海南島主要河流水體中重金屬元素遷移富集特征

夏 南，薛桂澄，傅楊榮，柳長柱，馬榮林

(1.海南省地質(zhì)調(diào)查院，海南 海口 570206;2.中國地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074)

海南島主要河流水體中重金屬元素遷移富集特征

夏 南1，2，薛桂澄1，傅楊榮1，2，柳長柱1，馬榮林1

(1.海南省地質(zhì)調(diào)查院，海南 ?？?570206;2.中國地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074)

河流體系中的重金屬元素主要存在于懸浮顆粒物、溶解相和沉積物三部分中。選擇海南島12條主要河流，分別在豐水期和枯水期采集過濾水、懸浮物及水系沉積物樣品，分析重金屬元素在過濾水、懸浮物及水系沉積物中的含量特征，總結(jié)水體中重金屬元素的地球化學(xué)遷移方式及富集特征，查明重金屬元素遷移富集的主要影響因素。

河流水體;重金屬;遷移;富集;海南島

1 研究區(qū)基本概況

海南島是我國第二大島，素有南海明珠之稱，是海南省的主體陸地。海南島屬熱帶季風(fēng)氣候，水資源豐富。中部高山主宰著本島的水系形態(tài)，河流自高山或周圍的低山呈放射狀流入大海，全島獨(dú)流入海的河流154條。本項(xiàng)工作布點(diǎn)選擇集水面積較大的河流共12條，分別為南渡江、昌化江、萬泉河、太陽河、陵水河、藤橋河、寧遠(yuǎn)河、文瀾江、珠碧江、文昌江、文教河和三亞河，其中流域面積較大的有南渡江、昌化江和萬泉河，三大河流域面積占全島的47%，本項(xiàng)工作所選12條主要河流流域總面積約占全島的90%(表1)。

表1 主要河流(12條)流域面積一覽表

圖1 采樣點(diǎn)分布圖

2 樣品采集與測試分析

本項(xiàng)工作采集了懸浮物、過濾水及水系沉積物樣品。樣點(diǎn)布設(shè)于海南島12條主要河流水體的干流及支流，取水過程中現(xiàn)場測試pH和溫度等參數(shù)。懸浮物樣品采用抽濾過濾裝置采集，每張濾膜過濾水體積為3～5 L，并對過濾前膜重、過濾水體積、過濾時間等進(jìn)行詳細(xì)記錄;過濾水樣品取自過濾后的清水，并根據(jù)測試項(xiàng)目添加相應(yīng)試劑后石蠟封口。懸浮物、過濾水樣品均分豐水期、枯水期兩季采集，共采集懸浮物樣品72件，過濾水樣品72件。水系沉積物樣品枯水期采集，采樣點(diǎn)位和采樣時間與枯水期過濾水樣品一致，共采集水系沉積物樣品36件。樣品測試由中國地質(zhì)科學(xué)院物化探所中心實(shí)驗(yàn)室完成。

3 結(jié)果與討論

3.1 河流水體重金屬元素含量特征

河流體系中的重金屬元素主要存在于懸浮物、溶解相和沉積物三部分中，研究重金屬在三種介質(zhì)中的分布有利于了解元素的遷移轉(zhuǎn)化特征［1］。海南島主要河流水體重金屬元素含量測試分析結(jié)果顯示(表2、表3)，溶解相、懸浮物和沉積物中重金屬元素含量均較低，總體表現(xiàn)為沉積物 ＞溶解相＞懸浮物，沉積物中重金屬元素含量遠(yuǎn)大于溶解相和懸浮物，含量高出達(dá)3～5個數(shù)量級，溶解相普遍高出懸浮物達(dá)0～1個數(shù)量級，說明水體環(huán)境中重金屬元素主要富集在沉積物中。七種重金屬元素在溶解相、懸浮物和沉積物中含量排序均為 Hg＜Cd＜As＜Ni＜Cu＜Pb＜Zn，表現(xiàn)出了高度的一致性。溶解相和懸浮物中重金屬元素含量具有顯著的季節(jié)性特征，即豐水期含量普遍高于枯水期。

表2 過濾水、懸浮物中重金屬元素含量 μg/L

表3 水系沉積物中重金屬元素含量 (mg/L)

