京津冀大運河水土元素含量測定及相關(guān)性分析研究

凡皓

摘 要：利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）法測定大運河京津冀地區(qū)水土中多項基本元素及一些重金屬元素的含量，通過對水樣與土樣的相關(guān)性分析結(jié)果表明：所對比元素中大部分具有相關(guān)性，且呈現(xiàn)顯著相關(guān)（相關(guān)系數(shù)：0.828），僅有個別元素相關(guān)性較低。以此結(jié)合對元素的單一性分析，并根據(jù)“一河兩岸三地”水土元素的分布對比情況，提出“一河兩岸”自身及周邊環(huán)境的改進方向，以達到運河生態(tài)文化的發(fā)展與京津冀一體化建設(shè)的協(xié)同進步。

關(guān)鍵詞：ICP-AES;大運河水土元素;相關(guān)性分析

人們物質(zhì)生活水平逐漸提高，所帶來的人們對生活水平質(zhì)量的追求也日益提升，而環(huán)境問題正是人們越來越關(guān)注的一大重點。隨著通州城市副中心的建設(shè)，運河文化建設(shè)和京津冀一體化對城市副中心的建設(shè)有很大的影響。在運河文化中，運河遺產(chǎn)文化層面的保護、運河生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，與經(jīng)濟層面的開發(fā)利用是相互促進的。這其中，運河生態(tài)環(huán)境的建設(shè)在南水北調(diào)工程之中是重中之重。因此，本文欲研究大運河京津冀地區(qū)的水土生態(tài)環(huán)境，分析其元素含量與周圍生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系。本文在大運河京津冀地區(qū)的“滄州段”（滄州南湖-人民公園段）、“天津段”（三岔河口）和“通州段”（大運河森林公園）三地每隔一千米進行取樣一次，總長13千米，共取樣15點，水土的取樣與貯藏按照NY/T 1121.1-2006《土壤檢測 第1部分：土壤樣品的采集、處理和貯存》和GB/T 5750.2-2006《生活飲用水標準檢驗方法 水樣的采集與保存》進行。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

未研磨土壤樣品;水樣;HNO3溶液（優(yōu)級純）;新制HClO4溶液;聚四氟乙烯管（配兩種管蓋）;分析天平;ST-60型自動消解儀;SPECTRO ARCOS EOP 型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-AES）等。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理

將土樣研磨過篩后稱取0.1000g于聚四氟乙烯管中，加入5mL HNO3優(yōu)級純?nèi)芤骸?mL新制 HClO4溶液、2mL HF優(yōu)級純?nèi)芤核峄蠓庞赟T-60型自動消解儀中進行消解。在電子天平上向聚四氟乙烯管中加高純水至使原管重增加25g。將聚四氟乙烯管蓋蓋后用力搖勻，倒入離心管中。移取1mL離心管中液體到比色管中，并向比色管中加入高純水至刻度線處定容。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-AES）對已處理的土壤樣品和原始水樣進行原子發(fā)射光譜檢驗;采用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行整理及分析;使用SPSS 20.0對水土元素含量之間的相關(guān)性進行分析。

2 結(jié)果分析

2.1 水土元素含量檢測結(jié)果

本文針對所取樣品進行了原子發(fā)射光譜分析，共測定了包括人體必需重金屬元素、非必須重金屬元素等在內(nèi)的19種元素，并依據(jù)GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》的內(nèi)容，檢測到運河水中所有元素含量均未超出最高標準限值。

