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沉积物重金属!松花江沉积物重金属时窄变化来源

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导读:主要论述了沉积物重金属论文范文相关参考文献文献

土壤淋洗技术去除土壤与沉积物中的重金属(E-Webinar-2012-12) 视频 : 重金属污染物 1、★青海湖表层沉积物硅藻种类2、★冲积扇的形成条件、沉积物类型之综述3、★好奇号揭火星夏普山成因:沉积物堆积侵蚀

(1中国科学院 东北地理与农业生态研究所, 吉林 长春 130012;2中国科学院 地理科学与资源研究所,北京 100101;

3中国科学院 大气物理研究所,北京 100029; 4.中国科学院 研究生院, 北京 100039)

摘 要: 以松花江白山至佳木斯段表层沉积物为研究对象,分析沉积物中Cu,Pb,Zn,As,Cr,Cd的分布特征,通过与已有的研究成果相比较,揭示沉积物中重金属的历史变化趋势;同时,采用相关分析和聚类分析方法探讨沉积物中重金属的可能来源.结果表明,各元素的含量分布均表现为自上游向下游逐渐减少的趋势,第二松花江沉积物中各重金属总量普遍高于松花江干流江段沉积物中相应重金属的含量.多数江段沉积物中的Cu,Cr,Cd含量处于背景范围内.沉积物中Zn量含在二松江段(白山-泔水缸)超出了背景范围,但松花江干流江段沉积物中的Zn含量多在背景范围之内.与1998年相比,哈达湾江段的生态环境状况得到了明显改善,但目前哈达湾重金属污染仍较严重,各重金属污染程度的次序为Pb>Cu>Cd>Cr>Zn.哈尔滨段沉积物中重金属Cu,Zn,Cr,Cd含量年际变化不大,Pb含量的变化趋势表现为自1996年至1999年逐渐降低,1999年至2005年呈逐渐上升的趋势.聚类分析与相关分析的结果均表明,Pb,Cd主要来源于工业排放;Cu,Zn,Cr主要源于自然释放;As主要来源于城市污水或农业生产过程中的排放.

关键词:松花江;沉积物;变化;重金属来源

中图分类号: X 522 文献标识码: A文章编号: 1004-390X(2010)05-0670-05

Spatial and Temporal Variations and Their Source Analysis of

Heavy Metals in Sediments of the Songhua River

ZHANG Fengying1,2,3, YAN Baixing1, PAN Yuepeng3,4, ZHANG Fengsong2,3, CAO Huicong1

(1.Northeast Institute of Geography and Agricultural Ecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130012, China,

2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research,Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China,

3.Insitute of Atomspheric Physics,Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029,China,

4.Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Abstract: The characteristics of Cu,Pb, Zn, As, Cr, Cd spatial and temporal variations and their sources in surface sediments of the Songhua River from Baishan to Jiamusi were studied. The results showed that the contents of heavy metal in upstream sediments were higher than those in the downstream sediments. The content of each metal in the sediments of the Second Songhua River was higher than those of the main river. The contents of Cu, Cr, Cd were in the background value range of these metals. The contents of Zn were higher than the background value in the sediments of the Second Songhua River, while the contents were lower than the background value in the sediments of the main river. Compared with the data measured in 1998, though the environment of Hadawan had been improved greatly, the content of heavy metals was still in a high level in sediments of Hadawan. The contents of Cu, Zn, Cr and Cd in Haerbin sediments had no significant temporal variations during 1996 to 2005. The content of Pb turned a decrease from 1996 to 1999 and an increase from year 1999 to 2005. Correlation analysis and cluster analysis method were taken to identify the sources of heavy metal contamination, and it showed that Pb and Cd contamination resulted from industrial discharge. Cu, Zn and Cr were mainly from natural sources, as was attributed to urban sewage or agricultural discharge.

