2015年调水调沙期间黄河悬浮颗粒Pb及其稳定同位素组成变化

刘 明,杨雅迪,毕乃双,2,陈竟博,范德江,2

2015年调水调沙期间黄河悬浮颗粒Pb及其稳定同位素组成变化

刘 明1,2*,杨雅迪1,毕乃双1,2,陈竟博1,范德江1,2

(1.中国海洋大学海洋地球科学学院,海底科学与探测技术教育部重点实验室,山东 青岛 266100；2.青岛海洋科学与技术国家实验室,海洋地质过程与环境功能实验室,山东 青岛 266061)

通过对2015年黄河调水调沙期间利津水文站悬浮泥沙以及小浪底水库表层沉积物的分析,研究了调水调沙期间黄河入海泥沙中Pb元素的含量及同位素组成的变化特征,探讨了其物质来源及对调水调沙进程的响应.结果表明,调水调沙期间黄河入海泥沙Pb元素含量为18.09~28.35μg/g,平均为21.64μg/g,稳定同位素207Pb/206Pb为0.8367~0.8481,208Pb/206Pb为2.0839~2.0997,与黄土等物质较为接近.Pb含量及稳定同位素组成在调水调沙前、后期均较高,而在调水调沙中间主要时段则较低.利津站悬浮泥沙及小浪底水库沉积物中Pb同位素组成均符合黄河源Pb演化规律,但小浪底水库沉积物Pb元素含量较高,部分站位受到了人类活动的影响.调水调沙进程对该期间黄河入海泥沙Pb的变化及来源有着显著影响,在调水调沙前期和后期,水沙通量小,洪水对下游河床冲刷作用弱,Pb受到中上游沉积物来源影响,导致含量和同位素组成较高.在调水调沙中间的主要时段,利津悬浮泥沙与小浪底水库沉积物显著不同,Pb主要来自洪水对下游河床的冲刷,以自然来源为主,未受到人类活动影响.

铅同位素；来源；黄河；调水调沙

铅(Pb)是典型的重金属物质,环境中的铅主要有自然和人类活动排放两种来源[1-2],而人为排放是造成当今世界铅污染的主要原因,并主要通过大气沉降等方式进入水体[3].不同环境或来源的Pb同位素组成特征具有明显差异,且表生过程中温度、压力、pH值、氧化还原电位(h)和生物等因素对其影响很小,因此Pb同位素组成具有明显的指纹特征,对示踪环境污染物质来源、传输规律和定量评价自然过程和人为工业活动对大气、海洋和沉积环境的贡献等具有重要作用[2,4-8].

每年都有大量的陆源物质输送入海,河流输送的物质总量约占海洋的90%以上[9-10],其中包含大量的重金属等人类污染物质[12].大量的研究证实了河流对重金属输送入海的重要作用[12-13],并且河流重金属的向海输送由早期的自然过程,逐渐受到工农业生产、水库和大坝的建设等人类活动的重大影响[10].一方面,人类活动产生的污染物质的排放会直接导致河流中重金属含量的增高[11],另一方面,水库虽然只占全球陆地面积的0.2 %,却使得全球河流径流和泥沙的通量分别减少了约2%和20%,并改变了其季节性特征[14-15].

黄河具有输水少、输沙量大、泥沙浓度高的特征[9].黄河流域,工农业的发展使得大量的污水和营养物质排放进入黄河[17].近60多年来,受到全球气候变化和人类活动的影响,黄河入海水沙急剧减少.截止到2001年,黄河流域上已建成水库3147座,总的库容量达57.4×109m3,约84%的黄河沉积物滞留在小浪底水库,导致河流断流频发,传统汛期、非汛期的季节划分趋于模糊[18-21].2002年7月黄河水利委员会开始利用黄河干流大型水库联合调度实施调水调沙,将水库和下游河床上淤积的泥沙输送入海.这一举措极大地改变了自然状态下黄河水沙入海的状况,在短短的20d内排放超过全年1/3的水沙入海[18,20,22],并导致大量的营养盐、有机碳、溶解态铀(U)以及重金属等物质短期内突发性入海[17, 23-28],使该时期成为黄河物质入海的主要时段.本文通过对黄河利津站2015年调水调沙期间的调查取样及与小浪底水库沉积物的对比分析,考察调水调沙期间悬浮沉积物中Pb含量及其同位素组成的变化,探讨其来源和阶段性演化特征,旨在揭示调水调沙对黄河入海重金属Pb的影响.

