珠江磨刀門河口表層沉積物中重金屬含量及其分布特征

1、珠江磨刀門河口表層沉積物中重金屬含量及其分布特征楊 蕾，李春初，田向平中山大學(xué)河口海岸研究所，廣東 廣州 510275摘要：分析了在珠江磨刀門河口采集的37個表層沉積物樣品重金屬(Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As、Ni)的含量及分布特征。采用原子吸收法分析了Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Ni的含量，采用冷原子吸收法分析了Hg、 As含量。結(jié)果表明，口門處及其兩側(cè)和攔門沙內(nèi)坡重金屬的含量最高；外海區(qū)域重金屬含量普遍較低；由口內(nèi)河床至口門處，Cu、Cr、Hg、As的含量減小，Pb、Cd、Zn、Ni的含量逐漸增大；大部分重金屬（Cu、Pb、Zn、Cd、As、Ni）的含量由口門處至攔門沙地區(qū)是

2、先減小再增大的；由攔門沙至外海，Cu、Pb、Cd、As的含量減小，Zn 和Ni的含量先減小后增大；由口門處至外海，Cr和Hg含量的總體趨勢是增大的。磨刀門河口表層沉積物中重金屬元素含量與CEC、小于0.001 mm粘粒以及沉積物有機質(zhì)含量的相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平；重金屬含量與沉積物pH值的相關(guān)性不顯著；重金屬元素的含量變化和分布規(guī)律還表明磨刀門表層沉積物的重金屬主要受陸源污染物的影響。關(guān)鍵詞：磨刀門；沉積物；重金屬；含量；分布中圖分類號：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-2175（2006）03-0490-05近20年來，隨著珠江沿岸經(jīng)濟的迅速發(fā)展，含有重金屬元素的工業(yè)廢水和生

3、活污水大量排放，造成了城市水體沉積物和河口沉積物重金屬嚴(yán)重污染1-3。這些污染沉積物具有潛在的、長期的危害性，極有可能對環(huán)境造成二次污染3-5。在受重金屬污染的體系中，水相中的重金屬含量甚微，而且隨機性大，其含量分布常因排放狀況與水動力條件的不同而不同。但沉積物中的重金屬含量由于累積作用往往比相應(yīng)水相中的含量要高，且表現(xiàn)出較強分布規(guī)律6。因此，開展重金屬元素在沉積物中的含量、分布規(guī)律、變化形式和遷移規(guī)律研究已成為目前環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中十分重要的研究內(nèi)容和任務(wù)。而在河口地區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的研究則已成為環(huán)境科學(xué)和河口學(xué)的交叉學(xué)科研究的一項新內(nèi)容。珠江是我國第3大河流，由西江、北江和東江3大水系匯集于珠江三角

4、洲8大口門入海，流域面積達(dá)453690 km2。其年平均流量為11100 m3s-1，年平均徑流總量達(dá)3500.5億m3，約為長江的三分之一，黃河的6倍，每年的410月為汛期，其流量約占全年的一半7。水體可分為珠江淡水徑流、珠江口沖淡水和南海外海水團鹽水等3部分，水動力最重要的特征是鹽淡水交混、強徑流和弱潮流。由于珠江洪水期、枯水期以及潮汐的影響，珠江口的重金屬濃度和相態(tài)變化比較復(fù)雜。磨刀門是西江干流的出?？冢鋸搅飨滦沽考s占西江徑流總量的三分之一左右，它為整個珠江三角洲的塑造和形成貢獻(xiàn)了大量的沉積物，其近百年的滄桑變化更是令人矚目。本文在珠江口磨刀門攔門沙和周圍水域采集表層沉積物樣品120個

5、，沉積物的表層樣品中,用網(wǎng)格法選取了其中有代表性的37個樣品，分析研究了Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As、Ni等8個重金屬元素的含量及分布特征,以期為珠江口的重金屬污染評價及防治提供資料和依據(jù)。近年來磨刀門區(qū)域雖然也有人為的圍墾造田，但是磨刀門的開發(fā)強度還不大，水道的水深較淺，大船進(jìn)不去，因此在航運方面并不發(fā)達(dá)，所受的人為污染比起其他海區(qū)就要小。在這種背景下對磨刀門地區(qū)的沉積環(huán)境進(jìn)行調(diào)查研究在某種意義上就相當(dāng)于一個本底值，且以往都沒有在磨刀門做過有關(guān)方面的研究，這就填補了該地區(qū)的一項環(huán)境研究的空白。1 樣品采集及分析方法1.1 樣品采集選擇在外海（10 m水深）、攔門沙和河口上游河段（

