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1、攀枝花市水系沉积物与土壤中重金属的地球化学特征比较摘要：水系沉积物和土壤都是表生作用的产物，是环境中污染物质的重要受纳体，但两者在物质来源和受纳污染物方面又有不同。重金属通过不同方式进入到水系沉积物和土壤之中产生污染，对于区域环境具有重要的影响。为了了解攀枝花市水系沉积物和土壤中重金属元素地球化学特征的异同和污染状况，在攀枝花市范围内系统采集了水系沉积物和土壤样品，从环境地球化学角度，应用地球化学方法研究了攀枝花市水系沉积物及土壤中重金属的地球化学特征，应用地质累积指数法评价了污染情况，并对二者进行了比较研究。结果表明，攀枝花市水系沉积物中重金属的含量普遍高于土壤；水系沉积物和土壤中重金属的分
2、布具有相似的特征；水系沉积物中重金属的污染程度高于土壤，但总体上来说，重金属的污染程度较小。两者的污染程度不同是因为接受污染物的方式不同；两者的分布趋势相同，说明具有相同或相近的污染来源。关键词：重金属；地球化学特征；水系沉积物；土壤；攀枝花 有害物质通过食物、饮水和呼吸会进入人体，对人类健康造成直接危害1。重金属等有害物质进入到食物、饮水的最初原因是植物和地表水的污染，而土壤和水系沉积物是其重要的载体和受纳体。土壤和水系沉积物成为对人类健康最重要的表层沉积物，土壤和水系沉积物的研究为评价环境质量具有重要的意义2-6。研究发现，在河流水系沉积物中的重金属含量比相应水体中重金属的含量高，一般得到
3、进一步积累，同时表现出明显的分布规律。另一方面，由于水中重金属随季节和其他条件的变化容易发生变化，而水系沉积物则稳定得多，不易受外界因素的影响。因此，对沉积物中的重金属进行研究是很有价值的7-8。土壤由于形成母岩成分的不同以及人类活动的影响，重金属的含量随土壤熟化程度的提高有增加的趋势9。尽管土壤和水系沉积物的形成机制不同，但是都属于表层沉积物，都对人类健康具有重要意义，且不同程度地受到人类活动的影响，水体及土壤都有一定的污染。因而研究水系沉积物和土壤中的重金属对人们的生活和健康具有十分重要的意义，特别是对于城市地区更是如此。攀枝花市是一个典型的矿业城市，位于金沙江与雅砻江交汇处，是我国大型矿
4、业基地之一，产有著名的超大型钒钛磁铁矿。由于地形的限制，城市与工矿区相互交错，市内有冶炼厂、选矿厂、矿山、煤矿等大型工矿企业。几十年来，经过大规模开发建设，该区以矿业开发为主的经济发展迅速，但同时由此产生的环境问题也日益突出，如水体污染、土壤污染、土地破坏、生态环境恶化等。许多学者对攀枝花的环境状况进行过研究，主要对攀枝花钢铁基地矿业开发过程中减轻环境影响的对策以及植被复垦等进行了探讨10-11，对整个攀枝花市大约100多km2范围内的新近系到第四系昔格达组土壤中重金属的分布特征和土壤地球化学基线12-13、以及对水系沉积物中重金属的特征进行了研究14。尽管在攀枝花进行了环境研究，但是上述只是
5、针对某一种具体的介质进行研究，而没有将土壤与水系沉积物联系起来进行比较研究。事实上，某一地区的水系沉积物和土壤是有一定联系的，而且污染源所排放的重金属等污染物质对两者都有影响，但两者又有差别，受纳污染物的方式有所不同。这种不同到底会对重金属的地球化学特征产生什么影响，是值得研究的。针对此种情况，为了研究攀枝花市水系沉积物和土壤中重金属的地球化学特征的异同，了解攀枝花市的环境状况，本文从环境地球化学角度，应用地球化学方法研究了攀枝花市水系沉积物及土壤中重金属的地球化学特征，并对二者进行了比较研究。1 材料和方法1.1 样品的采集水系沉积物样沿金沙江两岸及其支流系统采集了样品共63件，其中干流20
6、件，支流43件，采样深度05 cm，主要是底泥和细粉砂质沉积物。土壤样是在农田中采取，采样深度05 cm，由昔格达组浅黄-灰白色泥质粉砂岩、钙质粉砂岩风化而成的砂质壤土和壤质砂土组成15，共采集样品28件（采样位置见图1）。图1 采样位置Fig. 1 Sampling spot(黑点为水系沉积物样品，圆圈为土壤样品)1.2 样品的处理与分析图2 土壤和水系沉积物中重金属含量比较（Ti、Mn质量分数为 10-4，其它元素质量分数为mgkg-1）Fig. 2 Content comparison of heavy metals in soil and river sediments样品在室温条件下
7、自然风干后，用研钵研细，过120目筛（0.125 mm）。将样品装好送往化验室化验。样品由成都理工大学“应用核技术”四川省重点实验室采用高灵敏度XRF分析仪进行分析，所用标样通过ICP-MS方法分析。由于所采用的分析仪器具有较高的能量分辨率和较低的检出限16，保证了分析结果的可靠性。2 结果与讨论2.1 重金属的质量分数变化特征本次研究中分析了Ti、V、Cr、Mn、Ni、Zn、Pb、As、Cu等九个元素，分析统计结果见表1。从上表可以看出，水系沉积物中Ti、V、Cr、Mn、Co、Cu的含量变化很大，最大值与最小值相差数倍甚至数十倍，土壤中的含量变化则相对较小。Zn在水系沉积物和土壤中的变化都比
