海口城市地表水體重金屬的空間分布特征及環(huán)境質(zhì)量評估

傅楊榮, 郭躍品, 馬榮林, 董志誠

1. 海南省地質(zhì)調(diào)查院, 海口570206

2. 魯東大學, 煙臺264025

?？诔鞘械乇硭w重金屬的空間分布特征及環(huán)境質(zhì)量評估

傅楊榮1,*, 郭躍品1, 馬榮林1, 董志誠2

1. 海南省地質(zhì)調(diào)查院, ?？?70206

2. 魯東大學, 煙臺264025

城市地表水中重金屬污染備受關(guān)注。通過研究?？谑械乇硭w6種重金屬(Cd、Cu、Ni、Pb、Zn和As)的空間分布特征, 并采用中國水體環(huán)境質(zhì)量標準對水體環(huán)境質(zhì)量進行評估。結(jié)果表明, ?？诔鞘械乇硭w中重金屬平均含量分別為Cu 7.4 μg·L-1、Pb 0.1 μg·L-1、Zn 15 μg·L-1、Cd 0.52 μg·L-1、As 2.6 μg·L-1和Ni 7.0 μg·L-1。?？谑械乇硭w重金屬As、Cu、Ni的含量受水體pH、溫度和電導(dǎo)率的影響。從空間分布來看, ?？谑袇^(qū)水體中Cu、Ni元素含量明顯低于周邊水體, 其他重金屬空間分布無明顯規(guī)律。從水體質(zhì)量評估結(jié)果來看, ?？诔鞘械乇硭w重金屬含量均符合中國水質(zhì)標準(GB 3838-2002)I類水質(zhì)的限值規(guī)定。

?？谑? 地表水; 重金屬; 環(huán)境質(zhì)量; 評估

1 引言

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展和人口的劇增, 人類活動造成的水環(huán)境污染問題引起人們的廣泛關(guān)注。據(jù)2012年中國環(huán)境狀況公報報道[1], 中國十大流域水質(zhì)斷面約10.2 %達到劣V類水平, 水環(huán)境質(zhì)量不容樂觀。由于重金屬具有難降解、生物毒性普遍、易累積性和生物放大作用等污染特征, 因此水體重金屬污染的研究一直是環(huán)境科學界的熱點。如李蓮芳[2]針對北京市地表水體重金屬污染水平進行研究, 發(fā)現(xiàn)人類活動頻繁地區(qū)污染嚴重。一系列針對城市河流的研究發(fā)現(xiàn)城市排污河通常重金屬污染嚴重, 存在較大生態(tài)風險[3-5]。污染物可隨生活污水、工業(yè)污水和大氣沉降進入地表水造成水環(huán)境污染,而地表水可能通過滲透、灌溉、疏浚作業(yè)、生物遷移等途徑造成地下水源和生物的重金屬污染[6]。因此, 城市地表水(河流和水庫)反映了區(qū)域污染的來源輸入。研究地表水對于分析區(qū)域污染物來源, 探討河流輸入以及研究污染物環(huán)境地球化學行為具有重要意義。該文主要研究?？诘乇硭w中溶解態(tài)重金屬的總量, 探索重金屬在?？诘乇硭w中的空間分布規(guī)律和特征, 從而為有關(guān)水環(huán)境的保護提供可行的科學依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

海口市是海南省省會, 位于北緯 19°32′－20°05′,東經(jīng)110°10′－110°41′。?？谑械靥幒Ｄ蠉u北部, 北瀕瓊州海峽, 東面與文昌市相鄰, 南面與文昌市、定安縣接壤, 西面鄰接澄邁縣。全市土地面積2304.84 km2。屬于熱帶海洋性季風氣候。年平均氣溫 23.8 ℃, 最高平均氣溫 28 ℃左右, 最低平均氣溫18 ℃左右。雨量分配不均, 常秋澇春旱, 年均降水量為1684.5 mm, 年均蒸發(fā)量1834 mm, 平均相對濕度 85%, 每年 5—10月份為雨季, 降水量占全年的80%。

海南島最長的河流南渡江穿過?？谑袇^(qū)東部入海。境內(nèi)南渡江河段屬于感潮河段, 受河流和潮汐的雙重作用, 水文狀況復(fù)雜, 其出海口分叉橫溝河、海甸溪都具有一定的航運能力, 并具有分洪作用, 同時也是重要的景觀水體。南渡江主流在市區(qū)長75 km, 流域面積1300 km2, 年徑流量60.9×108m3。南渡江流經(jīng)市區(qū)的支流水系有鴨程溪、昌旺溪、三十六曲溪、鐵爐溪; 境內(nèi)還有美舍河、五源河等小河流; 沙坡、永莊、那卜、丁榮、玉鳳等水庫; 金牛嶺人工湖、紅城湖、白水塘等。

