滏陽(yáng)河邯鄲段表層沉積物中重金屬污染研究

王月鋒 田在峰 李楠

摘要為了解滏陽(yáng)河邯鄲段沉積物中重金屬含量以及各污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度，通過(guò)采集19個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的表層沉積物，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀分析6種重金屬元素，以當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境背景值做參比并采用地累積指數(shù)法對(duì)沉積物中重金屬的污染進(jìn)行綜合性的評(píng)價(jià)分析。結(jié)果表明：滏陽(yáng)河邯鄲段表層沉積物已經(jīng)不同程度受到Zn、Cu、As、Cd、Pb污染，各種重金屬的污染程度為：Cd（強(qiáng)）>Zn（中）>Cu（無(wú)-中）>As（無(wú)-中）>Pb（無(wú)），總體呈低度污染水平。

關(guān)鍵詞滏陽(yáng)河；沉積物；重金屬；地累積指數(shù)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）23-07946-03

基金項(xiàng)目國(guó)家水體污染控制與治理重大專項(xiàng)（2012ZX07203-003）；平原河流污染控制與水質(zhì)改善關(guān)鍵技術(shù)集成與示范（11246724D）。

作者簡(jiǎn)介王月鋒（1986- ），男，河北石家莊人，助理工程師，從事水環(huán)境科學(xué)研究工作。

收稿日期20140709河流沉積物是水環(huán)境的基本組成部分，既能為河流中的各種生物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，又是有毒有害物質(zhì)的貯藏庫(kù)[1]，進(jìn)入水體的重金屬污染物大部分被懸浮物吸附并最終轉(zhuǎn)移到沉積物中，因而表現(xiàn)出明顯的時(shí)空分布規(guī)律[2]。水體沉積物作為水環(huán)境中重金屬的主要蓄積庫(kù)，可以反映河流受重金屬污染的狀況[3]。 該研究采用國(guó)內(nèi)外流行的地積累指數(shù)法，對(duì)滏陽(yáng)河邯鄲段表層沉積物中重金屬污染進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，以期為滏陽(yáng)河邯鄲段水環(huán)境污染控制提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況選擇滏陽(yáng)河邯鄲段作為研究區(qū)域。滏陽(yáng)河為子牙河南支，干流發(fā)源于邯鄲峰峰礦區(qū)黑龍洞泉群。經(jīng)東武仕水庫(kù)東流匯牤牛河、渚河等水，再納沁河、輸元河（季節(jié)性河流）瀝水，向東北流經(jīng)蓮花口至曲周，向北經(jīng)邢家灣進(jìn)入邢臺(tái)市。滏陽(yáng)河出邯鄲市區(qū)后，市區(qū)、邯鄲縣、永年縣等沿河地區(qū)生產(chǎn)生活廢水成為該河段的重要水源。該河道在曲周被攔截，曲周以下斷流。該河段主要承接的是邯鄲市區(qū)及沿途各縣污水，2007年污染源普查數(shù)據(jù)分析表明，其共接納污水1.25億m3。

1.2樣品采集和處理針對(duì)滏陽(yáng)河在邯鄲境內(nèi)的空間分布特征，綜合考慮其重要支流、水庫(kù)、濕地、城市排污口位置和支流匯入位置，共設(shè)19個(gè)采樣斷面，詳見(jiàn)。

樣品采集時(shí)間為2013年5月，采用抓斗式采樣器采集河流表層0～10 cm 的沉積物樣品，裝入塑料密封袋中，置于冷藏箱中在4 ℃下保存，帶回實(shí)驗(yàn)室分析。對(duì)樣品進(jìn)行冷凍干燥后混勻，用瑪瑙研缽進(jìn)行研磨，過(guò)100目的尼龍篩后，置于自封袋中密封保存。

采樣斷面分布

采樣斷面地點(diǎn)采樣斷面地點(diǎn)1水庫(kù)下游電站橋11蘇里村2磁縣甘草營(yíng)村12西沿村3成峰公路橋13蓮花口樞紐站（北）4磁縣石橋村14永年洼濕地5牤牛河107國(guó)道15邯臨公路橋6渚河107國(guó)道16永年洼借馬莊閘7張莊橋閘17塔寺橋村8沁河滏河北大街18橋曲周振興西路9輸元河107國(guó)道19郭橋村（S326）10北湖入口

