呂杰，李暢游，賈克力，張生，史小紅，趙勝男，孫標(biāo)

烏梁素海鹽度變化對(duì)沉積物重金屬有效性的影響

呂杰，李暢游*，賈克力，張生，史小紅，趙勝男，孫標(biāo)

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018

烏梁素海內(nèi)源污染源底泥釋放的重金屬對(duì)其水生態(tài)環(huán)境影響較大，為探索沉積物重金屬在不同鹽度條件下的釋放規(guī)律以及沉積物中重金屬總量、形態(tài)含量、遷移性大小及自身性質(zhì)、沉積物理化性質(zhì)對(duì)沉積物中重金屬釋放的影響，于2010-2016年每年8月采集18個(gè)水體樣品，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水體鹽度，并在2016年8月采集10個(gè)表層沉積物樣品測(cè)定沉積物重金屬總量，采用BCR逐級(jí)提取法對(duì)沉積物中重金屬Cu、Pb、Zn和Cr 的4種形態(tài)進(jìn)行提取，并進(jìn)行靜態(tài)釋放試驗(yàn)以分析其在不同鹽度濃度條件下的釋放特征，監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，烏梁素海水體鹽度在2010-2016年8月期間逐年增大，呈現(xiàn)出由淡水湖向微咸水湖轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。重金屬的總量、形態(tài)含量及其遷移性大小影響沉積物中重金屬的釋放量，沉積物中 Cu、Pb、Zn和Cr的形態(tài)含量均以殘?jiān)鼞B(tài)為主，其中Pb的殘?jiān)鼞B(tài)含量最多，總量和釋放量均最少，重金屬酸可提取態(tài)含量較少，重金屬遷移性的大小為Zn＞Cu＞Pb＞Cr，而Zn的釋放量大小與其在沉積物中的遷移活性及總量呈正相關(guān)關(guān)系。同時(shí)沉積物有機(jī)質(zhì)含量、pH及含水率也均可影響沉積物重金屬的釋放，其中Pb的金屬性最弱，溶解度相應(yīng)較低，釋放量最少。隨著鹽度的增加，沉積物中Zn、Cu和Pb釋放量增加，Cr的釋放量則先增大后減小，雖然4種重金屬釋放量雖然均較小，但其釋放量增幅變化很大，存在較大的湖泊水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

沉積物；重金屬；鹽度；釋放

湖泊沉積物是污染物的重要載體，既是水體重金屬污染物的源也是水體重金屬污染物的匯（金相燦，1992；Rognerud et al.，2001）。當(dāng)水環(huán)境化學(xué)條件改變，沉積物中的重金屬又會(huì)重新釋放到水體中，對(duì)水體造成“二次”污染（李鵬等，2010；李魚(yú)等，2003），而表層沉積物中重金屬的釋放及與上覆水體的耦合不僅會(huì)危害水生生物，而且會(huì)通過(guò)生物鏈最終富集到人體中，危害人體健康（范成新等，2002；盧少勇等，2010；尹洪斌等，2008）。

目前，已有眾多學(xué)者對(duì)烏梁素海沉積物重金屬污染做過(guò)大量研究。主要集中在以下3個(gè)方面：第一，對(duì)烏梁素海沉積物重金屬總量（姜忠峰等，2012；劉俊廷等，2010）進(jìn)行評(píng)價(jià)分析；第二，對(duì)烏梁素海沉積物重金屬形態(tài)（王爽等，2012；趙勝男等，2013）進(jìn)行評(píng)價(jià)分析；第三，大氣沉降（尹琳琳等，2014）對(duì)烏梁素海重金屬的影響分析。其研究結(jié)果均表明，烏梁素海受到不同重金屬不同程度的污染。天然水體的電導(dǎo)率變化范圍為 50～500 μs?cm-1，而烏梁素海全湖沉積物的電導(dǎo)率變化范圍為 103.6～3960 μs?cm-1，由此可見(jiàn)，湖泊已嚴(yán)重遭受鹽化污染（馬紅，2016）。當(dāng)水體鹽度發(fā)生變化時(shí)，湖泊沉積物中重金屬含量是否會(huì)發(fā)生變化？如果發(fā)生變化，變化規(guī)律又是什么？

鑒于此，本研究采用靜態(tài)釋放實(shí)驗(yàn)（王繼綱等，2007）模擬水環(huán)境離子強(qiáng)度變化條件，利用沉積物中重金屬的總量、形態(tài)及其自身的性質(zhì)和沉積物的理化性質(zhì)來(lái)研究水體不同的鹽度條件變化下烏梁素海沉積物中重金屬的釋放特征。本研究對(duì)烏梁素海水體及沉積物重金屬污染控制及治理具有一定的借鑒意義，可為寒旱區(qū)湖泊沉積物中重金屬污染的修復(fù)與環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

