安徽长江主要支流悬浮物重金属元素分布特征及其指示意义

陈兴仁

（安徽省地质调查院，安徽合肥 230001）

河流悬浮物是流域各种类物质迁移的重要载体。研究河流悬浮物中重金属元素的分布特征，对于追踪流域内重金属元素的来源及其迁移转化规律具有重要意义。国内外学者都十分重视河流悬浮物的调查和研究，利用各种采样方案揭示悬浮物及其中污染物的含量、输出通量、季节变化、空间差异、污染物存在形式及其来源等［1－8］，获得了丰富的地球化学基础资料。

多目标生态地球化学调查结果表明，长江流域安徽段沿岸冲积平原土壤中Cd等多种重金属元素富集的现象十分明显。然而目前对这些重金属富集带的成因还缺乏较为深入的研究，本文利用不同季节悬浮物采样分析结果，探讨安徽省境内长江支流悬浮物重金属元素分布特征，分析其主要来源及其对沿江地区土壤重金属元素富集的影响。

1 研究方法

在安徽省长江主要支流皖河、秋浦河、青通河、顺安河、青弋江、水阳江和裕溪河的入江口或入湖口附近分枯水期和丰水期2次采集河流悬浮物样品。枯水期样品采集于2005年1月，丰水期样品采集于2005年9月。首先对滤膜进行室内恒重和称量后进行空白滤膜本底分析。在现场用无污染容器采集待过滤水样，用孔径为0.45μm的玻璃纤维滤膜过滤水样，将悬浮物样品连同滤膜风干后装袋。同时在悬浮物采样点上游1 km范围内多点采集表层（0～2 cm）沉积物混合样品，风干后过60目筛。

悬浮物和沉积物样品消解后测定As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn等重金属元素质量比。其中Cd、Pb、Cu用等离子质谱法（ICP－MS）测定，As用氢化物－原子荧光光谱法（HG－AFS）测定，Zn、Ni用等离子发射光谱法（ICP－OES）测定，Hg用冷蒸气－原子荧光光谱法（CV－AFS）测定。测试过程中按照多目标地球化学调查的规范要求插入国家标准物质，并按10%的比例进行重复分析，以保证分析结果的准确性和精密性。所有分析结果均达到规范的要求。

2 结果与讨论

各支流悬浮物的质量浓度见表1所列。

表1 采样期间各支流水体悬浮物质量浓度 g／L

由表1可见，除水阳江外，各支流丰水期悬浮物质量浓度远低于枯水期。各支流丰水期平均质量浓度为0.006 6 g／L，与枯水期相比降低了90倍。其主要原因可能是丰水期长江干流水位高出支流水位，致使支流入江口附近水流滞缓，搬运能力降低，悬浮物沉降较快。加上丰水期水量较大的稀释作用，导致河水中悬浮物质量浓度显著降低。

各河流悬浮物中重金属元素质量比差异较大，见表2所列。除Pb外，顺安河悬浮物中的重金属质量比均为最高，皖河悬浮物重金属质量比大都为最低。顺安河悬浮物Cd质量比比皖河高2个数量级，Cu和Zn的质量比比皖河高约1个数量级，说明各流域内各种自然和人为因素对悬浮物重金属元素的质量比有着极为显著的影响。铜陵地区所在的顺安河流域于不同地质时期形成了丰富的黑色金属、有色金属以及硫铁矿等多种矿产。成矿过程中Cd等重金属元素作为成矿或伴生元素在围岩和矿石中富集，因而土壤母质中的重金属质量比普遍较高。

由于铜陵地区采矿业及相关产业是当地的支柱产业，矿业废水、废气排放以及矿业固体废物的不当处置导致Cd等重金属元素直接和间接排入河流之中。而皖河等流域成矿作用较弱，区内相关高污染工业也相对较少，因而这些河流悬浮物中的重金属质量比相对较低。

表2 各支流悬浮物中重金属元素的平均质量比 mg／kg

文献［8］于2000年11月和2001年5月2次在铜陵附近的长江大通水文站处采集长江悬浮物样品并测定了常量金属元素和部分微量元素的质量比。其结果显示2次测定的Pb、Cu和Zn的质量比差异不大，其平均值分别为86.0、56.9、 233.8 mg／kg。可见安徽长江支流悬浮物的Pb质量比与长江干流相当，而Cu和Zn的质量比明显高于长江干流。

