區域水體環境重金屬污染垂直分布及污染狀況研究

蘇維

關鍵詞：區域水體；重金屬污染；地累積指數；空間變異系數、垂直分布

中圖分類號：X131 文獻標志碼：B

前言

由于人類活動和工業排放，大量的重金屬被釋放到水體中，導致水體環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，對生態系統和人類健康造成潛在威脅。水體環境內重金屬成分釋放污染氣體，導致二次污染問題，同時可被水體內生物吸食，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、化學和生物條件，對重金屬的賦存形態和環境行為產生影響。因此，了解水體環境重金屬污染的狀況和分布情況具有重要的科學意義，故提出區域水體環境重金屬污染垂直分布及污染狀況研究。

1區域特征、樣本采集及研究方法

1.1研究區域概況

太湖位于江蘇省境內，地處長江三角洲南部，水域面積為2338.1平方公里。東側為水網平原、西與西南側為丘陵山地，湖上島嶼眾多。在蘇州市西山風景區和東山風景區設置6個采樣點。

1.2樣品采集

選取每個采樣點20 m范圍內的五個分采樣點，采集各采樣點的表層、中層、底層水體樣本各5L，使用硝酸將其酸化至pH<2，將五個分采樣點水體樣本充分混合至一個聚乙烯塑料瓶內密封保存。通過抓斗式采樣器在同一個位置獲取各采樣點的底層、中層和表層沉積物樣品，混合放人聚乙烯塑料袋內密封保存。將兩種樣本置于零下20度的環境內保存。同時，通過酸度計獲取水體樣本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。當方差荷載大于0.71時，為顯著重金屬元素，當特征值大于1時，主要重金屬成分可被保留。

2結果與分析

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

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

從圖1可知，六個采樣點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，表明太湖區域的水體中重金屬元素的分布具有一定的垂直變化規律，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

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

從圖2可知，六個采樣點中，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，說明太湖區域沉積物中的重金屬元素分布具有一定的垂直變化規律，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域C1、C2、C3、C4、C5、C6六個采樣點水體和沉積物中的六種重金屬Hg、As、Cu、Ni、Cd、Pb實行載荷因子分析。

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

蘇州市太湖區域C1、C2、C3、C4、C5、C6六個采樣點水體和沉積物中重金屬空間變異系數見表2。

從表2可以得知，六個采樣點中水體中的As含量空間變異系數最大，而沉積物中Hg含量空間變異系數最大。其中，Hg和As的空間變異系數超過100%，屬于極強變異。而Ni在太湖區域沉積物中具有較高的變異性，在水體中則表現為中等變異，Cu、Cd、Pb則屬于中等變異。表明該區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

蘇州市太湖區域C1、C2、C3、C4、C5、C6六個采樣點水體和沉淀物中六種重金屬Hg、As、Cu、Ni、Cd、Pb的地累積指數見表3。

根據表3中可知，六個采樣點水體和沉淀物中，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地累積指數大于5為重度污染，表明人類活動對As造成污染最嚴重。

2.2.3污染綜合評價指數

蘇州市太湖區域Cl、C2、C3、C4、C5、C6六個采樣點水體和沉淀物中六種重金屬Hg、As、Cu、Ni、Cd、Pb的污染物濃度指數和污染綜合評價指數見圖3。

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

3結束語

蘇州市太湖區域六個采樣點中，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。蘇州市太湖區域六個采樣點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。通過空間變異系數分析可知，蘇州市太湖區域六個采樣點中，區域水體重金屬污染可能受到人類活動因素影響。通過地累積指數可知，人類活動對As造成污染最嚴重，其次是Hg和Cu，最后是Ni、Cd和Pb。水體中污染指數最高的是As，均值在3左右，沉積物中污染指數最高的是Cd，均值在3.5左右。