烏梁素海位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特前旗境內(nèi)，地理坐標(biāo)為 40°36′～41°03′N，108°43′～108°57′E，位于寒旱區(qū)。湖泊呈南北長(zhǎng)、東西窄的狹長(zhǎng)形態(tài)，現(xiàn)有面積約 305.97 km2，其中蘆葦區(qū)約177.46 km2，明水區(qū)約128.51 km2。湖面平均高程約1018.5 m，湖泊容量 2.5×108～3×108m3，湖水深度多集中在1.6～2.7 m，平均水深為1.9 m。烏梁素海是內(nèi)蒙古高原干旱區(qū)最典型的淺水草型湖泊，也是河套地區(qū)灌溉退水系統(tǒng)的樞紐。農(nóng)田退水、工業(yè)廢水和生活污水是烏梁素海的主要補(bǔ)給水源，每年匯入烏梁素海的各種營(yíng)養(yǎng)鹽加速了湖泊的沼澤化，導(dǎo)致其成為世界上沼澤化最快的湖泊之一（張曉晶等，2010）。

1.2 樣品采集與處理

將烏梁素海在空間上以2 km×2 km正方形網(wǎng)格剖分，利用網(wǎng)格的交點(diǎn)，呈梅花形布設(shè)水體采樣點(diǎn)，共18個(gè)，具體布點(diǎn)見(jiàn)圖1。取樣時(shí)間為2010—2016年每年 8月，利用 GPS定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，蘆葦（Phragmites australis）區(qū)與采樣點(diǎn)水深均在2 m以上，現(xiàn)場(chǎng)采集水面以下0.5 m處水樣，同時(shí)利用自行研制的柱狀采泥器，采集2016年8月10個(gè)表層5 cm沉積物樣品，編號(hào)，裝入密閉聚乙烯樣品袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室。將帶回的沉積物樣品在自然條件下風(fēng)干后壓散，剔除植物根系、石塊等雜質(zhì)，經(jīng)瑪瑙研缽研磨后過(guò) 100目尼龍篩后低溫保存，用于重金屬總量、形態(tài)分析及重金屬釋放實(shí)驗(yàn)研究。

1.3 不同鹽度條件下重金屬的釋放實(shí)驗(yàn)

綜合多年的水質(zhì)觀測(cè)數(shù)據(jù)（李興等，2011）可知，I12監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)較差，沉積物重金屬含量相對(duì)較高（王爽等，2012），且該監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于總排干北側(cè)，周圍有水生植物，靠近污染物入湖口，具有重要的研究意義。湖泊多年水體鹽度集中在1.5 g?L-1左右，最大值接近3.0 g?L-1，故設(shè)置如下水體鹽度梯度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

準(zhǔn)確稱取18份I12監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉積物樣品（干樣）各(1.0000±0.0005) g，分別置于50 mL三角瓶中，每 3個(gè)樣品為 1組平行樣，共 6組，依次加入用NaCl調(diào)配的鹽度為 0.5、1.5、2.5、3.5、4.5、5.0 g?L-1的溶液20 mL，在SHZ-82型恒溫水浴振蕩器上振蕩 24 h（25 ℃，200 r?min-1），再在 TDZ4-WS 臺(tái)式低速離心機(jī)上離心20 min（4000 r?min-1），過(guò)濾，取上清液，并加硝酸酸化至 pH=2，測(cè)定上清液中Pb、Cu、Zn、Cr的濃度。

1.4 樣品分析方法

水體鹽度使用Thermo便攜式多參數(shù)測(cè)量?jī)x現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，沉積物pH值按泥水比1∶2.5測(cè)定，燒失量（LOI）于沉積物樣品在馬弗爐 550 ℃灼燒 2 h后測(cè)定，含水率的測(cè)定參照《海洋環(huán)境檢測(cè)》（1998）。沉積物中重金屬各形態(tài)含量分析采用歐共體物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)局提出的BCR逐級(jí)提取法（Usero et al.，1998），重金屬總量分析先用HNO3-HClO4-HF酸解后進(jìn)行微波消解。Zn使用日立火焰原子吸收分光光度計(jì)（iCE 3000 SERIES）測(cè)定；Cu、Pb、Cr用石墨爐原子吸收分光光度計(jì)（iCE 3000 SERIES）測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2013和Origin 8.6軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、作圖等。重金屬的釋放量（李鵬等，2010）采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中，C是溶液中重金屬質(zhì)量濃度（mg?L-1），V是溶液的體積（L），m是沉積物樣品的質(zhì)量（g），Q 是沉積物中重金屬的釋放量（mg?kg-1），即單位質(zhì)量沉積物釋放重金屬的量。

