浅水湖泊蓝藻水华爆发对重金属水土界面过程的影响研究

随着水体重金属人为污染的加重，水土界面重金属季节性迁移与内源释放的现象近年来受到关注。蓝藻水华是众多浅水湖泊发生于夏季的典型环境灾害，对水体及水土界面物化性质的影响与改变可能远远超出其自然条件下的季节性波动，并且由于藻类对重金属具有一定的富集作用，进而可能影响到重金属空间分配、水土界面地球化学循环及潜在生态危害。本项目以典型重金属污染物Cd、Cr、Pb、Zn、Cu、Hg等为研究对象，选择受重金属污染及蓝藻水华影响较为严重的太湖梅梁湾北部湖区为研究区域，采用原位监测与室内流动培养等技术，通过对水土界面重金属季节性迁移，以及蓝藻水华爆发-堆积-消亡过程中上覆水体、水土界面（沉积物-间隙水）重金属及理化特征指标变化的分析，研究重金属内源负荷、界面释放通量变化与重金属赋存形态及环境因子的关系，探讨蓝藻水华灾害过程对重金属环境行为及生物有效性的影响与机制，为复合污染型湖泊生态风险评价与治理提供依据。

重金属与富营养化复合污染是长江中下游湖泊面临的主要环境问题，富营养化及蓝藻水华灾害可能对水土界面环境条件以及沉积物中重金属的赋存方式与潜在风险产生一定的影响，而蓝藻水华对重金属的吸附效应及在风力与水动力作用下的漂移也可能会改变沉积物中重金属的空间赋存，进而影响沉积物中重金属的污染水平与潜在风险。本项目按照计划书设计选择太湖、巢湖典型湖区，通过水体、沉积物、蓝藻、水土界面重金属含量/浓度以及环境参数分析，阐明了沉积物重金属赋存特征、人为污染贡献量，分析了富营养化不同的湖区水土界面重金属的变化规律以及与富营养化的关系，揭示了蓝藻对重金属的吸附效应及其对沉积物重金属富集的潜在影响、沉积物重金属的潜在生态风险。结果表明，巢湖与太湖水体中Cr、Ni、Cu、Pb、Zn、Cd、As、Hg等重金属浓度均低于地表Ⅰ类水标准（GB3838-2002），具有较低的潜在风险；水体中重金属浓度空间变化趋势不显著，这与沉积物重金属污染存在显著的差异。人为污染输入的重金属主要以可提取态赋存于沉积物中，但不同重金属、不同湖泊存在显著差异，巢湖西部湖区与太湖竺山湾重金属污染均由北部湖区向南部湖区逐渐降低，指示了重金属河流径流输入的特征。蓝藻对水体重金属具有显著的集聚效应，但对沉积物重金属污染贡献较弱。夏季蓝藻水华爆发对水土界面环境条件及重金属浓度梯度变化影响较弱，梅梁湾(藻型湖区)与大太湖（非藻型湖区）水土界面重金属元素梯度不明显，梯度扩散不是沉积物-上覆水系统中重金属元素发生迁移的主导因素，结合前人研究资料分析认为风浪扰动导致的沉积物悬浮是重金属发生形态迁移转化的主要机制。根据梅梁湾沉积物水土界面重金属浓度梯度变化分析认为藻类残体产生的有机质埋藏及水土界面微生物活性的变化可能会对间隙水中重金属产生较大影响，但对重金属潜在风险影响较弱。巢湖西部湖区沉积物Cu、Pb属于低风险级别，Zn属于中-高风险级别；太湖西北部的竺山湾等湖区Cr属于低风险、Ni属于中-高风险，Cu属于中-低风险，Pb属于低风险，Zn属于中高风险。