1 材料与方法

1.1 样品采集

利津水文站是黄河最后一个水文站,距河口约110km,控制的流域面积占黄河总流域面积的99%以上,利津站之后再无支流输入,且该站不受潮汐作用和海水的影响,因而选取利津水文站作为黄河入海物质调查的研究站位.小浪底水库位于河南省洛阳市孟津县,控制流域面积69.42万km2,占黄河流域面积的92.3%.水库是中上游泥沙淤泥的主要地点,也是调水调沙期间排沙最主要的泥沙来源.研究站位据Bi等[27](2014)修改,如图1所示.

图1 黄河流域及采样点站位

表1 小浪底水库样品采集站位信息

2015年黄河调水调沙期间(6月29日~7月20日),在利津黄河浮桥上开展水体的逐日现场调查和样品采集,样品采集后装入经酸洗过的聚乙烯瓶子中.小浪底水库的样品于2017年11~12月采集,自大坝向上游每间隔一段距离,通过抓泥斗获取表层样品,具体采样站位信息见表1.

1.2 分析方法

1.2.1 粒度分析 将采集的水样通过47mm的微孔醋酸纤维滤膜(Whatman, 0.45μm孔径)采用负压法过滤.过滤后的滤膜60℃干燥,以获取悬浮体样品.

沉积物和悬浮体样品的粒度分析在实验室完成.分析前,向样品中加入5mL10% H2O2和1mol/dm3的HCl,放置24h以除去有机质和生物成因的碳酸盐,然后加入0.5mol/L的(NaPO3)6,上机测试前经超声波震荡,以保证样品完全分散.测试所用仪器为英国Malvern公司生产的Mastersizer 2000型激光粒度分布测量仪,采集粒级间隔/4,重复测试的相对误差<2%.粒度参数的计算采用Folk和Ward的公式[29].

1.2.2 元素地球化学测试 将沉积物和悬浮体样品烘干研磨后,进行地球化学元素的分析测试.采用台式偏振X射线荧光光谱仪(XRF,XPOS,德国SPECTRO公司)进行Al等常量元素的测试[30].采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS,Agilent 7500c,美国Agilent公司)进行了Pb含量的测试.悬浮体样品经消解处理,步骤和方法参照文献[31],通过国家标准物质GBW07309、GBW07311和GBW07314进行数据质量控制.标样多次连续测试的相对标准偏差均<2%.

1.2.3 Pb同位素测试 同位素分析样品的处理方法参照文献[32].分析所用仪器为高精度多接收等离子体质谱(HR-MC-ICPMS,英国Nu公司),样品分析过程中以205Tl/203Tl为内标,以NBS981为标准物质.

2 结果

2.1 调水调沙期间黄河水沙输送特征

2015年6月29日~7月20日黄河调水调沙,共计22d.该年度利津站逐月和调水调沙期间逐日水沙通量数据通过黄河管理委员会获取.从图2a可以看出,黄河调水调沙期间的水沙通量明显高于其他月份.

调水调沙实施过程具有明显的阶段性特征:一是利用小浪底水库泄流辅以人工扰动冲刷下游河道,扩大下游河槽行洪能力;二是干流水库群(三门峡、万家寨等水库)联合调度辅以人工扰动调整小浪底库尾淤积形态,塑造人工异重流并实现排沙出库[17,28].图2b中,6月29~7月1日为洪峰到达前的正常状态,水沙通量相对较低,分别约为700m3/s, 2kg/m3.

7月2日~9日为调水调沙的第1阶段.自7月2日洪峰到达利津水文站,水沙通量迅速增大,径流量在最初的3d内(到7月5日)就增加到 2210m3/s,之后持续增大,到 7月9日达到最大值2700m3/s.悬沙浓度自7月2日也迅速增大,在最初的2d内(到7月4日)便达到了最大值9.1kg/m3,之后3d略有减小,但保持在8.6kg/m3之上,7月8日~9日悬沙浓度开始逐渐回落,7月9日的悬沙浓度为6.6kg/m3.7月10日至16日为调水调沙的第2阶段.在此阶段径流量开始逐渐回落,13日的径流量约为2180m3/s,到7月16日迅速减小为930m3/s.该阶段悬沙浓度仍持续回落,从7月10日的5.8kg/m3一直减小到7月16日的3.0kg/m3.7月17日~20日为调水调沙的末期,水沙通量逐渐恢复到了黄河的自然状态.

