近紅外光譜法在濕地沉積物重金屬活動(dòng)態(tài)特征測(cè)定中的應(yīng)用

趙 碩，雷 燕，盛 晨

（江西省地質(zhì)局九一二實(shí)驗(yàn)室，江西 鷹潭 335000）

重金屬元素在自然界中的分布極為普遍，但其含量在地質(zhì)背景約束下，容易受到自然作用以及沉積環(huán)境等變化的綜合影響而發(fā)生遷移，尤其是在大氣降水、地表徑流、深部熱液活動(dòng)等的作用下通過(guò)吸附、解吸、淋濾、溶解等作用在巖石—土壤—水界面之間相互遷移，進(jìn)而在有利部位富集。隨著“人類(lèi)命運(yùn)共同體”建設(shè)目標(biāo)的不斷推進(jìn)，人們對(duì)重金屬污染的關(guān)注程度越來(lái)越高，逐漸成為環(huán)境地球化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1]。同時(shí)為了加快生態(tài)文明建設(shè)，濕地公園等成為城市綠色發(fā)展的主要途徑之一[2，3]。但是濕地公園中的沉積物容易受到重金屬元素的污染，進(jìn)而影響人類(lèi)的居住環(huán)境，此時(shí)加強(qiáng)濕地沉積物中重金屬元素的活動(dòng)態(tài)特征是十分有必要的。鑒于此，以近紅外光譜法為研究對(duì)象，分析其在濕地沉積物重金屬活動(dòng)態(tài)特征檢測(cè)中的應(yīng)用。

1 研究區(qū)及樣品采集

研究區(qū)位于某城市北側(cè)的濕地公園，濕地公園西側(cè)和南側(cè)靠近常年性地表河流，表層沉積以河漫灘、冩湖為主。該研究區(qū)年平均氣溫約為11℃，年降水量較充沛，根據(jù)多年降水統(tǒng)計(jì)結(jié)果，一般介于600mm～900mm之間；由于研究區(qū)常年氣溫較高，其蒸發(fā)量一般為1000mm；該研究區(qū)內(nèi)的水體主要受常年性河流及水庫(kù)補(bǔ)給，濕地范圍內(nèi)主要生長(zhǎng)菖蒲、蘆葦?shù)人参颷4，5]。本次樣品采集采用重力鉆獲取65cm沉積柱形樣品的方式進(jìn)行，共計(jì)9件，采樣位置如圖1所示。此外，為準(zhǔn)確分析重金屬元素的來(lái)源，對(duì)周邊表土進(jìn)行了系統(tǒng)的采樣工作，共采集樣品15件。

圖1 研究區(qū)及樣品采集位置示意圖

2 結(jié)果與分析

為了提高近紅外光譜法在測(cè)定重金屬元素動(dòng)態(tài)特征的準(zhǔn)確性、減少儀器的系統(tǒng)誤差等，在開(kāi)始檢測(cè)前需要對(duì)原始光譜進(jìn)行預(yù)處理，選擇最優(yōu)的預(yù)處理方法組合建立校正模型。經(jīng)過(guò)多次校正處理，發(fā)現(xiàn)總量提取方法通常采用“氫氟酸—高氯酸—鹽酸—硝酸”的方式對(duì)樣品進(jìn)行消解處理，最后采用國(guó)際上常用的NIRS測(cè)定重金屬活動(dòng)態(tài)組合含量，進(jìn)而使用光譜預(yù)測(cè)值與測(cè)定值之間的相關(guān)性判斷重金屬活動(dòng)態(tài)特征。因此，將濕地沉積物樣品加入該類(lèi)預(yù)測(cè)模型中，獲得了NIRS預(yù)測(cè)模型對(duì)各個(gè)重金屬元素活動(dòng)態(tài)組合的相關(guān)系數(shù)，其相關(guān)系數(shù)（R2）均大于0.5，預(yù)測(cè)元素主要包括Co、Ni、Pb、Cu、Zn和Cd元素。

此外，研究區(qū)以?xún)婧橹?，該冩湖具有典型牡蠣礁的特征，該?lèi)物質(zhì)以碳酸鈣的形式存在，無(wú)機(jī)碳含量可達(dá)12.3%，且Ca2+離子具有更高的水合性能，在一般情況下對(duì)Zn2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+等離子具有明顯的抑制作用，降低了上述陽(yáng)離子的活動(dòng)性。但是，通常情況下干燥及吸水性強(qiáng)的黏土和土壤中的Pb、Cu元素的活動(dòng)性強(qiáng)于Zn元素，因此上述物質(zhì)的存在可能對(duì)近紅外光譜預(yù)測(cè)值產(chǎn)生影響，進(jìn)而降低其準(zhǔn)確性。光譜預(yù)測(cè)值與化學(xué)測(cè)定值相關(guān)性分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 光譜預(yù)測(cè)值與化學(xué)測(cè)定值相關(guān)性分析

由圖2可知：研究區(qū)所有樣品的光譜預(yù)測(cè)值與化學(xué)測(cè)定值具有良好的線(xiàn)性關(guān)系，其相關(guān)性均大于0.5，說(shuō)明本次預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性較高。同時(shí)根據(jù)表1中測(cè)試結(jié)果可知，研究區(qū)沉積物的光譜預(yù)測(cè)值隨著樣品的采集深度變化逐漸降低，且與測(cè)定值基本一致，即重金屬Co、Ni、Pb、Cu、Zn和Cd元素越靠近表層其活動(dòng)態(tài)組分含量越高。研究區(qū)內(nèi)沉積物中的重金屬Co、Ni、Pb、Cu、Zn和Cd元素的含量均低于國(guó)家農(nóng)用地土壤環(huán)境治理的閾值，說(shuō)明該區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低，這與以蒲、蘆葦?shù)人参餅橹饔嘘P(guān)，該類(lèi)植物對(duì)重金屬具有消除緩解的功能。

表1 研究區(qū)重金屬元素含量與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比表

3 結(jié)語(yǔ)

重金屬元素隨著自然條件的改變而遷移、富集，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)影響較大，尤其是大氣降水、地表徑流等，對(duì)重金屬元素的遷移、富集更明顯。根據(jù)沉積物樣品測(cè)試分析及預(yù)測(cè)模型研究結(jié)果表明，研究區(qū)的重金屬元素活動(dòng)態(tài)靠近表層更高，與測(cè)試結(jié)果一致，說(shuō)明本文的預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確度較高。綜上所述，研究區(qū)的重金屬元素活動(dòng)態(tài)均低于國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)閾值，說(shuō)明研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低。