河口潮滩沉积物早期成岩作用中镉的地球化学行为研究

位于辽东湾东北部的双台子河口是国家级自然保护区。前期研究表明，该河口潮滩沉积物中的重金属镉污染很严重。早期成岩作用可以直接影响沉积物-水界面处及沉积物内部的氧化-还原条件，使镉在沉积后还会发生再活化或现象，并改变其在沉积物中的分布形态及迁移规律。项目将选择双台子河口潮滩沉积物柱为研究对象，对沉积物中的镉在早期成岩作用过程中的环境地球化学行为进行综合研究，通过对河口沉积物、间隙水、上覆水进行采样，分析沉积物中镉元素的赋存分布状态及其含量和形态变化，沉积物的矿物成分、沉积物理化性质，对比沉积物-上覆水、沉积物-间隙水中的营养物质及镉元素的含量变化，了解潮滩沉积物中早期成岩作用发生的范围和程度及其对镉元素的赋存分布及迁移作用的影响，并定量计算出镉元素在在各界面上的扩散通量，区分出自然及人类活动对镉堆积通量的影响。项目还将探讨季节变化对早期成岩作用过程中镉的地球化学行为的影响。

项目通过对辽宁双台子河口进行沉积物柱固相及孔隙水进行综合调查采样，分析了有机质早期成岩作用的特征及其对元素镉的地球化学行为的影响。通过对沉积物孔隙水进行硫酸根离子、铁离子、锰离子、pH值等指标进行研究，了解了早期成岩作用的深度范围与反应特征。另外，还特别分析了沉积物中的酸可挥发硫化物（AVS）、黄铁矿硫（FeS2）、元素硫(S )三种硫形态的转换特征与早期成岩作用的关系。. 结果表明：表层至22厘米位置处，硫酸根离子和有机碳的含量均较低，而黄铁矿硫的含量则相对较高，这可能说明了该层段发生了明显的硫酸根离子和有机质之间的氧化还原早期成岩反应。元素硫的含量在0-25厘米的深度区间内，均低于检测限，这与沉积物柱该深度区间内FeS2(黄铁矿)硫含量的高值完全一致，暗示黄铁矿的生成会导致单质硫含量的减少。随着硫酸根离子与有机质之间发生的氧化还原成岩作用的进行，会产生H+，导致孔隙水pH的降低。从表层至25厘米深度内，随着深度的增加，孔隙水的pH呈现明显的降低趋势，这充分说明了早期成岩作用的影响。0-20cm 区间是孔隙水中溶解镉的低含量区，而该区间沉积物中总镉的含量却不断增加到了最大值，表明镉元素被大量吸附到了沉积物中的矿物颗粒表面或者被铁锰氧化物所吸附。沉积物中的Cd主要存在形态为可交换态（约占57.6%）验证了这一点。Cd的其他形态所占的比例分别为：铁锰氧化物结合态（约占25.9%）、残渣态（约占12.5%）和有机/硫化物结合态（约占4.0%）。相关分析结果表明：沉积物中Cd的存在形式与总硫化物含量及有机质关系不大。这可能与沉积物中有机/硫化物结合态的镉所占的比例较低有关。. 相关、聚类和因子分析结果表明：Cd 的主要来源可能为陆源风化作用。沉积物中的粘土矿物吸附作用、铁锰氧化物的吸附作用、孔隙水的酸碱度等因素对孔隙水中的Cd 的迁移作用影响较大。元素镉在沉积物中的总迁移通量为0.042 mgm-2a-1。大约有50%进入沉积物的镉又活化扩散进入了孔隙水，另外50%发生沉淀/吸附作用进入了沉积物。元素镉的自生堆积速率(AAT)约为0.042 mgm-2a-1。