如图3所示,在洪峰未到达之前沉积物粒径偏细,中值粒径约为15~22μm,沉积物组成较为一致.第1阶段悬浮沉积物逐步增粗,砂的含量有所增加,中值粒径为24~43μm,沉积物的分选系数、偏态和峰态均明显增大沉积物来源较为复杂,粗粒组分明显增加.第2阶段悬浮沉积物粒径仍持续增大,砂的含量显著增大,中值粒径为35~54μm,悬浮泥沙分选系数有所降低,偏态和峰态仍为明显的正偏和窄锋.7月17日开始,悬浮沉积物的粒径开始减小,到7月19~20日逐渐恢复到与洪峰前悬浮泥沙粒径相当,甚至更低,中值粒径为16~26μm,该段时间内悬浮沉积物组分粗细混杂,黏土组分相对之前有所增多.

图3 2015年黄河调水调沙期间悬浮沉积物粒度特征

2.2 调水调沙期间悬浮沉积物Pb含量及稳定同位素组成特征

黄河调水调沙期间利津站悬浮泥沙中Pb元素的含量介于18.09~28.35μg/g之间,平均含量为21.64μg/g,其含量变化如图4a所示.Pb元素在调水调沙前期的含量较高,随着调水调沙洪峰的到来,含量有所降低,且第2阶段的含量较第1阶段更低,而到了末期又开始迅速回升,达到甚至超过调水调沙前期的水平.

沉积物中重金属含量多受到沉积物粒径大小和矿物组成等的影响[33-34],2015年黄河调水调沙期间Pb元素的含量变化与沉积物粒径的变化有较好的一致性,随着沉积物的增粗,Pb含量明显降低,因而有必要消除粒度和矿物组成等因素对重金属含量的影响.Al是黏土矿物等细粒组分的重要组成元素,其性质稳定,在搬运过程中不易迁移转化,与母岩有较好的可比性,且不受人类活动污染的影响[35],因而通过计算Pb与Al元素比值可以较好地消除沉积物物质组成的影响.如图4a所示,通过Al元素校正后,Pb元素的变化趋于缓和,除了在调水调沙的末期Pb/Al值较高外,其余时段的变化不太明显,在调水调沙第2阶段较第1阶段略有减小.

图4 2015年调水调沙期间黄河入海泥沙中Pb含量及其同位素组成变化特征

根据调水调沙的进程,选取不同阶段的悬浮沉积物样品进行了Pb稳定同位素组成的分析,分析测试结果统计见表1,同位素组成的变化趋势如图4b所示.该期间悬浮沉积物207Pb/206Pb为0.8367~ 0.8481,208Pb/206Pb为2.0839~2.0997.207Pb/206Pb与208Pb/206Pb的变化趋势较为一致,在调水调沙的前期比值较高,而在洪峰达到后则逐渐减小,第1阶段及第2阶段前期等水沙通量较高的时段同位素组成较低且相对稳定,到了第2阶段后期同位素比值又有所增大,末期同位素组成出现减小后又增大至与前期相当的水平.

无论是Pb元素含量还是Pb稳定同位素组成,利津水文站悬浮沉积物与黄土的值、自然源黄河沉积物、黄河口及附近海域沉积物较为接近,而低于前人研究的黄河悬浮体以及混合来源黄河沉积物的值,与长江悬浮体和沉积物的值相当,但远低于化石燃料及城市气溶胶的值(表2).

表2 沉积物及其他物质中Pb同位素组成及含量统计 Table 2 Statistics of Pb content and isotopic composition and other materials

注:“-”代表该值未能获取.

2.3 小浪底水库沉积物Pb含量与稳定同位素组成特征

小浪底水库沉积物以黏土质粉砂为主,沉积物较细,中值粒径在4.7~8.6μm之间.沉积物组成以粉砂和黏土为主,砂的含量较低,多不足1%,最高为XLD25站,约为8.4%.与调水调沙期间利津站悬浮泥沙相比,小浪底水库沉积物颗粒明显较细.

