區(qū)域水體環(huán)境重金屬污染垂直分布及污染狀況研究

蘇維

關(guān)鍵詞：區(qū)域水體；重金屬污染；地累積指數(shù)；空間變異系數(shù)、垂直分布

中圖分類號：X131 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

由于人類活動和工業(yè)排放，大量的重金屬被釋放到水體中，導(dǎo)致水體環(huán)境中重金屬含量不斷增加，其中，鉛、鎘、鉻、汞等重金屬元素的毒性極高，對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成潛在威脅。水體環(huán)境內(nèi)重金屬成分釋放污染氣體，導(dǎo)致二次污染問題，同時(shí)可被水體內(nèi)生物吸食，通過食物鏈的方式逐步被人類食用，危害人類生命健康。由于不同水深的水體層次具有不同的物理、化學(xué)和生物條件，對重金屬的賦存形態(tài)和環(huán)境行為產(chǎn)生影響。因此，了解水體環(huán)境重金屬污染的狀況和分布情況具有重要的科學(xué)意義，故提出區(qū)域水體環(huán)境重金屬污染垂直分布及污染狀況研究。

1區(qū)域特征、樣本采集及研究方法

1.1研究區(qū)域概況

太湖位于江蘇省境內(nèi)，地處長江三角洲南部，水域面積為2338.1平方公里。東側(cè)為水網(wǎng)平原、西與西南側(cè)為丘陵山地，湖上島嶼眾多。在蘇州市西山風(fēng)景區(qū)和東山風(fēng)景區(qū)設(shè)置6個(gè)采樣點(diǎn)。

1.2樣品采集

選取每個(gè)采樣點(diǎn)20 m范圍內(nèi)的五個(gè)分采樣點(diǎn)，采集各采樣點(diǎn)的表層、中層、底層水體樣本各5L，使用硝酸將其酸化至pH<2，將五個(gè)分采樣點(diǎn)水體樣本充分混合至一個(gè)聚乙烯塑料瓶內(nèi)密封保存。通過抓斗式采樣器在同一個(gè)位置獲取各采樣點(diǎn)的底層、中層和表層沉積物樣品，混合放人聚乙烯塑料袋內(nèi)密封保存。將兩種樣本置于零下20度的環(huán)境內(nèi)保存。同時(shí)，通過酸度計(jì)獲取水體樣本pH值，通過溫鹽深探測儀獲取水體鹽度、溫度信息。

1.3研究方法

1.3.1主成因分析

利用主成因分析法（PCA）提取后，可留下有效重金屬元素。當(dāng)方差荷載大于0.71時(shí)，為顯著重金屬元素，當(dāng)特征值大于1時(shí)，主要重金屬成分可被保留。

2結(jié)果與分析

2.1重金屬污染垂直分布

2.1.1水體中重金屬垂直分布特征

記錄蘇州市太湖區(qū)域C1、C2、C3、C4、C5、C6六個(gè)采樣點(diǎn)水體中六種重金屬Hg、As、Cu、Ni、Cd、Pb垂直分布特征，2022年蘇州市太湖區(qū)域水體沉積物重金屬濃度含量見圖1。

從圖1可知，六個(gè)采樣點(diǎn)中水體表層中重金屬Cu、As含量較高，中層中六種重金屬As含量最多，而水體底層中重金屬As、Ni含量較高，而Cu和As重金屬元素在水體表、中、底層間的含量差異顯著，表明太湖區(qū)域的水體中重金屬元素的分布具有一定的垂直變化規(guī)律，在水體中的分布也存在差異。

2.1.2沉積物中重金屬垂直分布特征

記錄蘇州市太湖區(qū)域C1、C2、C3、C4、C5、C6六個(gè)采樣點(diǎn)沉積物中六種重金屬Hg、As、Cu、Ni、Cd、Pb垂直分布特征，2022年蘇州市太湖區(qū)域水體表層重金屬濃度含量見圖2。

從圖2可知，六個(gè)采樣點(diǎn)中，沉積物表層主要含有重金屬Pb、As、Cu，其中層主要含有Ni、Cu，底層主要為As。在沉積物中Cu、As含量差異顯著，說明太湖區(qū)域沉積物中的重金屬元素分布具有一定的垂直變化規(guī)律，分布也存在差異。

