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解析阳宗海沉积物重金属污染评价及来源

作者:2016-11-18 16:37文章来源:未知
  1 材料与方法
  1.1 研究区概况
  阳宗海(102°59′~103°02′E,24°51′~24°58′N)位于云南省中部,属于珠江流域南盘江水系,阳宗海为高原断陷湖泊,湖岸平直,湖底凹凸不平,最大水深30m,平均水深20 m,有岩洞暗礁,水色碧绿,透明度高,为淡水湖,阳宗海主要补给水源有阳宗大河、石寨河、七星河、摆依河、鲁溪河及地下水,在湖南面的汤池河为出水口,汇入南盘江。阳宗海湖面面积31.5 km2,流域面192 km2,多年平均入湖水量为4 915 万m3,蓄水量为5.69 亿m3。流域地处北亚热带高原季风气候,雨季受季风环流控制,主导风向为西南风,枯季受西伯利亚寒冷气流影响,具有明显的季节性。在湖东北的汤池镇,已建成省级旅游度假区,建有高尔夫球场以及电厂,西部建有铝厂,东部主要为村庄,南部为阳宗镇,建有磷肥厂,是阳宗海砷污染的主要来源。阳宗海周围湖滨带分布面积较多,其中南岸较北岸、东岸和西岸大,生态系统完整性较好,整个湖滨带挺水植物主要以香蒲(Typha orientalis Presl)为主。
  1.2 样点布设
  本研究以阳宗海东、南、西、北4 个湖滨带沉积物为研究区域,于2015 年8 月在湖滨湿地周围共布设12 个采样点,根据湖滨带植被分布面积,于湖东南西北分别布设1 条样带,分别于样带上沿湖心至湖岸方向等间距布设3 个采样点,记为1、2、3,1号点位于湖心。本研究以分布较广泛的重金属(As、Zn、Cu、Cr、Cd、Ni、Pb、Co、Mn)为目标污染物,研究阳宗海沉积物中重金属含量水平和分布特征,并初步评估其潜在生态风险,以期为阳宗海水污染防治和水环境保护提供基础数据和科学依据。
  1.3 样品分析与数据处理
  每个样点采集表层(0~10 cm)沉积物3 个平行样品,样品采集后风干,研磨,过100 目筛备用。经HCl-HNO3-HClO4 消解后用于全量测定,测定仪器为等离子体光谱仪(安捷伦ICP-OES 700)。实验数据采用excel 与SPSS19.0 软件分析。1.4 分析方法
  1.4.1 内梅罗综合污染指数
  沉积物中往往存在多种重金属污染并存的现象,为全面重金属污染现状以及各种重金属对复合污染的不同贡献,并甄别主要污染物,可采用内梅罗(Nemerom)综合污染指数法,这也是目前应用较多的一种评价方法。
  1.4.2 富集因子法
  为了减少采样和制样过程中人为影响以及保证各指标问的可比性与等效性,以参比元素为参考标准,对测试样品中元素进行归一化处理。参比元素要求不易受所在环境与分析测试过程的影响,性质较稳定,常用的参比元素为Sc、Mn、Ti、A1、Fe、Ca,该研究采用Mn 作为参比元素。
  2 结果与讨论
  2.1 阳宗海沉积物重金属的含量分布特征
  阳宗海湖滨湿地不同湖岸沉积物中As、Zn、Cu、Cr、Cd、Ni、Pb、Co、Mn 这9 种重金属测定结果及分析。其中变差系数用来衡量重金属含量空间分布变化的差异性,9 种重金属的变差系数分别为东岸分别为0.03、0.01、0.04、0.05、0.23、0.01、0.00、0.02、0.03,南岸分别为0.36、0.10、0.13、0.09、0.09、0.10、0.01、0.09、0.13,西岸分别为0.22、0.03、0.06、0.02、0.04、0.03、0.01、0.01、0.03,北岸分别为0.15、0.08、0.12、0.14、0.05、0.08、0.00、0.05、0.07。