3.2 河流水系沉積物元素含量及相關(guān)分析

河流沉積物是河流生態(tài)環(huán)境中各種重金屬元素和有機(jī)物質(zhì)的主要?dú)w宿，同時它也是重金屬元素和有機(jī)物質(zhì)的一個即時“儲存庫”，它可以真實(shí)地反映重金屬元素和有機(jī)物質(zhì)在河流生態(tài)系統(tǒng)中的遷移富集等環(huán)境地球化學(xué)信息［2－4］。對海南島主要河流水系沉積物中重金屬元素含量進(jìn)行測試分析(表4)，結(jié)果表明沉積物中重金屬含量總體較低。與全國的河流水系沉積物平均值對比，海南島主要河流水系沉積物中大部分重金屬元素含量低于全國平均值，僅Pb和 Cu含量略高。不同河流水系沉積物重金屬元素含量差異較大，例如文教河和太陽河水系沉積物中 種重金屬元素均低于全國平均值。而文昌江和昌化江水系沉積物中重金屬元素含量相對較高，其中文昌江水系沉積物中 Cd、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg 高于全國平均值，昌化江水系沉積物中 As、Cu、Pb、Hg含量高于全國平均值。

根據(jù)元素分析結(jié)果(表5)，對8種重金屬元素的含量進(jìn)行相關(guān)分析(表3)，結(jié)果表明在95%的置信水平上，Cr與 Ni的相關(guān)系數(shù)大于0.9，Cu和 As的相關(guān)系數(shù)大于 0.8，結(jié)果表明Cr與Ni，As與Cu存在顯著相關(guān)關(guān)系。表明它們在沉積物遷移中具有相似的運(yùn)動規(guī)律。

表4 海南島主要河流水系沉積物中重金屬元素含量 (mg/L)

表5 水系沉積物重金屬元素相關(guān)系數(shù)

3.3 河流水體中重金屬元素遷移特征

通過對豐水期和枯水期主要河流中水溶態(tài)重金屬和懸浮態(tài)重金屬的含量特征進(jìn)行分析，顯示河流水體重金屬元素遷移呈現(xiàn)一定的規(guī)律，即大部分重金屬元素在豐水期和枯水期以水溶態(tài)遷移為主，懸浮態(tài)遷移相對較弱。個別重金屬元素遷移方式也存在一定的差異。例如As元素在豐水期以水溶態(tài)遷移為主，枯水期以懸浮物遷移為主;Ni元素在南渡江、陵水河、藤橋河、寧遠(yuǎn)河、文瀾江和三亞河在豐水期和枯水期均以水溶態(tài)遷移為主，在昌化江和珠碧江在豐水期和枯水期均以懸浮物遷移為主。

本項(xiàng)工作所選12條河流中重金屬元素遷移方式存在差異，其中南渡江、陵水河、藤橋河、寧遠(yuǎn)河、文瀾江和三亞河中重金屬元素的遷移方式一致，表現(xiàn)為7種元素在豐水期和枯水期以水溶態(tài)遷移為主，僅在枯水期As以懸浮物態(tài)遷移為主。昌化江和珠碧江重金屬元素的遷移方式一致，豐水期As、Cd、Cu、Pb、Zn 和 Hg以水溶態(tài)遷移為主，Ni以懸浮物態(tài)遷移為主。枯水期Ni和As以懸浮物態(tài)遷移為主，其他元素均以水溶態(tài)遷移為主;萬泉河、文昌江和文教河重金屬元素的遷移方式一致。豐水期 As、Cd、Cu、Pb、Zn和 Hg以水溶態(tài)遷移為主，Ni以懸浮物態(tài)遷移為主。枯水期 As以懸浮物態(tài)遷移為主，其他元素均以水溶態(tài)遷移為主。可見不同重金屬化學(xué)形態(tài)分布有很大差異，即使同一重金屬在不同樣品中化學(xué)形態(tài)分布也表現(xiàn)出不同特征［5］。

3.4 河流水體中重金屬元素遷移富集影響因素分析

河流中重金屬遷移富集影響因素眾多，如母巖、水流運(yùn)動、泥沙運(yùn)動、pH值、水溫、礦物組成、有機(jī)質(zhì)和人為活動等。其中母巖和人為活動一般被認(rèn)為是河流生態(tài)系統(tǒng)中最主要、最根本的元素來源。母巖元素來源過程主要為通過物理、化學(xué)和生物等各種自然風(fēng)化作用，經(jīng)由岸堤崩塌、地表徑流沖刷、地下水和地表水溶解搬運(yùn)等途徑，地層巖體中元素最終以水溶態(tài)、膠體、礦物顆粒結(jié)合態(tài)等形式進(jìn)入河流，即從理論上講匯水域內(nèi)重金屬含量越高、越容易風(fēng)化侵蝕的地層、巖體，對河流水體中重金屬的貢獻(xiàn)也越大。

