:交通和工业活动、自然源、工业和生活污水排放,贡献率分别是72.87%、12.20%和10.99%.柱状沉积物中铅同位素示踪分析表明,铅同位素组成从底层至表层由工业活动及污水排放逐步向机动车尾气排放漂移,厦门西港近岸海域中铅污染主要受交通和工业活动、工业和生活污水排放的影响.     

辽东湾西北部海域表层沉积物重金属含量的空间分布特征与污染状况评价

对2013年秋季和2014年春季两季辽东湾西北部海域共26个采样站位7种重金属含量的分布特征进行了研究。结果表明:该海域表层沉积物中Hg、Zn和Cd含量的平均值均高于渤海工业化前沉积物重金属背景值。单因子污染指数和重金属地质累积指数评价结果显示,Cd属于"轻度"污染,Hg、Cu、Pb、Zn、As和Cr属于无污染程度。重金属潜在生态风险评价结果表明,研究区的综合潜在生态风险"较低"。单金属潜在危害系数程度较高的是Cd、Hg。表层沉积物中重金属和TOC相关性分析表明:TOC含量与重金属Hg、Cu、Cd、Cr和As含量具有一定的正相关性。进一步通过主成分分析表明该海域沉积物重金属有3个来源,即有机质降解;工业废水、城市排污及养殖自身污染;岩石的自然风化和侵蚀过程。本研究结果揭示了辽东湾西北部海域沉积物中重金属的分布特征,初步推断了重金属污染来源,可为辽东湾海洋生态环境保护、修复提供依据。     

我国城市污水处理厂污泥中重金属分布特征及变化规律

对由中国知网数据库和维普中文科技期刊全文数据库报道的近30年来我国城市污水处理厂污泥中重金属分布特征和年代变化规律进行了分析. 结果表明:近30年来城市污水处理厂污泥中w(Cd)、w(Pb)、w(Cr)、w(As)、w(Hg)、w(Cu)、w(Ni)、w(Zn)平均值或中位值均符合GB 18918─2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中污泥农用时污染物控制标准限值,但数据离散且呈偏态分布. 依据GB 18918─2002,1980─1989年我国城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中有w(Cd)、w(Cu)、w(Ni)、w(Zn)超标,90%分位值中有w(Cd)、w(Pb)、w(Hg)、w(Cu)、w(Zn)、w(Ni)超标;1990─1999年城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中w(Ni)超标,90%分位值中除w(As)外其他重金属均超标;2000─2010年城市污水处理厂污泥中重金属质量分数75%分位值中w(Ni)超标,90%分位值中w(Cd)、w(Cr)、w(Hg)、w(Cu)、w(Zn)、w(Ni)超标. 从年代变化看,我国城市污水处理厂污泥中w(Cd)、w(Cu)随年代逐渐下降,但w(Hg)、w(As)、w(Cr)、w(Zn)、w(Ni)、w(Pb)呈波动趋势. 近10年数据表明,我国城市污水处理厂污泥中w(Ni)、w(Cd)、w(Hg)超标倍数最高,在进行污泥处置时需要优先关注.      

大亚湾大鹏澳海域C、N、BSi的沉积记录研究

研究了大亚湾大鹏澳海域鱼类养殖区、贝类养殖区以及核电站附近3个站位50~78 cm的柱状沉积物中生物硅(BSi)、总有机碳(TOC)、总氮(TN)等生源要素的垂直变化,以揭示人类活动对海洋环境影响的沉积记录。位于近岸海水养殖区的两个沉积柱中,近年来TOC含量呈明显上升趋势,而核电站附近海域略有下降。从TOC/TN比值判断(三个沉积柱平均分别为9.54、7.42、7.9),该海域TOC是陆源和水生两种来源的混合物。此外,养殖区上表层沉积物中水生有机碳(TOCa)含量呈明显下降趋势,而TOC/TN比值则上升,说明养殖区水生初级生产力及其对总初级生产力的贡献下降;相反,陆源污染所造成的陆源有机碳(TOCt)含量明显增加。在核电站附近海域,TOCa含量明显上升,TOC/TN和TOCt值下降,表明核电站的运行使水体初级生产力上升,陆源有机碳输入则减少。BSi、BSi/TOCa的垂直分布表明,海水养殖区硅藻对总初级生产力的贡献逐年上升,而核电站海域硅藻的贡献则下降。     