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Key words: Songhua River, sediment, variation, source of heavy metal

  河流沉积物是水体的重要组成部分,具有水体重金属污染的蓄积库与二次污染源的双重功能,在水体重金属污染的研究中起重要作用[1-7],沉积物中重金属的含量分布特征可以反映水体的污染历史[8].  松花江是我国东北的重要水系,水体污染曾十分严重[9];“六五”期间长春地理所对松花江流域进行流域元素背景值调查研究,摸清了流域内元素的背景状况;此后,对松花江沉积物中重金属的仅限于单个江段或汞的研究,有关其他金属的来源分析及变化趋势的系统研究均较少[10-12].近年来,人类对河道的影响显著增加,可能导致沉积物中部分重金属重新释放,成为二次污染源[13-14].因而,有必要对松花江沉积物中重金属含量分布进行系统研究,了解沉积物中重金属含量的现状与时间变化特征.  本研究以松花江白山至佳木斯段表层沉积物(0~10cm)为研究对象,分析沉积物中Cu,Pb,Zn,As,Cr,Cd的分布特征,在已有研究成果[10-11]的基础上,揭示沉积物中重金属的历史变化趋势;同时,采用统计分析方法探讨沉积物中重金属的可能来源,以期为松花江流域的环境污染治理与生态恢复提供科学依据. 第5期张凤英,等:松花江沉积物重金属时空变化与来源分析 云南农业大学学报 第25卷 1材料与方法 11样品采集与预处理  自白山至佳木斯,共选择17个江段(图1).样品采集时间为2005年4月,用抓斗式采样器采集表层沉积物,去除植物残体、瓦砾及较大砾石,放入聚乙烯自封袋密封后,带回实验室,室温下自然风干,轻轻敲碎后过80目尼龙筛,筛下样品放入250mL广口瓶中,密封保存备用. 12样品测定  样品经HF-HNO3-HClO4铁板沙浴消解后,用ICP-AES法(PekinElmer Optima,4300DV)完成对元素的测定. 13质量控制  采用国家标准河流沉积物样品(GBW08301)进行实验质量控制,结果表明,所有元素的回收率为985%~1035%;同时,为检测实验分析的重复性,随机抽取1个样品作6次重复实验,测得各元素含量的相对标准偏差小于5%,说明本试验分析取得的结果具有较高的精度和稳定性.试验过程中所用试剂均为优级纯;玻璃及塑料器皿在使用前均采用1∶ 3的HNO3浸泡24h以上,用蒸馏水、去离子水各清洗5遍后低温烘干. 2结果与分析 21重金属的空间变化特征  松花江沉积物中重金属的沿程分布特征见图2.沉积物中各元素的含量分布均表现为自上游向下游逐渐减少,总体上,第二松花江段(白山-泔水缸)沉积物中各重金属总量普遍高于松花江干流江段(肇源-佳木斯)沉积物中相应重金属的含量,这与第二松花江中下游沿岸城市、工业分布相对集中,废水排放量较多及松花江干流水量较大、对污染物的稀释和搬运能力较强有关.沉积物中各重金属含量多在哈达湾-哨口一段达到最高值,哈达湾位于吉林市市区,周围工厂分布集中,当前的工业废水与生活污水排放量仍较大[15],使得哈达湾沉积物中重金属含量较高;此外,历史上的严重污染在沉积物中淀积并通过水力搬运,可以对该江段及其下游江段沉积物中重金属含量有较大贡献,使得其下游的哨口江段沉积物中重金属含量也相对较高. 22松花江沉积物重金属的历史变化特征  “六五”期间长春地理所曾对松花江流域沉积物中各元素的背景值进行了详细研究,刘季昂等[10]对第二松花江吉林市江段沉积物中重金属Cu,Pb,Zn,Cr,Cd进行了总量测定,冯丹和白羽军[11]对1996~2000年间松花江哈尔滨江段沉积物中重金属含量进行了分析.通过将本研究中的沉积物重金属含量与不同时期研究所得的重金属总量进行对比,可以揭示沉积物中重金属含量的时间变化趋势. 221与六五期间背景值的比较  将各重金属的总量分布特征与流域沉积物各重金属的背景值列于表1.

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结合图2与表1,可以发现在哈达湾到五棵树江段沉积物中Cu,Cr,Cd含量高于当地沉积物的背景值,在其余江段沉积物中,上述重金属的含量均处在背景范围内.沉积物中Zn总量呈现在二松江段高于背景范围,在松花江干流江段多在背景范围之内的特征.除白山江段沉积物中As含量在背景范围内外,沿程江段Pb,As含量均处在背景水平之上[13]. 222哈达湾沉积物中重金属的变化特征  与1998年[10]相比(表2),哈达湾沉积物中重金属Cu,Pb,Zn,Cd的含量均有大幅度降低,Cu降低的程度最大,2005年沉积物中Cu含量仅为1998年沉积物中Cu总量的1/5,这与近年来沿岸工业结构的调整,加强对污水的处理有关.但沉积物中Cr的含量较1998年有所增加,具体原因有待进一步研究.

