伊朗北部Anzali泻湖沉积物中金属(Cu、Zn、Pb和Cd)的分布外文翻译资料

 2022-12-23 14:56:57

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伊朗北部Anzali泻湖沉积物中金属(Cu、Zn、Pb和Cd)的分布

BEHROUZ RAFIEI,1 FATEMEH AHMADI GHOMI,1

LEILA ARDEBILI,2 MAJID SADEGHIFAR,1

AND SEYED HOJJAT KHODAPARAST SHARIFI3

摘要：通过测定伊朗北部Anzali泻湖沉积物中Cu、Zn、Pb和Cd四种金属的含量，以评价其污染程度和空间分布。在泻湖整个区域设置21个采样点，在每个采样点取一个60厘米长的沉积物岩心。沉积物中测量到的金属含量范围如下 ：表层沉积物（0-20厘米）中Cu为17-140mg kgminus;1,Zn为20-113mg kgminus;1，Pb为1-37mg kgminus;1，Cd为0.1-3.5mg kgminus;1；深层沉积物（40-60厘米）中Cu为16-87mg kgminus;1，Zn为28.5-118mg kgminus;1，Pb为3-20mg kgminus;1，Cd为0.1-3.5mg kgminus;1。地质累积指数(Igeo)分析结果表明，Cd在大部分研究地区造成中度至重度污染。环境风险评价表明，Anzali泻湖的污染程度为中等到相当大程度。污染物的排列顺序如下：Cdgt;Cugt;Pbgt;Zn。一些地点因污染源的不同而受到严重的金属污染，其中排污口和磷肥是该地区的主要污染物来源。

关键词：地质堆积物;污染;环境风险;Anzali泻湖

  1. 引言

金属是地壳的天然成分，在人类生活中起着重要作用。其中一些元素在生物学上是必不可少的，并通过各种人类活动进入水生环境，如泻湖(Al-Khashman, 2004)。泻湖是典型的低洼地区，由于受到自然环境变化和人类活动的影响，这些地区的金属更容易积累(Mitsch 和Gosselink, 2000; Mays 和 Edwards, 2001)。大多数金属倾向于在泻湖的现代有机沉积物中积累，而不是在无机沉积物中积累。世界各地的许多研究人员已经报道了泻湖沉积物中金属的行为（Bellucci等，2002；Glasby等，2004）。

有毒金属在水生生态系统中通常以低浓度状态存在，但人为来源的沉积物增加了金属浓度，从而在沿海地区、湿地、湖泊和河流中造成环境问题。超出环境耐受水平浓度的金属对物种的生存和生态系统的稳定性都是有害的。

在受污染的水生生态系统中，沉积物被认为是污染物最重要的汇，也是污染物的储存室和未来潜在污染源(Li等人，2000年)。污染物金属在沉积物中通常呈现弱结合态，这一条件有利于化学或生物媒介将这些污染物通过化学或生物作用释放到间隙和地表水中(Fuuml;orstner，1983；CheEthn等，1995年；Blasco等，2000)。沉积物提供了环境污染的历史记录，这些记录的关键特征是沉积物中污染物积累相对于时间序列中自然背景水平的激增。沉积物分析是研究污水污染的历史、从水柱中去除污染物的过程以及沉积物的稳定性和未来污染潜力的有用工具。伊朗北部的Anzali泻湖是一个典型的淡水生态系统，在其生物多样性和美学价值方面具有重要意义。由于其形态和淡水特性，它也是一些鱼类繁殖和饲养的最佳栖息地。此外，这里也是水鸟、藻类、软体动物和某些细菌的故乡(Riazi和Ekhtari，1991；Kazani等，2004)。

迄今为止，伊朗已对Anzali泻湖中的金属进行了许多研究。这些研究涉及水体(Monavari，1984；Babaei，2004)和沉积物(Kousari 和 Azarm，1985；Shams，1992；Kousari和Motaghi，1996；JICA，2004)，特别是调查水体和沉积物中存在的金属。Monavari(1990)还评估了Anzali泻湖中金属的生态风险。然而，所有这些已有的研究主要只涉及水体和表层沉积物中的金属浓度，而不是更深的区域(60厘米以下)。此外，在研究Anzali泻湖沉积物之前，还没有确定其污染程度。