為了保證精確度并減小隨機(jī)誤差，實(shí)驗(yàn)用的所有玻璃器皿均以2 mol?L-1HNO3充分浸泡24 h以上，分析過(guò)程中使用的實(shí)驗(yàn)用水均為超純水。所有樣品4種形態(tài)含量之和與直接測(cè)定的總量進(jìn)行對(duì)比，回收率為95%～110%，重復(fù)樣品的偏差小于10%，符合測(cè)定要求。

2 結(jié)果與分析

2.1 沉積物中重金屬總量分布及分析

烏梁素海沉積物重金屬含量如表1所示，沉積物中Cu、Pb、Zn、Cr的含量分別為16.37～29.75、11.55～20.69、52.56～87.46、46.67～100.20 mg?kg-1，其平均含量分別為 22.66、16.25、68.13、64.28 mg?kg-1。沉積物樣品中 Cu、Pb、Zn、Cr的變異系數(shù)分別為 23.21%、18.83%、19.49%、27.66%，采樣點(diǎn)之間的變異系數(shù)相對(duì)較小，反映了各采樣點(diǎn)的重金屬元素含量比較集中。沉積物pH值的變化范圍為7.0～7.7，均值為7.5，呈中性-弱堿性，而沉積物的pH會(huì)直接影響沉積物中重金屬的形態(tài)分布、環(huán)境效應(yīng)（張曉晶等，2011），進(jìn)而影響沉積物中重金屬的釋放量。含水率為 0.1%～1.98%，平均值為1.41%。有機(jī)質(zhì)含量較低，在2.79%～8.57%之間，平均值為5.05%。

表1 沉積物中重金屬含量及理化性質(zhì)Table 1 The heavy metal contents of sediments and physical-chemical

以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—1995）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，沉積物樣品中 Cu、Pb、Zn含量均未超標(biāo)，Cr僅有1個(gè)點(diǎn)超標(biāo)，超過(guò)50%的采樣點(diǎn)Cu、Zn、Cr含量均超過(guò)背景值，其平均值分別為背景值的1.17、1.21、1.13倍，Pb只有2個(gè)點(diǎn)超過(guò)背景值。

2.2 沉積物中重金屬形態(tài)及分析

采用 BCR逐級(jí)提取法測(cè)定沉積物中重金屬形態(tài)含量，即酸可提取態(tài)（B1）（可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)）、Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)（B2）、有機(jī)物和硫化物結(jié)合態(tài)（B3）和殘?jiān)鼞B(tài)（B4）。圖2所示為沉積物中Cu、Pb、Cr、Zn的形態(tài)分布百分比。由圖2 可知，Cu、Pb、Cr、Zn 均主要以穩(wěn)定的殘?jiān)鼞B(tài)（B4）存在，其含量分別占其各形態(tài)含量總和的66.51%、70.81%、75.99%、68.59%。Cu、Pb在有機(jī)物和硫化物結(jié)合態(tài)（B3）中所占比例較高，自然界中二價(jià)金屬離子Cu與有機(jī)質(zhì)的結(jié)合能力較高（Hamilton et al.，1984），懸浮物對(duì)Pb具有吸附沉降作用，利于Pb的富集沉降。在Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)（B2）中，Zn、Cu所占比例較高，分別為 10.40%、6.26%，Pb、Cr分別僅占2.61%、0.37%。Cu、Pb、Cr、Zn在酸可提取態(tài)（B1）中所占比例分別為 1.84%、1.06%、0.09%、1.87%，Zn和Cu在酸可提取態(tài)（B1）中所占比例相對(duì)較高，若環(huán)境條件發(fā)生變化，易釋放到水體中，對(duì)水環(huán)境造成危害。

在重金屬的各個(gè)形態(tài)中，除殘?jiān)鼞B(tài)（B4）以外，其他3種形態(tài)均具有一定的生物有效性，以酸可提取態(tài)（B1）的生物有效性最大（Manno et al.，2006）。本研究以重金屬的酸可提取態(tài)（B1）所占比例作為判斷重金屬有效性的重要依據(jù)，結(jié)果表明，B1所占比例由高到低為Zn＞Cu＞Pb＞Cr，因此認(rèn)為烏梁素海沉積物中重金屬遷移性的大小為Zn＞Cu＞Pb＞Cr。