需要引起注意的是,与1998年相比,哈达湾沉积物中重金属减少幅度较多,虽然表明目前哈达湾江段的生态环境状况得到了明显改善;但与1985年的背景值调查的结果相比,哈达湾仍存在严重的重金属污染,各重金属污染程度的次序为Pb>Cu>Cd>Cr>Zn. 223哈尔滨江段沉积物中重金属的时间变化趋势  1996~2000年[11]及本研究中(2005年)哈尔滨江段沉积物中重金属的含量见表3.

从表3可以看出,自1996年至2005年,除个别年份外,哈尔滨段沉积物中重金属Cu,Zn,Cr,Cd含量年际变化不大,Pb含量的变化趋势表现为自1996年至1999年沉积物中Pb逐渐降低,但从1999年到2005年间沉积物中Pb含量又呈逐渐上升的趋势.从总量上看,Cu,Cd 基本未超过环境背景值标准,Pb,Zn,Cr含量在多数年份高于背景范围,但幅度不大.总体上,除Pb污染需要引起关注外,哈尔滨段沉积物重金属污染相对较轻. 23松花江沉积物中重金属的来源分析  在同一条河流内,不同重金属含量的含量不同,相关分析可以揭示不同重金属之间的来源关系,若金属元素之间存在相关关系,说明它们可能有相似的来源,若不存在相关关系则表明来源不同[17].对本研究中的几种重金属进行相关分析,结果表明,Cu,Zn,Cr,Cd在001水平下显著相关,Pb与Zn,Cd在001水平下也呈显著相关,As与上述5种元素无相关性.这表明,沉积物中Cu与Zn,Cr,Cd及Pb与Zn,Cd可能具有相似的来源.松花江沉积物中重金属的来源主要有3类,第1类是自然来源,第2类为工业排放,第3类为城市污水或农业生产排放.  聚类分析是对重金属来源进行分类的重要方法之一[2],为更进一步了解松花江沉积物各重金属的主要污染来源,采用SPSS 120软件对6种元素进行聚类分析,聚类分析的结果见图3.

  由图3中可见,聚类分析的结果与相关分析的结果相近.Pb,Cd距离最近,可将二者归为一类,即主要来源于工业排放;Cu,Zn,Cr的距离相近,将这三者归为一类,由于沉积物中这3种元素的含量均在背景范围附近,可以推断它们主要源于自然释放;As单独归为一类,主要来源于城市污水或农业生产过程中的排放. 3讨论与结论 松花江沉积物中各元素的含量分布均表现为自上游向下游逐渐减少,第二松花江沉积物中各重金属总量普遍高于松花江干流江段沉积物中相应重金属的含量. 多数江段沉积物中的Cu,Cr,Cd含量均处在背景范围内.沉积物中Zn总量在二松江段超出沉积物背景范围,在松花江干流江段沉积物中的Zn含量多在背景范围之内. 与1998年相比,哈达湾沉积物中重金属减少幅度较多,表明哈达湾江段的生态环境状况得到了明显改善.但与1985年的背景值相比,哈达湾仍存在严重的重金属污染,各重金属污染程度的次序为Pb>Cu>Cd>Cr>Zn. 自1996年至2005年,除个别年份外,哈尔滨段沉积物中重金属Cu,Zn,Cr,Cd含量年际变化不大,Pb含量的变化趋势表现为自1996年至1999年沉积物中Pb逐渐降低,从1999年到2005年沉积物中Pb含量又呈逐渐上升的趋势.从总量上看,Cu,Cd 基本未超过环境背景值标准,Pb,Zn,Cr含量在多数年份高于背景范围,但幅度不大. 聚类分析与相关分析的结果均表明,Pb,Cd主要来源于工业排放;Cu,Zn,Cr主要源于自然释放;As主要来源于城市污水或农业生产过程中的排放.

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