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溫州河網(wǎng)沉積物中重金屬分布特征與污染評價

文檔作者：宋力1’2，顧敦罡1，黃民生¨，陳麗1，黃勤超1，何巖1 文檔來源： 1．華東師范大學上海市城市化生態(tài)過程和生態(tài)恢復(fù)重點實驗室 2．重慶文理學院化學與環(huán)境工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月06日
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上一篇：污水場電氣設(shè)備腐蝕原因分析與對策

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第32卷，第9期
2 0 1 2年9月
光譜學與光譜分析
Spectroscopy and Spectral Analysis
V01．32，No,9，pp2540—2545
September，201 2
溫州河網(wǎng)沉積物中重金屬分布特征與污染評價
宋力1’2，顧敦罡1，黃民生¨，陳麗1，黃勤超1，何巖1
1．華東師范大學上海市城市化生態(tài)過程和生態(tài)恢復(fù)重點實驗室，上海200062
2．重慶文理學院化學與環(huán)境工程學院，重慶402168
摘要為了調(diào)查溫州河網(wǎng)沉積物中重金屬的分布特征與污染程度，共采集了29個樣，用AFS-9230原子
熒光光度計和ICP-OES全譜直讀電感耦合等離子發(fā)射光譜法測定樣品中重金屬元素含量，克里格插值圖反
映重金屬元素的空間分布，根據(jù)內(nèi)梅羅指數(shù)法建立綜合地累積指數(shù)進行污染評價，利用Pearson系數(shù)法，主
成分分析法進行源分析。結(jié)果表明：在不同樣點重金屬含量差異明顯，其中Cd和Zn含量最高點為主河道城
市與工業(yè)集中區(qū)，As，Pb，Hg，Cu，Ni，Cr含量最高點為機械工業(yè)園區(qū)，沉積物受到Hg，CA，Cu，Zn，Ni
和Cr污染，區(qū)域污染程度機械工業(yè)園>主河道城市區(qū)>三蛘濕地區(qū)>城市周邊區(qū)>水源地區(qū)，Hg，Cd，
Cu，Zn，Ni和Cr具有相似的源，且以人為源為主。
關(guān)鍵詞沉積物；重金屬；綜合地累積指數(shù)；分布特征；溫瑞塘河
中圖分類號：?(821 文獻標識碼：A DOI：10．3964／j。issn．1000—0593(2012)09—2540—06
引言
近年來，隨著工業(yè)化與城市化的快速發(fā)展，水生生態(tài)系
統(tǒng)受重金屬污染已經(jīng)變成全球性問題口]。沉積物是河道污染
的源與匯[2]，重金屬進入水體后通常在吸附、絡(luò)合、沉淀等
因子作用下在沉積物中富集[3]，并易在環(huán)境條件發(fā)生變化時
再懸浮和溶出形成二次污染[4’51產(chǎn)生持久性的影響，造成生
物毒性風險[6]。沉積物受重金屬污染程度直接影響到上覆水
的水質(zhì)，因此，常被用作判別水環(huán)境質(zhì)量的重要參考指
標‘“。
溫州市作為我國現(xiàn)代中小企業(yè)發(fā)源地與最發(fā)達地區(qū)，皮
革及制品，機械制造與五金，電鍍、印染、化學制品等十分
發(fā)達，這些行業(yè)也是《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》中
需要重點防控行業(yè)。在發(fā)展過程中多處于管理松散，污染物
排放無序狀態(tài)，污染物有的直接排入河網(wǎng)水系，有的經(jīng)雨水
沖刷隨著地表徑流進入河道造成污染。沉積物中重金屬的含
量分布特征可以反映水體的污染歷史[8|，王亮等[93對溫瑞塘
河部分河段重金屬進行了生態(tài)風險評價，而對溫州市河網(wǎng)沉
積物中重金屬的分布特征與污染評價的研究還未見報道。
對溫州城市河網(wǎng)溫瑞塘河沉積物重金屬含量進行檢測分
析，研究其分布特征與污染狀況，可為整個城市河網(wǎng)的污染
治理及水資源的可持續(xù)利用與管理提供參考依據(jù)。
1研究區(qū)域概況
溫瑞塘河大小支流112條，整個流域面積740 km2，水
面面積22 krn2，灌溉面積48．2萬畝，河流平均水深1～3 In，
河寬10～20 m，屬于典型平原河網(wǎng)，位于甌江以南、飛云江
以北，水源主要來自瞿溪、雄溪、郭溪(通稱三溪)以及大羅
山和集云山山澗溪流，流經(jīng)鹿城、甌海、龍灣、瑞安“三區(qū)一
市，，[1?。溫瑞塘河主河道，北起鹿城區(qū)小南門躍進橋，向南
流經(jīng)梧田、白象、帆游、塘口河、塘下、莘塍、九里，再向西
至瑞安市白巖橋，全長33．85 km。水量與水流速度受調(diào)水影