如表2所示,小浪底水库沉积物中Pb元素的含量为37.43~46.64μg/g,平均42.76μg/g,明显高于调水调沙期间利津站悬浮泥沙中Pb的含量,约为后者的2倍.同时也高于黄土和黄河沉积物中Pb的含量,略接近黄河和长江悬浮体的含量,稍高于黄河悬浮体而略低于长江悬浮体中Pb的含量.经过与Al的比值后,Pb元素在小浪底水库沉积物和调水调沙期间的悬浮泥沙之间的差值有所减小,但是前者仍明显高于后者,表明沉积物的粒度对Pb的含量有一定的影响,但是Pb仍受到来源等因素的影响.Pb稳定同位素的组成207Pb/206Pb与208Pb/206Pb的值分别为0.8367~0.8461和2.0799~2.0999,平均值分别为0.8413,2.0899,与调水调沙期间利津站悬浮泥沙相当.

图5 小浪底水库沉积物粒度特征

3 讨论

3.1 研究沉积物中Pb的来源

为识别人类活动对利津站悬浮泥沙及小浪底水库沉积物中Pb来源的影响,将Pb同位素组成和Pb含量、Pb/Al进行了相关性分析(207Pb/206Pb与208Pb/206Pb的变化趋势较为一致,因此只分析了208Pb/206Pb与Pb含量、Pb/Al的相关关系).如图6所示,调水调沙期间利津站悬浮泥沙中Pb同位素比值与Pb的总量及Pb/Al之间均不存在相关关系(2接近于0),甚至为弱的负相关,表明了该类沉积物中的Pb并未受到显著的污染,其来源以自然风化来源为主[8].而小浪底水库沉积物中Pb同位素组成则与Pb含量、Pb/Al具有较为显著的相关关系,表明该类沉积物Pb除了自然来源外,显然受到了人为活动的影响.

为进一步区分2类沉积物中Pb的来源,将研究区沉积物和大气气溶胶(北京、天津)、煤炭、燃煤粉尘、未污染的黄土、黄河沉积物、黄河悬浮物等物质中207Pb/206Pb与208Pb/207Pb的相关关系进行了分析,如图7所示.源自中国的Pb由于形成于富Th的环境,而具有较高的208Pb同位素含量,因而中国Pb演化曲线比Pb的生长曲线有一些向上的位移[38-39],煤炭、燃煤飞灰、汽车尾气、天津气溶胶等也落在该线附近.Choi等[7]研究,发现黄河沉积物中的207Pb/206Pb的值分为高低,2组,分别为0.8400, 0.8530,较低的一组与黄土的Pb同位素组成相当,认为是自然来源为主,较高的一组则受到污染;黄河悬浮体中的Pb采集于干季,当时水体受到了一定污染,且来源较新,与经过长时间的沉积、混合等过程后累积的黄河沉积物相比,同位素组成较高.

图6 两类沉积物中Pb同位素组成与Pb含量、Pb/Al的相关关系

本研究中调水调沙期间黄河悬浮泥沙和小浪底水库沉积物中Pb同位素组成的相关关系均在黄河源Pb演化曲线上,与黄土和自然来源黄河沉积物较为接近,表明了其物质来源的一致性;与气溶胶、煤炭等其他物质的同位素组成则有明显的差异,与干季黄河悬浮体也有差异.本研究2类沉积物均跨越了黄土、自然来源黄河沉积物,沿着黄河源Pb的回归曲线分布,表明其以黄土风化等自然来源为主,但部分沉积物也受到了人类活动的影响.在调水调沙前期、末期及第2阶段的后期,利津站悬浮泥沙中Pb同位素组成相对较高,超过了黄河和自然来源黄河沉积物,表明这段时间悬浮沉积物中Pb组成受到一定程度的人类活动影响,与小浪底水库部分沉积物的同位素组成相似.而在调水调沙中间的主要时段Pb同位素组成则相对较低,更接近黄土及自然源黄河沉积物,表明该期间悬浮泥沙中Pb主要以自然来源为主.

黄河沉积物、黄河悬浮体、黄土参考文献[7];燃煤飞灰参考[8];天津、北京气溶胶样品、煤炭等参考[36];汽车尾气参考[37];中国Pb的演化曲线参考文献[39];Pb生长曲线参考文献[40]

