海南岛主要河流水体中重金属元素迁移富集特征

夏 南，薛桂澄，傅杨荣，柳长柱，马荣林

(1.海南省地质调查院，海南 海口 570206;2.中国地质大学，湖北 武汉 430074)

海南岛主要河流水体中重金属元素迁移富集特征

夏 南1，2，薛桂澄1，傅杨荣1，2，柳长柱1，马荣林1

(1.海南省地质调查院，海南 海口 570206;2.中国地质大学，湖北 武汉 430074)

河流体系中的重金属元素主要存在于悬浮颗粒物、溶解相和沉积物三部分中。选择海南岛12条主要河流，分别在丰水期和枯水期采集过滤水、悬浮物及水系沉积物样品，分析重金属元素在过滤水、悬浮物及水系沉积物中的含量特征，总结水体中重金属元素的地球化学迁移方式及富集特征，查明重金属元素迁移富集的主要影响因素。

河流水体;重金属;迁移;富集;海南岛

1 研究区基本概况

海南岛是我国第二大岛，素有南海明珠之称，是海南省的主体陆地。海南岛属热带季风气候，水资源丰富。中部高山主宰着本岛的水系形态，河流自高山或周围的低山呈放射状流入大海，全岛独流入海的河流154条。本项工作布点选择集水面积较大的河流共12条，分别为南渡江、昌化江、万泉河、太阳河、陵水河、藤桥河、宁远河、文澜江、珠碧江、文昌江、文教河和三亚河，其中流域面积较大的有南渡江、昌化江和万泉河，三大河流域面积占全岛的47%，本项工作所选12条主要河流流域总面积约占全岛的90%(表1)。

表1 主要河流(12条)流域面积一览表

图1 采样点分布图

2 样品采集与测试分析

本项工作采集了悬浮物、过滤水及水系沉积物样品。样点布设于海南岛12条主要河流水体的干流及支流，取水过程中现场测试pH和温度等参数。悬浮物样品采用抽滤过滤装置采集，每张滤膜过滤水体积为3～5 L，并对过滤前膜重、过滤水体积、过滤时间等进行详细记录;过滤水样品取自过滤后的清水，并根据测试项目添加相应试剂后石蜡封口。悬浮物、过滤水样品均分丰水期、枯水期两季采集，共采集悬浮物样品72件，过滤水样品72件。水系沉积物样品枯水期采集，采样点位和采样时间与枯水期过滤水样品一致，共采集水系沉积物样品36件。样品测试由中国地质科学院物化探所中心实验室完成。

3 结果与讨论

3.1 河流水体重金属元素含量特征

河流体系中的重金属元素主要存在于悬浮物、溶解相和沉积物三部分中，研究重金属在三种介质中的分布有利于了解元素的迁移转化特征［1］。海南岛主要河流水体重金属元素含量测试分析结果显示(表2、表3)，溶解相、悬浮物和沉积物中重金属元素含量均较低，总体表现为沉积物 ＞溶解相＞悬浮物，沉积物中重金属元素含量远大于溶解相和悬浮物，含量高出达3～5个数量级，溶解相普遍高出悬浮物达0～1个数量级，说明水体环境中重金属元素主要富集在沉积物中。七种重金属元素在溶解相、悬浮物和沉积物中含量排序均为 Hg＜Cd＜As＜Ni＜Cu＜Pb＜Zn，表现出了高度的一致性。溶解相和悬浮物中重金属元素含量具有显著的季节性特征，即丰水期含量普遍高于枯水期。

表2 过滤水、悬浮物中重金属元素含量 μg/L

表3 水系沉积物中重金属元素含量 (mg/L)