过度开发、管理不善、工业排放处理不当和未经处理的工业废水都影响了Anzali泻湖的生态环境，并产生了恢复生态平衡的巨大挑战。由于Anzali泻湖是人类和动物的食物和水的重要来源，因此泻湖中的金属最终会危害人类健康。这种健康风险可能通过我们在人类生活、工业和农业中的日常用水而直接发生，也可能通过食物链中逐渐积累的长期效应间接发生。本研究的目的是调查金属铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu)和镉(Cd)在这一地区的积累情况及分布情况。其中一些元素，如镉(Cd)和铅(Pb)，通常以低浓度状态存在，然而，当它们的累积量超过一定的水平时，就会对环境造成严重的污染和破坏(Kennish，1992)。

  1. 材料和方法

2.1.研究区-Anzali泻湖

研究区由伊朗最大的淡水泻湖Anzali泻湖组成。Anzali泻湖与里海西南海岸平行(图1)，面积约为150平方公里。它位于地理坐标49°25ˊminus;49°30ˊ E和37°25ˊminus;37°30ˊN范围内，泻湖平均水位在海平面以下约26.2米。水深(水柱)从1米到3.5米不等(Kousari和Azarm, 1985; Riazi和Ekhtari, 1991)。

图1 Anzali湖定位图，N.伊朗和取样点；子流域用斜线表示，河流用粗线表示；Abkenar子流域总是被淹没，用深黑色表示

该地区受地中海气候影响，降水量丰富（年平均降水量1600毫米）。超过15条来自Alborz和Talesh 山脉的多年生河流和短暂河流注入泻湖(Kazani等，2004年)。Anzali泻湖被认为是世界上独特的生态系统之一，它由4个子流域组成：东部（Sheijan流域），中部（Hendkhale流域），西部（Abkenar流域）以及Siahkishem流域。Sheijan流域和Hendkhale流域与里海相连；Sheijan流域和Abkenar流域分别是最小和最大的子流域；大部分主要河流都流入Sheijan流域。

Anzali泻湖流域的地质特征是前寒武纪变质杂岩(片岩)、泥盆纪-石炭系花岗岩、混合岩和云母片岩。这些岩石被中三叠统基性岩至超基性岩覆盖。侏罗纪绿云母片岩和砂岩，白垩纪石灰岩，上新世的绿色和红色泥灰岩也在该地区形成露头(Darvishzadeh，2003)。由壳砂和泥组成的第四纪矿床表明了它的浅海沉积环境(MousaviRouhbakhsh，2001)。Anzali泻湖沉积物来自于三个源头(Darvishzadeh，2003)：(1)海洋沉积(含壳砂)；(2)Alborz山的侵蚀(粗沉积物)；(3)河流沉积物。

2.2.样品收集

2008年夏季在Anzali泻湖进行了野外采样。为了根据沉积物深度研究金属剖面，从4个子流域采集了21个沉积物岩心(长60 cm)。其中8个是从Sheijan流域收集的，9个是从Hendkhale流域收集的，3个是从Abkenar流域收集的，1个是从Siahkishem流域收集的(图1)。抽样期间普遍存在公平的气象条件，选择的取样地点也覆盖了所有子流域、河流进入泻湖附近的位置和暴露于不同污染源的地方。利用在野外建造的活塞堆芯器对沉积物进行取样。岩心管密封存放于4℃环境中，并在Bu Ali Sina大学实验室进行二次采样。岩心挤压后分为3个子样品(0~20、20~40和40~60厘米间隔)。分别对上、下子样品进行均匀化处理，并对沉积物进行二次取样，进行金属浓度分析和理化分析。中间子样品仅进行理化分析。在不同结构(砂泥蚀变)的岩心中，根据泥层位置选择子样。

2.3.分析程序

样品在60℃下风干，用比例为2：1的沉淀物与去离子水测定沉积物的pH值。用滴定法测定了沉积物中碳酸钙含量的百分比。将样品加热至450℃(4h)测定有机物(OM)含量(Karbasi，1996年)。虽然把烧失量（LOI）作为有机碳和碳酸盐碳的一种绝对测量手段存在着局限性，但通常有机碳含量与LOI之间具有显著相关性(H°akanson 和Jansson，1983)。样品的总阳离子交换容量（CEC）计算如下(Malakouti和Homaei, 1994)：

CEC = (2 times; LOI%) (0.5 times; Cly%)

采用传统的筛分法和液体比重测定法进行粒度分析(Lewis和McConchie，1994)。当有机物被H2O2去除后，对剩余的矿物样品进行称重，并进行粒度分析，以测定砂粒粒组(0.062~2mm)、粉粒含量(0.004~0.062 mm)和粘土含量(lt;0.004 mm)。将泥定义为粉砂及粘土的总含量。

