海口城市水体底泥中重金属含量分布、形态特征及环境质量评价

杨奕, 马荣林, 张固成, 何玉生, 董志诚

1. 海南省地质调查院, 海口570206

2. 鲁东大学, 烟台264025

海口城市水体底泥中重金属含量分布、形态特征及环境质量评价

杨奕1,*, 马荣林1, 张固成1, 何玉生1, 董志诚2

1. 海南省地质调查院, 海口570206

2. 鲁东大学, 烟台264025

分析了海口市19个水体59个底泥样品中重金属的含量和形态, 并进行环境质量评价。结果表明： 海口城市周边水体底泥的Cr、Ni、Cu、Cd元素含量高于市区底泥; 而 Hg、Pb、Zn元素含量分布则表现出市区高于周边的规律。As未表现出空间差异。海口底泥中Cu、Pb、Zn以残渣态为主(占40%左右); Cr、Ni、Hg、As四种元素以残渣态为主(占60%以上); Cd元素形态则以离子交换态为主(占30%以上), 除残渣态之外的其余形态所占比例和高于80%。环境质量评价结果表明, 海口城市底泥中 As、Cd、Cu三种元素的含量较低, 基本上符合海洋沉积物质量(GB 18668-2002)一、二级标准。而Cr、Ni和Hg、Zn、Pb五种元素含量稍高, 周边底泥中Cr、Ni两元素含量符合或超过三级标准, 市区底泥中Hg、Zn、Pb元素含量分别符合二、三或超三级标准。

底泥; 分布; 形态; 重金属; 环境质量评估

1 引言

城市化进程的加快, 人口的剧增, 工业废水和生活污水的大量排放使得城市环境问题日益严重。城市水体环境质量与人们的生活质量密不可分。底泥是城市水体生态系统重要的组成部分, 不仅是水体污染物的“源”和“汇”, 而且是底栖生物的主要生活场所和食物来源[1-3]。污染物, 尤其是重金属污染物, 可通过底栖生物吸收积累, 并可随食物链传递进入高营养级生物, 从而影响人体健康。重金属污染问题一直是环境科学领域关注的重点。底泥中重金属的生物可利用性和潜在迁移性不仅与底泥中重金属总量有关, 而且更大程度上由其赋存形态决定[2]。因此, 弄清底泥中重金属的含量和形态分布是研究底泥中金属的迁移转化规律的重要内容, 对进一步研究重金属污染物在水体生态系统中的环境行为具有重要的意义。目前, 国内外研究者针对底泥中金属形态的研究主要采用Tessier五步连续提取法或者BCR三步提取法[2,4]。该研究结合这两种方法, 以海口城市水体底泥为研究对象, 分析海口底泥中重金属元素的七种形态, 即水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、焦磷酸钠提取的腐殖酸结合态、铁锰氧化物结合态、过氧化氢提取的强有机结合态(包括部分硫化物态)和残渣态, 从而研究海口城市底泥中重金属的含量和形态特征。

2 材料与方法

2006年—2007年针对海口城市市区和周边水体进行采样(图1)。样点分布在市内(海大内湖HDNH、鸭尾溪YWX、海甸溪HDX、横沟河HGH、西湖XH、美舍河MSH、红城湖HCH、南渡江NDJ)和市内周边(南渡江龙塘段 NDJLTD、东白水塘DBST、洋山水库 YSSK、沙坡水库 SPSK、西白水塘XBST、工业水库GYSK、永庄水库YZSK、美涯水库MYSK、那卜水库NBSK、五源河WYH、荣山养殖场RSYZC)。采样时, 尽量选择在在水流变缓处, 避开腐殖质聚集、人为明显污染地段, 采集表层水系沉积物样品, 深度一般不超过 2 cm。每个采样点样品由3—5个样品混合组成。样品采集后, 用干净的聚乙烯密封袋装好放置在冷藏箱内, 运至实验室保存在-20℃。冷冻干燥后, 研磨,过筛, 分析。

