臥龍湖沉積物中典型重金屬污染評(píng)價(jià)及其空間分布特征

趙光輝

摘 要：為給臥龍湖國家良好湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)試點(diǎn)工作提供決策依據(jù)，該文對(duì)臥龍湖沉積物中Cu、As、Cd、Pb、Zn 5種重金屬的污染狀況及其時(shí)空變化特征進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析。結(jié)果表明：臥龍湖沉積物中重金屬元素含量已受到人類活動(dòng)干擾，總體呈偏中度污染，5種重金屬污染的順序?yàn)镃d>Cu>As>Zn>Pb，Igeo值差異極顯著（P<0.01）。Cu、As、Pb 3種重金屬在來源、運(yùn)輸、沉降、富集等方面有著十分相似的地球化學(xué)行為，污染趨勢呈現(xiàn)從沿岸帶向湖心加重趨勢；Cd污染的空間分布呈現(xiàn)從西南、東北沿岸向湖心梯度降低趨勢，Cd在臥龍湖沉積物中的富集有著較獨(dú)立的形成因素，污染可能與西馬蓮河河水的注入及康平鎮(zhèn)污水處理廠中的水排放有關(guān)；Zn污染的空間趨勢是從北向南逐漸加重，污染原因有待于進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞：臥龍湖 沉積物 重金屬 地質(zhì)累積指數(shù) 污染評(píng)價(jià) 空間分布

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）03（a）-0096-04

水環(huán)境中的重金屬污染是全球關(guān)注的環(huán)境問題之一。由于水體中的重金屬會(huì)被其懸浮物吸附，經(jīng)過沉積后最終在水體表層的沉積物中積累[1]，而長期的累積會(huì)導(dǎo)致沉積物中重金屬含量是上覆水體中重金屬含量的幾倍至幾十倍[2]，因此湖泊沉積物是湖泊水體污染物的主要蓄積場所，是水環(huán)境中重金屬的“匯”和“源”，也是湖泊的潛在污染源[3-5]。沉積物中重金屬的污染負(fù)荷和來源能夠反映自然與人類活動(dòng)對(duì)湖泊的影響，對(duì)其研究不僅能提供重金屬的污染現(xiàn)狀和歷史，而且能為將來的研究提供基礎(chǔ)資料[5]。

該文應(yīng)用德國海德堡大學(xué)沉積物研究所Mullers教授提出的地質(zhì)累積指數(shù)法（Igeo）定量評(píng)價(jià)臥龍湖表層沉積物中Cu、As、Cd、Pb、Zn 5種重金屬的污染程度及其空間分布特征。

1 材料和方法

1.1 采樣時(shí)間和點(diǎn)位設(shè)置

2014年5月，設(shè)置17個(gè)采樣點(diǎn)，采用GPS定位。

1.2 分析方法

沉積物樣品自然風(fēng)干，剔除石塊和植物殘根，研磨過 100目尼龍篩。Cu、Cd、Pb、Zn按照《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 15618-1995中相應(yīng)方法測定，As參照《土壤質(zhì)量 總汞、總砷、總鉛的測定 原子熒光法》GB/T 22105-2008的方法測定。

1.3 地質(zhì)累積指數(shù)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析

地質(zhì)累積指數(shù)（Igeo）的計(jì)算公式為：

式中：cn為實(shí)測重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；βn為當(dāng)?shù)爻练e物重金屬的背景值；1.5為考慮到成巖作用可能引起背景值波動(dòng)而設(shè)定的常數(shù)。

地質(zhì)累積指數(shù)與重金屬污染程度的關(guān)系，Igeo≤0清潔；05嚴(yán)重污染。

應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，采用克立格（Kriging）插值預(yù)測方法分析臥龍湖沉積物中重金屬的空間分布特征；采用SPSS 22.0單因素方差分析臥龍湖沉積物中各種重金屬的差異性。

2 結(jié)果與討論

2.1 臥龍湖沉積物中重金屬污染評(píng)價(jià)

地球化學(xué)背景參考值，選定康平縣土壤環(huán)境中重金屬元素的背景值作為計(jì)算依據(jù)，取Cu、As、Cd、Pb、Zn金屬背景參考值分別為4.30 mg/kg、4.62 mg/kg、0.04 mg/kg、7.30 mg/kg、11.40 mg/kg。

