西江上游有色金屬產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)河流沉積物重金屬空間分布特征與來(lái)源解析

鄧渠成， 王曉飛， 尹 娟， 鄧超冰*

1.澳大利亞昆士蘭大學(xué)地球與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 澳大利亞 布里斯班 4072 2.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站， 廣西 南寧 530028 3.廣西大學(xué)， 廣西 南寧 530004 4.廣西財(cái)經(jīng)學(xué)院管理科學(xué)與工程學(xué)院， 廣西 南寧 530003

西江上游有色金屬產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)河流沉積物重金屬空間分布特征與來(lái)源解析

鄧渠成1， 王曉飛2,3， 尹 娟3,4， 鄧超冰2,3*

1.澳大利亞昆士蘭大學(xué)地球與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 澳大利亞 布里斯班 4072 2.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站， 廣西 南寧 530028 3.廣西大學(xué)， 廣西 南寧 530004 4.廣西財(cái)經(jīng)學(xué)院管理科學(xué)與工程學(xué)院， 廣西 南寧 530003

為研究西江上游有色金屬產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)對(duì)河流沉積物環(huán)境的影響，在西江上游的刁江、龍江、融江和柳江四條河流選取12個(gè)采樣點(diǎn)，分析測(cè)定了10種重金屬元素(Cu、Zn、Pb、Cd、As、Cr、Ni、Tl、Sb和Hg)在沉積物中的含量，采用相關(guān)分析、主成分分析、聚類分析和Pb同位素示蹤技術(shù)剖析沉積物中重金屬的分布特征與污染來(lái)源. 結(jié)果表明：①污染物含量方面，沉積物中w(As)、w(Pb)、w(Cd)、w(Ni)、w(Zn)、w(Cu)、w(Tl)、w(Hg)、w(Sb)、w(Cr)平均值分別為95.42、113.09、4.92、28.03、416.51、27.07、0.75、0.31、34.02、57.58 mgkg，w(As)、w(Sb)、w(Zn)、w(Pb)和w(Cd)的變化較大，分異顯著，受外來(lái)源影響較大. ②空間上，內(nèi)梅羅指數(shù)結(jié)果顯示，刁江沉積物中重金屬污染程度最高，龍江次之，融江和柳江較低. ③污染物來(lái)源方面，As、Pb、Cd、Zn、Cu和Sb具有同源性，與西江上游有色金屬聚集區(qū)礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)有關(guān)，Ni、Tl、Hg和Cr具有同源性，與地質(zhì)背景自然源因子有關(guān)；沉積物樣品206Pb207Pb變化范圍為1.08～1.19，4條河流沉積物Pb同位素比值與大廠、車河礦石同位素比值接近程度依次為刁江、龍江、融江、柳江. Pb同位素示蹤分析結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了刁江和龍江沉積物中重金屬主要受有色金屬采選冶礦業(yè)活動(dòng)影響，融江、柳江沉積物中重金屬主要由地質(zhì)背景自然源因子所致.

西江上游； 沉積物； 重金屬； 同位素示蹤； 污染來(lái)源

水體沉積物是重金屬的主要蓄積場(chǎng)所，長(zhǎng)期累積在沉積物中重金屬含量比上覆水體中高出幾倍至幾十倍，水體沉積物蘊(yùn)含著豐富的水環(huán)境質(zhì)量變化信息[1- 2]，成為水環(huán)境中備受關(guān)注的污染物之一. 沉積物中重金屬能在一定條件下“活化”再次釋放進(jìn)入上覆水體，形成“二次污染”，并通過(guò)生物富集和放大作用對(duì)水體的生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅. 因此，開(kāi)展湖泊[3- 4]、水庫(kù)[5- 6]、江河[7- 13]和海灣[14- 15]等水體沉積物重金屬的空間分布與污染特征，污染評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及重金屬來(lái)源解析[16- 18]等研究工作，對(duì)保障水體生態(tài)及飲用水安全有重要的指導(dǎo)意義.

