京津冀大运河水土元素含量测定及相关性分析研究

凡皓

摘 要：利用电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法测定大运河京津冀地区水土中多项基本元素及一些重金属元素的含量，通过对水样与土样的相关性分析结果表明：所对比元素中大部分具有相关性，且呈现显著相关（相关系数：0.828），仅有个别元素相关性较低。以此结合对元素的单一性分析，并根据“一河两岸三地”水土元素的分布对比情况，提出“一河两岸”自身及周边环境的改进方向，以达到运河生态文化的发展与京津冀一体化建设的协同进步。

关键词：ICP-AES;大运河水土元素;相关性分析

人们物质生活水平逐渐提高，所带来的人们对生活水平质量的追求也日益提升，而环境问题正是人们越来越关注的一大重点。随着通州城市副中心的建设，运河文化建设和京津冀一体化对城市副中心的建设有很大的影响。在运河文化中，运河遗产文化层面的保护、运河生态环境的建设，与经济层面的开发利用是相互促进的。这其中，运河生态环境的建设在南水北调工程之中是重中之重。因此，本文欲研究大运河京津冀地区的水土生态环境，分析其元素含量与周围生态环境之间的关系。本文在大运河京津冀地区的“沧州段”（沧州南湖-人民公园段）、“天津段”（三岔河口）和“通州段”（大运河森林公园）三地每隔一千米进行取样一次，总长13千米，共取样15点，水土的取样与贮藏按照NY/T 1121.1-2006《土壤检测 第1部分：土壤样品的采集、处理和贮存》和GB/T 5750.2-2006《生活饮用水标准检验方法 水样的采集与保存》进行。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

未研磨土壤样品;水样;HNO3溶液（优级纯）;新制HClO4溶液;聚四氟乙烯管（配两种管盖）;分析天平;ST-60型自动消解仪;SPECTRO ARCOS EOP 型电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）等。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理

将土样研磨过筛后称取0.1000g于聚四氟乙烯管中，加入5mL HNO3优级纯溶液、1mL新制 HClO4溶液、2mL HF优级纯溶液酸化，后放于ST-60型自动消解仪中进行消解。在电子天平上向聚四氟乙烯管中加高纯水至使原管重增加25g。将聚四氟乙烯管盖盖后用力摇匀，倒入离心管中。移取1mL离心管中液体到比色管中，并向比色管中加入高纯水至刻度线处定容。

1.2.2 数据处理

使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）对已处理的土壤样品和原始水样进行原子发射光谱检验;采用Microsoft Excel 2010软件对数据进行整理及分析;使用SPSS 20.0对水土元素含量之间的相关性进行分析。

2 结果分析

2.1 水土元素含量检测结果

本文针对所取样品进行了原子发射光谱分析，共测定了包括人体必需重金属元素、非必须重金属元素等在内的19种元素，并依据GB 3838-2002《地表水环境质量标准》的内容，检测到运河水中所有元素含量均未超出最高标准限值。

2.2 水样实验结果分析

通过对运河水中重金属元素含量的检测及分析，发现并未出现含量超标状况，说明运河水质在此三段并未遭到重金属污染。

从图1中可以看出Al元素在通州运河区域含量较其他两个地区偏高。根据实际调查走访，发现取样周边沧州有三家铝业公司，而通州有五家，天津则没有。因此，这可能与通州地区Al元素含量明显高于其他两地有一定关系。如今采矿、冶炼、化工、制药等排放的含铝废水、废渣，使得铝广泛存在于空气、食物和各种水源中。不过此次所测得Al元素的含量并未超出饮用水标准（依据GB 5749-2006《中华人民共和国生活饮用水卫生标准》），所以针对运河水中的Al元素无须作具体处理措施。

2.3 土样实验结果分析

从图2可以看出沧州、天津、通州的土壤中钒元素含量很高，在沧州、天津、通州运河区附近都有化工厂的存在，可能是导致水土中钒元素含量较高的因素之一;Cu元素作为一种重金属元素，但却是保持农作物和畜禽健康成长必须的微量营养元素。三地中Cu元素含量均比标准物质高，尤其是运河沧州段，但是依据GB 15618-1995《土壤环境质量标准》，三地的Cu元素含量均达到了二级标准，并未超标。通过查阅相关标准（GB 15618-1995《土壤环境质量标准》），发现三地的Zn元素含量都在限定值内，其中运河沧州段土壤Zn含量达到二级标准，通州和天津段均达到了一级标准，这两元素含量值反而有效支持了运河生态理念的建设。

在对土壤中已检测的多种元素的综合分析中，结合GB 15618-1995《土壤环境质量标准》发现运河沧州段的土壤环境质量达到了三级标准，而天津和通州段的土壤环境质量均达到了二级标准。

3.4 水土元素含量相关性分析

将上述結果在Excel表格中整理并使用SPSS 20.0计算之后得到大运河京津冀地区不同元素水土中的含量相关性如下表3、表4所示。

在对水样与土样元素含量相关性分析过程中，可以明显发现微量元素相较于必需重金属元素来说元素含量相关性较强、元素显著相关数量较多。

分析发现运河沧州段的K、Na元素，在运河两岸土中与其他两地相比含量较低，但在运河水中含量却是其他两地的几倍之多，相关系数为-0718和-0832，负相关程度较强。该情况的产生可能与运河两岸坡度、降水强度、不同地表状况等有关，据实地调查，沧州段运河两岸坡度较缓，两岸地表状况多为裸地，而Na在这种环境下的流失量是最大的，所以可能导致了这种特例的出现。

3 结论

本实验借助原子发射光谱法的手段，对大运河京津冀三个地区几处典型位置的土样和水样中的多种微量元素含量进行了测定，并对实验结果进行了不同地区间和同一地区不同样品及元素间的分析，得出京津冀大运河所观测取样的三段并未存在重金属污染情况，但各地区的少量元素含量可能存在超标风险，废物排放含量仍需进行有效监控。进而对大运河京津冀地区水土中元素进行综合元素相关性分析，发现大运河沧州段存在水土流失的情况，对于从不同角度了解大运河京津冀地区的生态环境质量改善提供了一些数据资料。

参考文献

[1]韩宏伟，李勇，王建友，等.新疆沙壤土枸杞园不同土层营养元素的相关性[J].经济林研究，2018，（01）：88.

[2]周燕，商平平.污水治理行业研究报告[J].现代商贸工业，2018，39（26）：22-23.