论文摘要
尼罗河位于非洲东北部,全长6670km,是世界流程最长的河流。它发源于赤道南部东非高原的布隆迪高地,干流流经布隆迪、卢旺达、坦桑尼亚、乌干达、苏丹和埃及等国,最后注入地中海,并在开罗下游20km处进入三角洲地带。尼罗河三角洲位于埃及北部,濒临地中海,面积2.2～2.4万km2,地势低平,土壤肥沃,河网纵横,集中了埃及三分之二的耕地。阿斯旺大坝的建成控制了洪水,保护了居民和农作物,还提供了大量的电力,但也使得尼罗河下游的径流量剧减,泥沙含量降低,沉积速率变小,尼罗河两岸农田肥力降低。于是农民使用大量的化肥促使庄稼生长,化肥的使用使当地的土壤和河流遭受污染;而且阿斯旺大坝的建成为埃及带来了丰富而廉价的电力资源,一些以电力为能源的工业也得到很大的发展。含有毒重金属的工业污染物被倾注进入尼罗河三角洲的河流体系,造成河口湿地环境的污染,鱼类和农作物受重金属污染,生态遭到破坏。在上述自然环境和人类活动相互作用,处于尼罗河三角洲与地中海交界处的Burullus泻湖沉积物势必记录了丰富的阿斯旺大坝建成前后的环境变化信息。通过对Burullus泻湖东部沉积物的放射性同位素分析和化学实验分析,有助于发现近期工业大规模发展以来的环境污染历史,从中揭示人类活动对自然环境的影响。本文主要根据尼罗河三角洲Burullus泻湖东部的三根柱状沉积物样品来开展研究。三根柱状样分别为:B-1孔55 cm,位于Burullus泻湖东部靠近南部排污口;B-2孔75 cm,位于Burullus泻湖东部中间;B-3孔80 cm,位于Burullus泻湖与地中海的通道附近。样品取样间距5 cm,共取得42个样品,样品装入自封袋密封后,运回国内在华东师范大学自然地理楼做实验处理分析。根据这三个钻孔42个样品分析数据(42个粒度、总有机质样品和地球化学分析,29个样品210Pb和137Cs测试),同时结合前人大量研究成果,本文将对尼罗河三角洲Burullus泻湖东部地区的沉积速率和沉积物中的重金属的含量进行深入剖析,并将尼罗河三角洲与长江口沉积物的沉积速率和重金属浓度进行比较,最后对Burullus泻湖沉积物中的重金属进行环境污染评价。从三个钻孔的粒度和总有机质分布特征可以看出,B-1孔的表层平均粒度大,有机质含量也较大,这与前人研究的有机质主要吸附在粘土等细颗粒物质上,沉积物中细颗粒物质越多,有机质含量越高的结论不一致,因此表层的有机质可能是受到了外来工农业生产和生活排放污水带来有机质的影响。B-2和B-3孔的粒度和有机质分布特征符合规律,但B-3孔表层沉积物中的有机质含量相对其他两个钻孔较小,这可能是由于该孔靠近泻湖与地中海的通道,受到海水的净化作用较强,因此有机质含量较小。B-1孔15cm以上和B-2孔10cm以上的含水量较高,向下剧减,可能说明在B-1和B-2两个钻孔10-15cm以上是阿斯旺大坝建造后的沉积。对三个钻孔的210Pb和137Cs放射性同位素的数据进行了分析,发现B-1孔15cm以上210Pbex的浓度太低且不连续。这是由于在尼罗河三角洲地区210Pbex和137Cs主要来源于大气沉降,而当地降水稀少,年降水量为120～180mm/yr。根据B-1孔的过剩210Pbex同位素测试数据,使用CIC（稳定初始放射性通量）模式,可以计算出上部15cm的平均沉积速率是0.56cm/yr,又根据137Cs分布特征,首次出现在17.5cm（1963年核试验高峰）左右,计算沉积速率是0.42cm/yr,可以认为B-1孔区域的沉积速率在0.42～0.56cm/yr。那么1964年阿斯旺大坝建造的时间,沉积孔深应该在15 cm左右（与含水量变化一致）。B-2和B-3孔的同位素特征无法估算沉积速率,而且由于钻孔位置不一致,无法确定B-2和B-3沉积速率。但按B-2孔10 cm以上出现高含水量为1964年阿斯旺建坝后沉积,该孔1960年代以来的沉积速率为0.24 cm/yr。