洽川濕地土壤重金屬污染分析

葉玉超+任力+胥曉麗+等

摘要：對(duì)黃河洽川濕地進(jìn)行樣品采集，采用國標(biāo)法消化，測(cè)定了濕地土壤中Pb、Cd、Cr、Cu、Zn和 Mn的含量，利用單因子污染指數(shù)、均方根綜合污染指數(shù)和地積累污染指數(shù)法評(píng)價(jià)土壤重金屬的污染程度。結(jié)果表明，洽川濕地采樣范圍重金屬總體污染情況比較嚴(yán)重，污染主要來自重金屬Cd，其他重金屬造成的影響相對(duì)較小。

關(guān)鍵詞：洽川；黃河濕地；土壤；重金屬；污染

中圖分類號(hào)： X53文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2014）06-0339-03

收稿日期：2013-08-30

基金項(xiàng)目：陜西省自然科學(xué)基金（編號(hào)：2013JQ2021）；國家大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃（編號(hào)：201210723003）；渭南師范學(xué)院科研基金（編號(hào)：13YKP007）。

作者簡介：葉玉超（1993—），男，本科生。

通信作者：李吉鋒（1977—），男，山東青島人，碩士，副教授，主要從事環(huán)境分析。E-mail：ustc1@163.com。黃河洽川濕地位于陜西省合陽縣城東23 km處的洽川鎮(zhèn)黃河二級(jí)臺(tái)地上，東臨黃河、西依青山，土地肥沃，氣候濕潤，水源充足，物產(chǎn)豐富，素有“小江南”之美稱。濕地面積 165 km2，內(nèi)有黃河流域最大的蘆葦蕩（0.667萬hm2）和最大的濕地保護(hù)區(qū)（1萬hm2），百余種國家一、二級(jí)保護(hù)動(dòng)物在此棲息。常見植物群落有蘆葦、堿蓬、水蓼、柳等天然植物群落，亦有少量人工栽培的楊柳等樹木?！对娊?jīng)》中著名的“關(guān)關(guān)雎鳩，在河之洲。窈窕淑女，君子好逑?！北愠鲎杂诖?。洽川濕地內(nèi)豐富的植物群落和沼澤堆積物具有很大的吸附能力，污水或含重金屬的工業(yè)廢水進(jìn)入黃河后，重金屬的大部分能被濕地植物和沼澤堆積物吸附。濕地在對(duì)黃河起凈化作用的同時(shí)，本身會(huì)受到重金屬等的污染。為了對(duì)濕地這一地球“腎臟”的病情進(jìn)行診斷，本研究對(duì)洽川濕地布點(diǎn)采樣，采用國標(biāo)法測(cè)定了其Pb、Cd、Cr、Cu、Zn和 Mn的含量并利用單因子污染指數(shù)、均方根綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)土壤重金屬的污染程度。

1樣品的采集和分析

1.1采集和制備

選擇洽川濕地南至處女泉北至黃河魂入口之間濕地布點(diǎn)采樣，共設(shè)置18個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)位置見圖1和圖2，每個(gè)采樣點(diǎn)同時(shí)采集3份樣品，每份1 kg左右，混勻作為1個(gè)采樣點(diǎn)的樣品。樣品晾干后去除石子和動(dòng)植物殘?bào)w等異物，通過80目尼龍篩，利用4分法將采集的18個(gè)土壤樣品分別縮分。準(zhǔn)確稱取1.00 g土樣置于100 mL聚四氟乙烯燒杯中，用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解[1]，定容于50 mL容量瓶中。消解樣品同時(shí)做空白1份。用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定含量。

1.2試劑、儀器及測(cè)定條件

各元素的分析純?cè)噭?，用于配制?chǔ)備液和標(biāo)準(zhǔn)溶液。鹽酸、硝酸、高氯酸、氫氟酸均為分析純，二次蒸餾水。WFX-120原子吸收分光光度計(jì)（北京瑞利），Pb、Cd、Cr、Cu、Zn和Mn空心陰極燈。

1.3準(zhǔn)確度試驗(yàn)

選取2號(hào)土壤樣品，加入一定量各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，消化后測(cè)定并計(jì)算加標(biāo)回收率，平行測(cè)定3次，回收率均高于90%。

1.4精密度試驗(yàn)

