白马湖底泥重金属污染特征分析

郝达平　刘雪梅

摘要

[目的] 对白马湖区底泥重金属污染状况进行监测与评价。[方法] 对白马湖6个采样点位、24个底泥样品中Cu、Zn、Pb、Cd 4种重金属含量进行测定，分析底泥表层和剖面重金属的含量及分布特征。在此基础上，应用地积累指数法进行污染等级评价。[结果] 所有底泥样品中4种重金属含量值均低于土壤环境质量标准中的三级标准。在空间分布上，总体呈现出“湖区含量>入湖口含量>出湖口含量”的规律，且随深度增加重金属含量递减。Cu、Zn和Pb含量一般在0.4 m 深度附近开始达到或趋近土壤背景值。相关性分析及污染评价结果表明，Cu、Zn和Pb处于由无污染向中等污染过渡阶段，而Cd的含量在部分测点已达到中等污染水平，并呈现明显的内源污染特征。[结论] 该研究可为白马湖生态修复与保护提供科学依据。

关键词 底泥；重金属；地积累指数；白马湖

中图分类号 S181.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）11-03340-03

Abstract [Objective] The research aimed to monitor and evaluate the heavy metal pollution status about bottom sediment in Baima Lake.

[Method] Based on 6 water samples and 24 sediment samples from Baima Lake， four kinds of heavy metal concentration of Cu，Zn，Pb and Cd were measured. The content and distribution characteristics of heavy metal in the surface layer and profile of the bottom sediment were analyzed. By using the index of geoaccumulation， the classes of pollution were evaluated.

[Result] The results showed that 4 kinds of heavy metal content in all samples of bottom sediment didnt surpass the III level standard. In space distribution， heavy metal contents descended from Lake District to estuary to the bayou. With the increase of depth， heavy metal contents decreased. The contents of Cu，Zn and Pb arrived at or approached to the background value of soil about 0.4 m under the water surface. Correlation analysis and pollution assessment indicated that Cu，Zn and Pb were at the transitory stage from nonpollution to medium pollution. However， Cd had partially reached to medium pollution level. It presented obvious characteristics of endogenous pollution.

[Conclusion] This research could provide theoretical basis for the ecological remediation and protection of Baima Lake.

Key words Bottom sediment； Heavy metal； Index of geoaccumulation； Baima Lake

白马湖位于淮安市境内东南边缘，堤内面积113.4 km2，是白马湖地区主要的洪涝调蓄水库，同时，也是南水北调东线工程的过境湖泊、淮安中心城市第二水源地，承担向17个乡镇区域供水以及向市区应急供水等任务。因此，保障白马湖的水质安全具有重要战略意义。

白马湖主要入湖河道的浔河是洪泽县城区及沿线乡镇工业废水和生活污水的排泄通道，其水质常年为Ⅳ-劣于Ⅴ类，水质成分复杂，对白马湖水质影响较大；长期以来的污水注入以及湖区水产养殖业的过度开发导致大量污染物沉积于底泥当中，具有较大的潜在生态风险隐患[1-3]，而其中的重金属污染以其毒性大、难生物降解去除、能通过食物链影响人的身体健康[4-5]。为此，该研究对白马湖区底泥重金属污染状况进行了采样监测，意在查明该区域底泥重金属分布规律及潜在的生态风险，为白马湖生态修复与保护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样点布设及样品采集

监测点位的布设侧重于浔河入湖口区域，兼顾湖区北部、中部和南部区域。在调查范围内共设监测点6个，监测点分布示意图见图1。采用荷兰Eijkelkamp公司Beeker型底泥原状采样器采集样品，按0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、>40 cm分层取样，6个调查点采集24个分层样。

1.2 样品处理及测定

样品经自然风干，去掉杂物及石块后研磨过100目筛，采用四分法取样得待测样品。采用逆王水微波消解、原子吸收法测定铜（Cu） 、锌（Zn） 、铅（Pb）、镉（Cd）含量，采用地质矿产部化探分析质量监控站地球化学标准参考样（GBW07406（GSS-6），03024）对检测进行质量控制。

2 结果与分析

2.1 底泥中重金属含量特征

白马湖底泥中重金属在各个监测点位的含量及垂直分布见图2。由图2可以看出，各测点的Cu、Zn、Pb和Cd的含量值均不高于《土壤环境质量标准》（GB156181995）中的三级标准（Cu≤400 mg/kg， Zn≤500 mg/kg，Pb≤500 mg/kg，Cd≤1.0 mg/kg），但相较于一级标准，即土壤自然背景限制值（Cu≤35 mg/kg， Zn≤100 mg/kg，Pb≤35 mg/kg，Cd≤0.2 mg/kg）仍存在超标现象。其中，Cu的最高含量值出现在2号采样点的表层，达到93.7 mg/kg，趋近于二级标准的临界值100 mg/kg；2、3、4这3个监测点位表层底泥中Zn的含量均超过二级标准限值（Zn≤250 mg/kg）；Pb含量在水平和竖直方向上的波动较小，但在1和6两测点的深层底泥中其含量高于土壤背景值；Cd的富集程度最为显著，其中3、4、5监测点位的含量均值依次达到一级标准的3.1倍、4.0倍和2.2倍。

