姚艷紅

(延邊大學分析測試中心,吉林 延吉 133002)

人類生產、生活中產生的重金屬廢棄物排入水體時，其絕大部分易于由水相通過懸浮物沉降進入沉積物而造成對沉積物的污染，進而對底棲生物構成威脅，通過食物鏈影響人類健康[1]；因此，研究重金屬元素在沉積物中的含量、分布、變化形式及遷移規(guī)律具有重要意義.文獻[2-6]研究了河流沉積物中重金屬的背景值、沿程分布規(guī)律和賦存形態(tài)，確定了重金屬的生物毒性及其可能的污染源，并預測了生態(tài)風險.本文在對圖們江中游表層沉積物中磷[7]和幾種重金屬賦存形態(tài)研究[8]的基礎上，利用地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風險指數(shù)法對圖們江中游表層沉積物中重金屬進行評價，為圖們江流域的環(huán)境保護提供參考.

1 實驗部分

1.1 樣品采集與處理

根據(jù)《地表水和污水監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ/T91-2002)，在圖們江中游選擇茂山鐵礦匯口(T1)、茂山鐵礦下游(T2)、開山屯上游(T3)、開山屯下游(T4)、白龍(T5)、日光(T6)、圖們公園(T7)、圖們下游(T8)8個點采集樣品,采樣點地理位置見文獻[7-8].采集0～5 cm表層沉積物樣品及平行樣品，自然風干后用瑪瑙研缽研磨，過60目尼龍篩，然后用四分法取樣，在干燥器內保存?zhèn)溆?

1.2 樣品分析

沉積物樣品中重金屬總量采用王水-氫氟酸-高氯酸微波消解，用7500電感耦合等離子質譜儀(美國安捷倫公司)測定.

1.3 質量控制

實驗數(shù)據(jù)的可靠性通過加標和平行樣控制.全程空白控制：總量各步提取過程中，同時做分析空白，以檢查控制樣品在處理測試過程中可能帶來的污染；精密度控制：用平行樣控制樣品測試的精密度，每個樣品平行測定3次；準確度控制：用中國土壤標準控制樣品GBW07437確保分析質量.

1.4 生態(tài)風險評價方法

1)地積累指數(shù)(Igeo)法[9]的計算公式為

Igeo=log2[Ci/(k×Bi)]，

(1)

式中:Ci為元素在沉積物中的測定值;Bi為沉積物中該元素的地球化學背景值,本研究以延邊地區(qū)土壤重金屬含量值[10]為背景值;k是考慮不同地區(qū)巖石差異可能會引起背景值變動而取的系數(shù)，一般情況下k=1.5.

2)潛在生態(tài)風險指數(shù)法的計算公式[11]為：

(2)

(3)

(4)

2 結果與分析

2.1 圖們江中游表層沉積物中重金屬的含量分布特征

圖們江中游表層沉積物中重金屬的含量見表1.由表1可以看出：圖們江中游表層沉積物中重金屬平均濃度的高低順序為As、Pb、Zn、Cu、Ni、Cr、Co、Cd，除Cu和Ni的變異系數(shù)較小外，其他元素的變異系數(shù)較大，說明這些元素都是點污染.8個采樣點中，T6、T5、T7 3處采樣點的污染較為嚴重.8種重金屬中，As的平均濃度為182.35 mg/kg，高于其他7種重金屬的濃度,可能源于農藥、茂山鐵礦和開山屯化學纖維漿廠排放的廢水；Cd的平均濃度為0.76 mg/kg，是使用農藥和化肥的標識[12].Pb的平均濃度為176.85 mg/kg，可能源于機動車尾氣的排放和茂山鐵礦排放的廢水； Cu和Ni的平均濃度分別為66.62 mg/kg和63.08 mg/kg,可能源于茂山鐵礦和開山屯化學纖維漿廠排放的廢水.

表1 沉積物中各重金屬的含量

2.2 圖們江中游表層沉積物中重金屬的相關性與來源分析

利用SAS(Statistics Analysis System)軟件得到重金屬含量的相關系數(shù)矩陣，見表2.在同一條河流內，由于不同重金屬的含量不同，其相關分析可以揭示不同重金屬之間的來源關系，若金屬元素之間存在相關關系，說明它們可能有相似的來源[13].由表2的相關系數(shù)矩陣可以看出：As與Cr、Cu和Zn、Cr與Cu和Zn、Cu與Pb和Zn高度相關(相關系數(shù)r≥0.8)，這表明As、Cr、Cu、Zn這4種元素的來源相同； As與Pb、Cd與Cu和Zn、Cr與Co和Pb、Zn與Pb中度相關(相關系數(shù)0.5≤r≤0.8)，這表明As、Pb、Cr、Co的來源可能相同； As與Cd和Co、Cd與Cr、Co與Ni低度相關，這表明As、Cd、Ni這些元素的來源不同.

表2 沉積物中各重金屬含量的相關系數(shù)矩陣

2.3 沉積物中各重金屬的污染狀況與風險評價

2.3.1地積累指數(shù)(Igeo)法 以延邊土壤環(huán)境重金屬的背景值作為參比值，按照(1)式計算8種重金屬的地積累指數(shù)，見表3.從表3可以看出:在8個采樣點中，As、Cd、Cu和Pb的污染較重.按地積累指數(shù)與污染程度分級[14]，Pb和Cd的地積累指數(shù)范圍為2≤Igeo<3，屬于中度污染；As、Cu和Ni的地積累指數(shù)范圍為1≤Igeo<2，屬于偏中度污染；Co和Zn的地積累指數(shù)范圍為0≤Igeo<1，屬于輕度污染；Cr的地積累指數(shù)為Igeo<0，屬于無污染；污染程度由高到低的順序為：Pb、Cd、Cu、As、Ni、Co、Zn、Cr.

表3 沉積物中各重金屬的地積累指數(shù)

表4 沉積物中各重金屬的生態(tài)風險系數(shù)和潛在生態(tài)風險指數(shù)(RI)

3 結論

本文探討了圖們江中游表層沉積物中8種重金屬的污染特征，評價了其生態(tài)風險，給出了沉積物中各重金屬平均濃度由高到低的次序.8個采樣點中，有3處采樣點為污染嚴重.地積累指數(shù)和生態(tài)風險系數(shù)綜合評價結果表明，有7處采樣點處于強生態(tài)風險.本結果可為圖們江流域的環(huán)境保護提供數(shù)據(jù)支持.不同季節(jié)圖們江中游和圖們江全流域的表層沉積物的重金屬特征正在進一步研究中.

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