選取消化后的2號(hào)樣品，對(duì)各元素均連續(xù)進(jìn)樣5次，計(jì)算精密度，RSD均小于1%。

2洽川濕地土壤中重金屬污染情況及評(píng)價(jià)

2.1洽川土壤中重金屬含量

洽川濕地土壤重金屬含量、陜西省表層土壤重金屬的背景值[2]見表1。

2.2洽川濕地重金屬污染評(píng)價(jià)

2.2.1單因子污染指數(shù)和均方根綜合污染指數(shù)法土壤的重金屬污染評(píng)價(jià)采用單因子污染指數(shù)、均方根綜合污染指數(shù)[3]等不同方法分別進(jìn)行評(píng)價(jià)。單因子污染指數(shù)能準(zhǔn)確地反映單個(gè)元素的污染特性，均方根誤差能綜合考慮各污染因子的污染程度，以上評(píng)價(jià)方法能從不同的角度評(píng)價(jià)重金屬污染的不同狀況。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)陜西省土壤背景值，污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)參照表2。

（1）單因子污染指數(shù)公式為：

Pi=Ci/Coi（1）

式中：Pi為土壤重金屬元素i的污染指數(shù)；Ci為土壤重金屬元素i的實(shí)測(cè)濃度；Coi為陜西省土壤重金屬元素i的背景值。

染程度15.46中度42.55重度1.40輕度0.46未0.78未0.48未17.51重度24.06中度63.83重度4.60輕度1.48輕度1.16輕度0.90未26.13重度38.43重度56.38重度1.35輕度1.56輕度1.09未1.08輕度23.30重度418.75重度51.06重度1.45輕度2.13輕度0.87輕度1.72輕度23.35重度53.77中度55.32重度0.80未0.90未1.12輕度0.80未24.57重度64.54中度76.60重度1.10輕度1.13輕度1.11輕度1.11輕度34.39重度73.46中度19.15重度0.95未1.25輕度0.89未0.91未16.15重度83.44中度24.47重度1.61輕度1.51輕度1.05輕度1.02輕度10.14重度95.05中度68.09重度1.10輕度0.50未1.20輕度1.34輕度28.13重度105.23中度79.79重度1.55輕度1.44輕度1.33輕度1.27輕度34.62重度113.93中度18.09重度1.10輕度1.69輕度1.10輕度1.03輕度16.05重度126.52中度31.91重度1.50輕度3.00中度0.88未1.29輕度14.89重度134.14中度20.21重度0.95未1.11輕度0.90未0.79未10.41重度144.04中度39.36重度0.75未0.73未0.51未0.55未16.16重度155.10中度60.64重度1.60輕度1.58輕度1.10輕度1.38輕度25.72重度165.35中度60.64重度1.85輕度2.47輕度1.36輕度2.17輕度24.91重度175.78中度44.68重度1.30輕度1.06輕度0.82未1.52輕度18.42重度185.88中度55.32重度1.15輕度1.32輕度0.95未1.26輕度22.73重度

按照單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)，Pb屬于中度污染到重度污染；Cd的所有采樣點(diǎn)均屬于重度污染；Cu 1、5、9、14采樣點(diǎn)屬于無污染，12采樣點(diǎn)屬于中度污染，其他采樣點(diǎn)屬于輕度污染；Cr、Mn和Zn總體屬于未污染和輕度污染。從單元素分析Cd污染最重，Pb次之，Cu污染較輕，其他重金屬污染相對(duì)較輕。按照均方根綜合污染指數(shù)分析整個(gè)采樣區(qū)域處于中度污染，主要原因是Cd對(duì)均方根綜合污染指數(shù)貢獻(xiàn)較大，分析結(jié)果污染嚴(yán)重。

2.2.2地積累指數(shù)法為了較為客觀地評(píng)價(jià)濕地土壤中Pb的污染程度，采用了較為常用的地積累指數(shù)法[4]。

Igeo=log2[Cn/（1.5Bn）]

式中：Cn為元素的實(shí)測(cè)含量，Bn為該元素的背景含量。

Muller等提出的地積累指數(shù)的污染程度級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)詳見表4。

表4Muller地積累指數(shù)分級(jí)

Igeo分級(jí)污染程度≤00無污染>0～11輕度污染到中度污染>1～22中度污染>2～33中度污染到強(qiáng)度污染>3～44強(qiáng)度污染>4～55強(qiáng)度污染到極嚴(yán)重污染>5～106極嚴(yán)重污染

