攀枝花市水系沉積物與土壤中重金屬的

1、徐爭啟等：攀枝花市水系沉積物與土壤中重金屬的地球化學特征比較 743攀枝花市水系沉積物與土壤中重金屬的地球化學特征比較徐爭啟1，滕彥國2，庹先國1，張成江1，倪師軍11. 成都理工大學地球化學系，四川 成都 610059；2. 北京師范大學水科學研究院，北京 100875摘要：水系沉積物和土壤都是表生作用的產(chǎn)物，是環(huán)境中污染物質的重要受納體，但兩者在物質來源和受納污染物方面又有不同。重金屬通過不同方式進入到水系沉積物和土壤之中產(chǎn)生污染，對于區(qū)域環(huán)境具有重要的影響。為了了解攀枝花市水系沉積物和土壤中重金屬元素地球化學特征的異同和污染狀況，在攀枝花市范圍內(nèi)系統(tǒng)采集了水系沉積物和土壤樣品，從環(huán)境地球

2、化學角度，應用地球化學方法研究了攀枝花市水系沉積物及土壤中重金屬的地球化學特征，應用地質累積指數(shù)法評價了污染情況，并對二者進行了比較研究。結果表明，攀枝花市水系沉積物中重金屬的含量普遍高于土壤；水系沉積物和土壤中重金屬的分布具有相似的特征；水系沉積物中重金屬的污染程度高于土壤，但總體上來說，重金屬的污染程度較小。兩者的污染程度不同是因為接受污染物的方式不同；兩者的分布趨勢相同，說明具有相同或相近的污染來源。關鍵詞：重金屬；地球化學特征；水系沉積物；土壤；攀枝花中圖分類號：X142 文獻標識碼：A 文章編號：1672-2175（2007）03-0739-05 有害物質通過食物、飲水和呼吸會進入人

3、體，對人類健康造成直接危害1。重金屬等有害物質進入到食物、飲水的最初原因是植物和地表水的污染，而土壤和水系沉積物是其重要的載體和受納體。土壤和水系沉積物成為對人類健康最重要的表層沉積物，土壤和水系沉積物的研究為評價環(huán)境質量具有重要的意義2-6。研究發(fā)現(xiàn)，在河流水系沉積物中的重金屬含量比相應水體中重金屬的含量高，一般得到進一步積累，同時表現(xiàn)出明顯的分布規(guī)律。另一方面，由于水中重金屬隨季節(jié)和其他條件的變化容易發(fā)生變化，而水系沉積物則穩(wěn)定得多，不易受外界因素的影響。因此，對沉積物中的重金屬進行研究是很有價值的7-8。土壤由于形成母巖成分的不同以及人類活動的影響，重金屬的含量隨土壤熟化程度的提高有增加

4、的趨勢9。盡管土壤和水系沉積物的形成機制不同，但是都屬于表層沉積物，都對人類健康具有重要意義，且不同程度地受到人類活動的影響，水體及土壤都有一定的污染。因而研究水系沉積物和土壤中的重金屬對人們的生活和健康具有十分重要的意義，特別是對于城市地區(qū)更是如此。攀枝花市是一個典型的礦業(yè)城市，位于金沙江與雅礱江交匯處，是我國大型礦業(yè)基地之一，產(chǎn)有著名的超大型釩鈦磁鐵礦。由于地形的限制，城市與工礦區(qū)相互交錯，市內(nèi)有冶煉廠、選礦廠、礦山、煤礦等大型工礦企業(yè)。幾十年來，經(jīng)過大規(guī)模開發(fā)建設，該區(qū)以礦業(yè)開發(fā)為主的經(jīng)濟發(fā)展迅速，但同時由此產(chǎn)生的環(huán)境問題也日益突出，如水體污染、土壤污染、土地破壞、生態(tài)環(huán)境惡化等。許多學

5、者對攀枝花的環(huán)境狀況進行過研究，主要對攀枝花鋼鐵基地礦業(yè)開發(fā)過程中減輕環(huán)境影響的對策以及植被復墾等進行了探討10-11，對整個攀枝花市大約100多km2范圍內(nèi)的新近系到第四系昔格達組土壤中重金屬的分布特征和土壤地球化學基線12-13、以及對水系沉積物中重金屬的特征進行了研究14。盡管在攀枝花進行了環(huán)境研究，但是上述只是針對某一種具體的介質進行研究，而沒有將土壤與水系沉積物聯(lián)系起來進行比較研究。事實上，某一地區(qū)的水系沉積物和土壤是有一定聯(lián)系的，而且污染源所排放的重金屬等污染物質對兩者都有影響，但兩者又有差別，受納污染物的方式有所不同。這種不同到底會對重金屬的地球化學特征產(chǎn)生什么影響，是值得研究的

