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温州河网沉积物中重金属分布特征与污染评价

文档作者：宋力1’2，顾敦罡1，黄民生¨，陈丽1，黄勤超1，何岩1 文档来源： 1．华东师范大学上海市城市化生态过程和生态恢复重点实验室 2．重庆文理学院化学与环境工程学院		点击数：	更新时间： 2025年05月06日
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第32卷，第9期
2 0 1 2年9月
光谱学与光谱分析
Spectroscopy and Spectral Analysis
V01．32，No,9，pp2540—2545
September，201 2
温州河网沉积物中重金属分布特征与污染评价
宋力1’2，顾敦罡1，黄民生¨，陈丽1，黄勤超1，何岩1
1．华东师范大学上海市城市化生态过程和生态恢复重点实验室，上海200062
2．重庆文理学院化学与环境工程学院，重庆402168
摘要为了调查温州河网沉积物中重金属的分布特征与污染程度，共采集了29个样，用AFS-9230原子
荧光光度计和ICP-OES全谱直读电感耦合等离子发射光谱法测定样品中重金属元素含量，克里格插值图反
映重金属元素的空间分布，根据内梅罗指数法建立综合地累积指数进行污染评价，利用Pearson系数法，主
成分分析法进行源分析。结果表明：在不同样点重金属含量差异明显，其中Cd和Zn含量最高点为主河道城
市与工业集中区，As，Pb，Hg，Cu，Ni，Cr含量最高点为机械工业园区，沉积物受到Hg，CA，Cu，Zn，Ni
和Cr污染，区域污染程度机械工业园>主河道城市区>三蛘湿地区>城市周边区>水源地区，Hg，Cd，
Cu，Zn，Ni和Cr具有相似的源，且以人为源为主。
关键词沉积物；重金属；综合地累积指数；分布特征；温瑞塘河
中图分类号：?(821 文献标识码：A DOI：10．3964／j。issn．1000—0593(2012)09—2540—06
引言
近年来，随着工业化与城市化的快速发展，水生生态系
统受重金属污染已经变成全球性问题口]。沉积物是河道污染
的源与汇[2]，重金属进入水体后通常在吸附、络合、沉淀等
因子作用下在沉积物中富集[3]，并易在环境条件发生变化时
再悬浮和溶出形成二次污染[4’51产生持久性的影响，造成生
物毒性风险[6]。沉积物受重金属污染程度直接影响到上覆水
的水质，因此，常被用作判别水环境质量的重要参考指
标‘“。
温州市作为我国现代中小企业发源地与最发达地区，皮
革及制品，机械制造与五金，电镀、印染、化学制品等十分
发达，这些行业也是《重金属污染综合防治“十二五”规划》中
需要重点防控行业。在发展过程中多处于管理松散，污染物
排放无序状态，污染物有的直接排入河网水系，有的经雨水
冲刷随着地表径流进入河道造成污染。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|，王亮等[93对温瑞塘
河部分河段重金属进行了生态风险评价，而对温州市河网沉
积物中重金属的分布特征与污染评价的研究还未见报道。
对温州城市河网温瑞塘河沉积物重金属含量进行检测分
析，研究其分布特征与污染状况，可为整个城市河网的污染
治理及水资源的可持续利用与管理提供参考依据。
1研究区域概况
温瑞塘河大小支流112条，整个流域面积740 km2，水
面面积22 krn2，灌溉面积48．2万亩，河流平均水深1～3 In，
河宽10～20 m，属于典型平原河网，位于瓯江以南、飞云江
以北，水源主要来自瞿溪、雄溪、郭溪(通称三溪)以及大罗
山和集云山山涧溪流，流经鹿城、瓯海、龙湾、瑞安“三区一
市，，[1⋯。温瑞塘河主河道，北起鹿城区小南门跃进桥，向南
流经梧田、白象、帆游、塘口河、塘下、莘塍、九里，再向西
至瑞安市白岩桥，全长33．85 km。水量与水流速度受调水影
响，多年平均降雨量1694．8 1Tim，年径流量9．13亿甜，温
州市年平均气温16．1～18．2℃。
2实验部分
于2011年4月采用TATO天泰正合MM9手持GPS定
位仪定位，在温瑞塘河设置29个点进行采样。用柱状采样器