采用原子吸收光谱法（岛津AA- 680模型）测定Zn、Pb、Cu和Cd的含量。测定出Zn、Cu、Cd和Pb的检出限分别为0.033mg kgminus;1、0.048mg kgminus;1 、0.011mg kgminus;1和0.058mg kgminus;1。将沉积物样品均质化，研磨到足够小的尺寸，通过230目筛(孔径：0.062毫米)，然后采用美国国家环境保护局(USEPA)方法3050进行消解(Edgell，1988；Dean，2003)。重复添加硝酸(HNO3)和过氧化氢(H2O2)消解具有代表性的1g(干重)样品。在初始水解物中加入盐酸(HCl)，使样品回流。过滤后的滤纸和残留物先用热盐酸冲洗，然后用热试剂水冲洗。滤纸和残留物返回消化瓶，再用附加的盐酸回流，再过滤。最后将其稀释至100 mL。这种方法对大多数样品来说并不是一种完全的消解技术。这是一种非常强的酸消解方法，它溶解了几乎所有可能成为环境可用元素的元素。该方法对Zn、Cu、Cd、Pb的回收率分别为95%、94%、99%和95%。这种消解过程通常不会溶解与硅酸盐结构有关的元素，因为它们通常不会在环境中流动。背景值是根据化石泥质沉积物(平均页岩)中发现的金属浓度确定的。

2.4.污染评价方法

2.4.1.地质累积指数(Igeo)

利用Muller( 1979)提出的地质累积指数：Igeo = log2[Cn/1.5Bn]，计算了所研究土壤中金属污染程度的定量测度(Muller, 1979)，其中Cn是土壤lt;62mu;m组分中元素含量的测定值，Bn是化石泥质沉积物(平均页岩)中元素的地球化学背景值。引入常数1.5是为了尽量减少背景值可能变化所产生的影响，这可归因于土壤中的岩性变化。在本研究中应用的Cn值构成了样品中金属的环境有效含量。地质累积指数由7个等级或级别组成(Muller，1979年)：lt;0=实际未污染，0-1=未污染至中度污染，1-2=中度污染，2-3=中度至强污染，3-4=强污染，4-5=强污染至极强度污染，gt;5=极强污染。

2.4.2. 潜在生态风险评估

瑞典科学家H°akanson提出的潜在生态风险指数被广泛用于沉积物中金属的生态风险评估(H°akanson，1980)。H°akanson描述的潜在生态风险指数公式如下：

, , ,

其中、和分别是污染因子、被测污染物的平均含量和背景参考水平；是污染的程度；是给定物质(i)的潜在生态风险因子；是给定物质的毒性响应因子，Cu=Pb=5，Zn=1，Cd=30；RI是预期潜在生态风险指数。

以下术语用于描述六种物质的污染因子和污染程度(H°akanson，1980)。﹤1或﹤8：低程度污染；1le;﹤3或8le;﹤16：中度污染；3le;﹤6或16le;﹤32：相当程度的污染；ge;6或ge;32：极高程度的污染，表明人为污染严重。

以下术语用于描述H°akanson(1980)提出的风险因子和风险指数。﹤40或RI﹤150：低潜在生态风险；40le;﹤80或150le;RI﹤300：中度潜在生态风险；80le;﹤160或300le;RI﹤600：相当大的潜在生态风险；160le;﹤320：高潜在生态风险；ge;320或RIge;600：极高潜在生态风险。

2.5.统计分析

进行描述性数据分析，结果包括最小、最大、平均、中位数、峰度、偏度和标准差(S.D.)。相关分析和配对样本t检验采用SPSS软件17.0(Version17.0 for Windows)。统计学方法差异显著(Plt;0.05)。

  1. 结果与讨论

3.1.沉积物特性

泻湖沉积物有机质含量为0.7~24%，CaCO3含量为0.3~47.0%，pH总变化范围为7.0~9.1，平均值为8.1。湿地沉积物中粘土(lt;0.004 mm)含量为0~83%(表1)。图2显示了从Anzali泻湖获得的岩心样品的岩性。在泻湖东侧砂泥比增加(Ardebili等，2005)。泻湖最深处位于西侧(Abkenar流域)。

表1 物理化学分析、粒度组成和有毒金属浓度的分析结果

样本

pH

CaCO3 (%)

Sand (%)

Silt (%)

Clay (%)

CEC

(meq/100g)

LOI (%)

Zn (mg kgminus;1)

Cu (mg kgminus;1)

Cd (mg kgminus;1)

Pb (mg kgminus;1)

表层沉积物(0-20厘米间隔)

Sh1

8.5

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