8、较大。Ni、As在水系沉积物中的变化相对较小，而在土壤中的含量变化则较大。标准偏差的变化与上述各元素含量变化一致。水系沉积物中重金属的最大值普遍比土壤中的高，其中V、Ti超过三倍。最小值相差不大，除Ti、Zn外，其它元素在水系沉积物中的含量略高于土壤。从平均值看，除Zn外其它八种元素在水系沉积物中的含量普遍高于在土壤中的含量，但相差较小，其中Ti与V的含量相差一倍以上（图2）。2.2 重金属的分布特征表1 分析结果统计Table 1 The statistics of results mgkg-1元素水系沉积物(n=63)土壤（n=28）最大值最小值平均值标准偏差最大值最小值平均值标准偏差Ti
9、/%5.280.3701.1101.0131.110.4990.6610.113V690.9101.2210.7129.3149.1679.30110.7619.21Cr302.283110.133.4117.0862.0889.0614.31Mn/%0.8220.0610.1520.1300.220.0670.1280.037Co71.113.222.29.2126.87待添加的隐藏文字内容211.0216.643.57Ni49.44648.61.2065.4834.1447.588.32Cu231.429.260.832.270.7720.7739.7211.12Zn250.133.792
10、.048.2231.0557.2093.9635.20Pb64.310.125.48.2883.8223.3333.3211.01As19.27.915.02.4154.526.2114.509.18重金属在攀枝花地区土壤和水系沉积物中的质量分数综合分布如图3、图4所示。从图3和图4可以看出，尽管重金属在土壤和水系沉积物中的含量有一定差别，但重金属在这两种表层沉积物中总的分布规律还是相同的，具有相同的分布趋势。即重金属质量分数分布相对集中在攀钢冶炼区、选矿区、尾矿区，另外在安宁选矿厂附近重金属也有明显集中。图3 水系沉积物中重金属质量分数综合分布图(mgkg-1)Fig. 3 Content
11、distribution of heavy metals in sediment图4 土壤中重金属质量分数综合分布图(mgkg-1)Fig. 4 Content distribution of heavy metals in soil2.3 重金属的污染特征以全球页岩平均值为标准，应用地质累积指数法对攀枝花地区的水系沉积物和土壤中重金属污染进行了评价。地质积累指数（Igeo）又称Muller指数，是德国科学家Muller提出的一种研究环境沉积物中重金属污染的定量指标。其公式为：式中：Cn是指元素n在沉积物中的实测含量；Bn是指沉积岩（即普通页岩）中的地球化学背景值,本文选择全球页岩平均值为背景
12、（表2）；1.5为一常数。地质累积指数一般分为7级（06级），表示污染程度由无至极强（表3）。根据上述条件，攀枝花市表层沉积物重金属的评价结果见图5。表2 评价标准（全球页岩平均值17）Table 2 The standard of evaluation mgkg-1元素Ti/%VCrMnZnPbAsCuCo全球页岩0.46130908509520134519表3 地质累积指数与污染程度Table 3 The relation between Igeo and polluting degreeIgeo001122334455级别0123456污染程度无污染无污染到中度污染中度污染中度污染到强污
13、染强污染强污染到极强污染极强污染从图5可以看出，水系沉积物中重金属的污染程度远高于土壤。水系沉积物中，Ti、V、Mn、Cu的污染较为严重，为无污染到中度污染，部分达到中度污染甚至强污染；Pb、Co、As、Cr则主要为无污染，少量为无污染到中度污染；Zn的污染最小，几乎无污染。在土壤中，只有Pb、Mn两种元素的污染程度达到了第1级即无污染到中度污染；Ti、As、Zn三种元素，仅有个别样品达到第1级别，在绝大部分样品中无污染；而Cu、Co、Cr、V四种元素几乎全部无污染。在水系沉积物中重金属的污染程度由高到低依次为：Ti，V，Mn，Cu，Pb，As，Co，Cr，Zn；在土壤中重金属的污染程度由高到
14、低依次为：Pb，Mn，Ti，As，Zn，Cr，Cu，Co，V。总的来看，攀枝花市表层沉积物中重金属的污染程度较小，为无污染到中度污染，只有个别地点为强污染。2.4 讨论综上所述，攀枝花水系沉积物和土壤中的重金属元素地球化学特征既有相似之处，也有不同的情况。究其原因，主要有以下几个方面。（1）在研究过程中所采土壤主要是昔格达土。由于昔格达土所在地区比较平缓，几乎所有的农作物都生长在昔格达土之上，而且大部分城区也建在其上。土壤污染主要是由于工厂排出的废气废尘飘落入土壤之中以及使用农药化肥造成的，只有很少工业废水直接排入农田中。相反，大部分工厂的废水直接排入到河流中，造成重金属在水系沉积物中大量富集
