夜朗湖沙灣河口底泥重金屬空間分布研究

張曉娟 付徐春 陳 敏 張玉濤

（1 安順學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 貴州安順 561000 2 貴州省科技廳土壤污染控制與修復(fù)工程技術(shù)中心 貴州安順 561000）

引言

重金屬元素具有隱蔽性、長期性、不可逆轉(zhuǎn)性等特點(diǎn)。進(jìn)入環(huán)境中的重金屬難以被降解，通過生物富集和放大作用對生態(tài)系統(tǒng)造成直接和間接的危害，在環(huán)境污染問題研究中引起廣泛關(guān)注[1-2]。通過各種途徑進(jìn)入水體的重金屬污染物絕大部分由水相轉(zhuǎn)入懸浮物，隨著懸浮物的沉降進(jìn)入沉積物中，一方面降低了水體的污染；另一方面當(dāng)沉積物-水界面的理化條件發(fā)生改變時，沉積物中的重金屬會再次釋放，成為二次污染源，影響上覆水體的水質(zhì)[3-6]。因此沉積物中重金屬含量可作為評價水污染的一個重要指標(biāo)，能明顯地反映出水體受重金屬污染的狀況[7]。對于云貴高原深水胡泊，其入湖支流水系較多，出湖水系較少，致使胡泊換水周期長，不利于污染物的排放，致使沉積物中重金屬遷移-轉(zhuǎn)化更復(fù)雜，研究云貴高原胡泊底泥重金屬含量分布特征更有意義[8-10]。本項(xiàng)目以貴州省安順市普定縣境內(nèi)夜郎湖胡泊沉積物為研究對象，分析不同深度土壤中重金屬各粒徑含量分布特征，同時借鑒德國學(xué)者M(jìn)uller 提出的地積累指數(shù)法（Igeo）評價不同深度沉積物中重金屬生態(tài)風(fēng)險,進(jìn)一步探究云貴高原胡泊沉積物中重金屬遷移、富集規(guī)律及水生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境生態(tài)風(fēng)險，對確保水質(zhì)安全具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 沉積物的采集預(yù)處理

本研究選取貴州安順普定夜郎湖沙灣河口底泥為研究對象。2017 年12 月設(shè)立三個采樣點(diǎn)，利用虹吸法清除界面水，采用長度為40 cm 的荷蘭鉆采集沉積物柱心樣品。對沉積物原柱進(jìn)行現(xiàn)場分層，用分樣裝置以10 cm 間隔精細(xì)分截，A1(0-10cm)，A2(10-20cm)，A3(20-30cm)，A4(30-40cm)。把不同采樣點(diǎn)的同層底泥樣品混勻后裝入聚四氟乙烯袋，排出空氣后當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干。真空冷凍干燥后研磨，過篩分為不同粒徑土樣：＞2mm、1-2mm、0.41-1mm、0.22-0.41mm、0.125-0.22mm、0.063-0.125mm、0.048-0.063mm、＜0.048mm 。

1.2 方法

1.2.1 重金屬含量測定

火焰原子吸收法測定Zn、Cu、Pb 的含量，石墨爐原子吸收法測定Cd、Mn、Cr 的含量。

1.2.2 重金屬污染評價

本文采用德國科學(xué)家Müller 提出的地質(zhì)累積指數(shù)法[9](Igeo)對重金屬污染狀況做出評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 底泥重金屬含量量垂直分布特征

湖區(qū)底泥中重金屬的時空分布特征，可以反映出湖區(qū)不同時間重金屬的污染情況。本目研究了土壤樣品中Cd，Cr，Zn，Pb，Cu，Mn 6 種重金屬含量的垂直分布特征，結(jié)果見圖1。

由圖1 可知，夜郎湖沙灣河口底泥重金屬含量的大小順序?yàn)椋篗n＞Zn＞Pb＞Cr＞Cu＞Cd。Mn 和Pb 含量量垂直分布特征相似，總量最大值均出現(xiàn)在底泥表層（0-10cm）土壤中。

圖1 重金屬含量垂直分布

可能由于夜郎湖沙灣河緊鄰交通要道，近年來隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展車輛增多，來往車輛釋放出的Pb、Mn 隨尾氣進(jìn)入街道揚(yáng)塵，進(jìn)而隨干濕沉降進(jìn)入湖泊，很快沉降到底部。同時Mn 和Pb 含量均在20-30cm 深度出現(xiàn)峰值，這可能由于上世紀(jì)上游片區(qū)鉛礦礦區(qū)的大規(guī)模采礦和選礦造成的。