6、。針對此種情況，為了研究攀枝花市水系沉積物和土壤中重金屬的地球化學特征的異同，了解攀枝花市的環(huán)境狀況，本文從環(huán)境地球化學角度，應用地球化學方法研究了攀枝花市水系沉積物及土壤中重金屬的地球化學特征，并對二者進行了比較研究。1 材料和方法1.1 樣品的采集水系沉積物樣沿金沙江兩岸及其支流系統(tǒng)采集了樣品共63件，其中干流20件，支流43件，采樣深度05 cm，主要是底泥和細粉砂質沉積物。土壤樣是在農(nóng)田中采取，采樣深度05 cm，由昔格達組淺黃-灰白色泥質粉砂巖、鈣質粉砂巖風化而成的砂質壤土和壤質砂土組成15，共采集樣品28件（采樣位置見圖1）。圖1 采樣位置Fig. 1 Sampling spot(

7、黑點為水系沉積物樣品，圓圈為土壤樣品)1.2 樣品的處理與分析圖2 土壤和水系沉積物中重金屬含量比較（Ti、Mn質量分數(shù)為 ×10-4，其它元素質量分數(shù)為mg·kg-1）Fig. 2 Content comparison of heavy metals in soil and river sediments樣品在室溫條件下自然風干后，用研缽研細，過120目篩（0.125 mm）。將樣品裝好送往化驗室化驗。樣品由成都理工大學“應用核技術”四川省重點實驗室采用高靈敏度XRF分析儀進行分析，所用標樣通過ICP-MS方法分析。由于所采用的分析儀器具有較高的能量分辨率和較低的檢出限1

8、6，保證了分析結果的可靠性。2 結果與討論2.1 重金屬的質量分數(shù)變化特征本次研究中分析了Ti、V、Cr、Mn、Ni、Zn、Pb、As、Cu等九個元素，分析統(tǒng)計結果見表1。從上表可以看出，水系沉積物中Ti、V、Cr、Mn、Co、Cu的含量變化很大，最大值與最小值相差數(shù)倍甚至數(shù)十倍，土壤中的含量變化則相對較小。Zn在水系沉積物和土壤中的變化都比較大。Ni、As在水系沉積物中的變化相對較小，而在土壤中的含量變化則較大。標準偏差的變化與上述各元素含量變化一致。水系沉積物中重金屬的最大值普遍比土壤中的高，其中V、Ti超過三倍。最小值相差不大，除Ti、Zn外，其它元素在水系沉積物中的含量略高于土壤。從平

9、均值看，除Zn外其它八種元素在水系沉積物中的含量普遍高于在土壤中的含量，但相差較小，其中Ti與V的含量相差一倍以上（圖2）。2.2 重金屬的分布特征表1 分析結果統(tǒng)計Table 1 The statistics of results mg·kg-1元素水系沉積物(n=63)土壤（n=28）最大值最小值平均值標準偏差最大值最小值平均值標準偏差Ti/%5.280.3701.1101.0131.110.4990.6610.113V690.9101.2210.7129.3149.1679.30110.7619.21Cr302.283110.133.4117.0862.0889.0614.31

10、Mn/%0.8220.0610.1520.1300.220.0670.1280.037Co71.113.222.29.2126.8711.0216.643.57Ni49.44648.61.2065.4834.1447.588.32Cu231.429.260.832.270.7720.7739.7211.12Zn250.133.792.048.2231.0557.2093.9635.20Pb64.310.125.48.2883.8223.3333.3211.01As19.27.915.02.4154.526.2114.509.18重金屬在攀枝花地區(qū)土壤和水系沉積物中的質量分數(shù)綜合分布如圖3、圖4

11、所示。從圖3和圖4可以看出，盡管重金屬在土壤和水系沉積物中的含量有一定差別，但重金屬在這兩種表層沉積物中總的分布規(guī)律還是相同的，具有相同的分布趨勢。即重金屬質量分數(shù)分布相對集中在攀鋼冶煉區(qū)、選礦區(qū)、尾礦區(qū)，另外在安寧選礦廠附近重金屬也有明顯集中。圖3 水系沉積物中重金屬質量分數(shù)綜合分布圖(mg·kg-1)Fig. 3 Content distribution of heavy metals in sediment圖4 土壤中重金屬質量分數(shù)綜合分布圖(mg·kg-1)Fig. 4 Content distribution of heavy metals in soil2.3