3.2 河流水系沉积物元素含量及相关分析

河流沉积物是河流生态环境中各种重金属元素和有机物质的主要归宿，同时它也是重金属元素和有机物质的一个即时“储存库”，它可以真实地反映重金属元素和有机物质在河流生态系统中的迁移富集等环境地球化学信息［2－4］。对海南岛主要河流水系沉积物中重金属元素含量进行测试分析(表4)，结果表明沉积物中重金属含量总体较低。与全国的河流水系沉积物平均值对比，海南岛主要河流水系沉积物中大部分重金属元素含量低于全国平均值，仅Pb和 Cu含量略高。不同河流水系沉积物重金属元素含量差异较大，例如文教河和太阳河水系沉积物中 种重金属元素均低于全国平均值。而文昌江和昌化江水系沉积物中重金属元素含量相对较高，其中文昌江水系沉积物中 Cd、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg 高于全国平均值，昌化江水系沉积物中 As、Cu、Pb、Hg含量高于全国平均值。

根据元素分析结果(表5)，对8种重金属元素的含量进行相关分析(表3)，结果表明在95%的置信水平上，Cr与 Ni的相关系数大于0.9，Cu和 As的相关系数大于 0.8，结果表明Cr与Ni，As与Cu存在显著相关关系。表明它们在沉积物迁移中具有相似的运动规律。

表4 海南岛主要河流水系沉积物中重金属元素含量 (mg/L)

表5 水系沉积物重金属元素相关系数

3.3 河流水体中重金属元素迁移特征

通过对丰水期和枯水期主要河流中水溶态重金属和悬浮态重金属的含量特征进行分析，显示河流水体重金属元素迁移呈现一定的规律，即大部分重金属元素在丰水期和枯水期以水溶态迁移为主，悬浮态迁移相对较弱。个别重金属元素迁移方式也存在一定的差异。例如As元素在丰水期以水溶态迁移为主，枯水期以悬浮物迁移为主;Ni元素在南渡江、陵水河、藤桥河、宁远河、文澜江和三亚河在丰水期和枯水期均以水溶态迁移为主，在昌化江和珠碧江在丰水期和枯水期均以悬浮物迁移为主。

本项工作所选12条河流中重金属元素迁移方式存在差异，其中南渡江、陵水河、藤桥河、宁远河、文澜江和三亚河中重金属元素的迁移方式一致，表现为7种元素在丰水期和枯水期以水溶态迁移为主，仅在枯水期As以悬浮物态迁移为主。昌化江和珠碧江重金属元素的迁移方式一致，丰水期As、Cd、Cu、Pb、Zn 和 Hg以水溶态迁移为主，Ni以悬浮物态迁移为主。枯水期Ni和As以悬浮物态迁移为主，其他元素均以水溶态迁移为主;万泉河、文昌江和文教河重金属元素的迁移方式一致。丰水期 As、Cd、Cu、Pb、Zn和 Hg以水溶态迁移为主，Ni以悬浮物态迁移为主。枯水期 As以悬浮物态迁移为主，其他元素均以水溶态迁移为主。可见不同重金属化学形态分布有很大差异，即使同一重金属在不同样品中化学形态分布也表现出不同特征［5］。

3.4 河流水体中重金属元素迁移富集影响因素分析

河流中重金属迁移富集影响因素众多，如母岩、水流运动、泥沙运动、pH值、水温、矿物组成、有机质和人为活动等。其中母岩和人为活动一般被认为是河流生态系统中最主要、最根本的元素来源。母岩元素来源过程主要为通过物理、化学和生物等各种自然风化作用，经由岸堤崩塌、地表径流冲刷、地下水和地表水溶解搬运等途径，地层岩体中元素最终以水溶态、胶体、矿物颗粒结合态等形式进入河流，即从理论上讲汇水域内重金属含量越高、越容易风化侵蚀的地层、岩体，对河流水体中重金属的贡献也越大。

海南岛主要河流水体中重金属元素迁移富集特征与区域地质、地球化学背景密切相关，成土母岩是河流水系的主要物质来源，岩石化学组成对河流水体地球化学特征具有主控意义。例如，海南岛东北部的南渡江中下游、文澜江、文昌江等河流底泥中 Cr、Ni、Cu、Pb、Zn含量相对较高，反映了琼北玄武岩地球化学的元素组合特征;而位于海南岛中南、西南地区的昌化江流域、珠碧江、宁远河、三亚河、藤桥河、陵水河等河流底泥中 As、Cu等元素相对较高，反映了琼中南以酸性岩浆岩为主的地球化学特征。河流水体地球化学特征还受河流水动力、沉积环境条件的影响。例如，南渡江、三亚河等明显受咸水混合影响的河口地区，水系沉积物中 As、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等重金属元素也多呈相对富集趋势，表明沉积物质地对水体环境的影响。