2.3 水柱的鹽度變化

烏梁素海2010—2016年8月份水體鹽度變化特征如圖3所示，2010—2016年8月份水體鹽度變化呈波動(dòng)趨勢(shì)，變化幅度并不大，幾乎均呈右偏態(tài)，只有 2014年和2015年呈左偏態(tài)。2010年、2011年和2013年中水體鹽度的最小值不低于0.60 g?L-1，最大值在 2.50 g?L-1左右，均值在 1.42 g?L-1左右，2012年湖泊水體鹽度最大值是3.00 g?L-1，最小值為1.10 g?L-1，均值是 1.70 g?L-1；2014—2016 年湖泊水體鹽度分布較分散，最大值、最小值與均值呈遞增趨勢(shì)，最大值與最小值之間的波動(dòng)較大，其中2016年最大值為 2.99 g?L-1，最小值為 1.10 g?L-1，均值為1.70 g?L-1。雖然2016年與2012年鹽度最大值、最小值與均值相當(dāng)，分布形態(tài)整體較為相近，但2016年湖泊水體分布較分散，湖泊水體鹽度變化整體趨勢(shì)越來(lái)越明顯。通常將礦化度（含鹽度）小于 1.0 g?L-1的湖泊稱為淡水湖，礦化度（含鹽度）在1.0～35.0 g?L-1之間的湖泊稱為咸水湖（李翀等，2006）。烏梁素海2010—2016年湖泊水體鹽度均值均超過(guò)1.00 g?L-1，湖泊水體鹽度呈增大趨勢(shì)，由淡水湖轉(zhuǎn)變成微咸水湖。

圖2 沉積物中重金屬地球化學(xué)形態(tài)分布圖Fig. 2 Concentrations of heavy metals in various geochemical fractions in the sediments

圖3 2010年—2016年8月份水體鹽度變化特征Fig. 3 Characteristics of salinity change in 2010—2016 year in August

2.4 鹽度與重金屬有效性的關(guān)系

由圖4可知，沉積物中Cu、Zn、Pb的釋放量分別為 0.012～0.034、0.414～0.985、0.00004～0.00026 mg?kg-1，Cu、Pb和 Zn的釋放特征相似。NaCl質(zhì)量濃度在 0.5～2.5 g?L-1時(shí)，Cu、Pb和 Zn的釋放量緩慢增加，NaCl質(zhì)量濃度在 2.5～5.0 g?L-1時(shí)，Cu、Pb和Zn的釋放量迅速增加；而Cr的釋放量變化范圍為 0.034～0.064～0.049 mg?kg-1，NaCl質(zhì)量濃度在0.5～3.5 g?L-1時(shí)，沉積物重金屬釋放量增加，在3.5～5.0 g?L-1時(shí)，釋放量減少，NaCl質(zhì)量濃度在3.5 g?L-1時(shí)，Cr的釋放量出現(xiàn) 1個(gè)峰值。沉積物中 4種重金屬的釋放量由大到小為Zn＞Cr＞Cu＞Pb。

從圖5可知，沉積物中Cu、Zn、Pb釋放量的增幅均隨鹽度梯度增加呈逐漸遞增趨勢(shì)，而 Cr釋放量的增幅以NaCl質(zhì)量濃度0.5～3.5 g?L-1為界，呈先增加后減少的趨勢(shì)。Cu、Zn、Pb的增幅均已超過(guò) 100%，Pb的增幅最為明顯，高達(dá) 630%，為其他3種重金屬增幅的6倍。Cr的增幅在NaCl質(zhì)量濃度 0.5～3.5 g?L-1時(shí)，達(dá)到最大（87.57%），在 0.5～5.0 g?L-1時(shí)則下降至 43.43%。

3 討論

3.1 沉積物重金屬形態(tài)及理化性質(zhì)對(duì)釋放的影響

圖4 不同NaCl質(zhì)量濃度條件下沉積物重金屬釋放Fig. 4 Heavy metal release from sediments under different NaCl concentrations

圖5 不同鹽度濃度條件下重金屬釋放量增幅Fig. 5 The increase of release quantities of heavy metals in different NaCl concentrations