采集O～10 cm表层沉积物样品，均装入聚乙烯塑料袋(所用
器具均为塑料制品，用1 mol·L_1 HCl浸泡48 h，并用超纯
水冲洗)运回实验室冷冻干燥，用玛瑙研钵研碎过160目塑
收稿日期：2012—04—24。修订日期：2012—07—20
基金项目：国家科技重大水专项项目(2009ZX07317—006)，国家自然科学基金项目(44104540)和华东师范大学青年创新基金项目
作者简介：宋力，1979年生，重庆文理学院化学与环境工程学院讲师，华东师大学博士研究生e-mail：songlicq@163．com
*通讯联系人e-mail：mshuang@des．ecnu．edu．cn
万方数据
第9期光谱学与光谱分析2541
料筛，混匀取样测试。Cd，Pb，AI，Fe，Cr，Cu，Mn，Ni和
Zn元素采用VARIAN公司生产的令谱直读电感耦合等离子
发射光谱仪lCP．()ES测定，Hg和As采用北京吉天仪器公
司生产的AF§9230双道原子荧光光度计测定。采用QA／QC
程序保证测定的准确性，在分析沉积物样品的同时采用沉积
物标准物质GBW07309(GSD-9)GBW07406(GSS6)加标回
收实验，以便检验和控制分析数据质最，相对标准偏差
(RSD)低于7．5％。所用HCI(h，HNU，HF均为M()s级，
实验用水为超纯水。
数据计算与分析采用excel2．0和spssl8．0分析处理，采
样点图用coreldrawl2．0处理，含量与分布特征采用surfer9．0
表征。
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龟～ 世'∥、、、、
世掣
≯矿
3结果与讨论
3．1重金属的含■与分布特征
采样点分布整个温瑞塘河，应用Kriging插值法对温州
城市河道沉积物中八种重金属含量绘制三维立体空间等值线
分布，如图1。各重金属元素的区间值(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)。
采样点间重金属元素含量变化明显，由于不同采样点所处区
域污染物来源不一样，重金属含量反映了区域分布与区域污
‰t矿：>、，』<≠秽
Fig．1 Distribution of heavy metals in the sediment of wenruitang river
．．∞羊*董∞z
万方数据
2542 光谱学与光谱分析第32卷
染现状，各重金属元素含量区间变化越大表示不同区域受污
染差异越大，同时，也表明在一些点遭受高污染源的影
响[11|。沉积物中重金属污染受水动力学影响，由于温瑞塘河
具有流速慢，水量交换小，自净能力弱的特点，污染物在污
染源附近区域沉积快，沉积物的污染反映出区域污染现状。
由图1可知，Cd和Zn元素含量最高点位于主河道城市与工
业集中及支流汇流区，其次是曾经为冶炼、电镀小企业集中
三蛘湿地人口聚集区。As，Pb，Hg，Cu，Ni，Cr元素含量在
机械工业园区最高，其次是主河道城市聚集区及三烊湿地人
口聚集区，受污染程度最轻的点为农业及城市边缘区。
Nriagu[挖]认为在电镀、小冶炼、小五金的生产过程中废水排
放与化石燃料的燃烧会产生Ca，Zn，Cu，Ni，制革业及其他
塑化业易产生Cr和Pb等，温州地区这些产业很发达，污染
物进入水体沉积物中易形成污染。同时，温瑞塘河贯穿“三
区一市”城乡区域，既受到工业生产、生活污水、农业面源，
也受到人为调水、船舶运输对底泥的扰动影响，导致城市聚
集区受人为影响严重河段沉积物中重金属的含量高于受人为
活动影Ⅱ向小的区域及农业区域。
3．2沉积物中重金属污染评价
3．2．1评价方法的研究
沉积物中重金属污染评价方法有地积累指数，富集指
数，内梅罗综合污染指数评价法及潜在生态风险评价。内梅
罗污染指数法[131是美国Nemerow教授提出用于环境的污染
评价指数，是一种兼顾极值的计权型多因子环境质量指数，
不仅考虑到各种污染物的平均污染状况，而且强调最严重的
污染物对污染指数的影响。其评价公式为
PI—Ct／Si
IPI一√丝冬型
式中，PI为沉积物中污染物i的污染指数；G为沉积物
