夜朗湖沙灣河口底泥重金屬空間分布研究

張曉娟 付徐春 陳 敏 張玉濤

（1 安順學院化學化工學院 貴州安順 561000 2 貴州省科技廳土壤污染控制與修復工程技術中心 貴州安順 561000）

引言

重金屬元素具有隱蔽性、長期性、不可逆轉性等特點。進入環境中的重金屬難以被降解，通過生物富集和放大作用對生態系統造成直接和間接的危害，在環境污染問題研究中引起廣泛關注[1-2]。通過各種途徑進入水體的重金屬污染物絕大部分由水相轉入懸浮物，隨著懸浮物的沉降進入沉積物中，一方面降低了水體的污染；另一方面當沉積物-水界面的理化條件發生改變時，沉積物中的重金屬會再次釋放，成為二次污染源，影響上覆水體的水質[3-6]。因此沉積物中重金屬含量可作為評價水污染的一個重要指標，能明顯地反映出水體受重金屬污染的狀況[7]。對于云貴高原深水胡泊，其入湖支流水系較多，出湖水系較少，致使胡泊換水周期長，不利于污染物的排放，致使沉積物中重金屬遷移-轉化更復雜，研究云貴高原胡泊底泥重金屬含量分布特征更有意義[8-10]。本項目以貴州省安順市普定縣境內夜郎湖胡泊沉積物為研究對象，分析不同深度土壤中重金屬各粒徑含量分布特征，同時借鑒德國學者Muller 提出的地積累指數法（Igeo）評價不同深度沉積物中重金屬生態風險,進一步探究云貴高原胡泊沉積物中重金屬遷移、富集規律及水生態系統的環境生態風險，對確保水質安全具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 沉積物的采集預處理

本研究選取貴州安順普定夜郎湖沙灣河口底泥為研究對象。2017 年12 月設立三個采樣點，利用虹吸法清除界面水，采用長度為40 cm 的荷蘭鉆采集沉積物柱心樣品。對沉積物原柱進行現場分層，用分樣裝置以10 cm 間隔精細分截，A1(0-10cm)，A2(10-20cm)，A3(20-30cm)，A4(30-40cm)。把不同采樣點的同層底泥樣品混勻后裝入聚四氟乙烯袋，排出空氣后當天運回實驗室，自然風干。真空冷凍干燥后研磨，過篩分為不同粒徑土樣：＞2mm、1-2mm、0.41-1mm、0.22-0.41mm、0.125-0.22mm、0.063-0.125mm、0.048-0.063mm、＜0.048mm 。

1.2 方法

1.2.1 重金屬含量測定

火焰原子吸收法測定Zn、Cu、Pb 的含量，石墨爐原子吸收法測定Cd、Mn、Cr 的含量。

1.2.2 重金屬污染評價

本文采用德國科學家Müller 提出的地質累積指數法[9](Igeo)對重金屬污染狀況做出評價。

2 結果與分析

2.1 底泥重金屬含量量垂直分布特征

湖區底泥中重金屬的時空分布特征，可以反映出湖區不同時間重金屬的污染情況。本目研究了土壤樣品中Cd，Cr，Zn，Pb，Cu，Mn 6 種重金屬含量的垂直分布特征，結果見圖1。

由圖1 可知，夜郎湖沙灣河口底泥重金屬含量的大小順序為：Mn＞Zn＞Pb＞Cr＞Cu＞Cd。Mn 和Pb 含量量垂直分布特征相似，總量最大值均出現在底泥表層（0-10cm）土壤中。

圖1 重金屬含量垂直分布

可能由于夜郎湖沙灣河緊鄰交通要道，近年來隨著經濟發展車輛增多，來往車輛釋放出的Pb、Mn 隨尾氣進入街道揚塵，進而隨干濕沉降進入湖泊，很快沉降到底部。同時Mn 和Pb 含量均在20-30cm 深度出現峰值，這可能由于上世紀上游片區鉛礦礦區的大規模采礦和選礦造成的。