3.2 调水调沙进程对黄河入海泥沙Pb来源的影响

黄河调水调沙是利用中上游水库的联合调度,以人造洪峰来冲刷黄河下游悬河河槽,将黄河泥沙输送入海,因而调水调沙期间黄河悬浮沉积物可能主要来自于洪水对下游河道沉积物的侵蚀或者黄河中上游小浪底等库区淤积沉积物的释放.传统的调水调沙分2个阶段实施,导致利津水文站监测的悬沙浓度出现2个峰值,即第1阶段小浪底水库泄洪冲刷下游河槽引起的高浓度泥沙,第2阶段小浪底水库排沙导致的第2个悬沙浓度的高峰[22].但2015年调水调沙的第2阶段,虽然径流量仍保持较高,但利津水文站悬沙浓度持续降低,并未监测到第2个悬沙高峰的出现(图2b).本年度调水调沙期间的水沙通量较往年也明显偏低,尤其与2013年黄河调水调沙较为典型的年份相比,2015年调水调沙第二阶段输沙减小的更为显著[17,28].以此同时,2015年黄河调水调沙期间悬浮沉积物的粒径与往年相比显著增粗[17,28],悬浮沉积物的粒径大小、物质组成及Pb元素含量等与小浪底水库沉积物也均有较大差异.据水利部黄河水利委员会公布的数据显示,2014年黄河出现罕见的全流域性干旱,2015年黄河流域主要水文控制站水沙特征与多年平均值相比,实测径流量偏小14%~54%,实测输沙量偏小69%~98%, 2015年小浪底水库首次出现进入黄河下游河道的实测年输沙量为零[23].这表明由于中上游水库水量较小,导致2015年调水调沙期间中上游水库排放的水沙量相对较小,在第2阶段小浪底水库淤积的泥沙并未大量排出,调水调沙期间利津水文站监测到的泥沙主要以对下游河道的冲刷来源为主,小浪底水库沉积物对其影响较小.

研究表明,黄河下游由于防洪和灌溉的需求,修建了大量的防洪堤坝,使河道变得狭窄,大大减小了下游漫滩流量和沿岸重金属的输入[41];且由于泥沙淤积使其成为地上河,阻碍了支流和排污管道等的污水向下游河道中的排放[28].而中上游支流众多,涵盖了黄河90%以上的流域面积,来自各支流的大量污染物质输送进入黄河,且排放量逐年增多,因此,黄河沉积物中人类排放的重金属主要来自中上游[22,28].由于中上游大量水库的拦截作用,使得人类活动排放导致的重金属含量相对较高的沉积物多淤泥在水库中.因此小浪底水库沉积物中Pb元素含量明显较高,且Pb稳定同位素组成与Pb含量的比值关系也表明部分站位沉积物受到人类活动的显著影响(图6).

在2015年黄河调水调沙的前期,洪水尚未到达利津水文站,径流量较小,悬浮沉积物粒径相对较小,Pb元素含量较高,稳定同位素组成也相对较高(图4),其来源仍以中上游来源为主.调水调沙的主要时段黄河入海沉积物主要来自于洪水对下游河道的冲刷侵蚀作用.第一阶段,随着洪水到来,冲刷下游河床带来的大量的粗粒且洁净的沉积物,悬浮沉积物粒径明显增粗(图3),导致Pb含量逐渐减小,但通过Al归一化处理消除沉积物组成对重金属的影响之后,Pb元素减小的趋势并不明显,此时Pb稳定同位素组成逐步减小(图4),Pb以下游河道沉积物来源为主.而到了第2阶段,持续较高的径流量和早期的冲刷导致了该阶段悬浮泥沙粒径进一步增大(图3)和悬沙浓度的急剧降低(图2b),Pb元素含量在消除沉积物组成影响前后均表现为减小的趋势,稳定同位素组成也更低(图4),此时Pb仍以下游河道冲刷为主.而到了第2阶段后期以及调水调沙的末期,随着水沙通量的下降,洪水对下游的冲刷作用迅速减弱,悬浮沉积物颗粒粒径减小,Pb元素含量显著回升,稳定同位素组成也有显著增大(图4).

4 结论

4.1 黄河调水调沙期间利津悬浮泥沙中Pb为含量介于18.09~28.35μg/g,平均21.64μg/g,稳定同位素207Pb/206Pb为0.8367~0.8481,208Pb/206Pb为2.0839~ 2.0997.Pb含量及稳定同位素组成均在调水调沙前期、末期较高,调水调沙主要时段则较低.小浪底水库沉积物中Pb的含量为37.43~46.64μg/g,平均42.76μg/g,显著高于调水调沙期间利津站悬浮泥沙, Pb稳定同位素的组成207Pb/206Pb与208Pb/206Pb分别为0.8367~0.8461和2.0799~2.0999,与调水调沙期间利津站悬浮泥沙Pb同位素组成范围相当.