隨著我國(guó)重金屬污染防治工作的深入開(kāi)展，有色金屬采選冶造成流域污染及飲用水水源地的水質(zhì)安全問(wèn)題備受關(guān)注，當(dāng)前已對(duì)湘江[18- 19]、珠江[21- 22]等大流域尺度開(kāi)展了重金屬污染調(diào)查、遷移和形態(tài)分布等研究，為其流域環(huán)境污染治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐. 而西江是僅次于長(zhǎng)江、黃河的我國(guó)境內(nèi)第三長(zhǎng)河流，也是廣西、廣東西江下游城市飲用水的主要水源，其水質(zhì)顯得尤為重要. 目前針對(duì)西江上游的龍江[22- 23]、刁江[24]、柳江[25]和融江水體及沉積物中重金屬空間分布、污染評(píng)價(jià)及其來(lái)源方面的研究報(bào)道較少. 該研究以西江上游刁江、龍江、融江和柳江沉積物為研究對(duì)象，分析10種重金屬(Cu、Zn、Pb、Cd、As、Cr、Ni、Tl、Sb和Hg)的分布特征，通過(guò)相關(guān)分析、主成分分析、聚類分析以及Pb同位素示蹤等方法來(lái)探討沉積物重金屬來(lái)源，以期為西江上游的生態(tài)安全綜合整治提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

河池市是我國(guó)傳統(tǒng)的有色金屬生產(chǎn)基地，位于西江上游. 調(diào)查報(bào)告[26]顯示，河池市鉛保有資源儲(chǔ)量占廣西的54.75%，鋅保有資源儲(chǔ)量占廣西的76.55%，銻保有資源儲(chǔ)量占廣西的83.93%，錫保有資源儲(chǔ)量居廣西之首. 市內(nèi)的河流主要為紅水河、龍江及其支流. 刁江系西江支流紅水河北岸一級(jí)支流，刁江車河區(qū)段以選冶為主，刁江大廠區(qū)段、金城江區(qū)段的五圩礦區(qū)以采選業(yè)為主. 龍江系西江支流柳江的最大支流，龍江上游金城江區(qū)段原有8家選冶企業(yè)，均已停產(chǎn)，龍江上游支流環(huán)江毛南族自治縣的大環(huán)江則是采選的集聚地. 融江系柳江上游河段，其有色金屬大中礦少、小礦多、分布零散. 柳江系西江干流第二大支流，黔、桂水上交通要道，水量豐富，礦產(chǎn)為零星分散礦點(diǎn).

河池市有色金屬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展始于清朝，歷經(jīng)近200年，20世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)大規(guī)模開(kāi)發(fā)，時(shí)有涉重金屬企業(yè) 1 300 多個(gè)，由于開(kāi)采冶煉歷史悠久，生產(chǎn)工藝落后，廢水、廢氣、廢渣排放逐年累積，環(huán)境污染問(wèn)題極為突出. 2000年對(duì)礦業(yè)開(kāi)發(fā)進(jìn)行了全面整頓和環(huán)境治理，2012年發(fā)生龍江鎘重大污染事故，對(duì)有色金屬企業(yè)再次大整治，經(jīng)過(guò)優(yōu)化整合、產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，刁江流域涉重金屬企業(yè)由之前的90家減少到現(xiàn)在的36家，龍江河流域涉重金屬企業(yè)則由之前的72家調(diào)整到現(xiàn)在的22家，具體分布情況見(jiàn)圖1.

圖1 西江上游涉重企業(yè)分布Fig.1 Distribution of plants that produce heavy metal waste in the upstream Xijiang Basin

1.2 樣品采集與預(yù)處理

西江上游沉積物采樣工作于2014年6—8月進(jìn)行，使用抓斗式底泥采樣器采集樣品，用塑料勺取樣品中央未受干擾的沉積物密閉保存于聚乙烯自封袋中0～4 ℃保存. 沿河流流向共采集12個(gè)樣品，編號(hào)為S1～S12，采樣點(diǎn)的分布情況及具體信息見(jiàn)圖2和表1.