1.3樣品分析和質(zhì)量控制取0.100 g過(guò)100目篩的沉積物樣品，放入消解罐內(nèi)，加6 ml王水和2 ml氫氟酸[4]，然后上機(jī)消解，消解結(jié)束待溫度降低到50 ℃，扭開(kāi)消解罐蓋子，加1滴高氯酸后再精確控溫電熱消解器于150 ℃下趕酸1 h，趕酸完畢，取出消解罐，用去離子水轉(zhuǎn)移消解液，定容，過(guò)濾[5]，然后用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICPMS）測(cè)定元素 Ni、Cu、As、Cd、Pb、Zn含量。沉積物中的有機(jī)質(zhì)含量采用低溫外熱重鉻酸鉀氧化-比色法測(cè)定[5]。試驗(yàn)過(guò)程中，每批樣品均做空白分析，以消除試劑或試驗(yàn)過(guò)程中造成的誤差。在沉積物樣品消解的同時(shí)，分析近海海洋沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW07314），各重金屬元素的回收率變化范圍為92%～118%，符合質(zhì)量控制要求。

1.4重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)水體沉積物重金屬污染的評(píng)價(jià)方法很多，目前常用的主要有地積累指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法、回歸過(guò)量分析法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法和沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)法等。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，難以用單一方法評(píng)價(jià)重金屬污染狀況。結(jié)合該研究中的實(shí)際情況，筆者采用地積累指數(shù)法來(lái)評(píng)價(jià)邯鄲市滏陽(yáng)河沉積物重金屬污染程度。地積累指數(shù)（Igeo）是德國(guó)海德堡大學(xué)沉積物研究所的科學(xué)家Muller提出的一種研究水環(huán)境沉積物中重金屬污染的定量指標(biāo)，在歐洲被廣泛采用。具體公式為：

Igeo= log2[ Cn /（1.5*Bn ）]（1）

式中，Cn是指元素n在沉積物中的含量（指質(zhì)量比，實(shí)測(cè)值）；Bn是指沉積巖（即普通頁(yè)巖）中的地球化學(xué)背景值；1.5為一常數(shù)，是由于考慮到成巖作用可能會(huì)引起背景值的變動(dòng)。地積累指數(shù)共分為7級(jí)，0～6級(jí)，表示污染程度由無(wú)至極強(qiáng)，最高一級(jí)（6級(jí)）的元素含量可能是背景值的幾百倍[6]。由于河流沉積物顆粒主要來(lái)自當(dāng)?shù)氐耐寥溃猛寥乐胁煌氐暮孔鳛楸尘爸祦?lái)判斷當(dāng)?shù)睾恿鞒练e物的重金屬污染程度是國(guó)內(nèi)外研究者較為普遍的做法[7]。該研究采用中國(guó)土壤元素背景值[8]為依據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。沉積物地積累指數(shù)（Igeo）分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與污染程度之間的相互關(guān)系見(jiàn)。

2結(jié)果與分析

2.1沉積物中重金屬與有機(jī)質(zhì)的含量由可見(jiàn)，邯鄲市滏陽(yáng)河沉積物中有機(jī)質(zhì)平均含量為2.9%，8號(hào)采樣斷面的含量最高為11.2%，是背景值的7倍。Zn的含量范圍為80.96～1 040.20 mg/kg，平均值為296.32 mg/kg，各采樣斷面不同程度上超過(guò)背景值，其中8號(hào)采樣斷面（沁河滏河北大街）是背景值的13倍。整條河段Ni含量的平均值為1742 mg/kg，污染程度不明顯，只有17號(hào)點(diǎn)（塔寺橋村）超過(guò)背景值。Cu的含量范圍為14.43～161.65 mg/kg，有79%的采樣斷面超過(guò)背景值，其中，最高值出現(xiàn)在4號(hào)采樣斷面（磁縣石橋村）。As在各采樣斷面的含量較為均衡，沒(méi)有太大的空間差異性，最高值同Ni，出現(xiàn)在17號(hào)采樣斷面。Cd在整條河段污染程度最高，超標(biāo)采樣斷面的比例達(dá)到100%，其中13號(hào)采樣斷面（蓮花口樞紐站（北））是背景值的81倍。Pb在各采樣斷面的含量范圍為10.84～93.97 mg/kg，同Zn和有機(jī)質(zhì)含量一樣，最高值出現(xiàn)在8號(hào)采樣斷面。

