臥龍湖沉積物中典型重金屬污染評價及其空間分布特征

趙光輝

摘 要：為給臥龍湖國家良好湖泊生態環境保護試點工作提供決策依據，該文對臥龍湖沉積物中Cu、As、Cd、Pb、Zn 5種重金屬的污染狀況及其時空變化特征進行了評價分析。結果表明：臥龍湖沉積物中重金屬元素含量已受到人類活動干擾，總體呈偏中度污染，5種重金屬污染的順序為Cd>Cu>As>Zn>Pb，Igeo值差異極顯著（P<0.01）。Cu、As、Pb 3種重金屬在來源、運輸、沉降、富集等方面有著十分相似的地球化學行為，污染趨勢呈現從沿岸帶向湖心加重趨勢；Cd污染的空間分布呈現從西南、東北沿岸向湖心梯度降低趨勢，Cd在臥龍湖沉積物中的富集有著較獨立的形成因素，污染可能與西馬蓮河河水的注入及康平鎮污水處理廠中的水排放有關；Zn污染的空間趨勢是從北向南逐漸加重，污染原因有待于進一步研究。

關鍵詞：臥龍湖 沉積物 重金屬 地質累積指數 污染評價 空間分布

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（a）-0096-04

水環境中的重金屬污染是全球關注的環境問題之一。由于水體中的重金屬會被其懸浮物吸附，經過沉積后最終在水體表層的沉積物中積累[1]，而長期的累積會導致沉積物中重金屬含量是上覆水體中重金屬含量的幾倍至幾十倍[2]，因此湖泊沉積物是湖泊水體污染物的主要蓄積場所，是水環境中重金屬的“匯”和“源”，也是湖泊的潛在污染源[3-5]。沉積物中重金屬的污染負荷和來源能夠反映自然與人類活動對湖泊的影響，對其研究不僅能提供重金屬的污染現狀和歷史，而且能為將來的研究提供基礎資料[5]。

該文應用德國海德堡大學沉積物研究所Mullers教授提出的地質累積指數法（Igeo）定量評價臥龍湖表層沉積物中Cu、As、Cd、Pb、Zn 5種重金屬的污染程度及其空間分布特征。

1 材料和方法

1.1 采樣時間和點位設置

2014年5月，設置17個采樣點，采用GPS定位。

1.2 分析方法

沉積物樣品自然風干，剔除石塊和植物殘根，研磨過 100目尼龍篩。Cu、Cd、Pb、Zn按照《土壤環境質量標準》GB 15618-1995中相應方法測定，As參照《土壤質量 總汞、總砷、總鉛的測定 原子熒光法》GB/T 22105-2008的方法測定。

1.3 地質累積指數計算和統計分析

地質累積指數（Igeo）的計算公式為：

式中：cn為實測重金屬的質量分數；βn為當地沉積物重金屬的背景值；1.5為考慮到成巖作用可能引起背景值波動而設定的常數。

地質累積指數與重金屬污染程度的關系，Igeo≤0清潔；05嚴重污染。

應用統計學原理，采用克立格（Kriging）插值預測方法分析臥龍湖沉積物中重金屬的空間分布特征；采用SPSS 22.0單因素方差分析臥龍湖沉積物中各種重金屬的差異性。

2 結果與討論

2.1 臥龍湖沉積物中重金屬污染評價

地球化學背景參考值，選定康平縣土壤環境中重金屬元素的背景值作為計算依據，取Cu、As、Cd、Pb、Zn金屬背景參考值分別為4.30 mg/kg、4.62 mg/kg、0.04 mg/kg、7.30 mg/kg、11.40 mg/kg。

臥龍湖沉積物中重金屬地質累積指數特征見圖1和表1。臥龍湖沉積物中5種重金屬地質累積指數的順序為Cd>Cu>As>Zn>Pb，Igeo均值1.56，總體呈偏中度污染。沉積物中5種重金屬的污染程度：Cd為偏重污染；Cu為中度污染；As為偏中度污染；Zn為輕度污染；Pb為清潔。各樣點重金屬污染程度差異較大，以Cd、Zn為首。Pb總體污染程度雖為清潔，但個別點位出現輕度和偏中度污染。