图1 采样点分布图Fig. 1 Distribution of sampling sites

底泥中重金属的形态分析依据《中国地质调查局地质调查技术标准》[5]的方法, 具体步骤如下：

1) 水溶态 称取2.5000 g样品于250 mL 聚乙烯烧杯中, 准确加入25 mL蒸馏水(煮沸、冷却、调pH=7)摇匀, 置于超声波清洗器中, 超声 30 min(频率为40 KHz, 期间每隔5 min超声5 min, 温度控制在(25±5) ℃, 下同)。取出, 于4000 r·min-1离心(下同)20 min。过0.45 μm滤膜, 取滤液分析。向残渣中加入约100 mL水洗沉淀后搅拌均匀, 于4000 r·min-1离心10 min, 弃去水相, 留下残渣。

2) 碳酸盐结合态 向1)残渣中准确加入25 mL醋酸钠溶液(mol·L-1), 摇匀, 超声 1 h, 取出, 于4000 r·min-1离心20 min。将清液倒入25 mL比色管中, 待分析。向残渣中加入约100 mL水洗沉淀后搅拌均匀, 离心10 min,弃去水相, 留下残渣。

3) 腐殖酸结合态 向2)残渣中准确加入50 mL焦磷酸钠溶液(mol·L-1), 摇匀, 超声 40 min, 取出,放置2 h, 离心20 min。将清夜倒入50 mL比色管中,待分析。向残渣中加入约100 mL水洗沉淀后搅拌均匀, 离心10 min, 弃去水相, 留下残渣。

4) 铁锰氧化物结合态 向3)中准确加入50 mL盐酸羟胺溶液(0.25 mol·L-1), 摇匀, 超声 1 h, 离心20 min。将清夜倒入50 mL比色管中, 待分析。用50 mL蒸馏水将沉淀转移到50 mL离心管中, 离心10 min, 弃去水相,反复洗2次, 留下残渣。

5) 强有机结合态 向 4)残渣中准确加入 3 mL HNO3、5 mL H2O2(30%), 摇匀。在(83±3)℃恒温水浴锅中保温1.5 h(期间每隔10 min搅动1次)。取下, 补加3 mL H2O2(30%), 继续在水浴锅中保温1 h 10 min (期间每隔10 min搅动1次)。取出冷却至室温后, 计入醋铵-硝酸溶液(3.2 mol·L-1)2.5 mL,并将样品稀释至约 25 mL, 搅拌 1 min。在温度为(25±5)℃条件下放置10 h或过夜, 离心20 min, 将清液倒入 50 mL比色管中, 用蒸馏水稀释至刻度, 摇匀, 待分析。残渣中加入约20 mL蒸馏水洗沉淀后,离心10 min, 弃去水相, 重复一次, 留下残渣。

6) 残渣态 称取风干残渣0.2000 g于50 mL 烧杯中, 水润湿, 加入 20 mL王水, 盖上表皿, 电热板上加热至 5 mL左右, 取下冷却, 吹洗表皿, 加10 mL HCl, 移至50 mL比色管中, 定容至刻度, 摇匀。待测。

以上各步骤提取液中采用酸消解全谱直读电感耦合等离子发射光谱法(ICP-OES)测定Cu、Pb、Zn、Ni、Cd、Cr; 原子荧光光度法(AFS)测定As和Hg[5]。样品测试过程中, 采用国家标准物质加标回收、空白试验和重复性检验, 进行质量控制。各元素的方法检出限分别为 Cu、Pb、Zn、Ni、Cd、Cr、As和Hg。平行样相对标准偏差小于 8%。形态分析采用各形态分析结果总和与元素全量分析比对的方法进行质量控制。

所有数据均采用SPSS 16.0 软件进行统计分析,相关性分析之间先进行正态分布检验, 不满足正态分布的数据进行对数转换后, 再进行相关性分析。采用Originpro 8.0 软件进行作图。