圖2 西江上游河流水系與采樣點(diǎn)分布情況Fig.2 Location of the river system and sampling sites in the upstream Xijiang River Basin

采樣點(diǎn)編號(hào)描述采樣點(diǎn)編號(hào)描述S1上游為大廠、車河、五圩礦冶密集區(qū)S7龍江中段S2上游及附近無(wú)工礦企業(yè)S8龍江下游S3大環(huán)江支流匯入龍江，上游有都川、雅脈、北山礦區(qū)S9柳江上游S4龍江中上游S10柳江下游S5小環(huán)江支流匯入龍江S11融江上游S6龍江中段S12融江下游

1.3 樣品測(cè)試項(xiàng)目與方法

沉積物樣品采用冷凍干燥后，用臼式研磨儀研磨過(guò)0.154 mm篩裝入封口袋中待測(cè). 稱取試樣 0.100 0 g(精確至 0.000 1 g)于消解罐中，依次加入6 mL HNO3、2 mL HCl、2 mL HF，根據(jù)反應(yīng)劇烈程度，放置一定的時(shí)間，待反應(yīng)平穩(wěn)后加蓋擰緊，放入消解盤中，進(jìn)行微波消解(Mars 6，CEM，美國(guó)). 程序運(yùn)行完畢，取出冷卻15～30 min，使罐內(nèi)壓力降至常壓，開(kāi)蓋. 將消解罐放入配套的趕酸設(shè)備中于110～120 ℃進(jìn)行趕酸，待盡干時(shí)，取下冷卻，去離子水定容至50 mL普通容量瓶中待測(cè)[25]. 消解定容后的樣品經(jīng)過(guò)0.45 μm濾膜過(guò)濾后，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(7700 e，Agilent，美國(guó))分析測(cè)定沉積物中w(Cu)、w(Zn)、w(Pb)、w(Cd)、w(Cr)、w(Ni)、w(Tl)，采用雙道原子熒光分光光度計(jì)(AFS- 8330，北京吉天儀器有限公司)分析測(cè)定w(As)、w(Hg)和w(Sb). 分析過(guò)程用程序空白、樣品平行樣以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GSS27-GSS28)來(lái)保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性以及精確性.

1.4 數(shù)據(jù)處理

該研究使用ArcGIS 10.2軟件對(duì)西江上游有色金屬聚集區(qū)及采樣點(diǎn)進(jìn)行描繪，數(shù)據(jù)處理使用Microsoft Office Excel 2010，數(shù)據(jù)繪圖使用SigmaPlot 12.0，相關(guān)性分析、主成分分析及聚類分析使用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件完成.

