皖江經(jīng)濟帶濕地沉積物重金屬污染評價及來源解析

中圖分類號：X508 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-204X（2025）04-0010-07doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2025.04.002

Evaluation and Source Analysis of Heavy Metal Pollution in Sediments of Wetlands in Wanjiang Economic Belt

Shen Hua'， Guo Lingli2 （1.Geological Survey InstituteofAnhui Province，Hefei，Anhui230OO1；2.Evaluation Centerof Mineral Resource Reserves of Anhui Province，Hefei， Anhui 230001）

Abstract Based onthe monitoring data of wetland sediment samples inthe Wanjiang Economic Belt，the polutiondegree of heavy metals inthe sedimentsof the studyarea was evaluated and comprehensively analyzed byusing thegeological accumulation index Igeo method and the potential ecological risk index RI method to obtain more reliable results.At the sametime，Pearson analysis method wasused to analyze the corelation ofheavy metals insediments.The resultsshowed that thesix elements ofAs，Cd，Cu，Pb，Znand Hghadsignificant correlation，indicating that thesesixelementshadcertain homology，andtheaverage content of these six elements exceeded the background value.The average value of Cd element even reached1O times of thebackground value，and theenrichmentphenomenon wassignificant，which indicated that thepolution of thesesix elementswas mainlycaused by human factors.At thesame time，Crand Niare highlycorrelated， indicating thatCrandNi have certain homology，butthe measuredconcentration values of CrandNi are close totheirbackgroundvalues，indicating that Crand Niaremainlynatural deposition.Thecorrelationanalysis datashowed that the main heavy metal elements in the study area were derived from human activities， including pollution emissions frommining，industrial productionand living activities.Therefore，some prevention andcontrol measures should be taken for therelevant polution'sources to reduce their impact on the wetland environment.

KeyWords Wanjiang Economic Belt;Wetland sediments；Geological accumulation index;Potential ecologica risk index;Correlation analysis

皖江經(jīng)濟帶（以下簡稱皖江）位于安徽省中部（圖1），東鄰長三角，西接武漢城市群，是長江經(jīng)濟帶上的重要節(jié)點；是安徽省主要產(chǎn)業(yè)基地、城鎮(zhèn)集中分布區(qū)、主要礦產(chǎn)勘查開發(fā)區(qū)和國家級商品糧基地；是國家級重要的鋼鐵、有色金屬、建材、化工等原材料基地；也是安徽經(jīng)濟發(fā)展的主體和龍頭。該地區(qū)的發(fā)展關(guān)系到整個安徽省的發(fā)展，關(guān)系到中部的崛起，關(guān)系到長江經(jīng)濟帶整體作用的發(fā)揮。

皖江經(jīng)濟帶境內(nèi)河流縱橫交錯，湖泊星羅棋布，濕地資源極其豐富，濕地類型多樣。根據(jù)濕地資源調(diào)查，皖江地區(qū)濕地包括3類，即河流濕地（包括永久性河流、季節(jié)性河流）湖泊濕地（永久性淡水湖）和人工濕地（包括庫塘、水塘、采掘區(qū)）3類。其中，河流濕地、湖泊濕地屬于自然濕地;庫塘、水塘、采掘區(qū)屬于人工濕地[2-3]。

濕地對于生態(tài)環(huán)境有污染物降解與水質(zhì)凈化的功能，因此被稱為“地球之腎\"。近年來，隨著生態(tài)文明建設(shè)的推進，濕地保護成為社會各界關(guān)注的焦點。濕地在很大程度上受納了來自城市生活污水、工業(yè)廢水等排放的重金屬污染物。而濕地底部沉積物在這一過程中充當(dāng)了這類污染物儲存庫的角色，它也往往是重金屬污染物的最終歸宿，也是水體污染的主要蓄積場所。 ① 沉積物能夠吸附水中的污染物質(zhì)，使水質(zhì)污染程度降低，但是當(dāng)條件改變時，污染物質(zhì)又會重新釋放出來，對水體造成二次污染； ② 沉積物還是底棲生物的主要生活場所和食物來源，底泥中的污染物質(zhì)可能會直接或間接地對水生生物產(chǎn)生毒害作用，并通過生物富集和食物鏈的放大等過程進一步影響陸地生物和人類[-8。因此，濕地沉積物的環(huán)境狀況評價也受到廣大學(xué)者的關(guān)注[9-15]。

目前，國內(nèi)湖（河）底沉積物評價尚沒有專門的行業(yè)規(guī)范，有關(guān)沉積物評價的方法以地質(zhì)積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法最為常用。本研究分別采用這兩種常用方法對研究區(qū)底泥中重金屬的污染程度進行評價，并進行綜合比較分析，以獲得更可靠的結(jié)果。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