2.2 樣品采集與分析

圖1 海口市地表水樣采樣點示意圖Fig. 1 Sampling locations of surface water in Haikou City

分別于2006年—2007年采集?？谑芯硟?nèi)(圖1)地表水共 63份水樣。樣點分布在市內(nèi)(海大內(nèi)湖HDNH、鴨尾溪YWX、海甸溪HDX、橫溝河HGH、東湖DH、西湖XH、美舍河MSH、紅城湖HCH、金牛嶺湖JNLH、南渡江NDJ)和市內(nèi)周邊(南渡江龍?zhí)炼蜰DJLTD、東白水塘DBST、洋山水庫YSSK、沙坡水庫SPSK、西白水塘XBST、工業(yè)水庫GYSK、永莊水庫YZSK、美涯水庫MYSK、那卜水庫NBSK、五源河WYH、榮山養(yǎng)殖場RSYZC)。

為了保證水樣的代表性, 采樣點應(yīng)選擇在河流開闊、水流平穩(wěn)處。采水容器需用預(yù)采集的水樣清洗三次。水樣采集后, 現(xiàn)場過0.45 μm孔徑濾膜。將1000 mL過濾后的水樣貯存于干凈的聚乙烯塑料瓶中, 用1 mL 濃 HNO3(優(yōu)級純)酸化后搖勻。同時做空白樣。每個樣點采集水樣3份。樣品采集帶回實驗室后, 放入4℃冰箱存放, 盡快分析。水樣中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As的分析采用硝酸酸化后, 直接用ICP-MS測定[7]。為確保實驗結(jié)果的可靠性, 所有實驗室用水均采用超純水(Milli-Q 18.2 M)。

樣品野外空白均低于檢測限, 樣品加標回收率控制在 80%—120%之間, 樣品測試三次取平均值,三個平行樣之間的相對標準偏差均低于10%。

2.3 數(shù)據(jù)處理

所有實驗數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0 和Excel 2010進行統(tǒng)計分析, 采用OriginPro 8.0 做圖。顯著水平為p＜0.05。

3 結(jié)果與分析

3.1 海口市地表水水體參數(shù)特征

城市地表水體的許多物理化學過程和微生物過程都是在一定溫度條件下進行的, 因而水溫對于水體中地球化學元素的濃度及賦存形態(tài)都有一定的影響。城市地表水pH是水質(zhì)酸堿性的標志, 它是影響水體中元素賦存形態(tài)、濃度、分配及遷移、轉(zhuǎn)化、沉淀的重要因素, 是城市地表水體最主要的水環(huán)境地球化學性狀指標之一。電導(dǎo)率是衡量水質(zhì)礦化度的一個重要指標。

根據(jù)?？诘乇硭疁亍H、電導(dǎo)率的分布情況(圖 2), ?？诘乇硭疁胤秶鸀?16—20 ℃, 并且市區(qū)地表水水溫集中在 17—20 ℃范圍內(nèi), 而周邊地表水水溫集中在 16—17 ℃范圍內(nèi)?？梢姾？诔鞘械乇硭疁夭町惷黠@, 市區(qū)地表水水溫高于周邊。?？诔鞘械乇硭畃H值變化不大, 介于7.6—9之間,呈堿性。但是市區(qū)與周邊地表水pH值差異明顯, 海口市區(qū)地表水 pH值基本高于 8.6, 周邊地表水 pH值則基本低于8.6。?？谑袇^(qū)地表水的電導(dǎo)率明顯大于周邊水體, 并且市區(qū)地表水電導(dǎo)率基本大于80 μs·cm-1,而周邊地表水的電導(dǎo)率基本小于80 μs·cm-1。因此,?？诔鞘械乇硭w水質(zhì)參數(shù)分布呈現(xiàn)市區(qū)水溫、pH和電導(dǎo)率高于周邊地區(qū)。

圖2 ?？谑械乇硭畃H值、溫度、電導(dǎo)率分布圖Fig. 2 Distribution of pH, temperature, and conductivity of surface water in Haikou City