昆承湖沉积物中重金属及营养元素的污染特征

对昆承湖9个采样点柱状沉积物中营养元素(TN,TP和TOC)和重金属元素(Pb,Cu,Zn,Cd和Cr)的垂向分布进行测定. 结果表明,各元素含量都表现为随沉积深度而降低的趋势.相关研究表明,TOC与TN的环境行为近似,说明TN的沉积与生物有机物的沉积相伴随.重金属元素(Pb,Cu,Zn,Cd和Cr)含量均与TOC含量呈显著正相关关系,表明沉积物中重金属污染受人类活动作用影响较为明显.碳氮比分析表明,昆承湖沉积物中的有机质有着明显的双重来源. 对沉积物进行环境评价发现,昆承湖沉积物有机污染较轻,仍处于较清洁状态至尚清洁范畴.地积累指数评价显示,重金属污染主要集中在沉积物表层,主要污染元素为Zn,而Cd和Cr基本属于无污染状态.      

渤海中部海域表层沉积物生源要素分布特征及其环境评价分析

于2015年5月在渤海中部海域采集30个表层沉积物样品,对总有机碳（TOC）、总氮（TN）、总磷（TP）、生物硅（BSi）、有机质（OM）、含水率（MC）进行了分析测定,通过分析渤海中部海域表层沉积物生源要素的分布特征,进一步揭示有机质物源的贡献以及海域生物地球化学等过程。渤海中部海域表层沉积物生源要素含量分别为TOC（0.21%~1.43%）、TN（0.01%~0.12%）、TP（0.01%~0.04%）、BSi（0.08%~0.46%）、OM（1.43%~9.42%）、MC（18.24%~47.70%）,TOC、TN、TP、OM和MC分布特征相近,总体呈现东低西高的分布特征,BSi则在渤海中部含量较高。TOC、TN摩尔比值显示渤海中部表层沉积物中有机质来自陆源和海源混合输入,以陆源输入为主;而TOC/BSi说明硅藻对渤海中东部海域总初级生产力贡献较大。沉积物质量评价显示渤海中部海域表层沉积物受到一定程度的污染,部分海域沉积物中TOC和TN含量超过加拿大安大略省环境和能源部沉积物质量评价标准的Ⅱ类标准。     

大亚湾柱状沉积物中C、N、P的分布特征及其环境意义

对大亚湾典型柱状沉积物中C、N、P的含量及其分布特征进行了研究。结果表明,大亚湾柱状沉积物中C、N、P含量的变化范围分别为(0.48~1.53)10-2、(316.24~570.47)10-6 、(206.02~342.02)10-6 ,C与N的垂直分布具有由深层向浅层增加的趋势,而P含量随深度的增加而增大。根据沉积物中TOC/TN比值及两者的相关性,可以判断沉积物中有机质一直以陆源输入为主,其比值垂向变化主要受控于TOC含量的变化。另外,沉积物中TN和TN/TP的垂直变化也和近年来大亚湾水体中营养盐含量的变化相一致。低沉积速率是导致大亚湾沉积物中各生源要素埋藏通量小的主要因素。从20世纪80年代中期开始,随着沿岸工农业的快速发展和排污的增加,TN和TOC的埋藏通量有所增加;近年来,随着治污措施发挥作用,TN和TOC的埋藏通量有所降低,大亚湾的整个生态环境有所改善。     

巢湖十五里河沉积物污染特征及来源分析

在巢湖十五里河河道上采集15个沉积物柱样,按10 cm厚度分层,得到85个沉积物样品. 通过实验室分析得到沉积物中w(TN),w(TP),w(TOC),w(Cu),w(Zn),w(Pb),w(Cd),w(Cr)以及w(Al). 在此基础上,对十五里河沉积物中营养元素和重金属污染特征及来源进行分析. 结果表明,沉积物中w(TN),w(TP)和w(TOC)存在显著相关性;w(TOC)与w(Cu),w(Zn),w(Pb),w(Cd)和w(Cr)等均具有较强的正相关关系. 由富集系数分析判定,表层沉积物中Cd和Cu为中度污染,Zn,Pb和Cr为轻度污染. 人为贡献率分析表明,Cd受人为活动影响最大. 根据多变量分析结果,结合流域主要污染源情况,初步断定化肥企业生产排污是十五里河沉积物营养元素和重金属的最主要来源,而农田水土流失和生活污水排放也是不可忽视的重要因素.      