6、大井角）3個測點，于2003年9月2627日進(jìn)行了水文泥沙同步測驗，測驗內(nèi)容包括流速、流向、含沙量和含鹽度等項目。于2003年9月2829日，在磨刀門攔門沙和周圍水域采集表層沉積物樣品120個（圖1，下頁），全部做了物質(zhì)鑒定和粒度分析。所有樣品置于烘箱內(nèi)105 恒溫烘干,瑪瑙球磨機研磨后過100目篩，儲存?zhèn)溆谩?.2 分析項目分析的重金屬元素為：Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As、Ni。1.3 分析方法依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法進(jìn)行，消化方法采用HF+HNO3+HClO4閉封高壓溶樣法；儀器型號為：Z5000型日立塞曼原子吸收分光光度計；其中，Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Ni 采用原子吸收法

7、，Hg、As采用冷原子吸收法。圖1 磨刀門河口沉積物采樣點位置口內(nèi)河床（淡水）；攔門沙淺灘（沖淡水）；外海（高鹽水）Fig. 1 Sampling sites of Modaomen Estuary sediments2 區(qū)域概況2.1 動力環(huán)境 區(qū)為磨刀門口內(nèi)河床段，此段主要為淡水所控制；區(qū)為攔門沙淺灘區(qū)域，該區(qū)域主要為鹽水與淡水矛盾斗爭的沖淡水所控制；區(qū)為外海區(qū)，主要受到高鹽水（含鹽度33）所控制。2.2 沉積特征最粗的泥沙細(xì)砂，大量分布在交杯沙淺灘和攔門沙灘頂區(qū)域，其次是石欄洲邊灘亦有少量細(xì)砂分布；在交杯沙淺灘、攔門沙灘頂、石欄洲的西南區(qū)域，砂的百分含量有所降低，但也是細(xì)砂的高含量區(qū)；在

8、龍屎窟和口外海濱，細(xì)砂的百分含量最少；磨刀門主槽含有少量的砂類物質(zhì)，其來源為西江干流來沙；攔門沙東、西側(cè)淺灘及其外海，細(xì)砂的含量中等?？傊サ堕T河口表層沉積物以細(xì)砂、粉砂和粘土為主，物質(zhì)組成表現(xiàn)為總體偏細(xì)。在縱向和橫向分布上，呈現(xiàn)出細(xì)粗細(xì)的變化趨勢，分選程度亦隨之呈差好差的分布。3 結(jié)果與討論3.1 重金屬含量及分布特征 磨刀門表層沉積物中的重金屬含量見表1。從表中可見,珠江口表層沉積物中的Pb、Cu、Zn、Cr的含量明顯比其它大城市和工業(yè)中心附近的河口要低8,原因可能是珠江口周圍相對較短的工業(yè)發(fā)展歷史以及對重金屬具有較強吸附能力的黏土成分含量較低9。但是重金屬的平均含量近20年來迅速增加，

9、表明珠江三角洲工業(yè)化發(fā)展過程對沉積物中重金屬含量增加有一定影響。由表1可以看出，口門附近及其兩側(cè)和攔門沙內(nèi)坡的重金屬含量普遍比其他地區(qū)高，口門西側(cè)交杯島附近，Pb（53號站點）和As（75號站點）出現(xiàn)最大值，在口門東側(cè)石欄洲附近（14號站點）Cu和Cd出現(xiàn)最大值，以上四種元素皆是在口門附近出現(xiàn)最大值；Zn（59號站點）、Hg（48號站點）的最大值出現(xiàn)在攔門沙附近，而Cr和Ni的最大值則出現(xiàn)在離磨刀門水道最遠(yuǎn)處的外海；在攔門沙內(nèi)坡的大岡和交杯四沙中間（79號站點），出現(xiàn)了Cu、As和Ni的最小值，在攔門沙西側(cè)大岡附近出現(xiàn)了Pb（102號站點）和Cd（110號站點）的最小值，Cr的最小值出現(xiàn)在外海