2.2 底泥中重金属含量分布特征

由图2可见，在区域分布上，白马湖底泥中不同重金属含量分布均呈现出“湖区>入湖口>出湖口”的总体规律，可见重金属在湖区有明显的沉降作用；不同重金属在理化性质上的差异导致了含量分布曲线上特征点位的分离，如Cu的最高含量出现在2点，Zn的最高含量出现在3点，而Pb、Cd出现在4点，这一因素显著降低了同源重金属之间在监测范围内的正向相关性[6]。

从竖直方向分布上看，随着深度的增加底泥重金属含量总体呈下降趋势，Cu、Zn和Pb含量一般在0.4 m 深度附近开始达到或趋近土壤背景值。Cu、Zn在2、3、4这3点的垂向分布梯度较大，而在5、6两点波动趋于平缓，深层底泥中重金属含量缓慢上升，表明重金属在不同层次的底泥之间存在迁移；Cd在整个区域内垂向含量波动均较小，且显著高于自然背景含量，推测底泥中存在Cd的历史累积污染问题。

2.3 相关性分析

重金属含量间的相关性通常被用来推测重金属的来源，若不同元素有显著的相关性，说明其来源可能相同，否则来源可能不止一个[7]。为避免理化性质差异对取样点之间相关性的显著影响，选取浔河入湖口处1点位的各重金属垂向含量进行相关性分析，表1给出了底泥中各重金属含量之间的相关系数矩阵。

Cu、Zn和Pb元素之间呈现较明显的正相关关系，表明其在该点位竖向上具有共同的变化规律，也说明这些金属在底泥中具有一定的同源性，因其处于浔河入湖口处，推测浔河水输移的人为排污为底泥中Cu、Zn和Pb的主要污染来源。Cd与其他金属元素的相关性较弱，结合其在深层底泥中含量水平较高这一特征，可以判定历史积蓄的内源污染为其主要来源，同时也伴随着新的外源污染输入。

式中，Cn为重金属元素在底泥中的含量；A为常数，通常取值为1.5；Bn为重金属元素的环境背景值，根据调查区域的实际情况，选择土壤环境质量标准一类标准作为值。根据公式（1）计算得各采样点底泥中重金属的地积累指数见表3。

由表3可以看出，Cu、Zn、Pb 3种重金属的地积累指数级别基本以Ⅰ类为主，部分点位表层底泥中含量达到Ⅱ类，说明这3类金属尚处于由无污染向中等污染过渡阶段，且污染范围具有显著的局部性。同时，表层底泥的重金属含量增加表明重金属污染具有加剧的趋势，应加强浔河的污染治理，避免重金属在湖区蓄积而引发生态风险。底泥中Cd的污染等级基本为Ⅱ级和Ⅲ级水平，达到中等程度污染，结合之前的相关性分析可以得出结论，Cd具有显著的内源污染特性，在底泥中的蓄积量较高。

4 结论

（1）白马湖底泥中Cu、Zn、Pb、Cd 4种重金属含量均不超过土壤环境质量标准 （GB156181995）中的三级标准限值。在区域分布上，不同重金属均呈现出“湖区>入湖口>出湖口”的总体规律，从竖直方向分布上看，底泥重金属含量总体呈下降趋势，Cu、Zn和Pb含量一般在0.4 m深度附近开始达到或趋近土壤背景值。

（2）相关性分析表明： Cu、Zn和Pb元素之间呈现较明显的正相关关系，推测浔河水输移的上游排污为底泥中Cu、Zn和Pb的主要污染来源；Cd与其他金属元素的相关性较弱，结合其在深层底泥中含量水平较高这一特征，判定历史积蓄的内源污染为其主要来源，同时也伴随着新的外源污染输入。

（3）地积累指数的污染评价结果表明，Cu、Zn、Pb 3种重金属尚处于由无污染向中等污染过渡阶段，且污染范围具有限制的局部性特征，但重金属污染加剧的趋势应引起重视；底泥中Cd的污染已达到Ⅲ级，属于中等强度污染，应作为重金属污染治理工作的重点。

安徽农业科学 2014年

参考文献

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