近紅外光譜法在濕地沉積物重金屬活動態特征測定中的應用

趙 碩，雷 燕，盛 晨

（江西省地質局九一二實驗室，江西 鷹潭 335000）

重金屬元素在自然界中的分布極為普遍，但其含量在地質背景約束下，容易受到自然作用以及沉積環境等變化的綜合影響而發生遷移，尤其是在大氣降水、地表徑流、深部熱液活動等的作用下通過吸附、解吸、淋濾、溶解等作用在巖石—土壤—水界面之間相互遷移，進而在有利部位富集。隨著“人類命運共同體”建設目標的不斷推進，人們對重金屬污染的關注程度越來越高，逐漸成為環境地球化學領域的研究熱點[1]。同時為了加快生態文明建設，濕地公園等成為城市綠色發展的主要途徑之一[2，3]。但是濕地公園中的沉積物容易受到重金屬元素的污染，進而影響人類的居住環境，此時加強濕地沉積物中重金屬元素的活動態特征是十分有必要的。鑒于此，以近紅外光譜法為研究對象，分析其在濕地沉積物重金屬活動態特征檢測中的應用。

1 研究區及樣品采集

研究區位于某城市北側的濕地公園，濕地公園西側和南側靠近常年性地表河流，表層沉積以河漫灘、冩湖為主。該研究區年平均氣溫約為11℃，年降水量較充沛，根據多年降水統計結果，一般介于600mm～900mm之間；由于研究區常年氣溫較高，其蒸發量一般為1000mm；該研究區內的水體主要受常年性河流及水庫補給，濕地范圍內主要生長菖蒲、蘆葦等水生植物[4，5]。本次樣品采集采用重力鉆獲取65cm沉積柱形樣品的方式進行，共計9件，采樣位置如圖1所示。此外，為準確分析重金屬元素的來源，對周邊表土進行了系統的采樣工作，共采集樣品15件。

圖1 研究區及樣品采集位置示意圖

2 結果與分析

為了提高近紅外光譜法在測定重金屬元素動態特征的準確性、減少儀器的系統誤差等，在開始檢測前需要對原始光譜進行預處理，選擇最優的預處理方法組合建立校正模型。經過多次校正處理，發現總量提取方法通常采用“氫氟酸—高氯酸—鹽酸—硝酸”的方式對樣品進行消解處理，最后采用國際上常用的NIRS測定重金屬活動態組合含量，進而使用光譜預測值與測定值之間的相關性判斷重金屬活動態特征。因此，將濕地沉積物樣品加入該類預測模型中，獲得了NIRS預測模型對各個重金屬元素活動態組合的相關系數，其相關系數（R2）均大于0.5，預測元素主要包括Co、Ni、Pb、Cu、Zn和Cd元素。

此外，研究區以冩湖為主，該冩湖具有典型牡蠣礁的特征，該類物質以碳酸鈣的形式存在，無機碳含量可達12.3%，且Ca2+離子具有更高的水合性能，在一般情況下對Zn2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+等離子具有明顯的抑制作用，降低了上述陽離子的活動性。但是，通常情況下干燥及吸水性強的黏土和土壤中的Pb、Cu元素的活動性強于Zn元素，因此上述物質的存在可能對近紅外光譜預測值產生影響，進而降低其準確性。光譜預測值與化學測定值相關性分析結果如圖2所示。

圖2 光譜預測值與化學測定值相關性分析

由圖2可知：研究區所有樣品的光譜預測值與化學測定值具有良好的線性關系，其相關性均大于0.5，說明本次預測的準確性較高。同時根據表1中測試結果可知，研究區沉積物的光譜預測值隨著樣品的采集深度變化逐漸降低，且與測定值基本一致，即重金屬Co、Ni、Pb、Cu、Zn和Cd元素越靠近表層其活動態組分含量越高。研究區內沉積物中的重金屬Co、Ni、Pb、Cu、Zn和Cd元素的含量均低于國家農用地土壤環境治理的閾值，說明該區域的生態風險較低，這與以蒲、蘆葦等水生植物為主有關，該類植物對重金屬具有消除緩解的功能。

表1 研究區重金屬元素含量與國家標準值對比表

3 結語

重金屬元素隨著自然條件的改變而遷移、富集，對區域生態環境的風險影響較大，尤其是大氣降水、地表徑流等，對重金屬元素的遷移、富集更明顯。根據沉積物樣品測試分析及預測模型研究結果表明，研究區的重金屬元素活動態靠近表層更高，與測試結果一致，說明本文的預測模型的準確度較高。綜上所述，研究區的重金屬元素活動態均低于國家相應標準中規定的生態風險閾值，說明研究區生態風險較低。