臥龍湖沉積物中重金屬地質(zhì)累積指數(shù)特征見圖1和表1。臥龍湖沉積物中5種重金屬地質(zhì)累積指數(shù)的順序?yàn)镃d>Cu>As>Zn>Pb，Igeo均值1.56，總體呈偏中度污染。沉積物中5種重金屬的污染程度：Cd為偏重污染；Cu為中度污染；As為偏中度污染；Zn為輕度污染；Pb為清潔。各樣點(diǎn)重金屬污染程度差異較大，以Cd、Zn為首。Pb總體污染程度雖為清潔，但個(gè)別點(diǎn)位出現(xiàn)輕度和偏中度污染。

經(jīng)單樣本非參數(shù)K-S檢驗(yàn)，臥龍湖沉積物中重金屬Igeo值呈正態(tài)分布。單因素方差分析顯示臥龍湖沉積物中5種重金屬Igeo值差異極顯著（P<0.01）。Levene方差齊性檢驗(yàn)表明，顯著性概率P=0.001<0.05，方差不齊。進(jìn)一步的多重比較得出，除Cu和Cd之間（P=0.988>0.05）、As和Zn之間（P=1.000>0.05）、Pb和Zn之間（P=0.657>0.05）差異不顯著，其他兩兩之間差異均顯著（P<0.05）。

2.2 臥龍湖沉積物中重金屬的相關(guān)性分析

對(duì)臥龍湖沉積物中的5種重金屬Cu、As、Cd、Pb、Zn的Igeo值進(jìn)行相關(guān)性分析，見表2。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除Cd與Cu、As，Cu與Zn外，其他相互間都存在相關(guān)性（P<0.05）。這說明臥龍湖中部分重金屬元素的含量具有相近的變化趨勢，在來源、運(yùn)輸、沉降、富集等方面有著十分相似的地球化學(xué)行為。Cd與其他重金屬顯著性稍差，且Cd在5種重金屬中污染最重，說明Cd在臥龍湖沉積物中的富集有著較獨(dú)立的形成因素。

2.3 臥龍湖沉積物中重金屬空間變化特征

臥龍湖沉積物中5種重金屬的空間分布圖見圖2。Cu、As、Pb 3種重金屬的污染趨勢總體上呈現(xiàn)從沿岸帶向湖心加重趨勢。Cd污染的空間分布總體呈現(xiàn)從西南、東北沿岸向湖心梯度降低趨勢，Zn污染的空間趨勢是從北向南逐漸加重，北部清潔。流域內(nèi)的沉積物進(jìn)入湖泊后，被輸送到低能量的深水區(qū)并永久沉積[6]，Cu、As、Pb 3種重金屬污染的分布正符合這一規(guī)律，間接說明Cu、As、Pb的污染歷史比較久遠(yuǎn)，污染物已從湖岸帶富集到湖心。湖泊的沉積物通常由流域的河流帶入[7]，Cd污染的空間分布可能與西馬蓮河河水的注入及康平鎮(zhèn)污水處理廠中的水排放有關(guān)。另外，水流對(duì)沉積物中重金屬含量的分布也有一定的影響[7]。

3 結(jié)語

臥龍湖沉積物中重金屬元素含量已受到人類活動(dòng)干擾，總體呈偏中度污染。5種重金屬污染的順序?yàn)镃d>Cu>As>Zn>Pb，Igeo值差異極顯著（P<0.01）。Cu、As、Pb 3種重金屬在來源、運(yùn)輸、沉降、富集等方面有著十分相似的地球化學(xué)行為，污染歷史比較久遠(yuǎn)，污染物已從湖岸帶富集到湖心，污染趨勢呈現(xiàn)從沿岸帶向湖心加重趨勢；Cd污染的空間分布呈現(xiàn)從西南、東北沿岸向湖心梯度降低趨勢，Cd在臥龍湖沉積物中的富集有著較獨(dú)立的形成因素，污染可能與西馬蓮河河水的注入及康平鎮(zhèn)污水處理廠中的水排放有關(guān)；Zn污染的空間趨勢是從北向南逐漸加重，污染原因有待于進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

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[4] 劉俐，宋存義，熊代群，等.渤海灣表層沉積物重金屬在不同粒級(jí)有機(jī)-礦質(zhì)復(fù)合體中的分布[J].環(huán)境科學(xué)研究，2006，19（1）：75-79.

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