Cr、Cu 和Cd 含量垂直分布特征相似，呈現(xiàn)明顯的鋸齒狀，其中Cd 的最大值（4.87mg/kg）在10-20cm 處，Cr、Cu 含量最大值（191.56mg/kg、117.14mg/kg）出現(xiàn)在20-30cm 深度，這可能由于上世紀(jì)沿岸煤礦企業(yè)污水排放造成的。

Zn 含量量受到周圍農(nóng)業(yè)、種植業(yè)施加的化肥農(nóng)藥的流失的嚴(yán)重影響，表現(xiàn)出表層Zn 總量最高（662.17mg/kg），隨深度的增加含量逐漸降低，所以在夜郎湖沙灣河口周圍農(nóng)業(yè)種植過程中要努力控制化肥農(nóng)藥的流失。

2.2 不同深度土壤中重金屬各粒徑含量的分布特征

土壤粒徑不同，重金屬含量分布特征不同，了解不同粒徑的土壤對重金屬富集特征，對于底泥土壤中重金屬含量分布特征的研究具有十分重要的意義。

圖2 不同深度土壤重金屬各粒徑含量分布

由圖2 可知，A3、A4 層底泥中Mn、Pb、Zn、Cd、Cr、Cu 含量隨土壤粒徑變化不明顯，A1、A2 層底泥各金屬含量受土壤粒徑影響較明顯，這可能由于A1 和A2 屬于底泥上層土壤，A3 和A4 屬于底泥下層土壤，上下層土壤結(jié)構(gòu)組成及理化性質(zhì)存在差異。A1 層各金屬含量最大值主要集中在粒徑為0.22-0.41mm 土壤中，A2 層各金屬含量最大值主要集中在粒徑為0.125-0.22mm 和0.048-0.063mm 土壤中，可能由于該范圍粒徑大小的土壤比表面積大，具有較大的吸附重金屬的能力，導(dǎo)致重金屬在該粒徑土壤中富集。

2.3 不同深度土壤重金屬污染評價

表1 重金污染評價屬[5][10]

由表1 可知，夜郎湖沙灣河口底泥夜郎湖沉積物中Cd、Cr、Zn、Mn、Pb、Cu 的Igeo 平均值分別為2.47、0.38、1.10、0.22、1.55、0.72，Mn、Cr、Cu 屬于輕度污染，Pb、Zn 屬于偏中度污染，Cd 屬于中度污染。原因是因?yàn)榇罅课唇?jīng)處理的城市垃圾，被污染的土壤以及工業(yè)廢水和生活污水，還有大氣沉降物不斷排入水中，是沉積物中的Cd 含量較高；Zn 和Pb 的污染次之，可能是夜郎湖上游存在有大片的廢棄鉛鋅礦區(qū)，未經(jīng)處理礦渣中存在有大量的Zn 和Pb，隨水域沖刷釋放到水體中。

夜郎湖胡沙灣河口底泥中Cr、Mn、Pb、Cu 在不同深度中污染程度相同。Zn 的污染程度隨底泥深度增加而減小，上層（0-20cm）底泥中Zn 屬于偏中度污染，下層底泥中Zn 屬于輕度污染。Cd 的污染程度隨底泥深度增加變化無明顯規(guī)律，在10-20cm深度污染程度最大，為偏中度污染。

結(jié)語

夜郎湖沙灣河口底泥重金屬含量的大小順序?yàn)椋篗n ＞Zn ＞Pb ＞Cr ＞Cu ＞Cd，Mn、Cr、Cu 屬于輕度污染，Pb、Zn 屬于偏重度污染，Cd 屬于重度污染，因此應(yīng)加強(qiáng)夜郎湖沙灣河口Pb、Zn、Cd污染的防治工作。受周圍農(nóng)業(yè)種植、交通運(yùn)輸及上游廢棄鉛鋅礦渣的影響，不同深度底泥中重金屬含量及污染程度垂直分布規(guī)律因重金屬種類不同有所差異。不同粒徑中重金屬含量分布特征受到底泥深度的影響，上層底泥（0-20cm）重金屬含量受土壤粒徑影響較明顯，重金屬含量主要富集在粒徑為0.22-0.41mm、0.125-0.22mm 和0.048-0.063mm 土壤中，下層底泥（20-40cm）土壤中重金屬含量在不同粒徑中分布較均勻。