3.2 海口市地表水重金屬空間分布及影響因素

海口城市地表水體中各重金屬元素濃度水平各不相同(表1)。其中, Cu的含量范圍為nd—30 μg·L-1, 均值為7.4 μg·L-1; Pb的含量范圍為nd—6.8 μg·L-1, 均值為0.1 μg·L-1; Zn的含量范圍為5.7—44.5 μg·L-1, 均值為15 μg·L-1; Cd的含量范圍為nd—1.1 μg·L-1, 均值為0.52 μg·L-1; As的含量范圍為0.42—16 μg·L-1, 均值為2.6 μg·L-1; Ni的含量范圍為nd—31 μg·L-1, 均值為7.0 μg·L-1。

從不同重金屬元素在?？诘乇硭姆植?圖 3)看,海口地表水體中Cu、Ni元素含量分布基本上呈現(xiàn)出周邊高于市區(qū)的規(guī)律。這可能與市郊區(qū)分布的一些小型工廠有關(guān)。如Liu 等對東江流域水體重金屬空間分布進行研究, 發(fā)現(xiàn)東江流域工業(yè)區(qū)污染嚴重, 且高于市區(qū)[8]。

整個?？谑械乇硭? Cd和Pb含量很低, 只有海甸溪水位于新港碼頭客運站附近的采樣點水樣中Pb含量被檢出, 這可能是由于該區(qū)域船舶汽油燃燒釋放所致。此外, 客運碼頭汽車流通量較大, 車輛磨損、汽油燃燒釋放等排放的Pb通過大氣沉降進入土壤和周邊河流[9-10]。

表1 海口城市地表水體中重金元素含量的統(tǒng)計分析結(jié)果(mg·L-1)Tab. 1 Statistic results of heavy metals in surface water of Haikou City (mg·L-1)

注： 表中nd 表示未檢出; Ⅰ類～Ⅴ類指地表水環(huán)境質(zhì)量標準中項目標準限值；A指地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB 3838-2002)中集中式生活飲用水地表水源地特定項目標準限值。

圖3 ?？谑械乇硭亟饘倏臻g分布Fig. 3 Distribution of heavy metal concentrations in surface water in Hainan City

Cd只有在南渡江(瓊州大橋下)、南渡江龍?zhí)抖?龍?zhí)磷冸姀S)、沙坡水庫水樣檢出。As在各地表水體中含量差異不明顯, 這一點有待進一步研究。

海口地表水重金屬含量與水質(zhì)參數(shù)間 Pearson相關(guān)性分析結(jié)果如表2。

地表水中As含量均與水體pH值成顯著正相關(guān)關(guān)系(p ＜ 0.05)。相反, Cu含量和Ni含量則與水體中pH值成顯著負相關(guān)關(guān)系(p ＜ 0.05)。水體Ni含量隨溫度增加而減少(p ＜ 0.05), Cu 含量隨電導(dǎo)率增加而減少(p ＜ 0.05)。這說明水體pH、溫度和電導(dǎo)率會影響重金屬元素在水體中的濃度。李倩[11]對三峽水庫的研究也表明水質(zhì)參數(shù)可顯著影響重金屬在水體和懸浮物之間的分配, 從而影響水體可溶態(tài)重金屬濃度。

3.3 ?？谑械乇硭亟饘俸颗c世界其他水體比較

與世界其他水體比較(表3), ?？诔鞘械乇硭蠧u含量高于Dhaka Metropolitian城市地表水[12]、鄱陽湖[14]和洞庭湖[16], 而低于 Aswan Nile 河[13]和雙臺子河[15]。?？诔鞘械乇硭?Pb含量低于其他地區(qū)。海口城市地表水中 Zn含量略高于洞庭湖[16]而低于其他地區(qū)。?？诔鞘械乇硭蠧d含量高于鄱陽湖和洞庭湖; Ni含量高于洞庭湖, 低于雙臺子湖; As含量低于Dhaka Metropolitan 城市地表水[12]和洞庭湖[16], 高于雙臺子湖[15]。這說明海口城市地表水與世界其他水體比較, 處于較低的水平, 環(huán)境質(zhì)量較好。這可能與?？谏鷳B(tài)建省, 著力發(fā)展旅游業(yè), 減少污染性工業(yè)政策有關(guān)。

3.4 海口市地表水重金屬環(huán)境質(zhì)量評估

?？诔鞘械乇硭w中Pb、Zn和As四種元素均符合地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB 3838-2002)中Ⅰ類水質(zhì)標準(表4)。