各采样点汇水区的水系沉积物中重金属平均质量比和土壤平均质量比相比，两者较为接近。说明汇水区地表的颗粒物质经过冲刷和搬运而形成的水系沉积物基本反映了流域内土壤重金属元素的平均质量比。因此，以水系沉积物和土壤为参照而得到的悬浮物中重金属元素富集系数也十分接近，见表3所列。由表3可以看出，悬浮物中Cd的富集程度远远大于其他元素，平均富集系数超过30。Cu的富集程度次之，Hg、Zn的富集程度约6倍左右。Pb、Ni的富集程度相对较低，约为2倍左右。

表3 各支流悬浮物中重金属元素的平均富集程度

各支流悬浮物重金属质量比相对于流域土壤平均值均呈显著富集，见表4所列。但不同流域、不同元素富集程度各有差异。总体上以Cd富集程度最高，各流域富集系数大多大于5，其中顺安河的富集系数高达282。其次为Hg、Zn和Cu，其富集系数大多在2倍以上，As和Ni的富集程度相对较弱。

表4 各支流悬浮物中重金属元素的富集系数

土壤侵蚀和雨水对地表其他颗粒物质的冲刷和搬运过程中，粒径较细的黏粒和粉粒由于质量较轻而易于进入水体，并往往呈悬浮态迁移。细级的颗粒物中石英、长石等原生矿物较少，次生黏土矿物和有机物颗粒所占比例较高。这些无机和有机胶体比表面积大，并且往往带有较多的负电荷，因而具有很强的吸附性能，对重金属离子的富集能力很强，而对主要以砷酸根形式存在的As，其富集能力相对较弱一些。

顺安河悬浮物中多数重金属富集系数显著高于其他河流，说明流域内人为活动造成的污染较为严重。该河流悬浮物中重金属的富集途径不仅是流域表面细颗粒物质的选择性侵蚀，还应当与重金属污染物向河流的直接排放有关。该流域内矿山密集分布，采矿、加工和冶炼企业众多，由于污染治理和环境管理措施较为落后，导致重金属污染物的扩散加剧。因此，悬浮物中重金属的富集系数显著高于其他河流可能是人为污染较为严重的标志。

为对比山洪前后悬浮物中重金属质量比的变化，于2005年9月丰水期在水阳江中游双桥镇分别采集了山洪前和山洪期的悬浮物样品。结果显示山洪前后江水中的悬浮物质量浓度分别为0.001 g／L和0.033 g／L，山洪期水体悬浮物质量比是山洪前的33倍。山洪期悬浮物中的重金属质量比大大低于山洪前，见表5所列，其中Cd、Pb、Zn、As的质量比要低约近1个数量级，Hg质量比也只有山洪前的1／2。这是因为洪水期间水动力条件发生了较大变化，河水搬运能力大大增加，河流悬浮物的粒径变粗的缘故。这一现象进一步说明了细粒级悬浮物对重金属元素的富集作用。

表5 水阳江中游山洪前、后重金属元素的质量比 mg／kg

长江支流悬浮物调查结果在一定程度上说明沿江冲积平原区土壤中Cd等重金属元素的富集是一种自然过程。在上游土壤侵蚀和其他地表物质冲刷搬运过程中，富含重金属元素的细粒级的颗粒物优先被侵蚀，从各处汇集至河道中，并可以搬运较长的距离，之后在下游地区沉积。由此形成的河流冲积物母质中重金属元素的背景含量较高。同时由于冲积平原地势较低，土壤在形成和发育过程中还会频繁地被洪水淹没，又有新的河流悬浮物质不断沉积在表层土壤，导致重金属物质在其中的进一步富集。沿江地区土壤Cd的富集较其他元素更为显著，应当与Cd在悬浮物中的富集系数大于其他元素有关。

3 结 论

安徽长江支流悬浮物中的重金属元素富集现象明显，相对于流域土壤平均质量比，悬浮物中重金属元素的富集系数为Cd＞Cu＞Zn＞Hg＞Pb＞Ni，其中Cd的富集系数超过30倍。顺安河悬浮物多数重金属的富集系数显著较高，是因为该流域内人为排放的污染物较多。

沿江冲积平原区土壤中Cd等重金属元素的富集在一定程度上是一种自然过程。由于富含重金属元素的细粒级的颗粒物优先被侵蚀和搬运，由此形成的河流冲积物母质中重金属元素的背景含量较高。沿江地区土壤Cd的富集较其他元素更为显著，应当与Cd在悬浮物中的富集系数大于其他元素有关。

［1］ 郝立波，孙立吉，陆继龙，等.第二松花江中上游悬浮物重金属元素分布特征［J］.吉林大学学报：地球科学版，2010，40（2）：327－330.

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