4.2 调水调沙期间黄河悬浮泥沙和小浪底水库沉积物中Pb同位素组成均符合黄河源Pb演化规律,表明了其物质来源的一致性.2类沉积物均以自然来源为主,但小浪底水库沉积物因受到中上游流域污染的影响,部分沉积物Pb来源显然受到了人类活动的影响.在调水调沙前期和末期水沙通量小,洪水对下游的冲刷作用弱,Pb以中上游来源为主,因而含量和同位素组成较高,受到人类活动的影响.而在调水调沙中间的主要时段,入海悬浮泥沙以洪水对下游河床冲刷为主,Pb元素含量及同位素组较低,Pb以自然来源为主,未受到人类活动影响.

[1] Nriagu J O. Tales told in lead [J]. Science, 1998,281:1622-1623.

[2] Hao Y C, Guo Z G, Yang Z S, et al. Tracking historical lead pollution in the coastal area adjacent to the Yangtze River Estuary using lead isotopic compositions [J]. Environmental Pollution, 2008,156:1325- 1331.

[3] Soto-Jimenez M F, Hibdon S A, Rankin C W, et al. Chronicling a century of lead pollution in Mexico:stable lead is composition analyses of dated sediment cores [J]. Environmental Science and Technology, 2006,40:764-770.

[4] Chow T J, Patterson C C. Lead isotopes in gasoline and aerosols of Los Angeles basin, California [J]. Science, 1965,147:502-508.

[5] Shotyk W, Weiss D, Appleby P G, et al. History of atmospheric lead deposition since 12370 14C yr BP from a peat bog, Jura Mountain, Switzerland [J]. Science, 1998,28:1635-1640.

[6] Wang W, Liu X, Zhao L, et al. Effectiveness of leaded petrol phase-out in Tianjin, China based on the aerosol lead concentration and isotope abundance ratio [J]. Science of the Total Environment, 2006,364:175-187.

[7] Choi M S, Yi H I, Yang S Y, et al. Identification of Pb sources in Yellow Sea sediments using stable Pb isotope ratios [J]. Marine Chemistry, 2007,107:255-274.

[8] Hu N J, Huang P, Liu J H, et al. Tracking lead origin in the Yellow River Estuary and nearby Bohai Sea based on its isotopic composition [J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2015,163:99-107.

[9] Milliman J D, Meade R H. World-wide delivery of river sediment to the oceans [J]. Journal of Geology, 1983,91:1-21.

[10] Meybeck M. The global change of continental aquatic systems: dominant impacts of human activities [J]. Water Sci. Technol., 2004,49:73-83.

[11] Viers J, Dupré B, Gaillardet J. Chemical composition of suspended sediments in World Rivers: New insights from a new database [J]. Science of the Total Environment, 2009,407:853-868.

[12] Yang S Y, Li C X, Liu S G. Chemical fluxes of Asian rivers into oceans and their controlling factors [J]. Marine Science Bulletin, 2001,3(2): 30-37.

[13] Radakovitch O, Roussiez V, Ollivier P, et al. Input of particulate heavy metals from rivers and associated sedimentary deposits on the Gulf of Lion continental shelf [J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2008,77:285-295.

[14] Syvitski J P M, Vorosmarty C J, Kettner A J, et al. Impact of humans on the flux of terrestrial sediment to the global coastal ocean [J]. Science, 2005,308(5720):376-380.

[15] Biemans H, Haddeland I, Kabat P, et al. Impact of reservoirs on river discharge and irrigation water supply during the 20th century [J]. Water Resour. Res. 2011,47(3):1-15.

[16] Miao C, Ni J, Borthwick A G L. Recent changes of water discharge and sediment load in the Yellow River basin, China [J]. Prog. Phys. Geog., 2010,34:541-561.

[17] Hu B Q, Li J, Bi N S, et al. Seasonal variability and flux of particulate trace elements from the Yellow River: Impacts of the anthropogenic flood event [J]. Marine Pollution Bulletin, 2015,91:35-44.

[18] Wang H J, Bi N S, Yoshiki Saito, et al. Recent changes in sediment delivery by the Huanghe (Yellow River) to the sea: Causes and environmental implications in its estuary [J]. Journal of Hydrology, 2010,391:302-313.