15、，从而引起水系沉积物中的重金属高于土壤之中。 图5 攀枝花市表层沉积物重金属地质累积指数法评价结果Wisker-box图（左为水系沉积物，右为土壤）Fig. 5 The wisker-box of evaluating results by Igeo（2）尽管质量分数不同，但重金属在表层沉积物中的分布趋势相同。这可以从另一方面说明污染物的来源。因为两种表层沉积物中重金属都在工厂附近富集，说明污染物主要来自人为活动，即由工厂中的“三废”造成的。3 结论在攀枝花市水系沉积物中重金属的含量普遍高于土壤；水系沉积物和土壤中重金属的分布特征具有相同的趋势，说明具有相同或相近的污染来源，并且与工矿企业等人
16、为活动有密切关系；水系沉积物中重金属的污染程度高于土壤，但总体上来说，重金属的污染程度较小。参考文献：1 张超兰, 白厚义. 用模糊综合评判法评价土壤重金属污染程度J.广西农业生物科学, 2003, 22(1): 54-57.ZHANG Chaolan, BAI Houyi. Evaluation of polluted degree by heavy metal in soils with fuzzy comprehensive assessmentJ. Journal of Guangxi Agricultural and Biological Science, 2003, 22(1):
17、54-57.2 关共凑, 徐颂, 黄金国. 重金属在土壤-水稻体系中的分布、变化及迁移规律分析J. 生态环境, 2006, 15(2): 315-318.GUAN Gongcou, XU Song, HUANG Jinguo. The Regularity of distribution, change and migration of heavy metals in soil-rice plant systemJ. Ecology and Environment, 2006, 15(2): 315-318.3 宗良纲, 李义纯, 张丽娜. 土壤重金属污染的植物修复中转基因技术的应用J. 生态
18、环境, 2005, 14(6): 976-980.ZONG Lianggang, LI Yichun, ZHANG Lina. Application of transgenic technology to phytoremediation of soils contaminated by heavy metals: a review of studies in China and abroadJ. Ecology and Environment, 2005, 14(6): 976-980.4 迟光宇, 刘新会, 刘素红, 等. 大坞河流域重金属污染与五节芒光谱效应关系研究J. 生态环境, 2
19、005, 14(2): 549-554.CHI Guangyu, LIU Xinhui, LIU Suhong, et al. The relationships between heavy metals pollution and spectral characteristics of Miscanthus floridulus in Dawu River basinJ. Ecology and Environment, 2005, 14(2): 549-554.5 王祖伟, 张辉. 天津污灌区土壤重金属污染环境质量与环境效应J. 生态环境, 2005, 14(2): 211-213.WAN
20、G Zuwei, ZHANG Hui. Environmental quality and biological effects of heavy metals in soils in the regions of sewage irrigation in TianjinJ. Ecology and Environment, 2005, 14(2): 211-213.6 尚英男, 倪师军, 张成江, 等. 成都市河流表层沉积物重金属污染及潜在生态风险评价J. 生态环境, 2005, 14(2): 827-829.SHANG Yingnan, NI Shijun, ZHANG Chengjian
21、g, et al. Pollution of heavy metals in the surface sediments from rivers in Chengdu and their potential ecological risk J. Ecology and Environment, 2005, 14(2): 827-8297 范成新, 朱育新, 吉志军, 等. 太湖宜溧河水系沉积物的重金属污染特征J. 湖泊科学, 2002, 14(3): 235-241.FAN Chengxin, ZHU Yuxin, JI Zhijun, et al. Characteristics of th