2 結(jié)果與分析

2.1 西江上游沉積物中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)與空間分布特征

重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)包含沉積物地球化學(xué)的主要特征，是定量研究沉積物的基礎(chǔ)，變異系數(shù)則可直觀反映重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的離散程度. 由表2可知，研究區(qū)域沉積物中w(As)、w(Pb)、w(Cd)、w(Ni)、w(Zn)、w(Cu)、w(Tl)、w(Hg)、w(Sb)和w(Cr)分別為95.42、113.09、4.92、28.03、416.51、27.07、0.75、0.31、34.02、57.58 mgkg，變異系數(shù)排序?yàn)閣(As)>w(Sb)>w(Zn)>w(Pb)>w(Cd)>w(Hg)>w(Cu)>w(Tl)>w(Ni)>w(Cr)，其中w(As)、w(Sb)、w(Zn)和w(Pb)的變異系數(shù)分別為2.41、2.16、1.35和1.23，均超過(guò)1；w(Cd)的變異系數(shù)為0.90，接近于1；w(Hg)、w(Cu)、w(Tl)、w(Ni)和w(Cr)的變異系數(shù)小于0.50. 可見(jiàn)重金屬元素w(As)、w(Sb)、w(Zn)、w(Pb)和w(Cd)在沉積物中變化較大，分異顯著[31],受外來(lái)源影響較大. 同時(shí)，選用沉積物重金屬(平均富集系數(shù))來(lái)評(píng)價(jià)沉積物中重金屬富集及污染狀況[32]，其中AEF為所測(cè)重金屬的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)與研究區(qū)域相應(yīng)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)背景值之比.w(Cd)、w(As)、w(Zn)、w(Pb)、w(Hg)、w(Sb)、w(Cr)、w(Ni)、w(Cu)和w(Tl)的平均值依次為廣西流水沖積物背景值[30]的38.87、8.75、5.84、5.42、2.53、2.31、1.74、1.33、1.23、0.93倍，AEF計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2. 依據(jù)Hakanson[33]對(duì)沉積物污染程度判定標(biāo)準(zhǔn)，Cd、As、Zn、Pb屬于較重污染(AEF>3)，Sb、Hg屬于中污染(2≤AEF≤3). 此外選取加拿大淡水沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)[34]從重金屬可能產(chǎn)生的生物效應(yīng)做進(jìn)一步判斷，TEL為發(fā)生負(fù)面生物效應(yīng)的臨界效應(yīng)濃度，PEL為發(fā)生負(fù)面生物效應(yīng)的必然效應(yīng)濃度，當(dāng)沉積物重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于TEL時(shí)，長(zhǎng)期暴露會(huì)產(chǎn)生毒性效應(yīng)，大于PEL時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不利的急性毒性效應(yīng)[35]. 12個(gè)采樣點(diǎn)沉積物中，w(Pb)、w(Zn)、w(Cu)、w(Hg) 低于TEL分別占33.33%、8.33%、91.67%、16.67%，負(fù)面生物效應(yīng)幾乎不會(huì)發(fā)生；w(Pb)、w(Cd)、w(Ni)、w(Zn)、w(Cu)、w(Hg)、w(Cr)介于TEL和PEL之間的分別占33.33%、41.67%、83.33%、58.33%、8.33%、66.67%、100%，負(fù)面生物效應(yīng)偶爾發(fā)生；w(As)、w(Pb)、w(Cd)、w(Ni)、w(Zn)、w(Hg)高于PEL分別占100%、33.33%、58.33%、16.67%、33.33%、16.67%，負(fù)面生物效應(yīng)易發(fā)生. 可見(jiàn)，西江上游主要受重金屬元素Cd、As、Pb、Zn、Hg和Sb的污染，沉積物中各重金屬元素均有一定程度的富集.

表2 沉積物重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)、背景值及加拿大淡水沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)

注：—表示缺失.

運(yùn)用內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)各采樣點(diǎn)沉積物重金屬污染程度進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示. 各采樣點(diǎn)重金屬污染程度順序依次為刁江S1>龍江S5>龍江S4>龍江S8>柳江S10>龍江S7>龍江S6>龍江S3>柳江S9>龍江S2>融江S12>融江S11. 四條河流沉積物中，刁江重金屬污染較為嚴(yán)重，龍江次之，融江和柳江污染較輕. 結(jié)合該研究區(qū)域產(chǎn)業(yè)以及重金屬進(jìn)入流域的分布特征，初步判斷刁江主要污染來(lái)源于其上游大廠、車河礦冶密集區(qū)、五圩礦冶密集區(qū)的采選冶企業(yè)廢水排放、尾礦和廢渣長(zhǎng)期堆存，龍江主要污染來(lái)源于龍江上游金城江區(qū)段選冶企業(yè)、龍江上游支流大環(huán)江礦冶密集區(qū)的采選冶企業(yè)廢水排放、尾礦和廢渣長(zhǎng)期堆存. 相對(duì)于刁江、龍江，融江與柳江的大中礦少、小礦多、分布零散，無(wú)大規(guī)模的礦冶區(qū)域，因此污染程度較輕.

圖3 各采樣點(diǎn)沉積物的內(nèi)梅羅指數(shù)Fig.3 Nemero index of sediments collected at sampling sites

2.2 沉積物重金屬來(lái)源

2.2.1 重金屬元素間的相關(guān)性分析

通過(guò)分析沉積物中重金屬元素之間的相關(guān)性，可判斷重金屬污染來(lái)源是否相同. 相關(guān)關(guān)系的顯著程度一般由相關(guān)系數(shù)決定，兩種重金屬元素之間的系數(shù)越接近1，表明其相關(guān)關(guān)系越顯著，同源性越好，即可能存在相同的污染源[31]. 該研究采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 21.0進(jìn)行重金屬之間的Pearson相關(guān)性分析.

