第七届青年地学论坛

中国在改革开放后进入了一个经济快速发展时期，城市化和工业化程度日益增强。与此同时，伴随经济发展而来的环境污染问题也日益严重。多环芳烃和重金属作为环境中重要的污染物，在各种环境介质中日益累积。多环芳烃和重金属通过大气扩散、流水运输等各种途径进入周围环境中，经过与人体皮肤和呼吸的直接吸收、手口的间接输入等进入人体，给人体健康带来严重威胁。多环芳烃和重金属在沉积环境中相对稳定，由于水体缺氧和密闭环境而难以被降解，密封在沉积物中的多环芳烃和重金属在水体受到扰动时会将其释放到水体中，从而造成再次污染。沉积物中存在许多污染物吸附因子，探究这些因子的吸附作用可以为环境的治理提供理论支撑。本研究选择冬季水位低的季节采集了西太湖沉积柱3根，以约1km的间隔采集了西太湖表层沉积物样品36个，测试了沉积物的PAHs、重金属、Pb同位素、TOC、黑碳组分（Soot, Char）、粒度以及137Cs和210Pb活度等，通过137Cs和210Pb测年分析，确定了沉积柱中每层样品的沉积年代和沉积速率；在此基础之上，首先，该研究重建了西太湖沉积物及湖水近百年来的多环芳烃和重金属历史浓度和通量，分离出重金属的自然和人为通量，探讨了不同历史时期内PAHs和重金属的变化特征及人类活动的影响，结合Pb同位素特征和PAHs特征分子比进行了PAHs的物源解析。其次，运用回归分析、冗余分析、相关性系数和显著性检验等统计分析，定量计算了EC组分、有机碳（TOC）、不同粒径沉积物等对PAHs的吸附作用。结论如下：
（1）太湖近百年来多环芳烃污染状况与人类活动强度关联性很强，总体随着人类活动增强而加重。结合多环芳烃的历史浓度变化特征及历史经济发展变化，研究区多环芳烃沉积大致可分为四个时间段：～1955年，沉积物中PAHs各分子浓度很低，保持稳定，各PAHs的浓度可反映当时PAHs的背景值；1955-1978年，各PAHs的浓度表现出轻微的波动，此时间段为中国经济的探索前进期；1980-2003年，多环芳烃浓度整体上大幅度上升，这与中国实施改革开放政策相吻合，经济飞速发展，能源消耗量剧增；2003-2016年，各PAHs浓度显著减弱，在各种环境保护措施下，环境污染得到一定的抑制。随着经济的发展，能源利用类型也逐渐由生物质燃烧转变为石油化石类燃烧，PAHs的构成由低环和轻分子类多环芳烃向高环和重分子类多环芳烃转变。其中人口数量和高速公路里程对PAHs和黑碳的影响度最高，分别为46.9%和42.2%。
（2）黑碳（EC）、焦炭（Char）、烟炱（Soot）、TOC和粘粒颗粒均对PAHs表现出一定的吸附作用。Soot作为气态物质凝聚产物，对于PAHs尤其重分子多环芳烃具有强相关性。EC及EC组分、TOC和不同粒度成分对湖泊沉积物中PAHs影响程度的大小排序表现为：Soot﹥TOC﹥Clay﹥EC﹥Char﹥Sand﹥Silt。Char、TOC、Clay、EC和EC等对PAHs的影响度分别为：57.2 %、27.6%、26.0%、24.0%和16.4%。Soot表现出了对沉积物中PAHs极强的影响，解释度在50 %以上，远高于Char和TOC，而Sand和Silt对沉积物中的PAHs解释度只有3.6%和2.7%，且表现为不显著，说明粗颗粒对PAHs吸附性很弱。
（3）湖泊沉积物中重金属浓度变化表现出了与多环芳烃相似的特征，在近几十年内出现了快速的增长。1980s之前，重金属的人为通量占比很小，以自然通量为主。1980s之后，伴随着我国经济体制改革后西部太湖流域的经济增长和发展，重金属的人为通量迅速增加，人类活动引起的沉积物中重金属的最大通量百分比锌（Zn）为23.0％，铅（Pb）为31.6％，铬（Cr）为39.5％，镉（Cd）为85.3％，沉积物中重金属污染很大程度上受到了人类活动的影响。西太湖表层沉积物中重金属Cd，Cr，Pb，Zn平均分别有29.0%，3.4%，18.6%和40.8%来自于大气降尘，且降尘对沉积物重金属的贡献率表现为冬季和春季高，夏季和秋季较低。西太湖沉积物中PAHs和Pb的产生在很大程度上受到煤炭和石油燃烧及工业发展等人类活动的影响，并且随着人类活动的增强，该影响会增大，这也在Pb同位素特征上有所展现。沉积物中PAHs和Pb在物质来源上具有相似性，都以石油化石类燃烧源为主。