洽川濕地土壤重金屬地累積指數(shù)見表5。表5土壤重金屬地積累指數(shù)及污染等級(jí)

區(qū)域PbCdCrCuMnZnIgeo等級(jí)Igeo等級(jí)Igeo等級(jí)Igeo等級(jí)Igeo等級(jí)Igeo等級(jí)11.8724.845-0.100-1.700-0.940-1.65021.4425.4360.101-0.020-0.370-0.73032.5035.256-0.1500.060-0.470-0.47043.6645.116-0.0500.521-0.0800.20151.3425.2260.031-0.740-0.420-0.92061.6025.6960.171-0.410-0.430-0.43071.2123.694-0.660-0.260-0.080-0.72081.2024.0450.2210.011-0.520-0.06091.7625.526-0.450-1.580-0.330-0.160101.8125.7560.051-0.060-0.170-0.240111.3923.604-0.4500.171-0.450-0.550122.1334.4350.001-0.300-0.780-0.220131.4723.774-0.660-0.440-0.740-0.930141.4324.735-1.000-1.040-1.560-1.460151.7725.3460.0910.081-0.450-0.120161.8425.3460.3010.721-0.1400.531171.9524.915-0.210-0.500-0.8800.021181.9825.226-0.380-0.190-0.660-0.250

分析結(jié)果表明，Pb各采樣點(diǎn)處于中度污染到強(qiáng)度污染；Cd污染總體處于強(qiáng)度污染到極強(qiáng)污染；Cr、Cu總體處于無污染到中度污染；Mn處于無污染，污染最輕；Zn處于無污染。對(duì)比各種重金屬的地積累指數(shù)發(fā)現(xiàn)，洽川濕地Cd污染最嚴(yán)重，各采樣點(diǎn)都是強(qiáng)度污染以上級(jí)別，Pb污染次之，Cr和Cu污染相對(duì)較輕，Mn和Zn污染最輕。

3討論

綜合均方根綜合污染指數(shù)法和地積累污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果，洽川濕地采樣范圍Cd污染比較嚴(yán)重，導(dǎo)致綜合均方根綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)后濕地重金屬污染總體嚴(yán)重。濕地污染主要來自重金屬Cd，其他重金屬造成的影響相對(duì)小得多。

本次所設(shè)定的采樣點(diǎn)均屬于黃河洽川濕地范圍，屬于黃河河流影響范圍，重金屬含量受到黃河河水影響，但是濕地土壤和河流底泥不同，它所受污染比底泥要輕，濕地本身具有一定的自凈作用，濕地生存的蘆葦?shù)戎参飳?duì)于重金屬具有吸收累積作用，可以降低濕地土壤重金屬含量，但洽川濕地仍屬于很強(qiáng)生態(tài)危害，主要原因是Cd污染嚴(yán)重超標(biāo)。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)上游污染物尤其是Cd污染排放進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，洽川濕地應(yīng)適當(dāng)增加對(duì)于Cd具有累積作用的植物種植，最好從本土生長的植物中篩選，以利對(duì)重金屬進(jìn)行富集去除。

參考文獻(xiàn)：

[1]李吉鋒. 關(guān)中公路土壤重金屬污染及潛在生態(tài)危害分析[J]. 土壤通報(bào)，2013，44（3）：744-747.

[2]王利軍，盧新衛(wèi)，雷凱，等. 渭河寶雞段表層沉積物重金屬污染研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30（2）：334-340.

[3]丁桑嵐. 環(huán)境評(píng)價(jià)概論[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[4]王京. 崇明島主要公路重金屬污染研究[D].

按照單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)，Pb屬于中度污染到重度污染；Cd的所有采樣點(diǎn)均屬于重度污染；Cu 1、5、9、14采樣點(diǎn)屬于無污染，12采樣點(diǎn)屬于中度污染，其他采樣點(diǎn)屬于輕度污染；Cr、Mn和Zn總體屬于未污染和輕度污染。從單元素分析Cd污染最重，Pb次之，Cu污染較輕，其他重金屬污染相對(duì)較輕。按照均方根綜合污染指數(shù)分析整個(gè)采樣區(qū)域處于中度污染，主要原因是Cd對(duì)均方根綜合污染指數(shù)貢獻(xiàn)較大，分析結(jié)果污染嚴(yán)重。