重金屬污染程度與Igeo的關(guān)系

Igeo Igeo分級(jí)污染程度<00無(wú)>0～11無(wú)-中>1～22中>2～33中-強(qiáng)>3～44強(qiáng)>4～55強(qiáng)-極強(qiáng)>56極強(qiáng)

沉積物中重金屬與有機(jī)質(zhì)的含量2.2有機(jī)質(zhì)與重金屬含量的相關(guān)性分析使用SPSS軟件中Pearson相關(guān)性分析計(jì)算各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)。由可知，有機(jī)質(zhì)與6種重金屬均呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)最大為0.874，其原因有可能是有機(jī)質(zhì)含量的增加為吸附和絡(luò)合重金屬提供更多的結(jié)合位點(diǎn)從而使重金屬含量增加[9]。Pb、Zn與有機(jī)質(zhì)含量顯著相關(guān)（P<0.01），推斷Pb、Zn受有機(jī)質(zhì)含量的影響較大，Ni與As顯著相關(guān)（P<0.01）而受有機(jī)質(zhì)含量影響較小，推斷其具備相同的人為污染來(lái)源。Cd與Pb呈正相關(guān)（P<0.05），推斷其具備一定的同源性。

2.3沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)分別把沉積物中Zn、Ni、Cu、As、Cd、Pb數(shù)據(jù)代入公式（1）中，計(jì)算出各個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的Igeo數(shù)值，結(jié)果見(jiàn)。

從河流總體污染程度來(lái)看，在19個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中，8號(hào)與13號(hào)監(jiān)測(cè)斷面的Igeo平均值分別為1.39與1.04，屬于中度污染水平，除1號(hào)、5號(hào)、10號(hào)、19號(hào)采樣斷面未受到污染外，其余采樣斷面均為低度污染水平。具體分析單因子污染物Igeo，Cd在19個(gè)監(jiān)測(cè)斷面都超過(guò)了中-強(qiáng)度污染，2個(gè)斷面為極強(qiáng)污染，6個(gè)斷面為強(qiáng)-極強(qiáng)污染，5個(gè)斷面為強(qiáng)度污染，6個(gè)斷面為中-強(qiáng)度污染，平均濃度地累積指數(shù)為強(qiáng)度污染水

重金屬平均濃度地累積指數(shù)與污染程度

重金屬Igeo污染等級(jí)Zn1.33中Ni-1.41無(wú)Cu0.59無(wú)-中As0.04無(wú)-中Cd4.12強(qiáng)Pb-0.04無(wú)平均值0.66無(wú)-中

3結(jié)論

（1）滏陽(yáng)河邯鄲段表層沉積物重金屬Zn、Ni、Cu、As、Cd、Pb的平均含量分別為河北省土壤環(huán)境背景值的3.8倍、0.6倍、2.3倍、1.5倍、26倍、1.5倍，除Ni外其他指標(biāo)均不同程度超出土壤環(huán)境背景值，超標(biāo)最嚴(yán)重的是Cd。滏陽(yáng)河表層沉積物中重金屬有不同程度積累。

（2）邯鄲市19個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中，污染程度最高達(dá)到中度污染的采樣斷面位是沁河滏河北大街和滏陽(yáng)河蓮花口樞紐站（北）。

（3）沉積物中Pb、Zn受有機(jī)質(zhì)含量的影響較大。Ni與As具備相同的人為污染來(lái)源。Cd與Pb具備一定的同源性。

（4）采用地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)污染程度得出，邯鄲市滏陽(yáng)河表層沉積物已經(jīng)不同程度受到Zn、Cu、As、Cd、Pb的污染，但是污染程度總體為低度污染水平，各重金屬污染程度順序?yàn)镃d（強(qiáng)）>Zn（中）>Cu（無(wú)-中）>As（無(wú)-中）>Pb（無(wú)）>Ni（無(wú)）。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2014年參考文獻(xiàn)

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