南太湖沉积岩芯中金属和营养元素的垂向分布特征及其意义

南太湖沉积岩芯中金属和营养元素的垂向分布特征及其意义 姚书春1,2 ,李世杰1 ,薛 滨1 ,刘吉峰L2 ,夏威岚1 1.中国科学院南京地理与湖泊研究所，江苏南京210008 2.中国科学院研究生院，北京100039 摘要通过太湖南部钻孔THS 沉积物l37Cs和210Pb.总有机碳、总氮、总磷、粒度和金属元素分析，探讨其垂向分布 特征及意义。表层137Cs比活度高值表明表层沉积物具有混合作用的特征。粒度分析表明，沉积物呈现随深度变浅而变粗 的总体趋势；绝大多数金属元素含量垂向上的变化与粘土含量呈正相关。铁锭界面循环也影响着金属元素的迁移。沉积物 wC/wN比值的状况显示了其有机质主要为陆源性质，但最近60年内来源于水体的有机质呈现增加的趋势。沉积物中元素 的演化序列表明，元素铅受到明显的人为活动来源的污染。 关键词太湖；金属；营养元素；粒度 中图分类号X14文献标识码A文章编号1672-2175 2005 02-0178-04 太湖是一个大型的浅水湖泊，是我国第三大淡 水湖泊，地处于经济快速发展的长江三角洲，流域 内人类活动对湖泊自然环境的扰动强烈，直接影响 着湖泊的水质及水生生态系统。目前太湖面临着严 峻的富营养化、蓝藻水华暴发、生态系统恶化等环 境问题，严重威胁着区域与社会的可持续发展U 湖泊沉积物记录着湖泊生态环境的演变过 程。沉积物中所含物质的分析，可以揭示湖泊演化 的人为与自然等因素的影响的过程，追踪物质来 源，判断水体的水质状况及其变化趋势。关于太 湖沉积物的研究，有些研究者通过太湖沉积钻孔 的各种代用指标获取了该区古气候、古环境变化 信息6 41。有些则对太湖沉积物重金属污染状况进 行了研究A。］,揭示出太湖北部湖区污染重于其他 湖区，河口地区污染重于非河口湖区。陆敏等四 通过对太湖北部重污染区域柱样的地球化学分析， 探讨了金属元素和营养元素在沉积物中的垂向累 积特征及其影响因素。 作者通过对上部50 cm沉积柱的地球化学和粒 度指标的分析，结合测年获取了金属元素和营养元 素在沉积物中的垂向变化；通过对湖泊沉积物剖面 的化学特征分析，探讨了太湖湖泊的环境演化、营 养演变及人类活动对湖泊的影响。 1研究方法 1.1样品采集 于2003年6月用重力采样器在太湖水质相对 较好的东南部，水深1.48 m处采集了沉积物柱样钻 孔 THS N 310455.6” , E 120。0551.6,株 50 cm。野外现场分样，以1 cm间隔分割，获得的样 品密封在样品袋内，带回实验室分析。 1.2年代测定 用Y分析方法对样品进行无损坏的多种核素同 时直接测量。分析样品为一定量的研磨至过100目 孔筛的干沉积物样品。用美国EG GOrtec公司生 产的由高纯铐井型探测器OrtecHPGeGWL与 Ortec919型谱控制器和IBM微机构成的16k道多道 分析器所组成的Y谱分析系统进行核素测定。137Cs 和226Ra标准样品由中国原子能研究院提供；210Pb 标准样品由英国利物浦大学做比对标准。 1.3指标分析 沉积物中总氮用重铭酸钾-硫酸消化凯氏法测 定，总磷用高食酸-硫酸酸溶钥铺抗比色法分析，总 有机碳用重铭酸钾容量法外加热法分析［1112］o 元素用ICP发射光谱仪分析EPA3052 ,标样 SRM 1646a \ 首先利用10的过氧化氢去除样品中的有机 质,10的盐酸去除无机碳主要是钙质胶结物\ 然后分散，用英国Mastersizer2000激光粒度仪分 析范围2 000im0.02 pm 进行样品的粒度分析。 2结果与讨论 2.1年代序列 l37Cs的蓄积峰最早出现在深度为13.5 cm ,标 记了 1963年全球核素散落；深度为9.5 cm标记了 1975年全球核素散落；深度5.5 cm以上l37Cs比活 度的升高，则与前苏联切尔诺贝利核电站于1986 年发生的核泄漏有关mi。利照1963年以及1975年 137Cs的蓄积峰位置分别作为计年时标，获得的该岩 芯沉积物沉积速率都是0.34 cm- a-lo而以5.5 cm以 上⑶cs比活度的升高，作为前苏联切尔诺贝利核 电站1986年发生的核泄漏事件获得的沉积速率为 0.32 cm-a1 ,这与前面0.34 cm-a1的沉积速率相近。 210Pb法测得该段时间沉积速率为0.41 cm-a1 , 图1太湖l20Pb和l37Cs蓄积垂直分布 Fig. 1 Vertical profiles of l20Pb and l37Cs from Taihu Lake sediment core A2,PbexyBq-kgl ACs/Bq・kg」 高于137Cs法获得的沉积速率。研究137Cs比活度随 沉积物深度图发现，其表层3 cm沉积物中的137Cs 比活度比下覆的沉积物要高，表明了 137Cs在表层 具有混合作用特征［l3］o2l0Pb比活度的测定还发现在 37 cm以下210PbCx比活度呈现正负值波动图1中 未绘出X再加上表层的混合作用，因此210Pbex获 得的沉积速率会存在一定的偏差。 2.2沉积物中的营养物质 图2中列出了太湖THS孔沉积物中营养物质的 垂向变化。总有机碳含量在0.381.12之间，平 均值为0.83 o沉积物中总氮含量在 0.0550.137之间，平均值为0.076。总磷含量 在0.0360.075之间，平均值为0.053。总有机 碳和总氮的剖面变化较为相似，但在表层20 cm内 随着深度的变浅，总有机碳含量先减小，再增大， 而总氮只有一个在表层34 cm内向上快速增加的 过程。就总体而言，总磷与总有机碳和总氮剖面变 化差异较大。与粒度的相关分析表明，总氮与粘土 含量无明显相关性。而总磷与细颗粒沉积物有正的 相关性，因此总磷向表层的减少有可能是沉积物粒 度变粗所致。从整个剖面看，底部50 cm到约10 cm 处，总有机碳与中值粒径呈反向趋势，颗粒变粗， 总有机碳含量下降；10 cm以上，颗粒变粗，总有 机碳含量上升。一般来说，有机质更易于赋存在细 颗粒物质中同，表层io cm以上颗粒变粗但总有机 碳含量却上升，说明在这段时间内，总有机碳含量 的上升不是粘土所致，有可能是湖泊水体生产力增 加造成的进入水体的有机质不断增加的缘故，另外 表层有机质保存条件的差异也是一个可能因素。 湖泊沉积物中的有机质主要来源于湖泊的水 生生物及流域侵蚀带来的陆生植物碎屑。有机碳与 总氮的比值［wC/戚N］可反映沉积物中有机质的 来源，一般含纤维素的维管陆生植物wC/wN 20 ,而非维管植物如浮游植物wC/wN介于410 之间的。而太湖底泥wC/wN比值图2 在920 之间，绝大多数在10-15变幅范围内，太湖底泥高 iXO/N比值反映浮游植物来源有机质占较低比 例。太湖THS沉积岩芯约20 cm以下wC/wN值 比较稳定，说明有机质来源比较稳定。岩芯20 cm 内随着深度的变浅，