2.2.2地積累指數(shù)法為了較為客觀地評(píng)價(jià)濕地土壤中Pb的污染程度，采用了較為常用的地積累指數(shù)法[4]。

Igeo=log2[Cn/（1.5Bn）]

式中：Cn為元素的實(shí)測(cè)含量，Bn為該元素的背景含量。

Muller等提出的地積累指數(shù)的污染程度級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)詳見表4。

表4Muller地積累指數(shù)分級(jí)

Igeo分級(jí)污染程度≤00無污染>0～11輕度污染到中度污染>1～22中度污染>2～33中度污染到強(qiáng)度污染>3～44強(qiáng)度污染>4～55強(qiáng)度污染到極嚴(yán)重污染>5～106極嚴(yán)重污染

洽川濕地土壤重金屬地累積指數(shù)見表5。表5土壤重金屬地積累指數(shù)及污染等級(jí)

區(qū)域PbCdCrCuMnZnIgeo等級(jí)Igeo等級(jí)Igeo等級(jí)Igeo等級(jí)Igeo等級(jí)Igeo等級(jí)11.8724.845-0.100-1.700-0.940-1.65021.4425.4360.101-0.020-0.370-0.73032.5035.256-0.1500.060-0.470-0.47043.6645.116-0.0500.521-0.0800.20151.3425.2260.031-0.740-0.420-0.92061.6025.6960.171-0.410-0.430-0.43071.2123.694-0.660-0.260-0.080-0.72081.2024.0450.2210.011-0.520-0.06091.7625.526-0.450-1.580-0.330-0.160101.8125.7560.051-0.060-0.170-0.240111.3923.604-0.4500.171-0.450-0.550122.1334.4350.001-0.300-0.780-0.220131.4723.774-0.660-0.440-0.740-0.930141.4324.735-1.000-1.040-1.560-1.460151.7725.3460.0910.081-0.450-0.120161.8425.3460.3010.721-0.1400.531171.9524.915-0.210-0.500-0.8800.021181.9825.226-0.380-0.190-0.660-0.250

分析結(jié)果表明，Pb各采樣點(diǎn)處于中度污染到強(qiáng)度污染；Cd污染總體處于強(qiáng)度污染到極強(qiáng)污染；Cr、Cu總體處于無污染到中度污染；Mn處于無污染，污染最輕；Zn處于無污染。對(duì)比各種重金屬的地積累指數(shù)發(fā)現(xiàn)，洽川濕地Cd污染最嚴(yán)重，各采樣點(diǎn)都是強(qiáng)度污染以上級(jí)別，Pb污染次之，Cr和Cu污染相對(duì)較輕，Mn和Zn污染最輕。

3討論

綜合均方根綜合污染指數(shù)法和地積累污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果，洽川濕地采樣范圍Cd污染比較嚴(yán)重，導(dǎo)致綜合均方根綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)后濕地重金屬污染總體嚴(yán)重。濕地污染主要來自重金屬Cd，其他重金屬造成的影響相對(duì)小得多。

本次所設(shè)定的采樣點(diǎn)均屬于黃河洽川濕地范圍，屬于黃河河流影響范圍，重金屬含量受到黃河河水影響，但是濕地土壤和河流底泥不同，它所受污染比底泥要輕，濕地本身具有一定的自凈作用，濕地生存的蘆葦?shù)戎参飳?duì)于重金屬具有吸收累積作用，可以降低濕地土壤重金屬含量，但洽川濕地仍屬于很強(qiáng)生態(tài)危害，主要原因是Cd污染嚴(yán)重超標(biāo)。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)上游污染物尤其是Cd污染排放進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，洽川濕地應(yīng)適當(dāng)增加對(duì)于Cd具有累積作用的植物種植，最好從本土生長的植物中篩選，以利對(duì)重金屬進(jìn)行富集去除。

參考文獻(xiàn)：

[1]李吉鋒. 關(guān)中公路土壤重金屬污染及潛在生態(tài)危害分析[J]. 土壤通報(bào)，2013，44（3）：744-747.

[2]王利軍，盧新衛(wèi)，雷凱，等. 渭河寶雞段表層沉積物重金屬污染研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30（2）：334-340.

[3]丁桑嵐. 環(huán)境評(píng)價(jià)概論[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[4]王京. 崇明島主要公路重金屬污染研究[D].