3 结果与讨论

3.1 海口城市底泥中的重金属含量及影响因素

3.1.1 底泥中重金属含量

19个采样点 60个底泥样品中重金属的含量如图2所示。海口城市底泥中重金属含量的范围分别为： Hg nd(未检出)—0.66 mg·kg-1, As 0.46—6.36 mg·kg-1, Cd 0.02—0.45 mg·kg-1, Cu 6.19—92.8 mg·kg-1, Cr 15.4—326 mg·kg-1, Ni 8.59—188 mg·kg-1, Pb nd—526 mg·kg-1, Zn 16.1—636 mg·kg-1。其中, 以Pb、Hg、Zn和Ni的变化范围最大, 其变异系数分别为 226%、122%、111%和103%。从海口城市底泥中重金属平均含量的分布来看, Hg在西湖底泥中的含量最高, As和Pb在鸭尾溪底泥中的含量最高, Cd、Cu、Cr和Ni在洋山水库底泥中的含量最高, Zn在工业水库底泥中的含量最高。于此对应的, Hg、Cd和Cr在五源河底泥中的含量最低, Pb在美涯水库底泥中未检出, Cu、Ni和Zn在沙坡水库底泥中的含量最低, As在红城湖底泥中的含量最低。整体趋势分为三种情况： (1)市区高于市区周边的重金属元素为 Hg、Pb和Zn。Pb的污染可能与市区街道车辆轮胎磨损产生的粉尘、汽油燃烧释放经大气沉降进入水体后沉积到底泥重[6],而Hg的污染可能与生活污水排放有关[7]; (2)市区低于市区周边的重金属元素为Cu、Cr、Ni和Cd, 这可能与市区周边分布的小型工业有关; (3)市区与市区周边含量相差不大的重金属元素为As, 具体原因有待进一步研究。

图2 海口城市底泥重金属含量分布Fig. 2 Distribution of heavy metal in sludge in Haikou City

将海口底泥中重金属含量与国内外其他地区进行对比(表 1), 可以发现： 与国内外数据相比, 海口底泥中各重金属元素的含量都远远低于受到严重污染的北江中上游底泥[8]。但是, 与南京玄武湖底泥重金属含量[9]以及中国湖泊底泥平均值[10]相比, 海口底泥中Cu、Zn、Cd、Ni、Hg、As较低, 而Pb和Cr含量则较高。

3.1.2 影响因素

城市地表水体的底泥中重金属的含量除了受到水体中重金属的负荷和底泥-水界面的环境条件(如pH、Eh、CEC等)的影响外, 还受到底泥自身理化性质(pH、电导率、Eh、CEC、颗粒组成、矿物成分等)的显著影响[11-12]。本研究中, 海口城市底泥基本理化性质如表2所示。从pH来看, 海口城市底泥pH值介于4.6—8.4之间, pH值变化不大。但海口市区与周边底泥pH值差异明显, 海口市区底泥pH值基本高于7, 呈碱性; 而周边底泥pH值则基本低于7,呈酸性。由此可见, 市区底泥pH高于周边。底泥中H+参与许多化学反应, 因此底泥的 pH值对底泥的物理化学性质有着重要的影响, 通过影响微生物活动、有机质的合成与分解, 从而影响重金属的生物有效性及元素的迁移转化富集。Pearson相关性分析表明, 底泥中Hg的含量随着pH值的增加而增大(r = 0.566, p ＜ 0.05, n =18)。

从电导率来看, 海口市区底泥电导率基本大于4000 µs·cm-1, 而周边底泥的电导率基本小于4000 µs·cm-1。市区底泥电导率高于周边。Pearson相关性分析表明,底泥中 Hg的含量与电导率成显著相关关系(r = 0.517, p ＜ 0.05, n =18), Pb的含量与电导率成极显著相关关系(r = 0.638, p ＜ 0.01, n =18)。

表1 海口城市底泥各金属含量均值与国内外其他地区比较 (mg·kg-1)Tab. 1 Comparison of heavy metal in sludge in Haikou City with other areas worldwide (mg·kg-1)

表2 海口城市底泥基本理化性质Tab. 2 Physicochemical properties of sludge in Haikou City

从氧化还原电位(Eh)来看, 海口市区底泥Eh值基本介于-100—-200 mv, 而周边底泥的Eh值基本介于-200—-300 mv。氧化还原电位作为环境条件的一个综合性指标, 表征介质氧化性或还原性的相对程度。海口市底泥处于还原条件。Pearson相关性分析表明, 底泥中Hg和Pb的含量均与氧化还原电位成显著负相关关系(rHg= 0.480, p ＜ 0.05, n =18; rPb= 0.517, p ＜ 0.05, n =18)。而底泥中Cr的含量与氧化还原电位成极显著正相关关系(r = 0.580, p ＜ 0.01, n =19)。这说明, 随着还原条件的程度增加, 底泥对 Hg和 Pb的吸附量降低, 对Cr的吸附量增加, 有利于Hg和Pb的溶出, 限制了Cr的溶出。