響，多年平均降雨量1694．8 1Tim，年徑流量9．13億甜，溫
州市年平均氣溫16．1～18．2℃。
2實驗部分
于2011年4月采用TATO天泰正合MM9手持GPS定
位儀定位，在溫瑞塘河設(shè)置29個點進行采樣。用柱狀采樣器
采集O～10 cm表層沉積物樣品，均裝入聚乙烯塑料袋(所用
器具均為塑料制品，用1 mol·L_1 HCl浸泡48 h，并用超純
水沖洗)運回實驗室冷凍干燥，用瑪瑙研缽研碎過160目塑
收稿日期：2012—04—24。修訂日期：2012—07—20
基金項目：國家科技重大水專項項目(2009ZX07317—006)，國家自然科學基金項目(44104540)和華東師范大學青年創(chuàng)新基金項目
作者簡介：宋力，1979年生，重慶文理學院化學與環(huán)境工程學院講師，華東師大學博士研究生e-mail：songlicq@163．com
*通訊聯(lián)系人e-mail：mshuang@des．ecnu．edu．cn
萬方數(shù)據(jù)
第9期光譜學與光譜分析2541
料篩，混勻取樣測試。Cd，Pb，AI，F(xiàn)e，Cr，Cu，Mn，Ni和
Zn元素采用VARIAN公司生產(chǎn)的令譜直讀電感耦合等離子
發(fā)射光譜儀lCP．()ES測定，Hg和As采用北京吉天儀器公
司生產(chǎn)的AF§9230雙道原子熒光光度計測定。采用QA／QC
程序保證測定的準確性，在分析沉積物樣品的同時采用沉積
物標準物質(zhì)GBW07309(GSD-9)GBW07406(GSS6)加標回
收實驗，以便檢驗和控制分析數(shù)據(jù)質(zhì)最，相對標準偏差
(RSD)低于7．5％。所用HCI(h，HNU，HF均為M()s級，
實驗用水為超純水。
數(shù)據(jù)計算與分析采用excel2．0和spssl8．0分析處理，采
樣點圖用coreldrawl2．0處理，含量與分布特征采用surfer9．0
表征。
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≯礦
3結(jié)果與討論
3．1重金屬的含■與分布特征
采樣點分布整個溫瑞塘河，應(yīng)用Kriging插值法對溫州
城市河道沉積物中八種重金屬含量繪制三維立體空間等值線
分布，如圖1。各重金屬元素的區(qū)間值(mg·kg-1)Hg(0．18
～5．391)，Cd(0．19～149．87)，Cr(43．9～1 892．70)，Pb
(17．31～162．93)，As(2．12～17．79)，Cu(19．23～
3 393．81)，Zn(119．27～4 934．87)，Ni(16．72～1 646．09)。
采樣點間重金屬元素含量變化明顯，由于不同采樣點所處區(qū)
域污染物來源不一樣，重金屬含量反映了區(qū)域分布與區(qū)域污
‰t礦：>、，』<≠穢
Fig．1 Distribution of heavy metals in the sediment of wenruitang river
．．∞羊*董∞z
萬方數(shù)據(jù)
2542 光譜學與光譜分析第32卷
染現(xiàn)狀，各重金屬元素含量區(qū)間變化越大表示不同區(qū)域受污
染差異越大，同時，也表明在一些點遭受高污染源的影
響[11|。沉積物中重金屬污染受水動力學影響，由于溫瑞塘河
具有流速慢，水量交換小，自凈能力弱的特點，污染物在污
染源附近區(qū)域沉積快，沉積物的污染反映出區(qū)域污染現(xiàn)狀。
由圖1可知，Cd和Zn元素含量最高點位于主河道城市與工
業(yè)集中及支流匯流區(qū)，其次是曾經(jīng)為冶煉、電鍍小企業(yè)集中
三蛘濕地人口聚集區(qū)。As，Pb，Hg，Cu，Ni，Cr元素含量在
機械工業(yè)園區(qū)最高，其次是主河道城市聚集區(qū)及三烊濕地人
口聚集區(qū)，受污染程度最輕的點為農(nóng)業(yè)及城市邊緣區(qū)。
Nriagu[挖]認為在電鍍、小冶煉、小五金的生產(chǎn)過程中廢水排
放與化石燃料的燃燒會產(chǎn)生Ca，Zn，Cu，Ni，制革業(yè)及其他
塑化業(yè)易產(chǎn)生Cr和Pb等，溫州地區(qū)這些產(chǎn)業(yè)很發(fā)達，污染
物進入水體沉積物中易形成污染。同時，溫瑞塘河貫穿“三
區(qū)一市”城鄉(xiāng)區(qū)域，既受到工業(yè)生產(chǎn)、生活污水、農(nóng)業(yè)面源，
也受到人為調(diào)水、船舶運輸對底泥的擾動影響，導(dǎo)致城市聚
集區(qū)受人為影響嚴重河段沉積物中重金屬的含量高于受人為
活動影Ⅱ向小的區(qū)域及農(nóng)業(yè)區(qū)域。
3．2沉積物中重金屬污染評價
3．2．1評價方法的研究
沉積物中重金屬污染評價方法有地積累指數(shù)，富集指