沉積物中重金屬的釋放量主要與其形態(tài)具有一定的關(guān)系。本研究區(qū)沉積物中Cu、Pb、Zn和Pb的釋放量均較小。圖2表明，I12監(jiān)測(cè)點(diǎn)Cu、Pb、Cr、Zn均主要以穩(wěn)定的殘?jiān)鼞B(tài)（B4）存在，殘?jiān)鼞B(tài)含量表現(xiàn)為 Pb（81.1%）＞Cr（75.14%）＞Cu（69.88%）＞Zn（69.31%），殘?jiān)鼞B(tài)是沉積物中最穩(wěn)定的一種形態(tài)，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定存在于沉積物中（Wiese et al.，1997），因而可能造成Pb的釋放量最小。烏梁素海沉積物中重金屬遷移能力的大小為Zn＞Cu＞Pb＞Cr， 而 重 金 屬 釋 放 量 的 大 小 為Zn＞Cr＞Cu＞Pb。Zn的釋放量最大，這與其在沉積物中的含量和遷移能力大小一致。Cr在沉積物中的遷移能力較Pb小，但其釋放量大于Pb，說(shuō)明影響Cr釋放量的因素不僅是其在沉積物中的遷移能力，其在沉積物中的含量、活性，沉積物粒度，礦物組成等對(duì)其也有一定的影響。而 Pb的釋放量最少，除了其形態(tài)的影響之外，其在沉積物中的總量也是最少的，在一定程度上影響Pb的釋放量。

此外，沉積物的理化性質(zhì)對(duì)重金屬釋放量也有一定的影響。腐殖質(zhì)對(duì)環(huán)境中幾乎所有的金屬離子都有螯合作用，監(jiān)測(cè)點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量為4.98%，其主要成分是腐殖質(zhì)，占到70%～80%（毛海芳等，2011），而金屬離子與有機(jī)質(zhì)結(jié)合，屬于較強(qiáng)的離子鍵結(jié)合態(tài)，不易釋放。監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉積物pH為7.7，呈中性偏堿性，在正常情況下并不利于碳酸鹽結(jié)合態(tài)的重金屬釋放。含水率為1.61%，表明沉積物較緊密，對(duì)沉積物的再懸浮程度影響較?。ㄓ嵘鞯?，2010），因而沉積物重金屬釋放也較少。

金屬自身的性質(zhì)在一定程度上影響釋放量。4種重金屬的金屬性強(qiáng)弱為Cr＞Cu＞Zn＞Pb，金屬性越強(qiáng)，Cl-與其形成的金屬氯化物溶解度越高。Pb的金屬性最弱，與其形成的金屬氯化物溶解度最低，這也是Pb的釋放量最少的原因之一。I12點(diǎn)附近分布著大面積的水生植物，一定程度上可以吸收少量的重金屬元素，因此4種重金屬釋放量均較小。

結(jié)合全湖的理化指標(biāo)含量可知，沉積物理化指標(biāo)含量和重金屬總量大小與I12點(diǎn)類似，而全湖沉積物中Zn、Cu、Pb、Cr的形態(tài)含量均以殘?jiān)鼞B(tài)為主，說(shuō)明全湖的沉積物重金屬釋放情況與I12點(diǎn)類似。

3.2 離子濃度對(duì)沉積物重金屬釋放的影響

鹽離子濃度對(duì)重金屬釋放的影響主要體現(xiàn)在離子強(qiáng)度。離子濃度的增加將會(huì)與重金屬離子競(jìng)爭(zhēng)吸附點(diǎn)位，溶液中離子強(qiáng)度的增加將降低溶液的活化系數(shù)，從而促進(jìn)重金屬的釋放（汪艷雯，2010）。本研究用NaCl溶液做背景溶液，Na+屬于堿金屬離子，水體中的堿金屬陽(yáng)離子與吸附在固體顆粒上的金屬陽(yáng)離子發(fā)生置換作用，從而使沉積物中重金屬釋放量增加（李魚(yú)，2003），因此，沉積物中Cu、Pb、Zn和Cr的釋放量隨著鹽度的增大而增加。隨著NaCl質(zhì)量濃度的不斷增大，沉積物中Cr的釋放量先增加后減少，其原因是在重金屬釋放的過(guò)程中，隨著重金屬的釋放，沉積物中存在的其他與重金屬發(fā)生共沉淀的陰離子、有機(jī)微粒等可溶性物質(zhì)都很可能會(huì)隨之溶出，當(dāng)該過(guò)程進(jìn)行到一定程度時(shí)，釋放于水相中的重金屬離子就會(huì)與溶出物質(zhì)發(fā)生包括絡(luò)合、吸附凝聚、共沉淀等物理化學(xué)變化，或者以膠體氫氧化物的形式重新沉淀，從而使水溶態(tài)重金屬濃度又開(kāi)始降低直至建立平衡，重金屬濃度不再發(fā)生變化（黃廷林，1995）。由此可以推斷，隨著NaCl質(zhì)量濃度的不斷增大，沉積物中Cu、Pb、Zn的釋放量變化也會(huì)出現(xiàn)與Cr相同的釋放特征，這與王德鵬等（2015）對(duì)白銀市東大溝沉積物重金屬釋放的研究結(jié)果一致。由圖 4可知，Cr最先出現(xiàn)拐點(diǎn)，主要原因不僅有鹽離子的作用，且I12監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于湖泊北部，硫化物含量較高（張京，2013），可能有硫化鉻這類高價(jià)硫化物的水解作用，而ZnS、CuS和PbS在水中溶解度較低（肖盛蘭等，1994），其水解能力較弱，因此，Cr的釋放量最先達(dá)到最大值。