从阳离子交换量(CEC)来看, 海口底泥中阳离子交换量集中在5—30 mol·kg-1, 市区与周边底泥中阳离子交换量均差别不大。Pearson相关性分析表明,底泥中Cd、Cu、Cr和Ni的含量均与阳离子交换量成极显著正相关关系(rCd=0.809, p ＜ 0.01, n =19; rCu= 0.575, p ＜ 0.01, n =19; rCr=0.881, p ＜ 0.01, n =19; rNi= 0.751, p ＜ 0.01, n =19)。

从有机碳(TOC)来看, 海口底泥中有机碳范围为2.09—66.1%, 不同采样点有机质含量差异较大。Pearson相关性分析表明, 底泥中Hg含量与有机碳成显著正相关关系(r = 0.557, p ＜ 0.05, n =15)。

从粒径组成来看, 海口底泥基本上以细砂、粉砂和黏粒等细小颗粒为主, 其中又以细砂和粉砂为主。这主要是由于海口水体比降小, 水面较为宽阔,同时水体流速比较缓慢, 水动力条件较弱, 有利于水体所携带的细小颗粒底泥沉降。因此, 海口底泥的粒度组成较为稳定, 各水体间变化不大。底泥的粒度效应对于研究元素的地球化学行为十分重要,因此在分析研究重金属含量时必须考虑粒度效应的影响。赵一阳[11]在研究中国海大陆架底泥时发现了元素的粒度控制规律, 即除了Si、Zr等个别元素之外的绝大部分元素的含量随着底泥粒度的变细而升高。陈静生等[13]研究发现锦州湾重金属元素含量与20 µm 以下细颗粒存在线性关系。Ackernan 和Stein[14]也认为人为释放的重金属元素基本上存在于20µm以下的底泥细颗粒中。Zhang等[15]研究发现底泥重金属元素的含量与底泥平均粒径间存在较好的相关性。

3.2 底泥重金属元素形态分布特征及规律

重金属总量的测定对于评估其在沉积物中的载荷量是有用的, 但是重金属的可活动性或生物有效性强烈的依赖其地球化学形态或结合形态。要对水系沉积物、土壤进行生态效应评价, 必须了解有害重金属在这些介质中的形态分布特征。本研究结合Tessier五步法和BCR三步法, 将海口底泥中元素的形态分为七种： 水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、焦磷酸钠提取的腐殖酸结合态、铁锰氧化物结合态、过氧化氢提取的强有机结合态 (包括部分硫化物态)和残渣态。分析结果如表3所示, 不同元素不同形态含量的大小顺序分别为：

海口市区底泥Cu元素： 铁锰氧化态＞腐殖酸态＞强有机态＞碳酸盐态＞残渣态＞水溶态＞离子交换态;海口周边Cu元素： 残渣态＞腐殖酸态＞铁锰氧化态＞强有机态＞碳酸盐态＞水溶态＞离子交换态。由此可见,对Cu元素而言, 海口市区以铁锰氧化态、腐殖酸态、强有机态、碳酸盐态和残渣态五态为主, 而海口周边以残渣态、腐殖酸态和铁锰氧化态三态为主。

海口市区底泥 Pb元素： 铁锰氧化态＞碳酸盐态＞腐殖酸态＞残渣态＞强有机态＞水溶态＞离子交换态;海口周边Pb元素： 铁锰氧化态＞残渣态＞碳酸盐态＞腐殖酸态＞强有机态＞离子交换态＞水溶态。由此可见,对Pb元素而言, 海口市区、海口周边均以铁锰氧化态、腐殖酸态、强有机态、碳酸盐态和残渣态五态为主。