數(shù)，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價法及潛在生態(tài)風險評價。內(nèi)梅
羅污染指數(shù)法[131是美國Nemerow教授提出用于環(huán)境的污染
評價指數(shù)，是一種兼顧極值的計權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，
不僅考慮到各種污染物的平均污染狀況，而且強調(diào)最嚴重的
污染物對污染指數(shù)的影響。其評價公式為
PI—Ct／Si
IPI一√絲冬型
式中，PI為沉積物中污染物i的污染指數(shù)；G為沉積物
中污染物i的監(jiān)測質(zhì)量濃度，mg·kg-1，S為污染物i的標準
值，mg·kg-1，夕一為監(jiān)測點中污染單項污染指數(shù)最大值；
勱為監(jiān)測點所有污染單項污染指數(shù)的平均值。依據(jù)污染指
數(shù)將污染程度分為4個等級為：PI和IPI≤1表示無污染1<
PI和≤2，表示輕度污染，23表示重度污染。
德國科學家Muller于1979年提出地累積指數(shù)法[14|，廣
泛應(yīng)用于沉積物中重金屬污染的評價，該法比較直觀地反映
了外源重金屬在沉積物中的富集程度，數(shù)據(jù)具有較高的可比
性，其計算公式為
驢[彘]
式中，G為挖元素在沉積物中的含量(mg·kg-1)，為咒
元素地球化學背景值(mg·kg-1)，憊為修正造巖運動引起的
背景值波動而設(shè)定的系數(shù)(一般取值為1．5)。地積累指數(shù)
(k)共分7級，即0～6級。依據(jù)地累積指數(shù)法(L。)把沉積
物中重金屬的污染程度劃分為7個等級，其污染分級如表1
所示。
Table 1 Indexes of geoaccumulation and the pollution level of heavy metals
以上兩種評價方法均存在局限性，內(nèi)梅羅污染指數(shù)法單
項污染指數(shù)只表征監(jiān)測值與標準值比值關(guān)系，不能夠反映沉
積物本身元素的變化，綜合污染評價指數(shù)評價依據(jù)為單項污
染指數(shù)，對污染點評價也存在與單項污染指數(shù)一樣的缺陷；
地積累指數(shù)準確的表征單一重金屬元素的污染程度，無法表
征多因子的綜合污染程度。為了既準確表征沉積物中單一重
金屬的污染程度，也能夠綜合表征多因子的污染程度，依據(jù)
內(nèi)羅梅綜合污染指數(shù)(IPI)理論依據(jù)，建立綜合地積累污染
指數(shù)評價方法。以地積累指數(shù)為內(nèi)羅梅綜合污染指數(shù)(IPI)
的單因子污染指數(shù)，如地累積指數(shù)i<0，視為0計算，L。<
0視為該點清潔，污染程度依據(jù)地積累指數(shù)劃分為7個等級。
計算公式為MI。一浮
Mj。綜合地積累指數(shù)，j一為監(jiān)測點單項地積累指數(shù)最
大值，了為監(jiān)測點單項地積累指數(shù)的平均值。
3．2．2沉積物中的重金屬污染評價
依據(jù)建立的綜合地積累指數(shù)對溫瑞塘流域沉積物進行污
染評價，研究背景值采用浙江省溫瑞平原土壤元素背景
值[1“，各元素的背景值(mg·kg-1)Cu一29．9，Zn=116，Pb
一41．1，Cd=0．180，Cr一85．8，Ni=35．7，As一6．27，Hg一
144(pg·k91)。(注：Al，F(xiàn)e的量根據(jù)氧化物換算而來)其
評價結(jié)果見表2和表3。
采樣點地積累指數(shù)見表2，其區(qū)間Ca：(一0．5～9．1)，
Cr：(一1-6～6．3)，Hg：(1．19～32．78)，As：(一1．39～
0．64)，Cu：(一1．2～6．2)，Pb：(一1．7～1．4)，Zn：(一0．6
～4．8)，Ni：(一1．7～4．9)，Mn：(一1．4～O．7)；地積累指
數(shù)平均值Cd：(3．1)，Cr：(o．7)Hg：(7．10)，As：(--0．39)，
Cu：(1．8)，Zn：(1．7)，Ni：(o．9)。元素地累積指數(shù)平均值
Hg元素為嚴重污染，Ca元素處于偏重污染，Cu和Zn污染
處于偏中污染，Ni和Cr元素處于輕度污染，As：(--0．39)，
Pb(一o．4)元素處于清潔狀態(tài)。溫瑞塘河流域表層沉積物各
重金屬元素地累積指數(shù)順序為：Hg>Cd>Cu>Zn>Ni>Cr
>As：>Pb，根據(jù)污染評價分級，沉積物受到了Hg，Cd，Cu，
Zn，Ni和Cr的污染。
采用綜合地累積指數(shù)進行綜合污染程度評價，評價結(jié)果
見表3。由表3可知，溫瑞塘河采樣點綜合地累積指數(shù)范圍
0．85～23．65，平均值為5．51，所有采樣點MJ。均大于0，