調(diào)查區(qū)范圍包括、蕪湖、馬鞍山、銅陵、安慶、池州、滁州、宣城八市全境和六安市金安區(qū)、裕安區(qū)、舒城縣，共59個縣（市、區(qū)），即西起宿州市松柳坪和岳西縣余河與湖北省界，東至廣德縣長廣與浙江省界，南至東至縣的龍泉，北至明光市柳巷的淮河。地理坐標(biāo)為 115^°45^′～119^°39^′E，29^°47^′～33^°32^′N ，區(qū)域面積7.58×10⁴km² （圖1）。

1.2 地貌及水系

皖江地區(qū)位于安徽省的中部，淮河以南、長江兩岸，涉及江淮丘陵、沿江平原、大別山地和皖南山地等地貌單元。地勢南北高、中間低，整體上自西南向東北傾斜?；春右阅蠟樯降貚徢?，崗沖相間；長江兩岸和巢湖周圍以沖湖積平原為主，江河湖泊融為一體，地勢低洼，海拔一般在 10～15m ，屬于長江中下游平原；沿江南部以山地、丘陵為主。海拔在 200m 以下的地區(qū)占總面積的 77.82% ，海拔 500m 以上的地區(qū)面積僅占 7.09% 。

皖江地區(qū)流域面積為 6.6×10⁴km²"。皖江兩岸分布有巢湖、龍感湖、大官湖、泊湖、武昌湖、升金湖、菜子湖、白蕩湖等25個大小湖泊，湖泊總面積為2813.94km² 。最大的巢湖為全國五大淡水湖之一，最大水域面積約 785.98km² 。發(fā)育有皖河、滁河、青弋江、水陽江、秋浦河、裕溪河等一級支流。

2 點位布置與樣本采集

2.1 點位布置

沉積物采樣點位針對主要湖泊、河流型濕地布置，面積相對較大的濕地原則上按照 36km² 的網(wǎng)格單元布置；面積相對較小的濕地一般采集1～2個代表性沉積物樣本，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況及工作需要進行靈活調(diào)整。按照該原則，共布置沉積物采樣點位244個，其分布情況見圖1所示。

2.2 樣本采集

（1）采樣點的確定。采樣點避開水流沖刷、沉積不穩(wěn)定、易受攪動的地區(qū)；若當(dāng)前點位無法采樣時，可適當(dāng)移動，并在采樣記錄表上對移動的情況進行備注。

（2）采樣量及容器。深水區(qū)一般采用柱狀式活塞采樣器，淺水區(qū)或干涸區(qū)采用塑料勺或不含待測金屬的金屬鏟采樣。單個樣本采集量約為 1～2kg ，如果單次采集量不夠時，可以在周邊多采幾次，剔除雜質(zhì)后混合均勻。樣本在瀝干水分后，用塑料袋包裝或用玻璃瓶盛裝，并作好標(biāo)記。

（3）采樣記錄及樣本交接。采集樣本后及時進行編號并貼好標(biāo)簽，并在采樣記錄表上填好采樣點位置、周邊環(huán)境情況、樣本的性狀、現(xiàn)場采樣照片標(biāo)號等重要信息。樣本和采樣記錄表要及時轉(zhuǎn)交實驗室，做好交接工作。

2.3 樣本測試

樣本評價指標(biāo)有 As，Cd，Cr，Cu，Hg，Ni，Pb，Zn 共計8種元素，按照DZ/T0279.18—20167等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進行測試。

3 評價方法

目前，國內(nèi)沉積物評價尚沒有專門的行業(yè)規(guī)范，有關(guān)沉積物評價的方法以地質(zhì)積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法最為常用[18]。本研究分別采用這兩種常用方法對研究區(qū)底泥中重金屬的污染程度進行評價，并進行綜合比較分析，以獲得更可靠的結(jié)果。

3.1地質(zhì)積累指數(shù)法

地質(zhì)積累指數(shù)是Muller提出的利用總濃度與背景值的關(guān)系來確定重金屬污染程度的參數(shù)，其表達(dá)式為 I_geo=log₂^（Cn/kBn） 。

式中： I_geo 為地質(zhì)積累指數(shù)； Cn 為元素 n 在表層底泥中的實測值； Bn 為元素 n 的環(huán)境背景值； k 為各地巖石差異可能引起的背景值變動系數(shù)（一般取1.5）。地質(zhì)積累指數(shù)法主要用于描述單個元素對環(huán)境污染的程度。根據(jù) I_geo 值的大小對污染強度進行分級（表1）。

3.2潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI法[19-22]

潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法是由瑞典學(xué)者Hakanson提出的，用于評價重金屬潛在的生態(tài)風(fēng)險危害。其表達(dá)式為

式中： C_fⁱ 為金屬元素 i 的污染系數(shù)； C_rⁱ 為重金屬 i 的實測值； C_nⁱ 為金屬i的環(huán)境背景值； E_rⁱ 為金屬元素i 的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)； T_rⁱ 為金屬 i 的金屬元素毒性加權(quán)系數(shù)； R_i 為元素的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，也即單個金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險因子之和。

潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)既反映了單一重金屬元素對生態(tài)環(huán)境的潛在危害，又反映了多種重金屬元素對生態(tài)環(huán)境的綜合影響。按照 E_rⁱ 值和 R_i 值對污染強度進行定量分級，參見表2。

4 評價結(jié)果

4.1地質(zhì)積累指數(shù)法評價結(jié)果

4.1.1 背景值的選取

本次評價的 As.Cd.Cr.Cu.H_{g?Ni.Pb.Zn 8} 種元素背景值參考選擇《安徽省江淮流域多目標(biāo)地球化學(xué)》項目成果[23]，其背景值如表3所示。

4.1.2 單因子污染指數(shù)評價

如圖2各元素地質(zhì)積累指數(shù)法污染分級比例條形圖和圖3各元素超標(biāo)率條形圖，在單因子污染指數(shù)中：① 砷As單因子污染指數(shù)以0級為主（清潔級別），僅池州、銅陵分布少數(shù)異常點位。 ② 鎘Cd單因子污染指數(shù)以0級和1級為主，4級及以上點位主要分布在南淝河入湖口、無為、池州、銅陵等地，可能受礦山開采和工業(yè)企業(yè)污染排放的影響。③Cr單因子污染指數(shù)主要有0級和1級，其中，0級所占比例超過 90% 。 ④Cu 單因子污染指數(shù)從0級到6級均有分布，其中，0級占比超 70% ，4～6級主要分布在銅陵等礦山開采活動較多的區(qū)域。 ⑤Hg 單因子污染指數(shù)從0級到4級均有分布，其中，0級占比超 60% ，4級主要分布在南淝河下游、銅山銅礦、鳳陽城東，受城市污染排放、礦山開采以及農(nóng)藥化肥的使用影響較大。 ⑥Ni 單因子污染指數(shù)主要為0級和1級。 ⑦Pb 單因子污染指數(shù)從0級到3級有分布，其中，0級占比超 80% ，3級分布在銅陵沿江地區(qū)。 ⑧Zn 單因子污染指數(shù)從0級到4級均有分布，其中，0級占比超 50%，1 級占比超 40% ，其余分布在銅陵等地，受上游礦山開采等排放的影響較大。

4.1.3地質(zhì)積累指數(shù)法重金屬污染綜合分析

從污染分級比例（圖2）及污染超標(biāo)率統(tǒng)計分析（圖3）來看：研究區(qū)各金屬元素污染程度由高到低依次為 Cd，Zn，Hg，Cu，As，Ni，Pb，Cr ，其中， Cd，Zn，Hg 3 種元素的超標(biāo)率均大于 30% ，屬于污染較嚴(yán)重的元素。而且這3種超標(biāo)樣本的分布以銅陵東北部順安河下游、巢湖北部南淝河、池州銅山鎮(zhèn)等地較為集中。結(jié)合野外調(diào)查資料，順安河金屬元素的超標(biāo)主要與上游獅子山及鳳凰山的銅礦等開采活動有關(guān)；南淝河主要受到上游城市污染排放、下游大圩農(nóng)場農(nóng)藥化肥面源排放的影響；而池州銅山鎮(zhèn)主要受到礦山開采的影響。

4.2潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI法評價結(jié)果

4.2.1 單因子生態(tài)風(fēng)險評價

調(diào)查區(qū)各金屬元素生態(tài)風(fēng)險因子 E_rⁱ 平均值（表4）由大到小依次為 Cd，Hg，As，Cu，Ni，Pb，Cr，Zn ，其中Cd和 Hg 的生態(tài)風(fēng)險因子 E_rⁱ 平均值均超過了 40 而且Cd生態(tài)風(fēng)險 E_rⁱ 平均值達(dá)到了299.52，達(dá)到中等生態(tài)風(fēng)險程度，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量影響較大。而其他6種元素的生態(tài)風(fēng)險平均值均小于40，風(fēng)險程度相對較低。