白龟山水库规划区污染特征及潜在生态风险评价

分析了白龟山水库及其入库河流水体和沉积物中TN,TP,有机质和Cd,Pb,Cr,Cu,Zn,Mn,Ni等7种重金属的含量及分布特征,并结合地积累指数法和HANKANSON生态危害指数法对沉积物重金属的累积效应和潜在生态风险进行评价. 结果表明:白龟山水库规划区内水库及河流水体主要污染物为TN和TP,其中鲁山污水厂出口断面严重超标,ρ(TN)和ρ(TP)高达《国家地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅱ类水质标准的46.4和22.1倍;w(TN),w(TP),w(Cd),w(Pb),w(Cr),w(Cu),w(Zn)与w(OM)呈显著正相关,而w(Mn)和w(Ni)与w(OM)的相关性不显著;鲁山污水厂出口沉积物重金属的生态危害最大,RI为241.13,为中等生态危害,以Cd和Cu的生态危害为主,特别是Cd作为最主要的生态风险贡献因子,应适当引起重视.      

杭州湾表层沉积物中重金属空间分布特征与污染状况评价

本文对杭州湾海域2018年8－9月25个沉积物样品中的7种重金属含量进行了研究,结果表明,该海域表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As含量平均值分别为22.50×10?6、21.93×10?6、63.39×10?6、0.10×10?6、48.32×10?6、0.05×10?6、5.45×10?6,所有评价因子的含量平均值均低于全国海岸带重金属的背景值。单因子污染指数法的评价结果显示,Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As的平均含量均符合第一类海洋沉积物质量标准,7种重金属的污染程度依次为:Cu>Cr>Zn>Pb>As>Hg>Cd。重金属富集程度分析结果显示,Cd、Hg和As的富集程度较低,Pb和Zn的富集程度相对较高。潜在生态风险指数法评价结果显示,杭州湾海域潜在生态风险等级为“较低”,海洋生态环境状况较好。表层沉积物中重金属和TOC相关性分析结果显示,该海域表层沉积物TOC含量与重金属Cu、Pb、Zn、Cd和Cr含量具有一定的正相关性。主成分分析法结果表明,前两个主成分的贡献率分别为64.42%和16.59 %;结合相关性分析表明,Cu、Pb、Zn、Cd和Cr主要的来源为工业生产与生活污水。     

渤海湾海岸带开发对近岸沉积物重金属的影响

为了解渤海湾围填海造成的生境变化趋势及重金属污染状况,对2003年和2011年渤海湾表层沉积物4种重金属(Cd、Pb、Cu、Zn)的含量及空间分布分别进行了研究,并采用BCR三步分级提取法分析了2011年渤海湾表层沉积物中这4种重金属不同赋存形态的含量,评估了这4种重金属的生物有效性,最后分别采用富集系数法和潜在生态危害指数法对2011年重金属污染程度及潜在生态危害进行了评价.结果表明,2011年渤海湾沉积物中Cu、Cd、Pb的含量均比2003年偏高,重金属污染形势趋于严峻.Cu、Zn、Cd的空间分布趋势基本相似,其高值区均集中在渤海湾的中部海域.Pb的高值区主要集中在近岸河口和渤海湾中部及南部.4种重金属相互之间相关性显著,说明它们之间可能具有一定的同源性.形态分析表明Cu、Zn、Cd主要以残渣态存在,Pb主要以可还原态存在,各元素生物有效性排序为:Cd>Pb>Cu>Zn.Cd为渤海湾表层沉积物中最主要的污染元素,且具有较强的生态危害.Cu、Zn、Pb污染程度较低,生态危害轻微.     