这也与Birks等人（2001）研究认为Burullus泻湖地区沉积速率在0.28～0.49 cm/yr相接近。通过相关性分析可以得知,Cu、Ni、Al与Fe呈显著正相关性,相关系数分别为:0.886、0.667、0.942;此外,Cu、Al与Clay呈显著正相关性,Ni、Fe与Clay的相关性也较强,与粘土有较好的亲和性。这些说明本区Cu、Ni、Al、Fe来源于自然的因素较大,是上游或当地岩石矿物风化的产物,它们随上游径流和风力作用下搬运至尼罗河三角洲河口沉积。Mn、Pb、Cd与Fe均呈负相关性（-0.229;-0.316;-0.489）,与Clay也呈负相关性（-0.634;-0.364;-0.082）,而与TOM呈正相关性（0.029;0.135;0.547）,说明Mn、Pb、Cd与Fe的来源呈不一致性,与粘土之间的也关系不大,与有机质之间有一定关系。这些说明它们可能是随着有机质一起搬运来,与人类活动的影响密切相关,可能代表了环境污染元素。Zn与Fe也呈正相关性（0.404）,但相关系数不大,不属于本区主要污染元素。对Burullus泻湖沉积物样品中8种重金属元素（Cu、Ni、Al、Fe、Mn、Cd、Pb、Zn）进行了测试分析,建立了该区阿斯旺大坝建造前后的分布图。从三个钻孔表层的重金属元素归一化后来看,除Cu以外其他的重金属元素都从B-1孔到B-3孔降低,这可能是由于B-1孔靠近排污口,受到人为排污的影响较大。B-1孔中的Cu元素含量较低,可能是因为大量淡水的排放稀释了20世纪90年代以前当地渔民为除去水体中藻类使用CuSO4的浓度。从重余属的垂向分布来看,在B-1孔中重金属元素归一化后Mn、Pb、Cd在15cm以上增加迅速,B-2孔Mn、Pb在10cm以上增加迅速,而B-3孔中重金属元素变化不显著。这说明了Mn和Pb是本区的主要污染元素,与相关性分析一致。Cd的污染仅在B-1有反映,其他钻孔可能是远离污染口的缘故。根据资料,Mn的污染可能来自燃煤,Pb可能是由于三角洲的石油化工污染所致,Cd的污染与重金属冶炼和废弃物燃烧有关。B-1孔15cm,B-2孔10cm深度是阿斯旺大坝建成的时间即1964年左右。在这个时间之间阿斯旺大坝还没有开始建设,尼罗河的洪水依然每年给三角洲地区带来大量的淡水和泥沙,而且埃及的大规模工业化还未开始。由此推断1964年阿斯旺大坝建成之前Burullus泻湖是无污染或极小污染的状态,因此10-15cm深度以下的重金属元素的平均含量可以代表Burullus泻湖受污染以前的背景值。可以看到,B-1和B-2中的Cu、Ni、Zn、Al、Fe等5个重金属元素的背景值比上部10—15 cm中的含量稍高,但Mn、Pb、Cd的背景值都低于上部。这些也都确实从另一个角度反映了Burullus泻湖近半个世纪来的重金属元素污染历史。前人对长江口的沉积速率和重金属元素浓度也很多研究,与尼罗河三角洲相比较发现:1)长江口的沉积速率约为尼罗河三角洲的2～20倍,其原因主要是210Pb主要来自大气沉降和外来物质携带,而尼罗河三角洲以干旱气候为主,年平均降水量稀少,阿斯旺大坝建成以后三角洲接受外来物质大大减少;而长江口处季风气候多雨,外来物质和大气降水均丰沛;所以相比较,尼罗河三角洲的210Pbex浓度就很低。2)都与当地的重金属背景值相比,长江口的重金属超标更严重,这主要与两地的经济规模水平不同有关系。利用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法分别对本研究区域进行污染评价。在单因子污染指数中B-1孔的Mn为中污染,污染指数较高,Pb、Cd均为轻污染;B-2孔中Mn为中污染,污染指数较高,Cu、Zn、Pb为轻污染,Cu可能主要来源于当地渔民使用CuSO4去除水藻有关,Zn可能是由于B-2孔离海较近受海水影响;总体上说Mn、Pb、Cd为本研究区的污染元素,但存在着Cu、Zn局部污染。在内梅罗综合污染指数法中2个钻孔的重会属元素都已达到轻微污染。