夜朗湖沙湾河口底泥重金属空间分布研究

张晓娟 付徐春 陈 敏 张玉涛

（1 安顺学院化学化工学院 贵州安顺 561000 2 贵州省科技厅土壤污染控制与修复工程技术中心 贵州安顺 561000）

引言

重金属元素具有隐蔽性、长期性、不可逆转性等特点。进入环境中的重金属难以被降解，通过生物富集和放大作用对生态系统造成直接和间接的危害，在环境污染问题研究中引起广泛关注[1-2]。通过各种途径进入水体的重金属污染物绝大部分由水相转入悬浮物，随着悬浮物的沉降进入沉积物中，一方面降低了水体的污染；另一方面当沉积物-水界面的理化条件发生改变时，沉积物中的重金属会再次释放，成为二次污染源，影响上覆水体的水质[3-6]。因此沉积物中重金属含量可作为评价水污染的一个重要指标，能明显地反映出水体受重金属污染的状况[7]。对于云贵高原深水胡泊，其入湖支流水系较多，出湖水系较少，致使胡泊换水周期长，不利于污染物的排放，致使沉积物中重金属迁移-转化更复杂，研究云贵高原胡泊底泥重金属含量分布特征更有意义[8-10]。本项目以贵州省安顺市普定县境内夜郎湖胡泊沉积物为研究对象，分析不同深度土壤中重金属各粒径含量分布特征，同时借鉴德国学者Muller 提出的地积累指数法（Igeo）评价不同深度沉积物中重金属生态风险,进一步探究云贵高原胡泊沉积物中重金属迁移、富集规律及水生态系统的环境生态风险，对确保水质安全具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 沉积物的采集预处理

本研究选取贵州安顺普定夜郎湖沙湾河口底泥为研究对象。2017 年12 月设立三个采样点，利用虹吸法清除界面水，采用长度为40 cm 的荷兰钻采集沉积物柱心样品。对沉积物原柱进行现场分层，用分样装置以10 cm 间隔精细分截，A1(0-10cm)，A2(10-20cm)，A3(20-30cm)，A4(30-40cm)。把不同采样点的同层底泥样品混匀后装入聚四氟乙烯袋，排出空气后当天运回实验室，自然风干。真空冷冻干燥后研磨，过筛分为不同粒径土样：＞2mm、1-2mm、0.41-1mm、0.22-0.41mm、0.125-0.22mm、0.063-0.125mm、0.048-0.063mm、＜0.048mm 。

1.2 方法

1.2.1 重金属含量测定

火焰原子吸收法测定Zn、Cu、Pb 的含量，石墨炉原子吸收法测定Cd、Mn、Cr 的含量。

1.2.2 重金属污染评价

本文采用德国科学家Müller 提出的地质累积指数法[9](Igeo)对重金属污染状况做出评价。

2 结果与分析

2.1 底泥重金属含量量垂直分布特征

湖区底泥中重金属的时空分布特征，可以反映出湖区不同时间重金属的污染情况。本目研究了土壤样品中Cd，Cr，Zn，Pb，Cu，Mn 6 种重金属含量的垂直分布特征，结果见图1。

由图1 可知，夜郎湖沙湾河口底泥重金属含量的大小顺序为：Mn＞Zn＞Pb＞Cr＞Cu＞Cd。Mn 和Pb 含量量垂直分布特征相似，总量最大值均出现在底泥表层（0-10cm）土壤中。

图1 重金属含量垂直分布

可能由于夜郎湖沙湾河紧邻交通要道，近年来随着经济发展车辆增多，来往车辆释放出的Pb、Mn 随尾气进入街道扬尘，进而随干湿沉降进入湖泊，很快沉降到底部。同时Mn 和Pb 含量均在20-30cm 深度出现峰值，这可能由于上世纪上游片区铅矿矿区的大规模采矿和选矿造成的。

Cr、Cu 和Cd 含量垂直分布特征相似，呈现明显的锯齿状，其中Cd 的最大值（4.87mg/kg）在10-20cm 处，Cr、Cu 含量最大值（191.56mg/kg、117.14mg/kg）出现在20-30cm 深度，这可能由于上世纪沿岸煤矿企业污水排放造成的。

Zn 含量量受到周围农业、种植业施加的化肥农药的流失的严重影响，表现出表层Zn 总量最高（662.17mg/kg），随深度的增加含量逐渐降低，所以在夜郎湖沙湾河口周围农业种植过程中要努力控制化肥农药的流失。

2.2 不同深度土壤中重金属各粒径含量的分布特征

土壤粒径不同，重金属含量分布特征不同，了解不同粒径的土壤对重金属富集特征，对于底泥土壤中重金属含量分布特征的研究具有十分重要的意义。

图2 不同深度土壤重金属各粒径含量分布

由图2 可知，A3、A4 层底泥中Mn、Pb、Zn、Cd、Cr、Cu 含量随土壤粒径变化不明显，A1、A2 层底泥各金属含量受土壤粒径影响较明显，这可能由于A1 和A2 属于底泥上层土壤，A3 和A4 属于底泥下层土壤，上下层土壤结构组成及理化性质存在差异。A1 层各金属含量最大值主要集中在粒径为0.22-0.41mm 土壤中，A2 层各金属含量最大值主要集中在粒径为0.125-0.22mm 和0.048-0.063mm 土壤中，可能由于该范围粒径大小的土壤比表面积大，具有较大的吸附重金属的能力，导致重金属在该粒径土壤中富集。

2.3 不同深度土壤重金属污染评价

表1 重金污染评价属[5][10]

由表1 可知，夜郎湖沙湾河口底泥夜郎湖沉积物中Cd、Cr、Zn、Mn、Pb、Cu 的Igeo 平均值分别为2.47、0.38、1.10、0.22、1.55、0.72，Mn、Cr、Cu 属于轻度污染，Pb、Zn 属于偏中度污染，Cd 属于中度污染。原因是因为大量未经处理的城市垃圾，被污染的土壤以及工业废水和生活污水，还有大气沉降物不断排入水中，是沉积物中的Cd 含量较高；Zn 和Pb 的污染次之，可能是夜郎湖上游存在有大片的废弃铅锌矿区，未经处理矿渣中存在有大量的Zn 和Pb，随水域冲刷释放到水体中。

夜郎湖胡沙湾河口底泥中Cr、Mn、Pb、Cu 在不同深度中污染程度相同。Zn 的污染程度随底泥深度增加而减小，上层（0-20cm）底泥中Zn 属于偏中度污染，下层底泥中Zn 属于轻度污染。Cd 的污染程度随底泥深度增加变化无明显规律，在10-20cm深度污染程度最大，为偏中度污染。

结语

夜郎湖沙湾河口底泥重金属含量的大小顺序为：Mn ＞Zn ＞Pb ＞Cr ＞Cu ＞Cd，Mn、Cr、Cu 属于轻度污染，Pb、Zn 属于偏重度污染，Cd 属于重度污染，因此应加强夜郎湖沙湾河口Pb、Zn、Cd污染的防治工作。受周围农业种植、交通运输及上游废弃铅锌矿渣的影响，不同深度底泥中重金属含量及污染程度垂直分布规律因重金属种类不同有所差异。不同粒径中重金属含量分布特征受到底泥深度的影响，上层底泥（0-20cm）重金属含量受土壤粒径影响较明显，重金属含量主要富集在粒径为0.22-0.41mm、0.125-0.22mm 和0.048-0.063mm 土壤中，下层底泥（20-40cm）土壤中重金属含量在不同粒径中分布较均匀。