海口市区底泥 Zn元素： 碳酸盐态＞铁锰氧化态＞腐殖酸态＞残渣态＞强有机态＞离子交换态＞水溶态;海口周边Zn元素： 残渣态＞铁锰氧化态＞腐殖酸态＞碳酸盐态＞强有机态＞离子交换态＞水溶态。由此可见,对Zn元素而言, 海口市区、海口周边离子交换态均较高。

海口市区底泥Cd元素： 离子交换态＞铁锰氧化态＞碳酸盐态＞腐殖酸态＞残渣态＞强有机态＞水溶态;海口周边 Cd元素： 铁锰氧化态＞离子交换态＞碳酸盐态＞腐殖酸态=强有机态＞残渣态＞水溶态。由此可见, 对Cd元素而言, 海口市区、海口周边离子交换态均很高。

表3 海口城市水体底泥中各元素形态含量(mg·kg-1)Tab. 3 Heavy metal concentrations of different species in sludge in Haikou City (mg·kg-1)

海口市区底泥Cr元素： 残渣态＞强有机态＞铁锰氧化态＞腐殖酸态＞碳酸盐态＞水溶态＞离子交换态;海口周边： 残渣态＞强有机态＞铁锰氧化态＞腐殖酸态＞碳酸盐态＞离子交换态＞水溶态。海口市区和海口周边底泥Ni元素： 残渣态＞铁锰氧化态＞强有机态＞腐殖酸态＞碳酸盐态＞离子交换态＞水溶态。海口市区底泥Hg元素： 残渣态＞腐殖酸态＞铁锰氧化态＞强有机态＞离子交换态＞碳酸盐态＞水溶态; 海口周边底泥 Hg元素： 残渣态＞腐殖酸态＞强有机态＞碳酸盐态＞铁锰氧化态=离子交换态=水溶态。由此可见,对Cr、Ni、Hg三种元素而言, 海口市区和周边均以残渣态为主。

此外, 根据海口城市底泥中元素形态分配图(图3)可以发现： 海口市区底泥中Cu、Pb、Zn三种元素形态分布类似, 以残渣态为主(占 40%左右), 铁锰氧化态和腐殖酸态次之(占30%左右), 水溶态和离子交换态很低; Cr、Ni、Hg、As四种元素形态分布类似, 以残渣态为主(占60%以上), 铁锰氧化态和腐殖酸态次之(占 15%左右), 水溶态和离子交换态很低; 值得注意的是Cd元素形态不同于以上其中元素, 以离子交换态为主(占30%以上), 其次为残渣态和铁锰氧化态,并且除残渣态之外的其余形态所占比例和高于80%。海口周边底泥中元素形态分布与海口市区情况类似。

3.3 海口城市底泥的环境质量评价

由于我国目前还没有制定和出台相关的淡水沉积物及底泥标准, 本文仅以土壤环境质量标准(GB 15618-1995)[16]、农用污泥中污染物控制标准(GB4284-84)[17]及海洋沉积物质量(GB 18668-2002)[18]三个国家标准中的相关规定为依据, 对城市底泥中地球化学元素的环境质量进行评价。土壤环境质量标准(GB 15618-1995)分为三级, 其中一级标准为保护区域自然生态、维持自然背景的土壤环境质量的限制值; 二级标准为保障农业生产、维护人体健康的土壤限制值; 三级标准为保障农林业生产和作物正常生长的土壤临界值。该标准中土壤环境质量标准值见表4。农用污泥中污染物控制标准(GB4284-84), 适用于在农田中施用城市污水处理厂污泥、城市下水沉淀地的污泥、某些有机物生产厂的下水污泥以及江、河、湖、库、塘、沟、渠的沉淀底泥。该标准中污染物控制标准值见表 4。海洋沉积物质量(GB 18668-2002)规定, 按海域的不同使用功能和环境保护目标将海洋沉积物质量分为三类： 一类适用于海洋渔业水域、海洋自然保护区、珍稀与濒危生物自然保护区、海水养殖区、海水浴场、人体直接接触沉积物的海上运动或娱乐区、与人类食用直接有关的工业用水区; 二类适用于一般工业用水区、滨海风景旅游区;三类适用于海洋港口水域、特殊用途的海洋开发作业区。该标准中的沉积物质量标准值见表4。

图3 海口城市底泥中重金属元素形态分配图Fig. 3 Proportions of heavy metals speciation in sludge in Haikou City