  属As、Cu、Cd、Co 的含量相对中国土壤元素背景值较高,波动范围较大,东、南、西、北4 个湖滨湿地总变化范围在10.28~81.54、43.41~137.68、1.02~1.99、19.63~36.04 mg/kg 之间,平均含量分别达27.60、95.10、1.43、33.20 mg/kg,超出中国土壤元素背景值的1.5、2.1、6.6、1.9 倍;Zn、Cr、Ni、Pb、Mn 的含量相对中国土壤元素背景值较低,东、南、西、北4 个湖滨区总变化范围在49.56~95.84、17.46~32.49、26.96~55.89、27.05~38.60、219.57~637.41 mg/kg 之间,平均含量分别达84.95、24.5、45.6、33.0、496.9 mg/kg。与张玉玺等对阳宗海沉积物中重金属含量的研究结果相比,Zn、Cu、Cr、Cd、Pb、Mn 的含量有所降低,污染态势明显降低,As 的含量则有所增加,可能是由于政府对阳宗海污染治理过程中吸附剂的投放使得水体中的As 向沉积物中迁移所致。As、Cd、Cr、Zn、Mn 的最高值出现在东部,可能由于该季节主要受西南季风影响,水中悬浮物在水流作用下向东部沉积,故导致该区重金属含量偏高;Co、Cu、Ni 的最高值出现在北部,可能主要受该地区电厂等工业污水以及灰尘等外源污染的影响;Pb的最高值出现在南部,是因为该区主要受到南岸磷肥厂污染排放的影响。
  2.2 沉积物重金属污染程度分析
  2.2.1 沉积物富集系数法
  富集因子法选择Mn 作为参比元素,主要考虑该地区所测定出的重金属元素中Mn 常作为参比元素应用。阳宗海湖滨湿地沉积物中As、Zn、Cu、Cr、Cd、Ni、Pb、Co 和Mn 的EF 值。不同湖岸Zn、Cr富集系数均小于2,处于基本无污染状态;对于Pb 和Ni 分别在西岸和北岸富集系数在2~5 之间,处于中等污染状态,其余湖岸富集系数接近2,可认为处于轻度污染状态;对于Co 和Cu 在北岸富集系数在5~20 之间,处于重度污染状态,其余湖岸富集系数在2~5 之间,处于中度污染状态;对于Cd,在南岸、北岸、东岸湖岸富集系数在5~20 之间,处于重度污染状态,而在距离火电厂较近的西岸富集系数在20~40 之间,处于严重污染状态;南岸As 富集系数小于2,处于无污染状态,其余湖岸富集系数在2~5 之间,处于中等污染状态。Cd 处于重度污染状态,可能是由于Cd 的生态风险系数较大,所以在含量很低时也表现出较强的生态风险;As、Zn、Cu、Cr、Ni、Pb、Co 处于中等污染状态。此外,由于富集系数均大于1,说明该研究区的重金属元素污染除了来自地壳和自然风化过程富集在沉积物中的,还受到于人类活动产生的外源污染。
  2.2.2 内梅罗指数法
  从列出的内梅罗单因子污染指数Ii 看,阳宗海不同湖滨湿地中重金属Mn、Cd 累积效应最为显著(P>3),除受底泥内源污染影响外,与周边人为活动,如电厂、铝厂等的排污有关。在东岸湖滨湿地As和Cu 的累积效应也较显著,是沉积物中仅次于Mn、Cd 的污染因子。其余重金属在不同研究区域也表现出不同程度的污染累积。从空间分布看,西岸受到的污染程度较轻,东岸和北岸受到的污染程度较重,可能由于该季节主要受西南季风影响,故使得东岸和北岸污染较为严重。
  3 结论
  (1)阳宗海湖滨湿地沉积物中重金属As、Cd、Cr、Zn、Mn 等在西南季风影响下,悬浮物在水流作用下向东部沉积,故导该湖岸重金属含量偏高;Co、Cu、Ni 主要受北部电厂等工业污水以及灰尘等外源污染的影响最高值出现在北部;Pb 主要受到磷肥厂污染排放的影响,最高值出现在南部。
  (2)沉积物富集系数计算结果表明,由于Cd 的生态风险系数较大,所以在含量很低时也表现出较强的生态风险;As、Zn、Cu、Cr、Ni、Pb 和Co 处于中等污染状态。此外,由于富集系数均大于1,表明该研究区的重金属污染物不仅来自地壳和自然风化过程,人类活动影响使这9 中重金属在沉积物中有显著的富集效应。(3)内梅罗污染指数计算结果表明,阳宗海不同湖滨湿地中重金属Mn、Cd 累积效应最为显著,在东部湖滨湿地As 和Cu 的累积效应也较显著,其余重金属在不同研究区域也表现出不同程度的污染累积。从空间分布看,西部受到的污染程度较轻,东部和北部受到的污染程度较重。
  (4)因子分析可将9 种重金属归为第一主成分(Zn、Cu、Cd、Ni、Pb、Co、Mn)、第二主成分(As、Cd),同一成分元素有相同污染来源;成分一的贡献率为72.162%,为工业因子,成分二为能源因子;通过聚类表明,该研究区域在污染程度上可分为3 大类,主要受西南季风,以及西部铝厂、北部火电厂等影响,在今后环境治理时应该继续加强污染源控制,保护阳宗海生态环境。
 

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