按照單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)，Pb屬于中度污染到重度污染；Cd的所有采樣點(diǎn)均屬于重度污染；Cu 1、5、9、14采樣點(diǎn)屬于無污染，12采樣點(diǎn)屬于中度污染，其他采樣點(diǎn)屬于輕度污染；Cr、Mn和Zn總體屬于未污染和輕度污染。從單元素分析Cd污染最重，Pb次之，Cu污染較輕，其他重金屬污染相對(duì)較輕。按照均方根綜合污染指數(shù)分析整個(gè)采樣區(qū)域處于中度污染，主要原因是Cd對(duì)均方根綜合污染指數(shù)貢獻(xiàn)較大，分析結(jié)果污染嚴(yán)重。

2.2.2地積累指數(shù)法為了較為客觀地評(píng)價(jià)濕地土壤中Pb的污染程度，采用了較為常用的地積累指數(shù)法[4]。

Igeo=log2[Cn/（1.5Bn）]

式中：Cn為元素的實(shí)測(cè)含量，Bn為該元素的背景含量。

Muller等提出的地積累指數(shù)的污染程度級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)詳見表4。

表4Muller地積累指數(shù)分級(jí)

Igeo分級(jí)污染程度≤00無污染>0～11輕度污染到中度污染>1～22中度污染>2～33中度污染到強(qiáng)度污染>3～44強(qiáng)度污染>4～55強(qiáng)度污染到極嚴(yán)重污染>5～106極嚴(yán)重污染

洽川濕地土壤重金屬地累積指數(shù)見表5。表5土壤重金屬地積累指數(shù)及污染等級(jí)

區(qū)域PbCdCrCuMnZnIgeo等級(jí)Igeo等級(jí)Igeo等級(jí)Igeo等級(jí)Igeo等級(jí)Igeo等級(jí)11.8724.845-0.100-1.700-0.940-1.65021.4425.4360.101-0.020-0.370-0.73032.5035.256-0.1500.060-0.470-0.47043.6645.116-0.0500.521-0.0800.20151.3425.2260.031-0.740-0.420-0.92061.6025.6960.171-0.410-0.430-0.43071.2123.694-0.660-0.260-0.080-0.72081.2024.0450.2210.011-0.520-0.06091.7625.526-0.450-1.580-0.330-0.160101.8125.7560.051-0.060-0.170-0.240111.3923.604-0.4500.171-0.450-0.550122.1334.4350.001-0.300-0.780-0.220131.4723.774-0.660-0.440-0.740-0.930141.4324.735-1.000-1.040-1.560-1.460151.7725.3460.0910.081-0.450-0.120161.8425.3460.3010.721-0.1400.531171.9524.915-0.210-0.500-0.8800.021181.9825.226-0.380-0.190-0.660-0.250

分析結(jié)果表明，Pb各采樣點(diǎn)處于中度污染到強(qiáng)度污染；Cd污染總體處于強(qiáng)度污染到極強(qiáng)污染；Cr、Cu總體處于無污染到中度污染；Mn處于無污染，污染最輕；Zn處于無污染。對(duì)比各種重金屬的地積累指數(shù)發(fā)現(xiàn)，洽川濕地Cd污染最嚴(yán)重，各采樣點(diǎn)都是強(qiáng)度污染以上級(jí)別，Pb污染次之，Cr和Cu污染相對(duì)較輕，Mn和Zn污染最輕。

3討論

綜合均方根綜合污染指數(shù)法和地積累污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果，洽川濕地采樣范圍Cd污染比較嚴(yán)重，導(dǎo)致綜合均方根綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)后濕地重金屬污染總體嚴(yán)重。濕地污染主要來自重金屬Cd，其他重金屬造成的影響相對(duì)小得多。

本次所設(shè)定的采樣點(diǎn)均屬于黃河洽川濕地范圍，屬于黃河河流影響范圍，重金屬含量受到黃河河水影響，但是濕地土壤和河流底泥不同，它所受污染比底泥要輕，濕地本身具有一定的自凈作用，濕地生存的蘆葦?shù)戎参飳?duì)于重金屬具有吸收累積作用，可以降低濕地土壤重金屬含量，但洽川濕地仍屬于很強(qiáng)生態(tài)危害，主要原因是Cd污染嚴(yán)重超標(biāo)。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)上游污染物尤其是Cd污染排放進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，洽川濕地應(yīng)適當(dāng)增加對(duì)于Cd具有累積作用的植物種植，最好從本土生長的植物中篩選，以利對(duì)重金屬進(jìn)行富集去除。

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