經單樣本非參數K-S檢驗，臥龍湖沉積物中重金屬Igeo值呈正態分布。單因素方差分析顯示臥龍湖沉積物中5種重金屬Igeo值差異極顯著（P<0.01）。Levene方差齊性檢驗表明，顯著性概率P=0.001<0.05，方差不齊。進一步的多重比較得出，除Cu和Cd之間（P=0.988>0.05）、As和Zn之間（P=1.000>0.05）、Pb和Zn之間（P=0.657>0.05）差異不顯著，其他兩兩之間差異均顯著（P<0.05）。

2.2 臥龍湖沉積物中重金屬的相關性分析

對臥龍湖沉積物中的5種重金屬Cu、As、Cd、Pb、Zn的Igeo值進行相關性分析，見表2。結果發現，除Cd與Cu、As，Cu與Zn外，其他相互間都存在相關性（P<0.05）。這說明臥龍湖中部分重金屬元素的含量具有相近的變化趨勢，在來源、運輸、沉降、富集等方面有著十分相似的地球化學行為。Cd與其他重金屬顯著性稍差，且Cd在5種重金屬中污染最重，說明Cd在臥龍湖沉積物中的富集有著較獨立的形成因素。

2.3 臥龍湖沉積物中重金屬空間變化特征

臥龍湖沉積物中5種重金屬的空間分布圖見圖2。Cu、As、Pb 3種重金屬的污染趨勢總體上呈現從沿岸帶向湖心加重趨勢。Cd污染的空間分布總體呈現從西南、東北沿岸向湖心梯度降低趨勢，Zn污染的空間趨勢是從北向南逐漸加重，北部清潔。流域內的沉積物進入湖泊后，被輸送到低能量的深水區并永久沉積[6]，Cu、As、Pb 3種重金屬污染的分布正符合這一規律，間接說明Cu、As、Pb的污染歷史比較久遠，污染物已從湖岸帶富集到湖心。湖泊的沉積物通常由流域的河流帶入[7]，Cd污染的空間分布可能與西馬蓮河河水的注入及康平鎮污水處理廠中的水排放有關。另外，水流對沉積物中重金屬含量的分布也有一定的影響[7]。

3 結語

臥龍湖沉積物中重金屬元素含量已受到人類活動干擾，總體呈偏中度污染。5種重金屬污染的順序為Cd>Cu>As>Zn>Pb，Igeo值差異極顯著（P<0.01）。Cu、As、Pb 3種重金屬在來源、運輸、沉降、富集等方面有著十分相似的地球化學行為，污染歷史比較久遠，污染物已從湖岸帶富集到湖心，污染趨勢呈現從沿岸帶向湖心加重趨勢；Cd污染的空間分布呈現從西南、東北沿岸向湖心梯度降低趨勢，Cd在臥龍湖沉積物中的富集有著較獨立的形成因素，污染可能與西馬蓮河河水的注入及康平鎮污水處理廠中的水排放有關；Zn污染的空間趨勢是從北向南逐漸加重，污染原因有待于進一步研究。

參考文獻

[1] 范成新，朱育新，吉志軍，等.太湖宜溧河水系沉積物的重金屬污染特征[J].湖泊科學，2002，14（3）：235-241.

[2] 陳靜生，王飛越，宋吉杰，等.中國東部河流沉積物中重金屬含量與沉積物的主要性質的關系[J].環境化學，1996，15（1）：8-14.

[3] MilenkovicN，Damijanovic T M，Ristic M.Study of heavy metaipollution in sediments from the iron gate（Danube River），Serbia and Montenegro[J].Polish Journal of Environmental Studies，2005，14（6）：781-787.

[4] 劉俐，宋存義，熊代群，等.渤海灣表層沉積物重金屬在不同粒級有機-礦質復合體中的分布[J].環境科學研究，2006，19（1）：75-79.

[5] 楊學芬，熊邦喜，楊明生.武漢南湖沉積物的重金屬污染狀況評價[J].應用與環境生物學報，2009，15（4）：515-518

[6] Jacob Kalff.湖沼學：內陸水生態系統[M].北京：高等教育出版社，2011.

[7] 徐霖林，馬長安，田偉，等.淀山湖沉積物重金屬分布特征及其與底棲動物的關系[J].環境科學學報，2011，31（10）： 2223-2232.