皖江經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，是長江經濟帶上的重要節點；是安徽省主要產業基地、城鎮集中分布區、主要礦產勘查開發區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；也是安徽經濟發展的主體和龍頭。該地區的發展關系到整個安徽省的發展，關系到中部的崛起，關系到長江經濟帶整體作用的發揮。

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

濕地對于生態環境有污染物降解與水質凈化的功能，因此被稱為“地球之腎\"。近年來，隨著生態文明建設的推進，濕地保護成為社會各界關注的焦點。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，使水質污染程度降低，但是當條件改變時，污染物質又會重新釋放出來，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，底泥中的污染物質可能會直接或間接地對水生生物產生毒害作用，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，濕地沉積物的環境狀況評價也受到廣大學者的關注[9-15]。

目前，國內湖（河）底沉積物評價尚沒有專門的行業規范，有關沉積物評價的方法以地質積累指數法和潛在生態風險指數法最為常用。本研究分別采用這兩種常用方法對研究區底泥中重金屬的污染程度進行評價，并進行綜合比較分析，以獲得更可靠的結果。

1 研究區概況

1.1 地理位置

調查區范圍包括、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、裕安區、舒城縣，共59個縣（市、區），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。地理坐標為 115^°45^′～119^°39^′E，29^°47^′～33^°32^′N ，區域面積7.58×10⁴km² （圖1）。

1.2 地貌及水系

皖江地區位于安徽省的中部，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。淮河以南為山地崗丘，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 以下的地區占總面積的 77.82% ，海拔 500m 以上的地區面積僅占 7.09% 。

皖江地區流域面積為 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，并根據現場實際情況及工作需要進行靈活調整。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、沉積不穩定、易受攪動的地區；若當前點位無法采樣時，可適當移動，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。深水區一般采用柱狀式活塞采樣器，淺水區或干涸區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簽，并在采樣記錄表上填好采樣點位置、周邊環境情況、樣本的性狀、現場采樣照片標號等重要信息。樣本和采樣記錄表要及時轉交實驗室，做好交接工作。

2.3 樣本測試

樣本評價指標有 As，Cd，Cr，Cu，Hg，Ni，Pb，Zn 共計8種元素，按照DZ/T0279.18—20167等標準規定的方法進行測試。

3 評價方法

目前，國內沉積物評價尚沒有專門的行業規范，有關沉積物評價的方法以地質積累指數法和潛在生態風險指數法最為常用[18]。本研究分別采用這兩種常用方法對研究區底泥中重金屬的污染程度進行評價，并進行綜合比較分析，以獲得更可靠的結果。

3.1地質積累指數法

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

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

3.2潛在生態風險指數RI法[19-22]

潛在生態風險指數法是由瑞典學者Hakanson提出的，用于評價重金屬潛在的生態風險危害。其表達式為

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

潛在生態風險指數既反映了單一重金屬元素對生態環境的潛在危害，又反映了多種重金屬元素對生態環境的綜合影響。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 評價結果

4.1地質積累指數法評價結果

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地球化學》項目成果[23]，其背景值如表3所示。

4.1.2 單因子污染指數評價

如圖2各元素地質積累指數法污染分級比例條形圖和圖3各元素超標率條形圖，在單因子污染指數中：① 砷As單因子污染指數以0級為主（清潔級別），僅池州、銅陵分布少數異常點位。 ② 鎘Cd單因子污染指數以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企業污染排放的影響。③Cr單因子污染指數主要有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域。 ⑤Hg 單因子污染指數從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、礦山開采以及農藥化肥的使用影響較大。 ⑥Ni 單因子污染指數主要為0級和1級。 ⑦Pb 單因子污染指數從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。 ⑧Zn 單因子污染指數從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地質積累指數法重金屬污染綜合分析

從污染分級比例（圖2）及污染超標率統計分析（圖3）來看：研究區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 種元素的超標率均大于 30% ，屬于污染較嚴重的元素。而且這3種超標樣本的分布以銅陵東北部順安河下游、巢湖北部南淝河、池州銅山鎮等地較為集中。結合野外調查資料，順安河金屬元素的超標主要與上游獅子山及鳳凰山的銅礦等開采活動有關；南淝河主要受到上游城市污染排放、下游大圩農場農藥化肥面源排放的影響；而池州銅山鎮主要受到礦山開采的影響。

4.2潛在生態風險指數RI法評價結果

4.2.1 單因子生態風險評價

調查區各金屬元素生態風險因子 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 的生態風險因子 E_rⁱ 平均值均超過了 40 而且Cd生態風險 E_rⁱ 平均值達到了299.52，達到中等生態風險程度，對區域生態環境質量影響較大。而其他6種元素的生態風險平均值均小于40，風險程度相對較低。

4.2.2綜合潛在生態風險評價

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

5湖底沉積物重金屬污染來源

調查區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系，對調查區8種金屬元素，利用SPSS統計分析軟件中的Pearson分析來測定相關系數。主要是度量兩個變量之間的線性關系，其相關系數用 r 來表示。當 r=0 時表示不存在線性相關，但不意味著兩變量之間無任何關系。

