白馬湖底泥重金屬污染特征分析

郝達(dá)平　劉雪梅

摘要

[目的] 對(duì)白馬湖區(qū)底泥重金屬污染狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。[方法] 對(duì)白馬湖6個(gè)采樣點(diǎn)位、24個(gè)底泥樣品中Cu、Zn、Pb、Cd 4種重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，分析底泥表層和剖面重金屬的含量及分布特征。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用地積累指數(shù)法進(jìn)行污染等級(jí)評(píng)價(jià)。[結(jié)果] 所有底泥樣品中4種重金屬含量值均低于土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在空間分布上，總體呈現(xiàn)出“湖區(qū)含量>入湖口含量>出湖口含量”的規(guī)律，且隨深度增加重金屬含量遞減。Cu、Zn和Pb含量一般在0.4 m 深度附近開始達(dá)到或趨近土壤背景值。相關(guān)性分析及污染評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Cu、Zn和Pb處于由無(wú)污染向中等污染過渡階段，而Cd的含量在部分測(cè)點(diǎn)已達(dá)到中等污染水平，并呈現(xiàn)明顯的內(nèi)源污染特征。[結(jié)論] 該研究可為白馬湖生態(tài)修復(fù)與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 底泥；重金屬；地積累指數(shù)；白馬湖

中圖分類號(hào) S181.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）11-03340-03

Abstract [Objective] The research aimed to monitor and evaluate the heavy metal pollution status about bottom sediment in Baima Lake.

[Method] Based on 6 water samples and 24 sediment samples from Baima Lake， four kinds of heavy metal concentration of Cu，Zn，Pb and Cd were measured. The content and distribution characteristics of heavy metal in the surface layer and profile of the bottom sediment were analyzed. By using the index of geoaccumulation， the classes of pollution were evaluated.

[Result] The results showed that 4 kinds of heavy metal content in all samples of bottom sediment didnt surpass the III level standard. In space distribution， heavy metal contents descended from Lake District to estuary to the bayou. With the increase of depth， heavy metal contents decreased. The contents of Cu，Zn and Pb arrived at or approached to the background value of soil about 0.4 m under the water surface. Correlation analysis and pollution assessment indicated that Cu，Zn and Pb were at the transitory stage from nonpollution to medium pollution. However， Cd had partially reached to medium pollution level. It presented obvious characteristics of endogenous pollution.

[Conclusion] This research could provide theoretical basis for the ecological remediation and protection of Baima Lake.

Key words Bottom sediment； Heavy metal； Index of geoaccumulation； Baima Lake

白馬湖位于淮安市境內(nèi)東南邊緣，堤內(nèi)面積113.4 km2，是白馬湖地區(qū)主要的洪澇調(diào)蓄水庫(kù)，同時(shí)，也是南水北調(diào)東線工程的過境湖泊、淮安中心城市第二水源地，承擔(dān)向17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域供水以及向市區(qū)應(yīng)急供水等任務(wù)。因此，保障白馬湖的水質(zhì)安全具有重要戰(zhàn)略意義。

白馬湖主要入湖河道的潯河是洪澤縣城區(qū)及沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)廢水和生活污水的排泄通道，其水質(zhì)常年為Ⅳ-劣于Ⅴ類，水質(zhì)成分復(fù)雜，對(duì)白馬湖水質(zhì)影響較大；長(zhǎng)期以來的污水注入以及湖區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的過度開發(fā)導(dǎo)致大量污染物沉積于底泥當(dāng)中，具有較大的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)隱患[1-3]，而其中的重金屬污染以其毒性大、難生物降解去除、能通過食物鏈影響人的身體健康[4-5]。為此，該研究對(duì)白馬湖區(qū)底泥重金屬污染狀況進(jìn)行了采樣監(jiān)測(cè)，意在查明該區(qū)域底泥重金屬分布規(guī)律及潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，為白馬湖生態(tài)修復(fù)與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣點(diǎn)布設(shè)及樣品采集

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)側(cè)重于潯河入湖口區(qū)域，兼顧湖區(qū)北部、中部和南部區(qū)域。在調(diào)查范圍內(nèi)共設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)6個(gè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布示意圖見圖1。采用荷蘭Eijkelkamp公司Beeker型底泥原狀采樣器采集樣品，按0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、>40 cm分層取樣，6個(gè)調(diào)查點(diǎn)采集24個(gè)分層樣。

1.2 樣品處理及測(cè)定

樣品經(jīng)自然風(fēng)干，去掉雜物及石塊后研磨過100目篩，采用四分法取樣得待測(cè)樣品。采用逆王水微波消解、原子吸收法測(cè)定銅（Cu） 、鋅（Zn） 、鉛（Pb）、鎘（Cd）含量，采用地質(zhì)礦產(chǎn)部化探分析質(zhì)量監(jiān)控站地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)參考樣（GBW07406（GSS-6），03024）對(duì)檢測(cè)進(jìn)行質(zhì)量控制。

2 結(jié)果與分析

2.1 底泥中重金屬含量特征

白馬湖底泥中重金屬在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的含量及垂直分布見圖2。由圖2可以看出，各測(cè)點(diǎn)的Cu、Zn、Pb和Cd的含量值均不高于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB156181995）中的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（Cu≤400 mg/kg， Zn≤500 mg/kg，Pb≤500 mg/kg，Cd≤1.0 mg/kg），但相較于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即土壤自然背景限制值（Cu≤35 mg/kg， Zn≤100 mg/kg，Pb≤35 mg/kg，Cd≤0.2 mg/kg）仍存在超標(biāo)現(xiàn)象。其中，Cu的最高含量值出現(xiàn)在2號(hào)采樣點(diǎn)的表層，達(dá)到93.7 mg/kg，趨近于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的臨界值100 mg/kg；2、3、4這3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位表層底泥中Zn的含量均超過二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值（Zn≤250 mg/kg）；Pb含量在水平和豎直方向上的波動(dòng)較小，但在1和6兩測(cè)點(diǎn)的深層底泥中其含量高于土壤背景值；Cd的富集程度最為顯著，其中3、4、5監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的含量均值依次達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的3.1倍、4.0倍和2.2倍。