2.1.3重金屬多因子分析

通過主成因分析法對蘇州市太湖區(qū)域C1、C2、C3、C4、C5、C6六個(gè)采樣點(diǎn)水體和沉積物中的六種重金屬Hg、As、Cu、Ni、Cd、Pb實(shí)行載荷因子分析。

主成分因子荷載見表1。

通過分析表1的主成分分析得出，第一主成分上重金屬Hg、Pb、As具有較高荷載，是太湖區(qū)域水體和沉積物中重金屬元素污染的主要來源。由此，第二主成分上重金屬Cd為太湖區(qū)域重金屬元素污染組成部分，第三主成分上重金屬Ni、Cu也是太湖區(qū)域重金屬元素污染的重要來源。

2.2重金屬污染狀況

2.2.1空間變異系數(shù)

蘇州市太湖區(qū)域C1、C2、C3、C4、C5、C6六個(gè)采樣點(diǎn)水體和沉積物中重金屬空間變異系數(shù)見表2。

從表2可以得知，六個(gè)采樣點(diǎn)中水體中的As含量空間變異系數(shù)最大，而沉積物中Hg含量空間變異系數(shù)最大。其中，Hg和As的空間變異系數(shù)超過100%，屬于極強(qiáng)變異。而Ni在太湖區(qū)域沉積物中具有較高的變異性，在水體中則表現(xiàn)為中等變異，Cu、Cd、Pb則屬于中等變異。表明該區(qū)域水體重金屬污染可能受到人類活動因素影響。

2.2.2地累積指數(shù)

蘇州市太湖區(qū)域C1、C2、C3、C4、C5、C6六個(gè)采樣點(diǎn)水體和沉淀物中六種重金屬Hg、As、Cu、Ni、Cd、Pb的地累積指數(shù)見表3。

根據(jù)表3中可知，六個(gè)采樣點(diǎn)水體和沉淀物中，Cd、Pb和Ni的Igeo值小于1為輕度污染；Hg和Cu的Igeo值在2～3為中度污染；As地累積指數(shù)大于5為重度污染，表明人類活動對As造成污染最嚴(yán)重。

2.2.3污染綜合評價(jià)指數(shù)

蘇州市太湖區(qū)域Cl、C2、C3、C4、C5、C6六個(gè)采樣點(diǎn)水體和沉淀物中六種重金屬Hg、As、Cu、Ni、Cd、Pb的污染物濃度指數(shù)和污染綜合評價(jià)指數(shù)見圖3。

分析圖3可知，六個(gè)采樣點(diǎn)水體中，單個(gè)重金屬As元素的污染指數(shù)最高，均值在3左右，Cd和Ni污染指數(shù)較低，均值皆在0.5左右；沉積物中重金屬Cd元素污染指數(shù)最高，均值在3.5左右，污染指數(shù)最小的是Cd和Ni，均值皆在0.5左右。水體中重金屬Cu的污染物濃度指數(shù)高于沉積物中污染物濃度指數(shù)。

3結(jié)束語

蘇州市太湖區(qū)域六個(gè)采樣點(diǎn)中，在水體表層中Cu、As含量較大，中層中As含量最多，底層中As、Ni含量較多。在沉積物表層中Pb、As、Cu含量最多，中層Ni、Cu含量最多，底層As含量最大。蘇州市太湖區(qū)域六個(gè)采樣點(diǎn)中第一主成分為重金屬Hg、Pb、As，第二主成分為重金屬Cd，第三主成分為重金屬Ni、Cu。通過空間變異系數(shù)分析可知，蘇州市太湖區(qū)域六個(gè)采樣點(diǎn)中，區(qū)域水體重金屬污染可能受到人類活動因素影響。通過地累積指數(shù)可知，人類活動對As造成污染最嚴(yán)重，其次是Hg和Cu，最后是Ni、Cd和Pb。水體中污染指數(shù)最高的是As，均值在3左右，沉積物中污染指數(shù)最高的是Cd，均值在3.5左右。