由表3可以看出，沉積物中w(Cd)、w(As)、w(Pb)、w(Zn)、w(Hg)和w(Sb)在0.01的置信水平上顯著相關(guān)，表明該6種重金屬元素污染來(lái)源可能相同.w(Ni)與w(Tl)、w(Cr)均在0.01的置信水平上顯著相關(guān)，w(Tl)與w(Hg)在0.01的置信水平上顯著相關(guān)，表明這4種重金屬元素具有較好的同源性.

表3 沉積物重金屬的相關(guān)分析

注：** 表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

2.2.2 重金屬元素的主成分分析

主成分分析(principal components analysis，PCA)是可將沉積物中復(fù)雜重金屬成分重新組合，并歸結(jié)為幾個(gè)主成分，用以解釋重金屬元素的主要污染物來(lái)源等[36]. 因此，根據(jù)因子荷載矩陣信息進(jìn)一步確定西江上游河流沉積物中重金屬的地球化學(xué)特征，各因子特征值、總方差、因子載荷矩陣見(jiàn)表4、5所示.

根據(jù)特征值大于1的原則[37]，篩選出兩個(gè)因子共解釋了88.215%的原有信息. 主成分1對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為64.526%，As、Pb、Cd、Ni、Zn、Cu均具有較高荷載，荷載變化范圍為0.893～0.965，主成分2對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為23.688%，Tl、Hg、Sb、Cr的荷載變化范圍為0.459～0.504，相對(duì)于主成分1的荷載低. 在旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣中，主成分1中Cd、As、Pb、Zn、Hg和Sb的載荷變化范圍為0.871～0.991，主成分1中Cd、As、Pb、Zn、Hg和Sb的載荷變化范圍為0.737～0.956.

表4 沉積物重金屬主成分分析的總方差解釋

表5 沉積物重金屬主成分分析的因子載荷矩陣

圖4 沉積物中重金屬主成分載荷圖Fig.4 Loading plots of heavy metals in sediments

由圖4可知，Cd、As、Pb、Zn、Hg和Sb這6種重金屬元素是一類，Ni、Tl、Cr和Hg為另一類. 結(jié)合相關(guān)分析和主成分分析結(jié)果，可推斷同一主成分的重金屬元素具有相似的地球化學(xué)特征和物質(zhì)來(lái)源. 主成分1中6種重金屬元素同研究區(qū)域聚集的鉛鋅礦、錫礦、銻礦等多種有色金屬礦物開(kāi)采生產(chǎn)有關(guān)，其采選冶廢水中受Pb、Zn、Cd、As、Zn、Sb等不同程度的污染；而區(qū)域的尾礦中富含黃鐵礦(主要化學(xué)成分為FeS2)、毒砂(主要化學(xué)成分為FeAsS)、脆硫銻鉛礦(主要化學(xué)成分為Pb4FeSb6S14)、閃鋅礦(主要化學(xué)成分為ZnS)、錫石(主要化學(xué)成分為SnO2)，并且尾礦渣主要以角礫、砂、泥質(zhì)形式存在，易隨流水或揚(yáng)塵搬運(yùn)從而造成流域沉積物含量增加. 因此主成分1可以視為人類活動(dòng)導(dǎo)致的沉積物污染. 主成分2中重金屬元素在沉積物中濃度與廣西流水沖積物背景值接近，且分布比較均勻，因此該4種重金屬元素以自然沉積為主，受到人為干擾較弱，可能與巖石風(fēng)化釋放或周圍土壤侵蝕有關(guān).

2.2.3 重金屬元素的聚類分析

為進(jìn)一步確定西江上游沉積物的地球化學(xué)特征與來(lái)源，采用聚類分析(cluster analysis，CA)分析沉積物中各重金屬之間的疏遠(yuǎn)距離，依據(jù)距離的長(zhǎng)短表征元素間來(lái)源的差異程度[38]，結(jié)果見(jiàn)圖5所示. 10種重金屬聚為兩大類，第一類是As、Pb、Cd、Zn、Cu和Sb，第二類是Ni、Tl、Cr和Hg. 聚類分析進(jìn)一步解釋了沉積物重金屬間的內(nèi)在關(guān)系，并且與相關(guān)分析及主成分分析的結(jié)果一致.