2.2 水樣實驗結(jié)果分析

通過對運河水中重金屬元素含量的檢測及分析，發(fā)現(xiàn)并未出現(xiàn)含量超標狀況，說明運河水質(zhì)在此三段并未遭到重金屬污染。

從圖1中可以看出Al元素在通州運河區(qū)域含量較其他兩個地區(qū)偏高。根據(jù)實際調(diào)查走訪，發(fā)現(xiàn)取樣周邊滄州有三家鋁業(yè)公司，而通州有五家，天津則沒有。因此，這可能與通州地區(qū)Al元素含量明顯高于其他兩地有一定關(guān)系。如今采礦、冶煉、化工、制藥等排放的含鋁廢水、廢渣，使得鋁廣泛存在于空氣、食物和各種水源中。不過此次所測得Al元素的含量并未超出飲用水標準（依據(jù)GB 5749-2006《中華人民共和國生活飲用水衛(wèi)生標準》），所以針對運河水中的Al元素?zé)o須作具體處理措施。

2.3 土樣實驗結(jié)果分析

從圖2可以看出滄州、天津、通州的土壤中釩元素含量很高，在滄州、天津、通州運河區(qū)附近都有化工廠的存在，可能是導(dǎo)致水土中釩元素含量較高的因素之一;Cu元素作為一種重金屬元素，但卻是保持農(nóng)作物和畜禽健康成長必須的微量營養(yǎng)元素。三地中Cu元素含量均比標準物質(zhì)高，尤其是運河滄州段，但是依據(jù)GB 15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》，三地的Cu元素含量均達到了二級標準，并未超標。通過查閱相關(guān)標準（GB 15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》），發(fā)現(xiàn)三地的Zn元素含量都在限定值內(nèi)，其中運河滄州段土壤Zn含量達到二級標準，通州和天津段均達到了一級標準，這兩元素含量值反而有效支持了運河生態(tài)理念的建設(shè)。

在對土壤中已檢測的多種元素的綜合分析中，結(jié)合GB 15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》發(fā)現(xiàn)運河滄州段的土壤環(huán)境質(zhì)量達到了三級標準，而天津和通州段的土壤環(huán)境質(zhì)量均達到了二級標準。

3.4 水土元素含量相關(guān)性分析

將上述結(jié)果在Excel表格中整理并使用SPSS 20.0計算之后得到大運河京津冀地區(qū)不同元素水土中的含量相關(guān)性如下表3、表4所示。

在對水樣與土樣元素含量相關(guān)性分析過程中，可以明顯發(fā)現(xiàn)微量元素相較于必需重金屬元素來說元素含量相關(guān)性較強、元素顯著相關(guān)數(shù)量較多。

分析發(fā)現(xiàn)運河滄州段的K、Na元素，在運河兩岸土中與其他兩地相比含量較低，但在運河水中含量卻是其他兩地的幾倍之多，相關(guān)系數(shù)為-0718和-0832，負相關(guān)程度較強。該情況的產(chǎn)生可能與運河兩岸坡度、降水強度、不同地表狀況等有關(guān)，據(jù)實地調(diào)查，滄州段運河兩岸坡度較緩，兩岸地表狀況多為裸地，而Na在這種環(huán)境下的流失量是最大的，所以可能導(dǎo)致了這種特例的出現(xiàn)。

3 結(jié)論

本實驗借助原子發(fā)射光譜法的手段，對大運河京津冀三個地區(qū)幾處典型位置的土樣和水樣中的多種微量元素含量進行了測定，并對實驗結(jié)果進行了不同地區(qū)間和同一地區(qū)不同樣品及元素間的分析，得出京津冀大運河所觀測取樣的三段并未存在重金屬污染情況，但各地區(qū)的少量元素含量可能存在超標風(fēng)險，廢物排放含量仍需進行有效監(jiān)控。進而對大運河京津冀地區(qū)水土中元素進行綜合元素相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)大運河滄州段存在水土流失的情況，對于從不同角度了解大運河京津冀地區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善提供了一些數(shù)據(jù)資料。

參考文獻

[1]韓宏偉，李勇，王建友，等.新疆沙壤土枸杞園不同土層營養(yǎng)元素的相關(guān)性[J].經(jīng)濟林研究，2018，（01）：88.

[2]周燕，商平平.污水治理行業(yè)研究報告[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2018，39（26）：22-23.