22、e Pollution of Heavy Metals in the Sediments of Yilihe River, Taihu BasinJ. Journal of Lake Science, 2002, 14(3): 235-241.8 贾振邦, 霍文毅, 赵智杰, 等. 应用次生相富集系数评价柴河沉积物重金属污染J. 北京大学学报: 自然科学版, 2000, 36(6): 808-812.JIA Zhenbang, HUO Wenyi, ZHAO Zhijie, et al. Secondary Phase Enrichment Factor for Evaluation of H
23、eavy Metal Pollution of Sediment in the Chai RiverJ. Acta Scicentiarum Naturalum Universitis Pekinesis, 2000, 36(6): 808-812.9 张书贵. 土壤重金属污染评价与研究J. 安徽技术师范学院学报, 2001, 15(4): 23-24.ZHANG Shugui. Assessment and Study on the Heavy Metals Pollution of SoilJ. Journal of Anhui Agrotechnical, 2001, 15(4): 23
24、-24.10 滕彦国, 倪师军, 张成江, 等. 攀枝花钢铁基地矿业开发过程中减轻环境影响的对策J. 中国矿业, 2000, 9(4): 95-98.TENG Yanguo, NI Shijun, ZHANG Chengjiang, et al. Countermeasures of Reducing Environment Impacts from Mining Activity in PANZHIHUA Iron and Steel BaseJ. China Mining, 2000, 9(4): 95-98.11 滕彦国, 倪师军, 张成江, 等. 攀枝花钢铁基地环境恢复与生态重建的对策
25、J. 四川环境, 2001, 20(1): 31-34.TENG Yanguo, NI Shijun, ZHANG Chenjiang, et al. Countermeasures to Restore Environment and Rehabilitate Ecology in Panzhihua Mining Industry BaseJ. Sichuan Environment, 2001, 20(1): 31-34.12 滕彦国, 倪师军, 张成江. 攀枝花昔格达土壤微量元素地球化学特征J. 矿业安全与环保, 2001, 28(3): 28-30.TENG Yanguo, NI S
26、hijun, ZHANG Chengjiang. Digging Environment and Resumptive Way in Panzhihua Mining BaseJ. Mining Safety & Environment Protection, 2001, 28(3): 28-30.13 滕彦国, 倪师军, 张成江, 等. 攀枝花地区土壤环境地球化学基线的影响因素研究J. 矿物岩石, 2002, 22(2): 38-42.TENG Yanguo, NI Shijun, ZHANG Chengjiang, et al. Factors affecting the environm
27、ental geochemical basel ines of soil in Panzhihua regionJ. Journal of Mineralogy and Petrology, 2002, 22(2): 38-42.14 徐争启, 倪师军, 张成江, 等. 应用污染负荷指数法评价攀枝花地区金沙江水系沉积物中的重金属J. 四川环境, 2004, 23(3): 67-67.XU Zhengqi, NI Shijun, ZHANG Chengjiang, et al. Assessment on Heavy Metals in the Sediments of Jinsha River
28、 in Panzhihua Area by Pollution Load Index J. Sichuan Environment, 200, 23(3): 67-67.15 滕彦国, 倪师军, 庹先国, 等. 攀枝花地区昔格达土的土壤环境地球化学特征J. 地质灾害与环境保护, 2002, 13(4): 16-20.TENG Yanguo, NI Shijun, TUO Xianguo, et al. PEDOLOGICAL ENVIRONMENTAL GEOCHEMISTRY OF XIGEDA SOIL IN PANZHIHUA REGIONJ. Journal of Geological