表4 海口城市底泥中各重金属元素的统计分析结果与各环境质量标准(mg·kg-1)Tab. 4 Statistic analysis of heavy metal concentrations in sludge in Haikou and different environmental quality standards(mg·kg-1)

根据检测结果, 将海口城市60个底泥样品中各重金属元素进行多元统计分析, 统计结果见表4。分析发现： 海口城市底泥中 Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni、Hg、As八种元素的平均含量均远低于农用污泥中污染物控制标准(GB4284-84)限值。与海洋沉积物质量(GB 18668-2002)中所列标准限值相比, 仅 Zn元素平均含量较高但符合二类标准, 其余的Cu、Pb、Cd、Cr、Ni、Hg、As七种元素平均含量均低于一类标准限值。与土壤环境质量标准(GB 15618-1995)中所列标准限值相比, 仅Pb、Zn、Hg三种元素平均含量较高但符合二级标准, 而Cu、Cd、Cr、Ni、As五种元素平均含量均低于一级标准限值。总之, 与农用污泥中污染物控制标准(GB4284-84)、海洋沉积物质量(GB 18668-2002)、土壤环境质量标准(GB 15618-1995)相比, 海口底泥中 Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni、Hg、As八种元素的平均含量状况较好, 基本符合一级(类)标准限值。Pb、Zn、Hg三种元素平均含量较高但符合二级土壤标准。

表5 海口城市各水体的底泥环境质量评价结果Tab. 5 Environmental quality assessment of heavy metal in sludge of 19 water bodies in Haikou City

根据表4所示各种标准, 对海口城市19条河流底泥重金属进行环境质量评价结果如表5所示。海口城市底泥中 As元素符合海洋沉积物质量(GB 18668-2002)中一级标准; 对Cd元素而言, 基本上符合海洋沉积物质量(GB 18668-2002)中一级标准, 仅那卜水库西北角的S47、洋山水库南端的S39和南渡江龙塘段上游的S27三个点位的Cd元素含量稍高但符合海洋沉积物质量二级标准。就Cu元素而言,除洋山水库南端的S40点位Cu含量较高(符合海洋沉积物质量三级标准)外, 其他基本上符合一、二级标准。

海口城市底泥中Hg、Zn、Pb元素含量则基本上呈现市区高于周边的规律。其中, 市区的鸭尾溪、海甸溪、东湖、美舍河、红城湖底泥中均出现了Hg元素含量高值点, 同时, 市区底泥基本上仅符合海洋沉积物质量二、三或超三级标准, 而周边底泥基本上符合海洋沉积物质量一级标准。Zn元素与之类似, 市区的海甸溪、东湖、美舍河、红城湖底泥中也均出现了 Zn元素含量高值点, 并且市区基本上符合二、三或超三级标准, 而周边底泥则基本上符合一级标准。此外, 市区底泥中的Pb元素基本上符合二级标准, 而周边则基本上符合一级标准。

与Hg、Zn、Pb元素含量状况不同, 海口城市底泥中Cr、Ni元素含量较高, 并呈现周边高于市区的规律。其中, 海口周边的那卜水库、美涯水库、洋山水库、沙坡水库及白水塘底泥中Cr元素均出现高值(基本上高于海洋沉积物质量三级标准), 其余底泥中Cr元素含量很低(符合一、二级标准)。与此类似, 海口周边的那卜水库、美涯水库、洋山水库及白水塘底泥中 Ni元素也均出现高值(基本上符合海洋沉积物质量三级标准)。

因此, 与海洋沉积物质量(GB 18668-2002)标准相比, 海口城市底泥中As、Cd、Cu三种元素的含量较低, 基本上符合一、二级标准, 并且市区与周边差异不明显。而Cr、Ni和Hg、Zn、Pb五种元素含量稍高, 并且呈现出两种明显不同的规律, 其中以那卜水库、美涯水库、洋山水库及白水塘等为代表的周边底泥中Cr、Ni两元素含量明显高于市区, 符合或超过三级标准; 与之相反, 以海甸溪、东湖、美舍河、红城湖等为代表的市区底泥中 Hg、Zn、Pb元素含量明显高于周边底泥, 符合二、三或超三级标准。