4.2.2綜合潛在生態(tài)風(fēng)險評價

根據(jù)各金屬元素的生態(tài)風(fēng)險因子 E_rⁱ 值計算出各取樣點潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù) R_i ，進行統(tǒng)計分析，并劃分綜合潛在生態(tài)風(fēng)險評價分區(qū)（圖4）。根據(jù)綜合潛在生態(tài)風(fēng)險評價分區(qū)，可見全區(qū)大部分都處于中等污染水平，而且在空間分布上，中等風(fēng)險程度的地區(qū)多分布在沿江及以南地區(qū)，沿江以北則以輕微生態(tài)風(fēng)險程度為主。很強生態(tài)風(fēng)險區(qū)和極強生態(tài)風(fēng)險區(qū)均為零星分布。其中：很強生態(tài)風(fēng)險區(qū)分布地區(qū)主要有柘皋河、望江沿江區(qū)、秋浦河、順安河、董鋪水庫，其他地區(qū)多為零星分布，除順安河主要受到上游礦山開采影響外，其余多受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染排放的影響；極強生態(tài)風(fēng)險區(qū)主要分布在南淝河、順安河、池州以北的豐收圩、銅山銅礦周邊、鳳陽城東等地區(qū)。

5湖底沉積物重金屬污染來源

調(diào)查區(qū)水系沉積物的來源一般有兩種：一種是自然沉積，另外一種是人為因素的影響。為進一步探究各重金屬元素污染的來源和關(guān)系，對調(diào)查區(qū)8種金屬元素，利用SPSS統(tǒng)計分析軟件中的Pearson分析來測定相關(guān)系數(shù)。主要是度量兩個變量之間的線性關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)用 r 來表示。當(dāng) r=0 時表示不存在線性相關(guān)，但不意味著兩變量之間無任何關(guān)系。

當(dāng) 0lt;|r|?0.3 時，為微弱相關(guān)； 0.3lt;∣r∣?0.5 時，為低度相關(guān)；當(dāng) 0.5lt;∣r∣?0.8 時，為顯著相關(guān)；當(dāng) 0.8lt; |r|?1 時，為高度相關(guān)；當(dāng) 時，為完全相關(guān)。各采樣點實測值的相關(guān)性見表5。

從表5可以看出：As與 Cd，Cu 的相關(guān)系數(shù)分別為 0.841，0.885 ，呈高度相關(guān)性，As與 的相關(guān)系數(shù)分別為 0.541，0.775 ，呈顯著相關(guān)性；Cd與 Cu 的相關(guān)系數(shù)為0.982，呈高度相關(guān)性， Cd 與 Z_n 的相關(guān)性系數(shù)為0.658，呈顯著相關(guān)性； Cr 與 ΔNi 相關(guān)性系數(shù)為0.875，呈高度相關(guān)性； Z_n 與 As.Cd.Cu 的相關(guān)性系數(shù)分別為0.775，0.658，0.723 ，都呈顯著相關(guān)性；而 Hg 與 Pb，Z_n 的相關(guān)性系數(shù)分別為 0.555、0.611 ，呈顯著相關(guān)性。

綜合來看， As，Cd，Cu，Pb，Zn，Hg 這6種元素之間都達(dá)到了顯著相關(guān)性，說明這6種元素具有一定的同源性。而且這6種元素含量的平均值均超過背景值，其中Cd元素的平均值甚至達(dá)到了背景值的10倍，富集現(xiàn)象顯著，說明這6種元素的污染以人為因素為主。同時， Cr 與Ni呈高度相關(guān)性，說明Cr與Ni具有一定的同源性，但是 Cr 與Ni的實測濃度值都與其背景值較為接近，說明 Cr 與Ni以自然沉積為主。

6 結(jié)論

從地質(zhì)積累指數(shù)法與潛在生態(tài)風(fēng)險評價法的評價結(jié)果來看， Cd，Cu，Hg，As 這4種元素的污染程度較高，其中，以Cd、Cu這2種最為顯著。受污染的地區(qū)多分布在銅陵順安河、池州市青陽縣慶豐圩、池州市銅山鎮(zhèn)高橋湖、秋浦河、南淝河、和縣得勝河、和縣青龍湖等地區(qū)。結(jié)合野外現(xiàn)場調(diào)查，銅陵順安河、池州市銅山鎮(zhèn)高橋湖、秋浦河主要受到上游小河王金多金屬礦等污染排放的影響，其他則主要受到城市污染排放、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)污染排放的影響。

另外，相關(guān)性分析數(shù)據(jù)也對上述分析結(jié)果進行了驗證，同時解析出研究區(qū)主要重金屬元素來源于人類活動，包括礦業(yè)開采、工業(yè)生產(chǎn)及生活等活動的污染排放。因此，應(yīng)針對相關(guān)污染源采取一定防治措施，減少其對濕地環(huán)境的影響。

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責(zé)任編輯：周慧