表明整個河道都遭受重金屬的污染。綜合地累積指數(shù)最大值
為1號采樣點23．65，該采樣點位于龍灣區(qū)永強機械工業(yè)園
萬方數(shù)據(jù)
第9期光譜學與光譜分析2543
區(qū)，表明在機械加工過程產(chǎn)生的廢棄物及廢液進入到河道，
導(dǎo)致其沉積物污染。其次是15號點地累積指數(shù)為15．94，位
于主河道瑞安市城區(qū)段，屬于居民生活區(qū)域，存在生活污
水、餐飲廢水、城市地表徑流污染；同時，該段區(qū)域也處于
瑞安市區(qū)小支流的交匯處，城市支流帶來污染物在此處匯集
沉淀，也可能是重金屬污染較重的原因之一。偏中污染16，
18，19，28點，其中16，18，19點位于三蛘濕地區(qū)域，目前
該區(qū)域為生態(tài)農(nóng)業(yè)區(qū)，開發(fā)前存在大量的小冶煉、小電鍍企
業(yè)，表明其受到這些企業(yè)生產(chǎn)的污染；28采樣點周圍分布大
片城中村、菜市場及小加工企業(yè)，大量污染物直接進人到該
區(qū)域河段。輕度污染區(qū)域分別為1l，23，24，25點，其綜合
地累積指數(shù)為0．96，0．85，0．99，0．85，其中11號點位于主
河道羅梅線段，該區(qū)域河段位于農(nóng)業(yè)區(qū)域，遠離市區(qū)，主要
污染源是農(nóng)業(yè)面源污染；同時，由于水流速度慢，受市區(qū)污
染影響?。?3，24，25點位于溫瑞塘河水源地，主要是林地
與農(nóng)業(yè)區(qū)域。綜上，在溫瑞塘沉積物重金屬污染情況是水源
地區(qū)域潘橋、岷崗及浦北受重金屬的污染小，永強機械工業(yè)
園區(qū)，受到重金屬污染嚴重；主河道城市生活聚集區(qū)段樗染
程度高于農(nóng)業(yè)農(nóng)村區(qū)域，主河道受重金屬污染高于周邊支流
農(nóng)業(yè)與農(nóng)村區(qū)域，三蟬濕地受重金屬污染嚴重主要由于該區(qū)
域曾經(jīng)為冶煉與電鍍小作坊區(qū)域。
3．3沉積物中重金屬的相關(guān)性及源分析
在沉積物中重金屬含量受到各種因素影響，其中包括土
壤基值，工業(yè)污染，人為活動的影響，在沉積物中重金屬元
素的相關(guān)性越強，表示其污染源相似或接近。采用Spssl8．0
軟件對重金屬進行相關(guān)性與主成分分析(KMO=0．574，p<
0．001)分析結(jié)果見表4和表5。相關(guān)性分析中，Cd與Zn，Cr
與Cu，Ni，Zn，F(xiàn)ig；Cu與Ni，Zn，Pb，Hg；Ni與Zn，Ph，
As，Pb與Zn，As；Zn與As之聞存在極顯著相關(guān)關(guān)系(r>
0．50，p=O．01)，Pb與Cd，Cr；As與Cu，Hg存在顯著相
關(guān)性。在地累積指數(shù)污染評價中沉積物受到了Hg，Cd，Cu，
zn，Ni和Cr的污染，相關(guān)性分析表明這些元素之間具有極
顯著的相關(guān)性，說明沉積物中這些元素存在相似或相同污染
源。
Table 4 Correlation matrix for the concentration
of heavy metal
在o．05水平上顯著相關(guān)。**在0．01水平上顯著相關(guān)。n=29
主成分分析在污染物來源分析中被廣泛應(yīng)用，根據(jù)特征
值相量選取原則(特征值知>1)共提取2個主成分反映了
73．1％，2個主成分分析表征了全部數(shù)據(jù)的大部分信息。結(jié)
合地累積指數(shù)評價結(jié)果，沉積物受污染的Cd，Cr，Cu，Hg，
Ni，Zn在主成分1中均有較高的載荷因子，由于溫瑞塘河屬
于受人為影響明顯的城市平原河網(wǎng)，表明這幾種元素主要來
自工業(yè)污、生活污染水及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等的人為源。Cd在主成分
2具有較高的載荷，在主成分1中表現(xiàn)為部分正載荷，cr，
Cu，Hg，Ni在主成分2具有負載荷，表明Cr，Cu，Ca，Hg，
Ni也受地球化學成分的影響。
4結(jié)論
(1)在溫州市城市河網(wǎng)沉積物中重金屬元素含量存在明
萬方數(shù)據(jù)
2544 光譜學與光譜分析第32卷
顯的變化，各重金屬元素的區(qū)間值(mg·k911)Hg(0．18～
’
5．391)，Cd(O．19～149．87)，Cr(43．9～1892．70)，Pb(17．31
～162．93)，As(2．12～17．79)，Cu(19．23～3393．81)，Zn
(119．27～4934．87)，Ni(16．72～1646．09)‘。Cd，Zn元素含
量最高點位于主河道城市與工業(yè)集中及支流匯流區(qū)，As，
Pb，Hg，Cu，Ni，Cr元素含量在機械工業(yè)園區(qū)最高。