2.2 底泥中重金屬含量分布特征

由圖2可見，在區(qū)域分布上，白馬湖底泥中不同重金屬含量分布均呈現(xiàn)出“湖區(qū)>入湖口>出湖口”的總體規(guī)律，可見重金屬在湖區(qū)有明顯的沉降作用；不同重金屬在理化性質(zhì)上的差異導(dǎo)致了含量分布曲線上特征點(diǎn)位的分離，如Cu的最高含量出現(xiàn)在2點(diǎn)，Zn的最高含量出現(xiàn)在3點(diǎn)，而Pb、Cd出現(xiàn)在4點(diǎn)，這一因素顯著降低了同源重金屬之間在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的正向相關(guān)性[6]。

從豎直方向分布上看，隨著深度的增加底泥重金屬含量總體呈下降趨勢(shì)，Cu、Zn和Pb含量一般在0.4 m 深度附近開始達(dá)到或趨近土壤背景值。Cu、Zn在2、3、4這3點(diǎn)的垂向分布梯度較大，而在5、6兩點(diǎn)波動(dòng)趨于平緩，深層底泥中重金屬含量緩慢上升，表明重金屬在不同層次的底泥之間存在遷移；Cd在整個(gè)區(qū)域內(nèi)垂向含量波動(dòng)均較小，且顯著高于自然背景含量，推測(cè)底泥中存在Cd的歷史累積污染問題。

2.3 相關(guān)性分析

重金屬含量間的相關(guān)性通常被用來推測(cè)重金屬的來源，若不同元素有顯著的相關(guān)性，說明其來源可能相同，否則來源可能不止一個(gè)[7]。為避免理化性質(zhì)差異對(duì)取樣點(diǎn)之間相關(guān)性的顯著影響，選取潯河入湖口處1點(diǎn)位的各重金屬垂向含量進(jìn)行相關(guān)性分析，表1給出了底泥中各重金屬含量之間的相關(guān)系數(shù)矩陣。

Cu、Zn和Pb元素之間呈現(xiàn)較明顯的正相關(guān)關(guān)系，表明其在該點(diǎn)位豎向上具有共同的變化規(guī)律，也說明這些金屬在底泥中具有一定的同源性，因其處于潯河入湖口處，推測(cè)潯河水輸移的人為排污為底泥中Cu、Zn和Pb的主要污染來源。Cd與其他金屬元素的相關(guān)性較弱，結(jié)合其在深層底泥中含量水平較高這一特征，可以判定歷史積蓄的內(nèi)源污染為其主要來源，同時(shí)也伴隨著新的外源污染輸入。

式中，Cn為重金屬元素在底泥中的含量；A為常數(shù)，通常取值為1.5；Bn為重金屬元素的環(huán)境背景值，根據(jù)調(diào)查區(qū)域的實(shí)際情況，選擇土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一類標(biāo)準(zhǔn)作為值。根據(jù)公式（1）計(jì)算得各采樣點(diǎn)底泥中重金屬的地積累指數(shù)見表3。

由表3可以看出，Cu、Zn、Pb 3種重金屬的地積累指數(shù)級(jí)別基本以Ⅰ類為主，部分點(diǎn)位表層底泥中含量達(dá)到Ⅱ類，說明這3類金屬尚處于由無(wú)污染向中等污染過渡階段，且污染范圍具有顯著的局部性。同時(shí)，表層底泥的重金屬含量增加表明重金屬污染具有加劇的趨勢(shì)，應(yīng)加強(qiáng)潯河的污染治理，避免重金屬在湖區(qū)蓄積而引發(fā)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。底泥中Cd的污染等級(jí)基本為Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)水平，達(dá)到中等程度污染，結(jié)合之前的相關(guān)性分析可以得出結(jié)論，Cd具有顯著的內(nèi)源污染特性，在底泥中的蓄積量較高。

4 結(jié)論

（1）白馬湖底泥中Cu、Zn、Pb、Cd 4種重金屬含量均不超過土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) （GB156181995）中的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值。在區(qū)域分布上，不同重金屬均呈現(xiàn)出“湖區(qū)>入湖口>出湖口”的總體規(guī)律，從豎直方向分布上看，底泥重金屬含量總體呈下降趨勢(shì)，Cu、Zn和Pb含量一般在0.4 m深度附近開始達(dá)到或趨近土壤背景值。

（2）相關(guān)性分析表明： Cu、Zn和Pb元素之間呈現(xiàn)較明顯的正相關(guān)關(guān)系，推測(cè)潯河水輸移的上游排污為底泥中Cu、Zn和Pb的主要污染來源；Cd與其他金屬元素的相關(guān)性較弱，結(jié)合其在深層底泥中含量水平較高這一特征，判定歷史積蓄的內(nèi)源污染為其主要來源，同時(shí)也伴隨著新的外源污染輸入。

（3）地積累指數(shù)的污染評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Cu、Zn、Pb 3種重金屬尚處于由無(wú)污染向中等污染過渡階段，且污染范圍具有限制的局部性特征，但重金屬污染加劇的趨勢(shì)應(yīng)引起重視；底泥中Cd的污染已達(dá)到Ⅲ級(jí)，屬于中等強(qiáng)度污染，應(yīng)作為重金屬污染治理工作的重點(diǎn)。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年

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