中污染物i的监测质量浓度，mg·kg-1，S为污染物i的标准
值，mg·kg-1，夕一为监测点中污染单项污染指数最大值；
劢为监测点所有污染单项污染指数的平均值。依据污染指
数将污染程度分为4个等级为：PI和IPI≤1表示无污染1<
PI和≤2，表示轻度污染，23表示重度污染。
德国科学家Muller于1979年提出地累积指数法[14|，广
泛应用于沉积物中重金属污染的评价，该法比较直观地反映
了外源重金属在沉积物中的富集程度，数据具有较高的可比
性，其计算公式为
驴[彘]
式中，G为挖元素在沉积物中的含量(mg·kg-1)，为咒
元素地球化学背景值(mg·kg-1)，惫为修正造岩运动引起的
背景值波动而设定的系数(一般取值为1．5)。地积累指数
(k)共分7级，即0～6级。依据地累积指数法(L。)把沉积
物中重金属的污染程度划分为7个等级，其污染分级如表1
所示。
Table 1 Indexes of geoaccumulation and the pollution level of heavy metals
以上两种评价方法均存在局限性，内梅罗污染指数法单
项污染指数只表征监测值与标准值比值关系，不能够反映沉
积物本身元素的变化，综合污染评价指数评价依据为单项污
染指数，对污染点评价也存在与单项污染指数一样的缺陷；
地积累指数准确的表征单一重金属元素的污染程度，无法表
征多因子的综合污染程度。为了既准确表征沉积物中单一重
金属的污染程度，也能够综合表征多因子的污染程度，依据
内罗梅综合污染指数(IPI)理论依据，建立综合地积累污染
指数评价方法。以地积累指数为内罗梅综合污染指数(IPI)
的单因子污染指数，如地累积指数i<0，视为0计算，L。<
0视为该点清洁，污染程度依据地积累指数划分为7个等级。
计算公式为MI。一浮
Mj。综合地积累指数，j一为监测点单项地积累指数最
大值，了为监测点单项地积累指数的平均值。
3．2．2沉积物中的重金属污染评价
依据建立的综合地积累指数对温瑞塘流域沉积物进行污
染评价，研究背景值采用浙江省温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，Fe的量根据氧化物换算而来)其
评价结果见表2和表3。
采样点地积累指数见表2，其区间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)；地积累指
数平均值Cd：(3．1)，Cr：(o．7)Hg：(7．10)，As：(--0．39)，
Cu：(1．8)，Zn：(1．7)，Ni：(o．9)。元素地累积指数平均值
Hg元素为严重污染，Ca元素处于偏重污染，Cu和Zn污染
处于偏中污染，Ni和Cr元素处于轻度污染，As：(--0．39)，
Pb(一o．4)元素处于清洁状态。温瑞塘河流域表层沉积物各
重金属元素地累积指数顺序为：Hg>Cd>Cu>Zn>Ni>Cr
>As：>Pb，根据污染评价分级，沉积物受到了Hg，Cd，Cu，
Zn，Ni和Cr的污染。
采用综合地累积指数进行综合污染程度评价，评价结果
见表3。由表3可知，温瑞塘河采样点综合地累积指数范围
0．85～23．65，平均值为5．51，所有采样点MJ。均大于0，
表明整个河道都遭受重金属的污染。综合地累积指数最大值
为1号采样点23．65，该采样点位于龙湾区永强机械工业园
万方数据
第9期光谱学与光谱分析2543
区，表明在机械加工过程产生的废弃物及废液进入到河道，
导致其沉积物污染。其次是15号点地累积指数为15．94，位
于主河道瑞安市城区段，属于居民生活区域，存在生活污
水、餐饮废水、城市地表径流污染；同时，该段区域也处于
瑞安市区小支流的交汇处，城市支流带来污染物在此处汇集
沉淀，也可能是重金属污染较重的原因之一。偏中污染16，
18，19，28点，其中16，18，19点位于三蛘湿地区域，目前
该区域为生态农业区，开发前存在大量的小冶炼、小电镀企
业，表明其受到这些企业生产的污染；28采样点周围分布大
片城中村、菜市场及小加工企业，大量污染物直接进人到该
区域河段。轻度污染区域分别为1l，23，24，25点，其综合
地累积指数为0．96，0．85，0．99，0．85，其中11号点位于主