10、（116號站點），Hg的最小值出現(xiàn)在口內(nèi)河床（121號站點），而Zn的最小值出現(xiàn)在攔門沙東側(cè)（19號站點）。總體來說，重金屬的含量和分布呈現(xiàn)出以下規(guī)律：雖然磨刀門由于還沒有進(jìn)行大規(guī)模的開發(fā)和航運，污染比珠江其他口門的污染小一些，但是有一部分的表層沉積物中重金屬的含量有超標(biāo)現(xiàn)象；口門處及其兩側(cè)和攔門沙內(nèi)坡重金屬的含量最高；外海區(qū)域重金屬含量普遍較低；由口內(nèi)河床口門處，Cu、Cr、Hg、As的含量減小，Pb、Cd、Zn、Ni的含量逐漸增大；大部分重金屬（Cu、Pb、Zn、Cd、As、Ni）的含量由口門處攔門沙地區(qū)是先減小再增大；由攔門沙外海，Cu、Pb、Cd、As的含量減小，Zn 和Ni的含量先減

11、小后增大；由口門處外海，Cr和Hg含量的總體趨勢是增大的。3.2 影響重金屬含量和分布的因素20世紀(jì)80年代以來,廣大學(xué)者對珠江口沉積物重金屬的含量分布狀況及其環(huán)境影響因素進(jìn)行了研究,提出了珠江口海區(qū)表層沉積物中重金屬的分布模式。影響表層沉積物中重金屬分布的環(huán)境因素主要有：a.陸源污染物質(zhì)；b.徑流及海洋動力因素；c.沉積物的pH值、有機質(zhì)和粘土。林祖享等1995年進(jìn)一步的分析認(rèn)為,河口灣的水動力條件是近海沉積重要的動力因素,河口灣的沉積環(huán)境主要受徑流及遠(yuǎn)距離搬運而來的陸源污染物的影響,河口灣的地形地貌分布特征反映了珠江口的水動力狀況,它既受徑流下泄的影響又受海洋水團的影響4。表1 磨刀門河口

12、表層沉積物中重金屬含量Tab. 1 Average concentrations of heavy metals in surface sediments from Mo Daomen Distributary Mouth mgg-1站號CuPbZnCdCrHgAsNi127106.8224.2373194.28320.449157.86210.01199.841410.682212360.6293.614286.39620.494355.96410.020715.76378.132612197.3695.6371145.74531.883411.27420.000317.85966.4058

13、6371.43626.78848.36822.00029.43970.007919.51045.867952135.80015.6298184.17552.633920.49810.004235.83528.9679134.3786.000048.35330.655224.70510.00179.78044.84112124.4306.73999.85072.917514.51680.012125.37867.5176447.3375.000044.82250.505021.30180.031414.63895.3254671.8466.493591.17590.413022.23800.06

14、9512.25647.184614140.50517.1729280.69844.576813.0098未檢出37.659113.00981641.5012.988046.39181.043738.83280.010333.24325.33581952.10036.56407.02961.393041.25000.010726.22546.17982255.1774.495539.64060.450347.91720.115820.21475.95813192.06414.0654211.95272.25557.41630.021639.18797.416334133.48850.372852

15、.58924.307122.16400.050834.16129.570837135.38714.6277251.36032.013813.55840.005632.87548.858132105.6647.4925228.85770.378164.35870.012930.952713.92845550.2463.496544.77770.529125.12280.039321.73675.32015798.07914.3347233.57972.462111.81980.009830.66509.80794855.8091.746577.64081.114838.41000.157824.

16、09247.22245398.50080.64869.22780.750910.63000.013835.522010.36557596.27226.8549255.57722.60459.88060.004255.88457.60047743.5185.988039.60100.754121.17860.035822.34796.09257929.2402.250041.37430.308216.08190.02216.88274.09368178.44925.0531207.20722.231911.89390.027240.78587.33888931.3844.241563.23830

17、.358353.03860.055416.43695.02149076.6174.9801132.73830.527842.52220.048920.56869.577110670.38614.3379299.47862.552021.63710.104440.608611.2096107121.3133.3555226.82983.030217.29360.010038.065611.0989108106.0794.9158299.81412.282125.87280.067137.95966.7269101132.9519.4649305.23792.874915.21370.038139

