安徽長(zhǎng)江主要支流懸浮物重金屬元素分布特征及其指示意義

陳興仁

（安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽合肥 230001）

河流懸浮物是流域各種類物質(zhì)遷移的重要載體。研究河流懸浮物中重金屬元素的分布特征，對(duì)于追蹤流域內(nèi)重金屬元素的來源及其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律具有重要意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者都十分重視河流懸浮物的調(diào)查和研究，利用各種采樣方案揭示懸浮物及其中污染物的含量、輸出通量、季節(jié)變化、空間差異、污染物存在形式及其來源等［1－8］，獲得了豐富的地球化學(xué)基礎(chǔ)資料。

多目標(biāo)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果表明，長(zhǎng)江流域安徽段沿岸沖積平原土壤中Cd等多種重金屬元素富集的現(xiàn)象十分明顯。然而目前對(duì)這些重金屬富集帶的成因還缺乏較為深入的研究，本文利用不同季節(jié)懸浮物采樣分析結(jié)果，探討安徽省境內(nèi)長(zhǎng)江支流懸浮物重金屬元素分布特征，分析其主要來源及其對(duì)沿江地區(qū)土壤重金屬元素富集的影響。

1 研究方法

在安徽省長(zhǎng)江主要支流皖河、秋浦河、青通河、順安河、青弋江、水陽(yáng)江和裕溪河的入江口或入湖口附近分枯水期和豐水期2次采集河流懸浮物樣品?？菟跇悠凡杉?005年1月，豐水期樣品采集于2005年9月。首先對(duì)濾膜進(jìn)行室內(nèi)恒重和稱量后進(jìn)行空白濾膜本底分析。在現(xiàn)場(chǎng)用無污染容器采集待過濾水樣，用孔徑為0.45μm的玻璃纖維濾膜過濾水樣，將懸浮物樣品連同濾膜風(fēng)干后裝袋。同時(shí)在懸浮物采樣點(diǎn)上游1 km范圍內(nèi)多點(diǎn)采集表層（0～2 cm）沉積物混合樣品，風(fēng)干后過60目篩。

懸浮物和沉積物樣品消解后測(cè)定As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn等重金屬元素質(zhì)量比。其中Cd、Pb、Cu用等離子質(zhì)譜法（ICP－MS）測(cè)定，As用氫化物－原子熒光光譜法（HG－AFS）測(cè)定，Zn、Ni用等離子發(fā)射光譜法（ICP－OES）測(cè)定，Hg用冷蒸氣－原子熒光光譜法（CV－AFS）測(cè)定。測(cè)試過程中按照多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查的規(guī)范要求插入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，并按10%的比例進(jìn)行重復(fù)分析，以保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和精密性。所有分析結(jié)果均達(dá)到規(guī)范的要求。

2 結(jié)果與討論

各支流懸浮物的質(zhì)量濃度見表1所列。

表1 采樣期間各支流水體懸浮物質(zhì)量濃度 g／L

由表1可見，除水陽(yáng)江外，各支流豐水期懸浮物質(zhì)量濃度遠(yuǎn)低于枯水期。各支流豐水期平均質(zhì)量濃度為0.006 6 g／L，與枯水期相比降低了90倍。其主要原因可能是豐水期長(zhǎng)江干流水位高出支流水位，致使支流入江口附近水流滯緩，搬運(yùn)能力降低，懸浮物沉降較快。加上豐水期水量較大的稀釋作用，導(dǎo)致河水中懸浮物質(zhì)量濃度顯著降低。