泉州湾重金属污染生态地球化学预警

水中的重金属元素易附着于表面积较大的悬浮颗粒物上而进入水底沉积物中,当外界条件改变时,又会重新释放到水体中而形成二次污染。因此,沉积物是水中重金属污染物的集蚋器,是研究湖泊、河口和港湾污染现状和污染历史的最可靠的采样介质。对接受了漂染、制革等工业废水污染源的福建省泉州湾沉积物和沉积柱进行生态地球化学调查取样,用原子荧光法（AFS）和质谱法（ICP—MS）测试了样品中的重金属元素As、Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn、Ni的含量。并进行了沉积柱^210Pb测年分析。通过数学法和增长趋势线法对海湾沉积物和沉积柱中重金属污染分别进行了生态地球化学预警,结果表明：八种重金属元素除Pb外,其它各重金属元素运用两种预警方法所得的顸警结果基本一致,As、Cr、Cu、Ni、Zn五种重金属含量有逐年增大的趋势,未采20～30年内将会对泉州湾生态环境产生巨大负面影响,在沉积过程中,Hg和Cd的含量基本上不变化或出现了负增长。但也对泉州湾生态环境造成一定的影响。     

Environmental significance of biogenic elements in surface sediments of the Changjiang Estuary and its adjacent areas

Biogenic elements and six phosphorus(P) fractions in surface sediments from the Changjiang Estuary and adjacent waters were determined to investigate the governing factors of these elements, and further to discuss their potential uses as paleo-environment proxies and risks of P release from sediment. Total organic carbon(TOC) and leachable organic P(Lea-OP) showed high concentrations in the estuary, Zhejiang coast and ofshore upwelling area. They came from both the Changjiang River and marine biological input.Biogenic silicon(BSi) exhibited a high concentration band between 123 and 124°E. BSi mainly came from diatom production and its concentration in the inshore area was diluted by river sediment. Total nitrogen(TN) was primarily of marine biogenic origin. Seaward decreasing trends of Fe-bound P and Al-bound P revealed their terrestrial origins. Influenced by old Huanghe sediment delivered by the Jiangsu coastal current, the maximum concentration of detrital P(Det-P) was observed in the area north of the estuary. Similar high concentrations of carbonate fluorapatite(CFA-P) and CaCO3 in the southern study area suggested marine calcium-organism sources of CFA-P. TOC, TN and non-apatite P were enriched in fine sediment, and Det-P partially exhibited coarse-grain enrichment, but BSi had no correlation with sediment grain size. Diferent sources and governing factors made biogenic elements and P species have distinct potential uses in indicating environmental conditions. Transferable P accounted for 14%-46% of total P. In an aerobic environment,there was low risk of P release from sediment, attributed to excess Fe oxides in sediments.     

哈尔滨松江湿地重金属空间分布及潜在生态风险评价

为了解哈尔滨松江湿地沉积物中重金属的污染程度,对其表层沉积物中8种重金属元素（Hg、Cd、As、Cu、Pb、Cr、Ni、Zn）的含量及其空间分布进行研究,并采用地累积指数法和潜在生态风险评价法对表层沉积物重金属污染程度进行评价.结果表明:①松江湿地沉积物中w（Cd）、w（Hg）和w（Pb）的平均值均高于松嫩平原土壤环境背景值,表明Cd、Hg、Pb这3种重金属元素存在富集.②相关分析显示,沉积物中w（TOC）、w（TN）均与各重金属含量之间存在相关性,而pH与各重金属含量无相关性.主成分分析显示,8种重金属可被辨识为2个主成分,即Cr、Ni、Cu、Zn和Pb为人为复合源因子,As、Cd和Hg为农业源因子.空间分析显示,松江湿地沉积物中Ni、Cu、Zn和Cr主要分布在阿什河口和白鱼泡湿地,As、Cd和Hg主要分布在金河湾、阿什河口和白鱼泡湿地,Pb主要分布在阿什河口湿地.③地积累指数（I_geo）评价表明,在所有采样点中Cd和Hg分别处于轻度和偏中度污染水平,其他元素均处于无污染水平.④潜在生态风险指数分析结果表明,松江湿地重金属的潜在生态风险主要是由Cd和Hg引起,二者贡献率分别为33.4%和57.6%;整个研究区综合潜在生态风险指数（RI）介于135.28~733.27之间,平均值为234.47,属于中度污染.8个采样区的生态风险指数依次为阿什河口>金河湾>白鱼泡>太平庄滩>松江>呼兰河口>滨江>太阳岛,其中,阿什河口湿地达到了较高污染,其他采样区均为中度污染.研究显示,松江湿地表层沉积物中重金属存在生态风险,其中以阿什河口湿地风险为最高.      