人为活动对河流中元素的影响从空间分布上看，区域性差异明显。北部火山岩台地、中部山地丘陵区人口相对较少，工农业相对落后，水体中重金属元素含量普遍较低;工农业相对发达、人口较为集中的城镇及平原区，水体中重金属元素含量相对较高，经调查主要影响因素为工业、农业、矿山和生活排放。

4 结语

(1)海南岛水体环境质量良好，主要河流中溶解相、悬浮物和沉积物中重金属 Zn、Ni、As、Cd和 Hg均低于全国背景值。沉积物中重金属含量远高于溶解相和悬浮物，沉积物中重金属由低到高分别为 Hg＜Cd＜As＜Ni＜Cu＜Pb＜Zn，其中 Zn平均含量为 62.16 mg/kg，Hg平均含量仅为 0.04 mg/kg。

(2)河流水体中重金属元素迁移富集顺序为沉积物 ＞溶解相＞悬浮物。迁移富集特征和方式主要受自然因素控制和人为活动影响。丰水期水体中溶解相和悬浮物中重金属含量高于枯水期;水系沉积物中元素组合特征与土壤母质、沉积环境关系密切，如琼北玄武岩背景区水体沉积物中 Ni、Cr等铁族元素含量丰富;昌江、东方等工矿业较为发达、人口密切地区水体中重金属含量较高。

(3)河流重金属元素迁移过程是一个不断运移 －沉积－扰动－悬浮－运移的动态过程，不同河流水系及同一河流的不同地段(上、中、下游)的水体中重金属元素含量、物质组成比例和迁移方式不同。

［1］龚玲兰，奚小双.河流重金属的分布与迁移转化研究进展［J］.广东微量元素科学.2006.13(11).

［2］蔡清海，杜琦，钱小明.福建三沙湾海洋沉积物中重金属和微量元素的研究［J］.沉积学报.2007，25(3):456－460.

［3］王国平，刘景双.向海湿地元素地球化学特征与高分辨沉积记录［J］.地理科学.2003，23(2):208 －212.

［4］刘艳，张成君，雷国良.兰州市宛川河中段表层沉积物中重金属元素迁移富集特征［J］.沉积学报.2008，26(5):844.

［5］李小虎，汤中立，初凤友.白银矿山水体和沉积物中重金属及其化学形态分布特征［J］.地球与环境.2008，36(3):222.

Migration and Enrichment Characteristics of Heavy Metal Element in the Main River Water of Hainan Island

XIA Nan1，2，XUE Gui－ cheng1，FU Yang － rong1，2，LIU Chang － zhu1，MA Rong － lin1
(1.Hainan Geologyical Survey，Haikou 570206，Hainan;2.China University of Geosciences，Wuhan 430074，Hubei)

The heavy metal in the river－system is mainly distributed in the suspended particulate matter in the dissolved phase and sediments of three parts. To select the 12 major rivers in Hainan Island，the article collected the filtered water，suspended solids and stream sediment samples in the wet and dry seasons，analyzed the characteristics Concentration of heavy metals in filtered water，suspended solids and stream sediments，summed up the elements of heavy metal geochemical migration patterns and enrichment features，identify the main factors affecting migration and enrichment in heavy metals.

River water;heavy metals;migration;enrichment and Hainan Island

X143

A

1004－1184(2012)06－0208－03

2012－09－20

国土资源部、海南省政府合作项目“海南岛生态地球化学调查”(200414200010)资助

夏南(1984－)，男，内蒙古赤峰人，工程师，主要从事水工环地质、环境地球化学方面工作。