18、.80348.820759125.3539.5268388.29402.700033.09320.048933.11779.526810295.5451.291174.57663.031615.75200.009416.860910.070911058.93457.19718.74630.13599.48040.007426.80915.765197134.73729.48959.43163.851514.23630.022528.50278.643511149.7086.500041.37430.298828.94740.054711.99216.4327116104.69030.09841

19、35.78312.05192.35550.003230.10028.8987平均值85.50715.2349130.43841.697924.61530.031526.86837.9680表2 重金屬元素含量與沉積物性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficient between heavy metal concentration and sediment propertiesCuPbZnCdCrAsNi粘粒 0.001 mm-0.571*-0.457*-0.3150.397*-0.1060.3060.560*有機質(zhì)0.463*0.578*0.693*0.829*0

20、.342*0.5550.175pH0.0170.0550.1100.1720.0080.178-0.015CEC0.586*0.462*0.650*0.553*0.455*0.506*0.686*注：*為在0.05水平相關(guān)，*為在0.01水平相關(guān)。沉積物pH、沉積物有機質(zhì)、小于0.001 mm粘粒及CEC（陽離子交換量）對重金屬元素含量的影響見表2。表2結(jié)果顯示出重金屬元素（除Ni）的含量與沉積物pH值呈正相關(guān)但均未達(dá)到顯著水平。其原因是其母質(zhì)為第四紀(jì)河流沖積物，沉積物反應(yīng)為微堿性，不同區(qū)域及樣點沉積物pH值變化不大（7.598.62），因此沉積物pH值與沉積物重金屬含量的相關(guān)性不顯著。沉積物

21、有機質(zhì)是重金屬離子螯（絡(luò)）合劑，對重金屬元素具有吸附作用。一般而言，有機質(zhì)含量較高的沉積物，對重金屬的累積量亦相應(yīng)較大10。從表 2 可知，所有重金屬元素的含量與沉積物有機質(zhì)含量均呈正相關(guān)，且相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平。這表明，這些表層沉積物中的有機質(zhì)對重金屬的累積具有重要作用。小于0.001 mm粘粒是土壤無機膠體的核心部分，其對重金屬元素同樣具有巨大的吸附作用11。表2顯示表層沉積物中重金屬的含量與小于0.001 mm 粘粒含量均呈正相關(guān)，其中Cu、Pb、Cd、Cr、Ni的含量與小于0.001 mm 粘粒含量的相關(guān)性達(dá)顯著或極顯著水平，Zn和As則未達(dá)顯著水平，其原因可能與Zn和As的含

22、量在該區(qū)域沉積物中的變化相對較大有關(guān)。陽離子代換量CEC反映了土壤負(fù)電荷量的多少，其大小可表示土壤保蓄能力的高低12。從表2可知，所有重金屬元素含量與CEC 均呈極顯著相關(guān)，說明磨刀門表層沉積物的保蓄性能對重金屬元素的累積有著重要影響。表2顯示出的含量變化和分布規(guī)律還表明了磨刀門表層沉積物的重金屬主要受陸源污染物的影響。4 結(jié)論磨刀門河口重金屬的含量分布主要有以下規(guī)律：口門處及其兩側(cè)和攔門沙內(nèi)坡重金屬的含量最高；外海區(qū)域重金屬含量普遍較低；由口內(nèi)河床口門處，Cu、Cr、Hg、As的含量減小，Pb、Cd、Zn、Ni的含量逐漸增大；大部分重金屬（Cu、Pb、Zn、Cd、As、Ni）的含量由口門處攔

23、門沙地區(qū)是先減小再增大；由攔門沙外海，Cu、Pb、Cd、As的含量減小，Zn 和Ni的含量先減小后增大；由口門處外海，Cr和Hg含量的總體趨勢是增大的。磨刀門表層沉積物中重金屬元素含量與沉積物pH、沉積物有機質(zhì)、小于0.001 mm粘粒及CEC（陽離子交換量）有關(guān)，其中沉積物pH值與重金屬含量的相關(guān)性不顯著；所有重金屬元素的含量與沉積物有機質(zhì)含量的相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平；0.001 mm粘粒對重金屬元素同樣具有巨大的吸附作用；所有重金屬元素含量與CEC 均呈極顯著相關(guān)。重金屬元素的含量變化和分布規(guī)律還表明磨刀門表層沉積物的重金屬主要受底質(zhì)原生礦物和陸源污染物的影響。參考文獻(xiàn)：1 鄭習(xí)鍵.

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