29、 Hazards and Environment Preservation, 2002, 13(4): 16-20.16 庹先国. 高灵敏度EDXRF分析系统的研制及应用D. 成都: 成都理工大学, 2002.TUO Xianguo. Development and application of high sensitivity EDXRF systemD. Chengdu: Chengdu University of Technology, 2002.17 黎彤. 地球和地壳的化学元素丰度M. 北京: 地质出版社, 1990.LI Tong. Element abundance in the
30、 earth and crustM. Beijing: Geology Publishing Company, 1990.The geochemical characteristics and their comparison of heavy metalsin soil and sediment in PanzhihuaXU Zhengqi1, TENG Yanguo2, TUO Xianguo1, ZHANG Chengjiang1, NI Shijun11. Department of Geochemistry, Chengdu University of Technology, Che
31、ngdu 610059, China；2. College of Water Sciences, Beijing Normal University, Beijing 100875, ChinaAbstract: Both sediment and soil are formed by hypergenesis and are important receivers of the polluted substances in environment. However, they respectively come from different substance sources and rec
32、eive different polluted substances. Heavy metals enter sediment and soil in different ways and resulted in pollution, so they have great impact on regional environment. In this paper, sediments and soils are systematically sampled to find out the geochemical characteristics of heavy metals in soil a
33、nd sediment in Pazhihua area, Sichuan province. The characteristics are studied and compared from the environmental geochemical angle by using geochemical method. The polluting degrees of them are evaluated by the method of Index of Geoaccumulation. It can been seen from the analyzed results that, 1
34、) the content of heavy metal in sediment is higher than that of soil; 2) the distributing characteristic of heavy metal in sediment is consistent to that of soil ; and 3) the polluting degree of heavy metals in sediment is higher than that of soil, but generally slight. The different polluting degrees are resulted from the different modes of receiving polluted substances, while the same distributing trend show that the polluted substances come from same or similar sources. Key words: heavy metal; geochemical characteristic; sediment; soil; Panzhihua