各河流懸浮物中重金屬元素質(zhì)量比差異較大，見表2所列。除Pb外，順安河懸浮物中的重金屬質(zhì)量比均為最高，皖河懸浮物重金屬質(zhì)量比大都為最低。順安河懸浮物Cd質(zhì)量比比皖河高2個(gè)數(shù)量級(jí)，Cu和Zn的質(zhì)量比比皖河高約1個(gè)數(shù)量級(jí)，說明各流域內(nèi)各種自然和人為因素對(duì)懸浮物重金屬元素的質(zhì)量比有著極為顯著的影響。銅陵地區(qū)所在的順安河流域于不同地質(zhì)時(shí)期形成了豐富的黑色金屬、有色金屬以及硫鐵礦等多種礦產(chǎn)。成礦過程中Cd等重金屬元素作為成礦或伴生元素在圍巖和礦石中富集，因而土壤母質(zhì)中的重金屬質(zhì)量比普遍較高。

由于銅陵地區(qū)采礦業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)是當(dāng)?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè)，礦業(yè)廢水、廢氣排放以及礦業(yè)固體廢物的不當(dāng)處置導(dǎo)致Cd等重金屬元素直接和間接排入河流之中。而皖河等流域成礦作用較弱，區(qū)內(nèi)相關(guān)高污染工業(yè)也相對(duì)較少，因而這些河流懸浮物中的重金屬質(zhì)量比相對(duì)較低。

表2 各支流懸浮物中重金屬元素的平均質(zhì)量比 mg／kg

文獻(xiàn)［8］于2000年11月和2001年5月2次在銅陵附近的長(zhǎng)江大通水文站處采集長(zhǎng)江懸浮物樣品并測(cè)定了常量金屬元素和部分微量元素的質(zhì)量比。其結(jié)果顯示2次測(cè)定的Pb、Cu和Zn的質(zhì)量比差異不大，其平均值分別為86.0、56.9、 233.8 mg／kg?？梢姲不臻L(zhǎng)江支流懸浮物的Pb質(zhì)量比與長(zhǎng)江干流相當(dāng)，而Cu和Zn的質(zhì)量比明顯高于長(zhǎng)江干流。

各采樣點(diǎn)匯水區(qū)的水系沉積物中重金屬平均質(zhì)量比和土壤平均質(zhì)量比相比，兩者較為接近。說明匯水區(qū)地表的顆粒物質(zhì)經(jīng)過沖刷和搬運(yùn)而形成的水系沉積物基本反映了流域內(nèi)土壤重金屬元素的平均質(zhì)量比。因此，以水系沉積物和土壤為參照而得到的懸浮物中重金屬元素富集系數(shù)也十分接近，見表3所列。由表3可以看出，懸浮物中Cd的富集程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他元素，平均富集系數(shù)超過30。Cu的富集程度次之，Hg、Zn的富集程度約6倍左右。Pb、Ni的富集程度相對(duì)較低，約為2倍左右。

表3 各支流懸浮物中重金屬元素的平均富集程度

各支流懸浮物重金屬質(zhì)量比相對(duì)于流域土壤平均值均呈顯著富集，見表4所列。但不同流域、不同元素富集程度各有差異?？傮w上以Cd富集程度最高，各流域富集系數(shù)大多大于5，其中順安河的富集系數(shù)高達(dá)282。其次為Hg、Zn和Cu，其富集系數(shù)大多在2倍以上，As和Ni的富集程度相對(duì)較弱。

表4 各支流懸浮物中重金屬元素的富集系數(shù)

土壤侵蝕和雨水對(duì)地表其他顆粒物質(zhì)的沖刷和搬運(yùn)過程中，粒徑較細(xì)的黏粒和粉粒由于質(zhì)量較輕而易于進(jìn)入水體，并往往呈懸浮態(tài)遷移。細(xì)級(jí)的顆粒物中石英、長(zhǎng)石等原生礦物較少，次生黏土礦物和有機(jī)物顆粒所占比例較高。這些無機(jī)和有機(jī)膠體比表面積大，并且往往帶有較多的負(fù)電荷，因而具有很強(qiáng)的吸附性能，對(duì)重金屬離子的富集能力很強(qiáng)，而對(duì)主要以砷酸根形式存在的As，其富集能力相對(duì)較弱一些。