(2)在內(nèi)梅羅污染指數(shù)的基礎(chǔ)建立了綜合地累積指數(shù)，
利用地累積指數(shù)對河網(wǎng)沉積物污染評價表明沉積物受到
Hg，CA，Cu，Zn，Ni和Cr污染，不同區(qū)域污染程度順序為
機械工業(yè)園>主河道城市區(qū)>三蟬濕地區(qū)>城市周邊區(qū)>水
源地區(qū)。
(3)Hg，CA，Cu，Zn，Ni和Cr在相關(guān)性分析中具有極
顯著相關(guān)性，主成分分析表明Hg，Cd，Cu，Zn，Ni和Cr元
素來源以人為源為主，也受到地球化學成分的影響。
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第9期光譜學與光譜分析2545
Spatial Distribution and Contamination Assessments of Heavy Metals in
Sediments of Wenzhou River Network
SONG Lil～，GU Dun-gan91，HUANG Min-sheng“，CHEN Lil，HUANG Qin-cha01，HE Yanl
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China
Abstract In order to investigate the spatial distribution pattern and degree of heavy metal pollution in river network sediments of
Wenzhou，29 sediment samples were collected，and using atomic fluorescence spectrometry(AFS)and inductively coupled
plasma-optical emission spectrometry(ICP-OES)heavy metal concentration in the samples were analyzed．The Kriging interpo—
lation map reflected the spatial distribution of heavy metal．Comprehensive geo-accumulation index based 0n the Nemerow index
method was established to assess the pollution degree．Pearson correlation analysis method and principal component analysis
method were employed in sources analysis．Results shoW that heavy metal concentration varies significantly at different sites．
The area with highest Cd and Zn concentrations iS the centralized urban and industria[arL：粥t o{the main s'tream of this river net—
work，while the highest concentrations of As，Pb，Hg，Cu，Ni and Cr were found to be in machinery industrial park．Sediments
are contaminated by Hg，CA，Cu，Zn，Ni and Cr．The order of degree of contamination is as follows：machinery industrial park
>urban areas of the main stream>Sanyang Wetland>outskirt and rural area>drinking water source area．Hg，CA，Cu，Zn，Ni
and Cr have similar pollution sources which are mainly anthropogenic sources．
Keywords Sediment；Heavy metal；Comprehensive geo-aceumulation index；Spatial distribution；Contamination assessment
*Corresponding author
(Received Apr．24，2012；accepted Jul．20，2012

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