雖然外界環(huán)境改變時(shí)，沉積物重金屬釋放量相對(duì)較小，但其釋放量的增幅變化較大，即當(dāng)鹽度發(fā)生較大變化時(shí)，釋放幅度會(huì)大幅增加。圖4及圖5表明，無(wú)論哪種鹽度條件，Pb的釋放量均是最少的，與其他3種重金屬的釋放量相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)，但其釋放量增幅是最大的。在 NaCl質(zhì)量濃度為0.5～1.5 g?L-1時(shí)，重金屬釋放量表現(xiàn)為 Pb（160%）＞Cr（31.33%）＞Cu（30.17%）＞Zn（12.17%）；在NaCl質(zhì)量濃度為0.5～2.5 g?L-1時(shí)，重金屬釋放量表現(xiàn)為Pb（225%）＞Cr（65.50%）＞Cu（64.73%）＞Zn（21.30%）。隨著鹽度濃度的增加，Cl-濃度增大，在高氯條件下，25 ℃時(shí)，鉛氯絡(luò)合反應(yīng)加強(qiáng)，溶液中Pb2+主要以[PbCl4]2-絡(luò)合物形式存在（劉輝等，2006），溶液中金屬 Pb的氯化物濃度大小為[PbCl4]2-＞ [PbCl3]-＞PbCl2，而其他金屬在 NaCl溶液中均以二價(jià)化合物存在，故Pb的釋放增幅是最大的。

由圖3可知，7年來(lái)烏梁素海湖泊水體鹽度變化較大，由淡水湖轉(zhuǎn)變成了微咸水湖。達(dá)里諾爾湖、岱海以及呼倫湖，均是著名的旅游景區(qū)，其湖泊水體鹽度分別為1.79、3.50、2.08 g?L-1，均由淡水湖轉(zhuǎn)變成微咸水湖。湖泊水體鹽度較高，沉積物重金屬很可能釋放到水體中，造成湖泊水體“二次”污染。因此，今后需加大對(duì)這些湖泊沉積物重金屬的研究，不僅研究其釋放量的變化，同時(shí)應(yīng)該考慮釋放量增幅的變化。對(duì)于重金屬污染后的沉積物，可向沉積物中加入黏土類鈍化物以吸附重金屬，抑制重金屬釋放（陳良杰等，2011）。另外從污染源頭治理，嚴(yán)格控制入湖口水體的排放標(biāo)準(zhǔn)，從而控制湖泊水體的鹽度，預(yù)防沉積物重金屬釋放。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)烏梁素海水體鹽度、沉積物樣品重金屬形態(tài)、沉積物理化性質(zhì)及水體鹽度的變化對(duì)沉積物重金屬元素釋放量的影響研究，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）烏梁素海水體鹽度呈增大趨勢(shì)，2010—2013年湖泊水體鹽度分布集中，均值在 1.42 g?L-1左右，2013—2016年湖泊水體鹽度分布較分散，湖泊水體鹽度持續(xù)增大，均值達(dá)1.70 g?L-1，湖泊由淡水湖轉(zhuǎn)變成微咸水湖。

（2）重金屬的總量、形態(tài)含量及遷移性大小影響沉積物中重金屬的釋放。沉積物中重金屬釋放量的大小與沉積物中重金屬總量的大小一致，湖泊沉積物中Cu、Pb、Zn和Cr的形態(tài)含量均以殘?jiān)鼞B(tài)為主，而 Pb的殘?jiān)鼞B(tài)含量最多，其在沉積物中的總量最少，因而釋放量最少；沉積物中4種重金屬的酸可提取態(tài)含量較少，重金屬遷移性的大小為Zn＞Cu＞Pb＞Cr，Zn 的釋放量大小與其在沉積物中的遷移活性及總量大小一致。