Cr、Cu 和Cd 含量垂直分布特征相似，呈現明顯的鋸齒狀，其中Cd 的最大值（4.87mg/kg）在10-20cm 處，Cr、Cu 含量最大值（191.56mg/kg、117.14mg/kg）出現在20-30cm 深度，這可能由于上世紀沿岸煤礦企業污水排放造成的。

Zn 含量量受到周圍農業、種植業施加的化肥農藥的流失的嚴重影響，表現出表層Zn 總量最高（662.17mg/kg），隨深度的增加含量逐漸降低，所以在夜郎湖沙灣河口周圍農業種植過程中要努力控制化肥農藥的流失。

2.2 不同深度土壤中重金屬各粒徑含量的分布特征

土壤粒徑不同，重金屬含量分布特征不同，了解不同粒徑的土壤對重金屬富集特征，對于底泥土壤中重金屬含量分布特征的研究具有十分重要的意義。

圖2 不同深度土壤重金屬各粒徑含量分布

由圖2 可知，A3、A4 層底泥中Mn、Pb、Zn、Cd、Cr、Cu 含量隨土壤粒徑變化不明顯，A1、A2 層底泥各金屬含量受土壤粒徑影響較明顯，這可能由于A1 和A2 屬于底泥上層土壤，A3 和A4 屬于底泥下層土壤，上下層土壤結構組成及理化性質存在差異。A1 層各金屬含量最大值主要集中在粒徑為0.22-0.41mm 土壤中，A2 層各金屬含量最大值主要集中在粒徑為0.125-0.22mm 和0.048-0.063mm 土壤中，可能由于該范圍粒徑大小的土壤比表面積大，具有較大的吸附重金屬的能力，導致重金屬在該粒徑土壤中富集。

2.3 不同深度土壤重金屬污染評價

表1 重金污染評價屬[5][10]

由表1 可知，夜郎湖沙灣河口底泥夜郎湖沉積物中Cd、Cr、Zn、Mn、Pb、Cu 的Igeo 平均值分別為2.47、0.38、1.10、0.22、1.55、0.72，Mn、Cr、Cu 屬于輕度污染，Pb、Zn 屬于偏中度污染，Cd 屬于中度污染。原因是因為大量未經處理的城市垃圾，被污染的土壤以及工業廢水和生活污水，還有大氣沉降物不斷排入水中，是沉積物中的Cd 含量較高；Zn 和Pb 的污染次之，可能是夜郎湖上游存在有大片的廢棄鉛鋅礦區，未經處理礦渣中存在有大量的Zn 和Pb，隨水域沖刷釋放到水體中。

夜郎湖胡沙灣河口底泥中Cr、Mn、Pb、Cu 在不同深度中污染程度相同。Zn 的污染程度隨底泥深度增加而減小，上層（0-20cm）底泥中Zn 屬于偏中度污染，下層底泥中Zn 屬于輕度污染。Cd 的污染程度隨底泥深度增加變化無明顯規律，在10-20cm深度污染程度最大，為偏中度污染。

結語

夜郎湖沙灣河口底泥重金屬含量的大小順序為：Mn ＞Zn ＞Pb ＞Cr ＞Cu ＞Cd，Mn、Cr、Cu 屬于輕度污染，Pb、Zn 屬于偏重度污染，Cd 屬于重度污染，因此應加強夜郎湖沙灣河口Pb、Zn、Cd污染的防治工作。受周圍農業種植、交通運輸及上游廢棄鉛鋅礦渣的影響，不同深度底泥中重金屬含量及污染程度垂直分布規律因重金屬種類不同有所差異。不同粒徑中重金屬含量分布特征受到底泥深度的影響，上層底泥（0-20cm）重金屬含量受土壤粒徑影響較明顯，重金屬含量主要富集在粒徑為0.22-0.41mm、0.125-0.22mm 和0.048-0.063mm 土壤中，下層底泥（20-40cm）土壤中重金屬含量在不同粒徑中分布較均勻。