圖5 沉積物重金屬聚類分析結(jié)果Fig.5 Hierarchical dendrogram of heavy metals in sediments

2.3 沉積物的鉛同位素組成特征及其污染來(lái)源

水體中的Pb來(lái)源主要為自然風(fēng)化和人為兩種，人為來(lái)源的Pb可明顯改變Pb的同位素組成，所以根據(jù)Pb的同位素“指紋”特征可有效識(shí)別Pb的自然來(lái)源或人為來(lái)源[17- 18]. Sturges等[39]指出自然源的206Pb207Pb一般較高(>1.20)，而人為源的206Pb207Pb較低(0.96～1.20). 由表6可知，西江上游采樣點(diǎn)沉積物的206Pb207Pb變化范圍為1.08～1.19，表明流域中沉積物的Pb含量已受到不同程度的人類活動(dòng)的影響.

端元物質(zhì)與該研究沉積物的Pb同位素比值對(duì)比分析結(jié)果如圖6所示. 刁江采樣點(diǎn)沉積物Pb同位素比值與大廠、車河礦石比值接近，龍江采樣點(diǎn)沉積物

表6 各采樣點(diǎn)沉積物中Pb同位素比值

Pb同位素比值發(fā)散分布于大廠、車河礦石比值附近，且刁江、龍江Pb同位素比值遠(yuǎn)離背景土壤的比值.而柳江、融江采樣點(diǎn)沉積物Pb同位素比值介于大廠、車河礦石與背景土壤比值之間. 依據(jù)Pb同位素比值特征接近程度[36]可知，刁江和龍江沉積物重金屬來(lái)源相似，主要受礦業(yè)生產(chǎn)等人類活動(dòng)影響，尤其是尾礦長(zhǎng)期堆存、廢渣隨意堆放，導(dǎo)致大量廢水和廢渣向下游遷移沉積. Pb同位素分析結(jié)果進(jìn)一步明確西江上游沉積物的來(lái)源，刁江流域沉積物中主要受Cd、As、Pb、Zn、Hg和Sb污染，該現(xiàn)象與宋書(shū)巧等[38]調(diào)查發(fā)現(xiàn)刁江沿岸土壤的污染情況相吻合，河流兩岸土壤的污染主要是由于受礦業(yè)活動(dòng)污染的河水灌溉形成[40]；龍江主要污染因子為Cd、As、Pb、Zn等重金屬元素，龍江與大環(huán)江匯合(S3采樣點(diǎn))后的沉積物中重金屬含量較高，同時(shí)龍江中下游S6、S7和S8采樣點(diǎn)受2012年廣西龍江Cd污染事件處置影響造成其河底沉積物的重金屬富集[23]，龍江流域沉積物重金屬含量成為較高區(qū)域；融江和柳江下游沉積物重金屬主要地質(zhì)背景自然源因子影響，尤其是融江和龍江匯合后對(duì)柳江起到稀釋作用，柳江作為柳州水源保護(hù)地，其飲用水源水水流循環(huán)能力強(qiáng)，故柳江沉積物的重金屬含量較低，為較清潔區(qū)域.

圖6 沉積物與主要端元物質(zhì)Pb同位素比值對(duì)比Fig.6 Comparison between sediments and the known sources for the Pb isotope ratios

3 結(jié)論

a) 西江上游沉積物中w(As)、w(Pb)、w(Cd)、w(Ni)、w(Zn)、w(Cu)、w(Tl)、w(Hg)、w(Sb)和w(Cr)平均值分別為95.42、113.09、4.92、28.03、416.51、27.07、0.75、0.31、34.02、57.58 mgkg，其中w(As)、w(Sb)、w(Zn)、w(Pb)和w(Cd)變化較大.w(Cd)、w(As)、w(Zn)、w(Pb)、w(Hg)、w(Sb)，分異顯著，受外來(lái)源影響較大. 流域沉積物空間分布，刁江沉積物中重金屬污染程度較高，龍江屬于沉積物中重金屬含量次之，融江和柳江沉積物中重金屬含量較低.

b) 重金屬元素之間的相關(guān)分析、主成分分析和聚類分析表明，As、Pb、Zn、Cu、Cd和Sb之間有較好的相關(guān)性，具有同源性，主要受有色金屬采選冶礦業(yè)活動(dòng)所致；Ni、Tl、Hg和Cr具有同源性，受自然地質(zhì)背景與部分人類活動(dòng)的雙重影響. Pb同位素示蹤法分析結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了刁江和龍江沉積物中重金屬污染主要來(lái)源于有色金屬采選冶礦業(yè)活動(dòng)，融江、柳江沉積物中重金屬主要由地質(zhì)背景自然源因子所致.