（3）沉積物的理化性質(zhì)及重金屬自身性質(zhì)在一定程度上也影響釋放量。沉積物的有機(jī)質(zhì)含量影響有機(jī)結(jié)合態(tài)含量；水體呈中性偏堿性，不利于碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬釋放，亦不利于酸可提取態(tài)重金屬釋放；含水率較低，沉積物較緊密，不利于重金屬釋放；金屬性越強(qiáng)，Cl-與其形成的金屬氯化物溶解度越高，Pb的金屬性最弱，溶解度相應(yīng)較低，釋放量最少。

（4）隨著鹽度的增加，沉積物中重金屬Zn、Cu和Pb釋放量增加，沉積物中Cr的釋放量則先增大后減小。沉積物中4種重金屬釋放量雖然均較小，但其釋放量增幅變化很大，對(duì)積物重金屬存在較大的釋放風(fēng)險(xiǎn)。今后進(jìn)行重金屬釋放研究時(shí)，不僅要考慮釋放量的變化，還要考慮釋放量增幅的變化。

MANNO E, VARRICA D, DONGARRà G. 2006. Metal distribution in road dust samples collected in an urban area close to a petrochemical plant at Gela, Sicily [J]. Atmospheric Environment, 40(30): 5929-5941.ROGNERUD S, FJELD E. 2001. Trace element contamination of Norwegian Lake sediments [J]. Ambio A Journal of the Human Environment, 30(1): 11.

USERO J, GAMERO M, MORILLO J, et al. 1998. Comparative study of three sequential extraction procedures for metals in marine sediments[J]. Environment International, 24(4): 487-496.

WIESE S B O, MACLEOD C L, LESTER J N. 1997. A recent history of metal accumulation in the sediments of the Thames Estuary, United Kingdom [J]. Estuaries and Coasts, 20(3): 483-493.

HAMILTON R S, REVITT D M, WARREN R S. 1984. Levels and physico-chemical associations of Cd, Cu, Pb and Zn in road sediments[J]. Science of the Total Environment, 33(1): 59-74.

陳良杰, 黃顯懷. 2011. 河流污染底泥重金屬遷移機(jī)制與處置對(duì)策研究[J]. 環(huán)境工程, 29(S1): 209-211.

范成新, 朱育新, 吉志軍, 等. 2002. 太湖宜溧河水系沉積物的重金屬污染特征[J]. 湖泊科學(xué), 14(3): 235-241.

GB 15618—1995, 中華人民共和國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

黃廷林. 1995. 水體沉積物中重金屬釋放動(dòng)力學(xué)及試驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 15(4): 440-446.

姜忠峰, 張生, 李暢游, 等. 2012. 烏梁素海表層沉積物重金屬分布特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 6(6): 1810-1816.

金相燦. 1992. 沉積物污染化學(xué)[M]. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社:327-328.

李翀, 馬巍, 史曉新, 等. 2006. 呼倫湖水位、鹽度變化(1961—2002年)[J]. 湖泊科學(xué), 18(1): 13-20.

李鵬, 曾光明, 蔣敏, 等. 2010. pH值對(duì)霞灣港沉積物重金屬Zn、Cu釋放的影響[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 4(11): 2425-2428.

李興, 楊喬媚, 勾芒芒. 2011. 內(nèi)蒙古烏梁素海水質(zhì)時(shí)空分布特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 20(8): 1301-1306.

李魚(yú), 劉亮, 董德明, 等. 2003. 城市河流淤泥中重金屬釋放規(guī)律的研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 17(1): 125-127.

劉輝, 覃文慶, 解晶瑩, 等. 2006. 氯化介質(zhì)中 PbS固體表面的氯絡(luò)合-溶解行為[J]. 化學(xué)通報(bào), 69(7): 498-502.

劉俊廷, 潘紅捷, 趙鎖志, 等. 2010. 內(nèi)蒙古烏梁素海底泥重金屬元素污染評(píng)價(jià)[J]. 地質(zhì)與資源, 19(4): 325-329.

盧少勇, 焦偉, 金相燦, 等. 2010. 滇池內(nèi)湖濱帶沉積物中重金屬形態(tài)分析[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 30(4): 487-492.

馬紅. 2016. 烏梁素海沉積物中汞砷的季節(jié)變化及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[D]. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué): 20-21.

毛海芳, 何江, 呂昌偉, 等. 2011. 烏梁素海和岱海沉積物有機(jī)碳的形態(tài)特征[J]. 環(huán)境科學(xué), 32(3): 658-666.

汪艷雯. 2010. 南四湖下級(jí)湖及主要入湖河流入湖口底泥污染物分布及釋放規(guī)律研究[D]. 山東: 山東大學(xué): 48-49.