[19] Chen J G, Zhou W H, Chen Q. Considerations on water-sediment regulation in later sediment retaining stage of Xiaolangdi reservoir [J]. Yellow River, 2012,34:1-3.

[20] 杨作升,李国刚,王厚杰,等.55年来黄河下游逐日水沙过程变化及其对干流建库的响应[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2008,28(6):9-18. Yang Z S, Li G G, Wang H J, et al. Variation of daily water and sediment discharge in the yellow river lower reaches in the past 55years and its response to the dam operation on its main stream [J]. Mar. geol. Quaternary Geol., 2008,28(6):9-18.

[21] 刘 锋,陈沈良,彭 俊,等.近60年黄河入海水沙多尺度变化及其对河口的影响[J]. 地理学报, 2011,66(3):313-323. Liu F, Chen S L, Peng J, et al. Multi-scale variability of flow discharge and sediment load of Yellow River to sea and its impacts on the estuary during the past 60years [J]. Acta Geographica Sinica, 2011,66(3):313-323.

[22] Huanghe Water Resources Conservation Commission. Huanghe water resources bulletin 2010 [EB/Z]. http://www.yellowriver.gov.cn/other/ hhgb/, 2010.

[23] Liu S M, Li L W, Zhang G L, et al. Impacts of human activities on nutrient transports in the Huanghe (Yellow River) estuary [J]. Journal of Hydrology, 2012,430-431:103-110.

[24] Zhang L J, Wang L, Cai W J, et al. Impact of human activities on organic carbon transport in the Yellow River [J]. Biogeosciences, 2013, 10:2513-2524.

[25] Sui J J, Yu Z G, Xu B C, et al. Concentrations and fluxes of dissolved uranium in the Yellow River estuary: seasonal variation and anthropogenic (Water-Sediment Regulation Scheme) impact [J]. Journal of Environmental Radioactivity, 2014,128:38-46.

[26] 姚庆祯,于志刚,王 婷,等.调水调沙对黄河下游营养盐变化规律的影响[J]. 环境科学, 2009,30(12):3534-3540. Yao Q Z, Yu Z G, Wang T, et al. Effect of the first water-sediment regulation on the variations of dissolved inorganic nutrients’ concentrations and fluxes in the lower main channel of the Yellow River [J]. Environmental Science, 2009,30(12):3534-3540.

[27] 陈沛沛,刘素美,张桂玲,等.黄河下游营养盐浓度、入海通量月变化及“人造洪峰”的影响[J]. 海洋学报, 2013,35(2):59-71. Chen P P, Liu S M, Zhang G L, et al. Monthly variation of nutrient concentrations and fluxes in the lower Huanghe River: under the influence of artificial flood [J]. Acta Oceanologica Sinica, 2013,35(2): 59-71.

[28] Bi N S, Yang Z S, Wang H J, et al. Impact of artificial water and sediment discharge regulation in the Huanghe (Yellow River) on the transport of particulate heavy metals to the sea [J]. Catena, 2014,121: 232-240.

[29] Folk R L, Ward W C. Brazos river bar: a study of significance of grain size parameters [J]. Journal of Sedimentary Research, 1957,27:3-26.

[30] 刘 明,徐 琳,张爱滨,等.台式偏振X射线荧光光谱仪在海洋沉积物元素分析中的应用[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2009, 39(3Ⅱ):421-427. Liu M, Fan D J, Zhang A B, et al. The use of desktop polarization X-ray fluorescence spectrometry in the marine sediments geochemical analysis [J]. Periodical of Ocean University of China, 2009,39(Sup.): 421-427.

[31] Liu M, Fan D J, Liao Y J, et al. Heavy metals in surficial sediments of the central Bohai Sea: their distribution, speciation and sources [J]. Acta Oceanol. Sin., 2016,35(9):98-110.

[32] 张 俊,刘季花,张 辉,等.黄河入海口湿地区底质重金属污染的Pb同位素示踪[J]. 海洋科学进展, 2014,32(4):491-500. Zhang J, Liu J, Zhang H, et al. Pollutions from heavy metals in the surface sediment in the wetland region of the Yellow River estuary: lead isotope tracer [J]. Advances in Marine Science, 2014,32(4):491- 500.

[33] Mecray E L, Buchholtz Ten, Brink M R. Contaminant distribution and accumulation in the surface sediments of Long Island Sound [J]. Journal of Coastal Research, 2000,16(3):575-590.