與地表水環(huán)境質(zhì)量標準標準相比, 除了南渡江博雅村附近的 S23號點位(Ⅱ類水)之外的其他所有水體中Cd元素含量也均符合Ⅰ類水質(zhì)標準。對Cu元素而言, ?？谥苓吽wCu元素含量明顯高于市區(qū)水體; 周邊的榮山養(yǎng)殖場、五源河、那卜水庫、美涯水庫、沙坡水庫、洋山水庫以及白水塘等水體的部分采樣點以及市區(qū)的紅城湖、橫溝河及南渡江博雅村附近的個別點位的 Cu元素含量符合Ⅱ類水質(zhì)標準, 其他水體均符合Ⅰ類水質(zhì)標準。

表2 海口地表水重金屬含量與水質(zhì)參數(shù)之間的Pearson相關(guān)性系數(shù)(n=63)Tab. 2 Pearson correlation concentrations in surface water in Haikou City and water quality parameters (n=63)

表3 ?？诔鞘械乇硭c國內(nèi)外數(shù)據(jù)比較(μg·L-1)Tab. 3 Comparison of heavy metal in surface water of Haikou city and other areas worldwide (μg·L-1)

與地表水環(huán)境質(zhì)量標準中所列的集中式生活飲用水地表水源地特定項目標準限值相比, 除了周邊的那卜水庫、美涯水庫、工業(yè)水庫、沙坡水庫、洋山水庫和東白水塘的個別點位 Ni元素高于集中式生活飲用水地表水源地特定項目標準限值外, 其他所有水體中 Ni元素含量均低于集中式生活飲用水地表水源地特定項目標準限值, 同時Ni元素含量分布基本上呈現(xiàn)出周邊高于市區(qū)的規(guī)律。

綜合以上分析, 根據(jù)?？诔鞘械乇硭w中重金元素含量的統(tǒng)計分析結(jié)果和評價結(jié)果(表1, 表3), 與地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB 3838-2002)相比, 海口市地表水體中 Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和As元素的平均含量符合Ⅰ類水質(zhì)標準。

4 結(jié)論

綜合以上分析, 可得出以下結(jié)論：

1) 市區(qū)水體中 Cu、Cr、Ni元素含量明顯低于周邊水體, Zn和As含量空間分布差異不大。水體中As、Cu、Ni含量受水體pH、溫度和電導(dǎo)率的影響。

2) 與地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB 3838-2002)相比,?？谑械乇硭w中 Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和As元素的平均含量符合Ⅰ類水質(zhì)標準。

表4 海口城市地表水環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果Tab. 4 Environmental quality assessment of surface water in Haikou City

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Distribution and evaluation of heavy metal in surface water in Haikou City

FU Yangrong1,*, GUO Yueping1, MA Ronglin1, DONG Zhicheng2

1. Hainan Institute of Geological Survey, Haikou 570206, China
2. Lu Dong University, Yantai 264025, China

Heavy metal pollution in surface water of city has been of great concern. The distribution of heavy metal (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn, and As) in surface water in Haikou City and the water quality was evaluated. The results showed that average concentrations of heavy metals in surface water were 7.4 μg·L-1for Cu, 0.1 μg·L-1for Pb, 15 μg·L-1for Zn, 0.52 μg·L-1for Cd, 2.6 μg·L-1for As, and 7.0 μg·L-1for Ni. Concentrations of As, Cu and Ni in surface water in Haikou City were influenced by pH, temperature and conductivity. Levels of Cu and Ni in urban surface water were lower than those in outskirts waters, however, no obvious spatial distribution of other metals in waters of Haikou City was found. The evaluation results indicated heavy metal concentrations in surface water of Haikou City were lower than the limited values of Class I in water quality standard (GB 3838-2002).

Haikou City; surface water; heavy metal; environmental quality; evaluation

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.01.024

X82

A

1008-8873(2016)01-154-07

2013-12-05;

2013-12-30

中國地質(zhì)調(diào)查局多目標生態(tài)地球化學調(diào)查項目(1212010511215)、海南省科學技術(shù)廳海南島生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價成果集成與技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用研究項目(ZDXM2014092)資助

傅楊榮(1966—), 男, 博士, 研究員, 從事環(huán)境地球化學研究

*通信作者：傅楊榮, E-mail： fuyangrong2013@163.com

傅楊榮, 郭躍品, 馬榮林, 等. 海口城市地表水體重金屬的空間分布特征及環(huán)境質(zhì)量評估[J]. 生態(tài)科學, 2016, 35(1)： 154-160.

FU Yangrong, GUO Yueping, MA Ronglin, et al. Distribution and evaluation of heavy metal in surface water in Haikou City[J]. Ecological Science, 2016, 35(1)： 154-160.