南四湖沉积物重金属含量水平与生态风险

2018-09-20董茹月白亚楠王文敬赵汝苹郑婉宁王茜男王世亮

山东化工 2018年15期

张鑫，董茹月，白亚楠，王文敬，赵汝苹，郑婉宁，王茜男，王世亮

(曲阜师范大学地理与旅游学院，山东日照 276826)

近年来湖泊重金属污染问题引起学术界高度关注。重金属污染物对环境质量和人体健康具有重要的威胁[1]。沉积物中的重金属污染问题成为世界范围内的研究热点[1]。沉积物是重金属污染物的蓄积库。重金属通过地表径流等方式累积在沉积物中。沉积物中的重金属也能够影响上覆水的环境质量。

工业生产、化石燃料燃烧以及化肥农药使用等都是重金属重要的人为源[2]。重金属通过自然源和人为源排放到环境中[2]。排放到沉积物中的重金属都被沉积物吸附[3]。众多研究湖泊[4]、河流[5]、海洋[6]等水环境中的重金属进行了研究，研究显示，目前水体环境中的重金属污染问题须引起高度重视。

因此，本论文以南四湖表层沉积物为研究对象，对重金属的含量及空间分布进行了系统分析，对重金属的生态风险进行了评价。

1 材料和方法

1.1 样品采集

2017年4月份，在南四湖20个点采集了表层沉积物(图1)。

图1 采样点分布图

1.2 分析方法

沉积物pH值是用pH电极测定；沉积物有机质(SOM)用重铬酸钾稀释热比色法测定；碳酸盐用稀HCl溶解测定；粒径分布是用LS30激光粒度分析仪进行测定。

此外，样品进行消解后，用ICP-AES测定Cr、Mn、Ti、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K的含量；而Cd、Co、Cu、Ni、Pb和Zn则采用ICP-MS测定。

1.3 南西湖沉积物中重金属生态毒性评价

1.3.1 地累积指数法[7]

评价方法如式(1)：

Igeo=log2Cn/(1.5 Bn) (1)

其中，Cn为实际含量，Bn为全球页岩沉积物的背景含量，1.5是校正因子。

1.3.2 相对富集因子法

本方法的计算方法如公式(2):

REF=([TM]/[Al])Sample/([TM]/[Al])ucc

(2)

式中：REF为元素的富集系数；TM、Al为元素实际浓度、TM、Al(UCC)为元素参照浓度。

2 结果与讨论

2.1 沉积理化性质

沉积物理化性质如表1。沉积物略显碱性；碳酸盐含量从0.01%到1.17%；南阳湖和独山湖SOM含量高于昭阳湖和微山湖；周边城市通过13条入湖河流每年排放大约2900万t废水，其COD和BOD的浓度都高于地表水V类水的值[8]。沉积物中Fe和Al的含量没有很大的变化。独山湖Ca的含量最高[9]。

表1 南四湖沉积物理化性质

注：a大陆壳元素的平均含量；b 地球页岩元素的含量；c 全球沉积物元素的含量。

2.2 沉积物重金属含量和空间分布特征

上级湖区沉积物Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Co的平均含量分别为0.38、94.73、60.18、46.17、166.66、26.89、11.07 mg/kg(表2)，在微山湖的平均含量为0.15、67、38.99、28.86、119.58、16.8、9.77 mg/kg。因此，上级湖区重金属的含量水平高于下级湖区。此外，除了Ni和Co之外，其它重金属元素含量均值高于全球沉积物均值。所以，南四湖沉积物重金属含量较高。