河道罗梅线段，该区域河段位于农业区域，远离市区，主要
污染源是农业面源污染；同时，由于水流速度慢，受市区污
染影响小；23，24，25点位于温瑞塘河水源地，主要是林地
与农业区域。综上，在温瑞塘沉积物重金属污染情况是水源
地区域潘桥、岷岗及浦北受重金属的污染小，永强机械工业
园区，受到重金属污染严重；主河道城市生活聚集区段樗染
程度高于农业农村区域，主河道受重金属污染高于周边支流
农业与农村区域，三蝉湿地受重金属污染严重主要由于该区
域曾经为冶炼与电镀小作坊区域。
3．3沉积物中重金属的相关性及源分析
在沉积物中重金属含量受到各种因素影响，其中包括土
壤基值，工业污染，人为活动的影响，在沉积物中重金属元
素的相关性越强，表示其污染源相似或接近。采用Spssl8．0
软件对重金属进行相关性与主成分分析(KMO=0．574，p<
0．001)分析结果见表4和表5。相关性分析中，Cd与Zn，Cr
与Cu，Ni，Zn，Fig；Cu与Ni，Zn，Pb，Hg；Ni与Zn，Ph，
As，Pb与Zn，As；Zn与As之闻存在极显著相关关系(r>
0．50，p=O．01)，Pb与Cd，Cr；As与Cu，Hg存在显著相
关性。在地累积指数污染评价中沉积物受到了Hg，Cd，Cu，
zn，Ni和Cr的污染，相关性分析表明这些元素之间具有极
显著的相关性，说明沉积物中这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水平上显著相关。**在0．01水平上显著相关。n=29
主成分分析在污染物来源分析中被广泛应用，根据特征
值相量选取原则(特征值知>1)共提取2个主成分反映了
73．1％，2个主成分分析表征了全部数据的大部分信息。结
合地累积指数评价结果，沉积物受污染的Cd，Cr，Cu，Hg，
Ni，Zn在主成分1中均有较高的载荷因子，由于温瑞塘河属
于受人为影响明显的城市平原河网，表明这几种元素主要来
自工业污、生活污染水及农业生产等的人为源。Cd在主成分
2具有较高的载荷，在主成分1中表现为部分正载荷，cr，
Cu，Hg，Ni在主成分2具有负载荷，表明Cr，Cu，Ca，Hg，
Ni也受地球化学成分的影响。
4结论
(1)在温州市城市河网沉积物中重金属元素含量存在明
万方数据
2544 光谱学与光谱分析第32卷
显的变化，各重金属元素的区间值(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
量最高点位于主河道城市与工业集中及支流汇流区，As，
Pb，Hg，Cu，Ni，Cr元素含量在机械工业园区最高。
(2)在内梅罗污染指数的基础建立了综合地累积指数，
利用地累积指数对河网沉积物污染评价表明沉积物受到
Hg，CA，Cu，Zn，Ni和Cr污染，不同区域污染程度顺序为
机械工业园>主河道城市区>三蝉湿地区>城市周边区>水
源地区。
(3)Hg，CA，Cu，Zn，Ni和Cr在相关性分析中具有极
显著相关性，主成分分析表明Hg，Cd，Cu，Zn，Ni和Cr元
素来源以人为源为主，也受到地球化学成分的影响。
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万方数据
第9期光谱学与光谱分析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
1．Shanghai Key Laboratory of Urbanization and Ecological Restoration，East China Normal University，Shanghai 200062，
China
2．Department of Chemistry and Environment Engineering，Chongqing University of Arts and Sciences，Chongqing 402168，
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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