海南島主要河流水體中重金屬元素遷移富集特征與區(qū)域地質(zhì)、地球化學(xué)背景密切相關(guān)，成土母巖是河流水系的主要物質(zhì)來源，巖石化學(xué)組成對河流水體地球化學(xué)特征具有主控意義。例如，海南島東北部的南渡江中下游、文瀾江、文昌江等河流底泥中 Cr、Ni、Cu、Pb、Zn含量相對較高，反映了瓊北玄武巖地球化學(xué)的元素組合特征;而位于海南島中南、西南地區(qū)的昌化江流域、珠碧江、寧遠(yuǎn)河、三亞河、藤橋河、陵水河等河流底泥中 As、Cu等元素相對較高，反映了瓊中南以酸性巖漿巖為主的地球化學(xué)特征。河流水體地球化學(xué)特征還受河流水動力、沉積環(huán)境條件的影響。例如，南渡江、三亞河等明顯受咸水混合影響的河口地區(qū)，水系沉積物中 As、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等重金屬元素也多呈相對富集趨勢，表明沉積物質(zhì)地對水體環(huán)境的影響。

人為活動對河流中元素的影響從空間分布上看，區(qū)域性差異明顯。北部火山巖臺地、中部山地丘陵區(qū)人口相對較少，工農(nóng)業(yè)相對落后，水體中重金屬元素含量普遍較低;工農(nóng)業(yè)相對發(fā)達(dá)、人口較為集中的城鎮(zhèn)及平原區(qū)，水體中重金屬元素含量相對較高，經(jīng)調(diào)查主要影響因素為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、礦山和生活排放。

4 結(jié)語

(1)海南島水體環(huán)境質(zhì)量良好，主要河流中溶解相、懸浮物和沉積物中重金屬 Zn、Ni、As、Cd和 Hg均低于全國背景值。沉積物中重金屬含量遠(yuǎn)高于溶解相和懸浮物，沉積物中重金屬由低到高分別為 Hg＜Cd＜As＜Ni＜Cu＜Pb＜Zn，其中 Zn平均含量為 62.16 mg/kg，Hg平均含量僅為 0.04 mg/kg。

(2)河流水體中重金屬元素遷移富集順序?yàn)槌练e物 ＞溶解相＞懸浮物。遷移富集特征和方式主要受自然因素控制和人為活動影響。豐水期水體中溶解相和懸浮物中重金屬含量高于枯水期;水系沉積物中元素組合特征與土壤母質(zhì)、沉積環(huán)境關(guān)系密切，如瓊北玄武巖背景區(qū)水體沉積物中 Ni、Cr等鐵族元素含量豐富;昌江、東方等工礦業(yè)較為發(fā)達(dá)、人口密切地區(qū)水體中重金屬含量較高。

(3)河流重金屬元素遷移過程是一個不斷運(yùn)移 －沉積－擾動－懸?。\(yùn)移的動態(tài)過程，不同河流水系及同一河流的不同地段(上、中、下游)的水體中重金屬元素含量、物質(zhì)組成比例和遷移方式不同。

［1］龔玲蘭，奚小雙.河流重金屬的分布與遷移轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展［J］.廣東微量元素科學(xué).2006.13(11).

［2］蔡清海，杜琦，錢小明.福建三沙灣海洋沉積物中重金屬和微量元素的研究［J］.沉積學(xué)報.2007，25(3):456－460.

［3］王國平，劉景雙.向海濕地元素地球化學(xué)特征與高分辨沉積記錄［J］.地理科學(xué).2003，23(2):208 －212.

［4］劉艷，張成君，雷國良.蘭州市宛川河中段表層沉積物中重金屬元素遷移富集特征［J］.沉積學(xué)報.2008，26(5):844.

［5］李小虎，湯中立，初鳳友.白銀礦山水體和沉積物中重金屬及其化學(xué)形態(tài)分布特征［J］.地球與環(huán)境.2008，36(3):222.

Migration and Enrichment Characteristics of Heavy Metal Element in the Main River Water of Hainan Island

XIA Nan1，2，XUE Gui－ cheng1，F(xiàn)U Yang － rong1，2，LIU Chang － zhu1，MA Rong － lin1
(1.Hainan Geologyical Survey，Haikou 570206，Hainan;2.China University of Geosciences，Wuhan 430074，Hubei)

The heavy metal in the river－system is mainly distributed in the suspended particulate matter in the dissolved phase and sediments of three parts. To select the 12 major rivers in Hainan Island，the article collected the filtered water，suspended solids and stream sediment samples in the wet and dry seasons，analyzed the characteristics Concentration of heavy metals in filtered water，suspended solids and stream sediments，summed up the elements of heavy metal geochemical migration patterns and enrichment features，identify the main factors affecting migration and enrichment in heavy metals.

River water;heavy metals;migration;enrichment and Hainan Island

X143

A

1004－1184(2012)06－0208－03

2012－09－20

國土資源部、海南省政府合作項(xiàng)目“海南島生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查”(200414200010)資助

夏南(1984－)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)、環(huán)境地球化學(xué)方面工作。