4 结论

综合以上分析, 得出以下结论：

1) 海口城市周边水体底泥的 Cr、Ni、Cu、Cd元素含量高于市区底泥; 而Hg、Pb、Zn元素含量分布则表现出市区高于周边的规律。As未表现出空间差异。

2) 海口市区底泥中Cu、Pb、Zn以残渣态为主(占 40%左右), 铁锰氧化态和腐殖酸态次之(占30%左右), 水溶态和离子交换态很低; Cr、Ni、Hg、As四种元素以残渣态为主(占60%以上), 铁锰氧化态和腐殖酸态次之(占 15%左右), 水溶态和离子交换态很低; 值得注意的是 Cd元素形态不同于以上其中元素, 以离子交换态为主(占 30%以上), 除残渣态之外的其余形态所占比例和高于80%。海口周边底泥中元素形态分布与海口市区情况类似。

3) 与海洋沉积物质量(GB 18668-2002)标准相比, 海口城市底泥中As、Cd、Cu三种元素的含量较低, 基本上符合一、二级标准, 并且市区与周边差异不明显。而Cr、Ni和Hg、Zn、Pb五种元素含量稍高, 并且呈现出两种明显不同的规律, 其中以那卜水库、美涯水库、洋山水库及白水塘等为代表的周边底泥中Cr、Ni两元素含量明显高于市区,符合或超过三级标准; 与之相反, 以海甸溪、东湖、美舍河、红城湖等为代表的市区底泥中 Hg、Zn、Pb元素含量明显高于周边底泥, 符合二、三或超三级标准。

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Distribution, speciation, and environmental quality assessment of heavy metals in sludge of water bodies of Haikou City

YANG Yi1,*, MA Ronglin1, ZHANG Gucheng1, DONG Zhicheng2

1. Hainan Institute of Geological Survey, Haikou 570206, China
2. Lu Dong University, Yantai 264025, China

Distribution and speciation of heavy metals including Cu, Zn, Cd, Ni, Cr, Pb were determined in 59 sludge samples of 19 waterbodies in Haikou. The results showed that concentrations of Cr, Ni, Cu, and Cd in sludge of peri-urban areas were higher than those of urban, while higher concentrations of Hg, Pb, and Zn were found in urban areas. Cu, Pb, and Zn in sludge in Haikou City existed mainly in the form of residual, which accounted for 40% of the total content. Cu, Pb, and Zn in Fe-Mn bound and humic acid phases accounted for 30% of the total content. Cr, Ni, Hg, and As in sludge also existed mainly in the form of residue, which accounted for more than 60% of the total content. However, Cd existed mainly in the form of exchangeable phase, which accounted for more than 30%, and all phase (except for residue) accounted for more than 80%. Environmental quality assessment indicated that concentrations of As, Cd, and Cu in sludge in Haikou City were low, according with Level I or II of GB 18668—2002. However, concentrations of Cr, Ni, Hg, Zn, and Pb were relatively high. Concentrations of Cr and Ni in sludge of peri-urban areas met or exceeded Level III of GB18668-2002 while concentrations of Hg, Zn, Pb in urban areas met Level II, III and exceeded Level III of GB 18668-2002, respectively.

sludge; distribution; speciation; heavy metal; environmental quality assessment

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.01.028

X131.2

A

1008-8873(2016)01-179-10

2013-12-10;

2013-12-30

中国地质调查局多目标生态地球化学调查项目(1212010511215)、海南省科学技术厅海南岛生态环境地质调查评价成果集成与技术研发及应用研究项目（ZDXM2014092）资助

杨奕(1969—), 男, 学士, 高级工程师, 从事环境地球化学工作

*通信作者：杨奕, E-mail： yangyi2013hk@163.com

杨奕, 马荣林, 张固成, 等. 海口城市水体底泥中重金属含量分布、形态特征及环境质量评价[J]. 生态科学, 2016, 35(1)： 179-188.

YANG Yi, MA Ronglin, ZHANG Gucheng, et al. Distribution, speciation, and environmental quality assessment of heavy metals in sludge of water bodies of Haikou City[J]. Ecological Science, 2016, 35(1)： 179-188.