天津城市排污河道沉积物中重金属含量及分布特征

测定了天津大沽排污河沉积物和底部原状土壤中重金属及As、Fe、TN、TP和有机质的含量,采用相对富集系数、相关分析等方法,研究其重金属污染特征.结果表明,沉积物中重金属污染相当严重,底部原状土壤污染较小.Hg、Cd、Zn和Pb富集最严重,Cr、Ni和As富集水平较低,Hg、Cd、Zn和Pb相对富集系数(REF)在沉积物中分别为59.3、25.4、14.5和7.5,在原状土壤中分别为8.44、5.19、6.6和3.3.各沉积物采样点中重金属含量差别较大,变异系数(CV)在74.4%～110.8%之间,津涞公路断面和新城桥2个采样点污染最严重.沉积物的重金属含量与原状土壤的重金属含量之间没有相关性,沉积物中重金属元素之间的相关性也较差;但在底部原状土壤中,Hg、Cd、Zn和Pb之间的相关性强,其与OM和TP的相关性也较强,Cr、Ni和As与OM和TP的相关性差,Hg、Cd、Zn和Pb具有相似的环境地球化学行为,明显受到人类活动的影响.与天津市主要河流相比,大沽排污河沉积物中重金属污染最为严重.     

滇池近代富营养化加剧过程的沉积记录

为认识滇池内源污染特性在湖泊环境演变过程中的变化,采集滇池北部和中心2根柱状沉积物样品,分析了TOC(总有机碳)、TN(总氮)、BSi(生物硅)及磷形态含量剖面变化规律,并探讨了其与滇池富营养化历史的关系. 结果表明,滇池沉积物中w(TOC)与w(TN)自20世纪50年代后增加显著.n(TOC)/n(TN)介于7.0～13.5之间,表明滇池内源藻类和细菌等对沉积物中有机质贡献大. 滇池沉积物中w(TP)剖面变化规律反映了滇池由中营养化向富营养化过渡的过程. 沉积物中w(TP)与w(TOC)呈显著相关(R=0.91,P<0.01),表明滇池外源磷的输入与生物量的增长以及蓝藻水华暴发的一致性和外源磷污染控制的必要性. 滇池不同区域w(BSi)剖面变化及其与w(TOC)、w(TP)的关系表明,滇池在长期演变中,生态系统结构发生了变化. 滇池北部近年来富营养化加剧,蓝藻大量繁殖成为优势种群而导致生物群落结构单一化;而中部等地区硅藻仍保持大量增长趋势,表明藻类在该区域处于大量增长的过程中.      

A 50-year sedimentary record of heavy metals and their chemical speciations in the Shuangtaizi River estuary (China): implications for pollution and biodegradation

Two parallel sediment cores collected from tidal flat located in the Shuangtaizi River estuary were analyzed for heavy metal concentrations and chemical speciations. Based on the ¹³⁷Cs activity profile, mean sedimentation rate at the sampling site during the past 50 years was estimated to be 1.3 cm·a⁻¹. Correlation analyses show that almost all the metals are associated with each other, suggesting that these metals might be derived from same sources and/or affected by same geochemical processes. Influence of total organic carbon (TOC) content on the concentrations of Cr, Ni, Cu and Cd is evident. Silt and clay contents, instead of sand content, play an important role in the distribution of these metals. The dominant binding phases for most of the metals (except for Cd) are the residual. The relative decrease of the residual fraction of Cd and Pb in the upper 66 cm of the core is striking. The distribution of chemical fraction confirms that the residual fractions of these metals have a natural origin, while only the non-residual fractions of Cd and Pb increased upward the core due to pollution in the past five decades. Pollution assessment on these heavy metals based on Index of Geoaccumulation (I _geo) also demonstrates that most of the metals are unpolluted. The weak pollution as observed in the sediments is perhaps related to a local plant, the Suaeda heteroptera Kitag, which may have played a significant role in the biodegradation of these metals and the metal distribution in the estuary.