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Spatial Distribution and Source Analysis of Heavy Metals in Sediments of the Upstream Xijiang Basin within Nonferrous Metal Accumulation Areas

DENG Qucheng1, WANG Xiaofei2,3, YIN Juan3,4, DENG Chaobing2,3*

1.School of Earth and Environmental Science, University of Queensland, Brisbane 4072, Australia 2.Guangxi Zhuang Autonomous Region Environmental Monitoring Center, Nanning 530028, China 3.Guangxi University, Nanning 530004, China 4.Department of Management Science and Engineering, Guangxi University of Finance and Economics, Nanning 530003, China

This study aimed to investigate how the development of the non-ferrous metals industry impacted sediment deposition in the upstream Xijiang Basin. Twelve sampling sites were selected on four tributaries in the upstream Xijiang Basin, namely, Diaojiang River, Longjiang River, Rongjiang River, and Liujiang River. Contents of Cu, Zn, Pb, Cd, As, Cr, Ni, Tl, Sb and Hg in sediments were measured in the twelve sampling sites, then correlation, clustering, and lead isotope tracing analyses were used to evaluate the distribution and sources of the measured heavy metals in sediments. The results showed that: (1) the average contents of As, Pb, Cd, Ni, Zn, Cu, Tl, Hg, Sb and Cr in sediments were 95.42, 113.09, 4.92, 28.03, 416.51, 27.07, 0.75, 0.31, 34.02 and 57.58 mgkg, respectively. The river sediments have been seriously polluted by Cd, As, Zn and Pb, moderately polluted by Hg and Sb, and slightly polluted by Cr, Ni, Cu and Tl. (2) From a spatial perspective, the order of pollution degrees of sediments in the four tributaries was Diaojiang, Longjiang, Rongjinag, and Liujiang. (3) Regarding the source of contamination, As, Pb, Cd, Zn, Cu and Sb in the sediments were related to the mineral exploitation of nonferrous metal accumulation areas in the upstream Xijiang Basin. Ni, Tl, Hg and Cr in sediments mainly came from the natural geological background. The range of206Pb207Pb ratio was 1.08 to 1.19 in the sediments. The order of similarity between lead isotope ratio in the sediments of the four tributaries and ore of Dachang and Chehe was Diaojiang, Longjiang, Rongjiang, and Liujiang. Lead isotope tracing analysis further revealed that heavy metals in the sediments of Diaojiang and Longjiang Rivers originated from non-ferrous mining and smelting activities, and those in Rongjiang and Liujiang Rivers were mainly contributed by the geological background in the sites.

upstream Xijiang Basin; sediment; heavy metals; isotope tracing; pollution source

2017-02-16

2017-03-17

廣西自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目(2013GXNSFEA053001)

鄧渠成(1990-)，男，廣西南寧人，deng.quch@gmail.com.

*責(zé)任作者，鄧超冰(1962-)，男，廣西北海人，教授級(jí)高工，博士，博導(dǎo)，主要從事環(huán)境污染控制技術(shù)研究，dcb715@sina.com

X14

1001- 6929(2017)08- 1221- 09

A

10.13198j.issn.1001- 6929.2017.02.20

鄧渠成,王曉飛,尹娟,等.西江上游有色金屬產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)河流沉積物重金屬空間分布特征與來(lái)源解析[J].環(huán)境科學(xué)研究,2017,30(8):1221- 1229.

DENG Qucheng,WANG Xiaofei,YIN Juan,etal.Spatial distribution and source analysis of heavy metals in sediments of the upstream Xijiang Basin within nonferrous metal accumulation areas[J].Research of Environmental Sciences,2017,30(8):1221- 1229.