12、重金屬的污染特征以全球頁巖平均值為標準，應用地質累積指數(shù)法對攀枝花地區(qū)的水系沉積物和土壤中重金屬污染進行了評價。地質積累指數(shù)（Igeo）又稱Muller指數(shù)，是德國科學家Muller提出的一種研究環(huán)境沉積物中重金屬污染的定量指標。其公式為：式中：Cn是指元素n在沉積物中的實測含量；Bn是指沉積巖（即普通頁巖）中的地球化學背景值,本文選擇全球頁巖平均值為背景（表2）；1.5為一常數(shù)。地質累積指數(shù)一般分為7級（06級），表示污染程度由無至極強（表3）。根據(jù)上述條件，攀枝花市表層沉積物重金屬的評價結果見圖5。表2 評價標準（全球頁巖平均值17）Table 2 The standard of eval

13、uation mg·kg-1元素Ti/%VCrMnZnPbAsCuCo全球頁巖0.46130908509520134519表3 地質累積指數(shù)與污染程度Table 3 The relation between Igeo and polluting degreeIgeo001122334455級別0123456污染程度無污染無污染到中度污染中度污染中度污染到強污染強污染強污染到極強污染極強污染從圖5可以看出，水系沉積物中重金屬的污染程度遠高于土壤。水系沉積物中，Ti、V、Mn、Cu的污染較為嚴重，為無污染到中度污染，部分達到中度污染甚至強污染；Pb、Co、As、Cr則主要為無污染，少量為

14、無污染到中度污染；Zn的污染最小，幾乎無污染。在土壤中，只有Pb、Mn兩種元素的污染程度達到了第1級即無污染到中度污染；Ti、As、Zn三種元素，僅有個別樣品達到第1級別，在絕大部分樣品中無污染；而Cu、Co、Cr、V四種元素幾乎全部無污染。在水系沉積物中重金屬的污染程度由高到低依次為：Ti，V，Mn，Cu，Pb，As，Co，Cr，Zn；在土壤中重金屬的污染程度由高到低依次為：Pb，Mn，Ti，As，Zn，Cr，Cu，Co，V。總的來看，攀枝花市表層沉積物中重金屬的污染程度較小，為無污染到中度污染，只有個別地點為強污染。2.4 討論綜上所述，攀枝花水系沉積物和土壤中的重金屬元素地球化學特征既有

15、相似之處，也有不同的情況。究其原因，主要有以下幾個方面。（1）在研究過程中所采土壤主要是昔格達土。由于昔格達土所在地區(qū)比較平緩，幾乎所有的農(nóng)作物都生長在昔格達土之上，而且大部分城區(qū)也建在其上。土壤污染主要是由于工廠排出的廢氣廢塵飄落入土壤之中以及使用農(nóng)藥化肥造成的，只有很少工業(yè)廢水直接排入農(nóng)田中。相反，大部分工廠的廢水直接排入到河流中，造成重金屬在水系沉積物中大量富集，從而引起水系沉積物中的重金屬高于土壤之中。 圖5 攀枝花市表層沉積物重金屬地質累積指數(shù)法評價結果Wisker-box圖（左為水系沉積物，右為土壤）Fig. 5 The wisker-box of evaluating resul

16、ts by Igeo（2）盡管質量分數(shù)不同，但重金屬在表層沉積物中的分布趨勢相同。這可以從另一方面說明污染物的來源。因為兩種表層沉積物中重金屬都在工廠附近富集，說明污染物主要來自人為活動，即由工廠中的“三廢”造成的。3 結論在攀枝花市水系沉積物中重金屬的含量普遍高于土壤；水系沉積物和土壤中重金屬的分布特征具有相同的趨勢，說明具有相同或相近的污染來源，并且與工礦企業(yè)等人為活動有密切關系；水系沉積物中重金屬的污染程度高于土壤，但總體上來說，重金屬的污染程度較小。參考文獻：1 張超蘭, 白厚義. 用模糊綜合評判法評價土壤重金屬污染程度J.廣西農(nóng)業(yè)生物科學, 2003, 22(1): 54-57.ZH

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