[34] Zhou F, Guo H C, Hao Z J. Spatial distribution of heavy metals in Hong Kong’s marine sediments and their human impacts: a GIS-based chemometric approach [J]. Marine Pollution Bulletin, 2007,54:1372- 1384.

[35] Clark M W, Davies-McConchie F, McConchie D, et al. Selective chemical extraction and grain size normalization for environmental assessment of anoxic sediments: validation of an integrated procedure [J]. Sci. Total Environ., 2000,258(3):149-170.

[36] 王 婉,刘咸德,郭冬发,等.北京冬季大气颗粒物中铅的同位素丰度比的测定和来源研究[J]. 质谱科学, 2002:23(1):21-29. Wang W, Liu X, Guo D, et al. Determination of isotope abundance ratio of lead in Beijing atmospheric aerosol and lead source study [J]. Journal of Chinese Mass Spectrometry Society, 2002:23(1):21-29.

[37] Zheng J, Tan M, Yasuyuki S, et al. Characteristics of lead isotope ratios and elemental concentrations in PM10fraction of airborne particulate matter in Shanghai after the phase-out of leaded gasoline [J]. Atmos. Environ., 2004,38:1191-1200.

[38] Cheng H F, Hu Y A. Lead (Pb) isotopic fingerprinting and its applications in lead pollution studies in China: A review [J]. Environmental Pollution, 2010,158:1134–1146.

[39] Mukai H, Tanaka A, Fuji T, et al. Regional characteristic of sulfur and lead at several Chinese urban sites [J]. Environmental Science and Technology, 2001,35:1064–1071.

[40] Cumming G L, Richards J R. Ore lead isotope ratios in a continuously changing Earth [J]. Earth Planet. Sci. Lett., 1975,28:155-171.

[41] Lair G, Zehetner F, Fiebig M, et al. How do long-term development and periodical changes of riverfloodplain systems affect the fate of contaminants? Results from European rivers [J]. Environ. Pollut., 2009,157:3336-3346.

Variations of Pb and its stable isotopic composition of suspended particles in the Yellow River during water-sediment regulation scheme period in 2015.

LIU Ming1,2*, YANG Ya-di1, BI Nai-shuang1,2, CHEN Jing-bo1, FAN De-jiang1,2

(1.Key Laboratory of Submarine Geosciences and Technology of Ministry of Education, College of Marine Geosciences, Ocean University of China, Qingdao 266100, China；2.Laboratory for Marine Geology, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266061, China)., 2019,39(7)：3009~3017

Field observations and sediment samples collection were conducted at Lijin Hydrological Station during the Water-Sediment Regulation Scheme (WSRS) period from June 29 to July 20 in 2015 and Xiaolangdi Reservoir. The temporal variations, sources and influence by WSRS of the particulate trace metal lead (Pb) concentrations and its stable isotopic composition in the Yellow River were studied. The results showed that the contents of Pb in the suspended sediments from the Yellow River were ranged from 18.09 to 28.35μg/g, with average of 21.64μg/g, while the value of the stable isotope207Pb/206Pb and208Pb/206Pb were ranged 0.8367~0.8481, 2.0839~2.0997, respectively. Both the concentrations of Pb and its stable isotope composition were higher in the early and final stages of WSRS, but lower in the middle of this period. Pb in the studied sediments was mainly natural sources, but the content of Pb in sediments of Xiaolangdi Reservoir were significantly higher, which affected by the pollution of human activities in the middle and upper reaches of the Yellow River basin. The process of WSRS has a significant impact on the variations and source of Pb from the Yellow River into the sea. In the early and final stages of WSRS, with the lower water and sediment flux, the flooding effect on the downstream riverbed was weak, so the Pb content and isotopic composition were higher, which were mainly come from the middle and upper reaches and affected by human activities. In the main period of WSRS, the suspended sediment from Yellow River to the sea was dominated by the source of the flooding to downstream riverbed, so Pb in sediments was dominated by natural sources and was not affected by human activities.

lead isotope；source；Yellow River；water-sediment regulation scheme

X522

A

1000-6923(2019)07-3009-09

刘 明(1984-),男,山东泰安人,高级实验师,博士,主要从事海洋沉积学、沉积地球化学方面的研究.发表论文30余篇.

2018-11-29

国家自然科学基金资助项目(41606054,41676036);国家重点研发计划(2016YFA0600904)

* 责任作者, 高级实验师, mingliuouc@163.com