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

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

綜合來看， As，Cd，Cu，Pb，Zn，Hg 這6種元素之間都達到了顯著相關性，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到了背景值的10倍，富集現象顯著，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 結論

從地質積累指數法與潛在生態風險評價法的評價結果來看， 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。受污染的地區多分布在銅陵順安河、池州市青陽縣慶豐圩、池州市銅山鎮高橋湖、秋浦河、南淝河、和縣得勝河、和縣青龍湖等地區。結合野外現場調查，銅陵順安河、池州市銅山鎮高橋湖、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、農業、養殖業污染排放的影響。

另外，相關性分析數據也對上述分析結果進行了驗證，同時解析出研究區主要重金屬元素來源于人類活動，包括礦業開采、工業生產及生活等活動的污染排放。因此，應針對相關污染源采取一定防治措施，減少其對濕地環境的影響。

參考文獻：

[1]鄭琳．皖江城市帶經濟高質量發展評價研究[].常州工學院學報，2019，32（6）：53-56.

[2]汪芳琳，王新云，王風芹，等．安徽省濕地現狀、問題及其保護對策研究[].安慶師范大學學報（自然科學版），2017，23（3）：80-86.

[3]周小春.安徽濕地的形成與演變.安徽林業科技，2017，43（4）：8-12.

[4]何介南，康文星．湖南省化石燃料和工業過程碳排放的估算Ⅲ].中南林業科技大學學報，2008，28（2）：26-30.

[5]劉慶，謝文軍，游俊娥，等.濕地沉積物重金屬環境化學行為研究進展[].土壤，2013，56（1）：8-16.

[6]張晶，鄔立，馮曉琳．內梅羅綜合指數法在河道底泥重金屬污染評價中的應用與研究.地下水，2023，45（5）：113-116.

[7]包先明，晁建穎，尹洪斌．太湖流域隔湖底泥重金屬賦存特征及其生物有效性[J].湖泊科學，2016，28（5）：1010-1017.

[8]王勤，彭渤，方小紅，等．湘江長沙段沉積物重金屬污染特征及其評價].環境化學，2020，39（4）：999-1011.

[9]匡帥，保琦蓓，康得軍，等．典型小型水庫表層沉積物重金屬分布特征及生態風險[].湖泊科學，2018，30（2）：336-348.

[10]孫博聞，孫文寧，傅長鋒，等．白洋淀底泥重金屬空間分布特征及污染評價.水利水電技術（中英文），2021，52（11）：173-185.

[11]仇夢璇，劉蓬，劉琳，等．磁湖底泥重金屬生態風險評價及溯源分析Ⅲ.湖北大學學報（自然科學版），2021，43（6）：653-660.

[12]江雅琪，桂和榮，陳晨，等．宿州市城市景區水域底泥重金屬含量特征及生態風險評價Ⅲ：環境化學，2021，40（8）：2410-2418.

[13]朱冬冬，黃晨悅，周莉，等．大縱湖（興化片區）底泥重金屬時空分布特征及生態風險評價[J]．安徽農業科學，2022，50（10）：54-58.

[14]楊帆，袁隆湖，黎一夫，等．湖南省主要水系底泥重金屬污染特征及其生態風險評價[]．生態學報，2022，42（5）：1934-1946.

[15]張國涵，蘇濤，楊耀雷，等．昆明市主城區主要入滇河道重金屬污染評價].環境科學導刊，2022，41（3）：74-79.

[16]岳夢宇，任雨璇，徐剛，等.環渤海蘆葦濕地沉積物重金屬污染評價].環境科學與技術，2022，45（9）：160-168.

[17]中華人民共和國國土資源部．區域地球化學樣品分析方法：DZ/T 0279.18—2016[S].北京：中華人民共和國國土資源部，2016.

[18]薛嬌，嚴玉林，劉操，等．北京市典型河道沉積物重金屬污染評價[J].北京水務，2020（4）：45-51.

[19]徐爭啟，倪師軍，度先國，等.潛在生態危害指數法評價中重金屬毒性系數計算[J].環境科學與技術，2008（2）：112-115.

[20]查呂斌.潛在生態危害指數法在沉積物質量評價中的應用研究[J].安徽農學通報，2021，27（16）：162-164.

[21]周煒，陳靜，李軍，等．應用潛在生態危害指數法評價巡司河表層沉積物中的重金屬污染[C]//中國環境科學學會2009年學術年會論文集（第一卷），北京：中國環境科學學會，2009：635-639.

[22]趙沁娜，徐啟新，楊凱.潛在生態危害指數法在典型污染行業土壤污染評價中的應用[]：華東師范大學學報（自然科學版），2005（1）：111-116.

[23]陳興仁，陳富榮，賈十軍，等．安徽省江淮流域土壤地球化學基準值與背景值研究[J].中國地質，2012，39（2）：302-309.

責任編輯：周慧