順安河懸浮物中多數(shù)重金屬富集系數(shù)顯著高于其他河流，說明流域內(nèi)人為活動(dòng)造成的污染較為嚴(yán)重。該河流懸浮物中重金屬的富集途徑不僅是流域表面細(xì)顆粒物質(zhì)的選擇性侵蝕，還應(yīng)當(dāng)與重金屬污染物向河流的直接排放有關(guān)。該流域內(nèi)礦山密集分布，采礦、加工和冶煉企業(yè)眾多，由于污染治理和環(huán)境管理措施較為落后，導(dǎo)致重金屬污染物的擴(kuò)散加劇。因此，懸浮物中重金屬的富集系數(shù)顯著高于其他河流可能是人為污染較為嚴(yán)重的標(biāo)志。

為對(duì)比山洪前后懸浮物中重金屬質(zhì)量比的變化，于2005年9月豐水期在水陽(yáng)江中游雙橋鎮(zhèn)分別采集了山洪前和山洪期的懸浮物樣品。結(jié)果顯示山洪前后江水中的懸浮物質(zhì)量濃度分別為0.001 g／L和0.033 g／L，山洪期水體懸浮物質(zhì)量比是山洪前的33倍。山洪期懸浮物中的重金屬質(zhì)量比大大低于山洪前，見表5所列，其中Cd、Pb、Zn、As的質(zhì)量比要低約近1個(gè)數(shù)量級(jí)，Hg質(zhì)量比也只有山洪前的1／2。這是因?yàn)楹樗陂g水動(dòng)力條件發(fā)生了較大變化，河水搬運(yùn)能力大大增加，河流懸浮物的粒徑變粗的緣故。這一現(xiàn)象進(jìn)一步說明了細(xì)粒級(jí)懸浮物對(duì)重金屬元素的富集作用。

表5 水陽(yáng)江中游山洪前、后重金屬元素的質(zhì)量比 mg／kg

長(zhǎng)江支流懸浮物調(diào)查結(jié)果在一定程度上說明沿江沖積平原區(qū)土壤中Cd等重金屬元素的富集是一種自然過程。在上游土壤侵蝕和其他地表物質(zhì)沖刷搬運(yùn)過程中，富含重金屬元素的細(xì)粒級(jí)的顆粒物優(yōu)先被侵蝕，從各處匯集至河道中，并可以搬運(yùn)較長(zhǎng)的距離，之后在下游地區(qū)沉積。由此形成的河流沖積物母質(zhì)中重金屬元素的背景含量較高。同時(shí)由于沖積平原地勢(shì)較低，土壤在形成和發(fā)育過程中還會(huì)頻繁地被洪水淹沒，又有新的河流懸浮物質(zhì)不斷沉積在表層土壤，導(dǎo)致重金屬物質(zhì)在其中的進(jìn)一步富集。沿江地區(qū)土壤Cd的富集較其他元素更為顯著，應(yīng)當(dāng)與Cd在懸浮物中的富集系數(shù)大于其他元素有關(guān)。

3 結(jié) 論

安徽長(zhǎng)江支流懸浮物中的重金屬元素富集現(xiàn)象明顯，相對(duì)于流域土壤平均質(zhì)量比，懸浮物中重金屬元素的富集系數(shù)為Cd＞Cu＞Zn＞Hg＞Pb＞Ni，其中Cd的富集系數(shù)超過30倍。順安河懸浮物多數(shù)重金屬的富集系數(shù)顯著較高，是因?yàn)樵摿饔騼?nèi)人為排放的污染物較多。

沿江沖積平原區(qū)土壤中Cd等重金屬元素的富集在一定程度上是一種自然過程。由于富含重金屬元素的細(xì)粒級(jí)的顆粒物優(yōu)先被侵蝕和搬運(yùn)，由此形成的河流沖積物母質(zhì)中重金屬元素的背景含量較高。沿江地區(qū)土壤Cd的富集較其他元素更為顯著，應(yīng)當(dāng)與Cd在懸浮物中的富集系數(shù)大于其他元素有關(guān)。

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