王德鵬, 臧飛, 武文飛, 等. 2015. 干旱區(qū)綠洲城郊排污渠沉積物重金屬污染與釋放特征[J]. 環(huán)境化學(xué), 34(2): 262-269.

王繼綱, 馬啟敏, 劉茜, 等. 2007. 渤海灣北部海域沉積物重金屬Cu、Zn釋放及動(dòng)力學(xué)研究[J]. 海洋湖沼通報(bào), (1): 69-73.

王爽, 李暢游, 史小紅, 等. 2012. 烏梁素海沉積物中重金屬形態(tài)分布特征及污染狀況評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境化學(xué), 31(10): 1555-1561.

肖盛蘭, 何長(zhǎng)平. 1994. 金屬硫化物的溶解性[J]. 西華師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 15(2): 183-185.

尹洪斌, 范成新, 丁士明, 等. 2008. 太湖梅梁灣與五里湖沉積物活性硫和重金屬分布特征及相關(guān)性研究[J]. 環(huán)境科學(xué), 29(7): 1791-1796.

尹琳琳, 賈克力, 史小紅, 等. 2014. 烏梁素海大氣重金屬沉降入湖通量初步估算[J]. 湖泊科學(xué), 26(6): 931-938.

俞慎, 歷紅波. 2010. 沉積物再懸浮-重金屬釋放機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 19(7): 1724-1731.

張京. 2013. 烏梁素海重金屬的環(huán)境地球化學(xué)研究[D]. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古大學(xué): 28-29.

張曉晶, 李暢游, 賈克力, 等. 2011. 烏梁素海表層沉積物重金屬與營(yíng)養(yǎng)元素含量的統(tǒng)計(jì)分析[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 5(9): 1955-1960.

張曉晶, 李暢游, 張生, 等. 2010. 內(nèi)蒙古烏梁素海富營(yíng)養(yǎng)化與環(huán)境因子的相關(guān)分析[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 33(7): 131-134, 139.

趙勝男, 李暢游, 史小紅, 等. 2013. 烏梁素海沉積物重金屬生物活性及環(huán)境污染評(píng)估[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 22(3): 481-489.

Abstract: Heavy metals released from the sediment of endogenous source in Ulansuhai have a great impact on its aquatic environment. To get a better understanding on the release mechanism and effect factors, lake water was sampled yearly at 18 selected sampling points in the lake in August from 2010 to 2016. The top layer sediments were sampled at 10 sampling points in August 2016. The contents of the heavy metals were analyzed and four species of Cu, Pb, Zn, and Cr were extracted by the BCR step method. A static reaction was carried out to determine the release characteristics of the heavy metals from the sediments under different salinity conditions. The results showed that the salinity of Ulansuhai water was increasing from 2010 to 2016, which showed a trend from the freshwater lake to the brackish water lake. The release amount of the heavy metals form the sediments were affected by the total content, species content, and migration ability of the heavy metals. The species contents of Cu, Pb, Zn, and Cr were mainly in residual, in which the residual state of Pb was the most, as a result of this, its total and release amounts were the least.The contents of the heavy metals in the sediments were less extractable. The mobility of the heavy metals was Zn＞Cu＞Pb＞Cr. The release amount of Zn was positively related to its migration activity and total amount in the sediments. The release amounts of the heavy metals form the sediments were also affected by the organic matter content, pH, and water content of the sediments, in which Pb has the weakest metallicity with lower solubility and minimum release amount. With the increase of the salinity in the sediments,the release amounts of Zn, Cu, and Pb increased, while the release amount of Cr represented decreased when the salinity increased to a certain extent. Although the release rates of the heavy metals from the sediments were relatively less, there was a great increase in the release amount with the increase of the salinity. This indicated that there might be a greater risk on the lake water ecological environment.

Key words: Sediment; Heavy metal; Salinity; release

Impacts of Salinity Change on the Effectiveness of Heavy Metals in the Sediment of Wuliangsuhai

LV Jie, LI Changyou, JIA Keli, ZHANG Sheng, SHI Xiaohong, ZHAO Shengnan, SUN Biao

Water Conservancy and Civil Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.09.013

X131.2

A

1674-5906（2017）09-1547-07

呂杰, 李暢游, 賈克力, 張生, 史小紅, 趙勝男, 孫標(biāo). 2017. 烏梁素海鹽度變化對(duì)沉積物重金屬有效性的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(9): 1547-1553.

LV Jie, LI Changyou, JIA Keli, ZHANG Sheng, SHI Xiaohong, ZHAO Shengnan, SUN Biao. 2017. Impacts of salinity change to the effectiveness of heavy metals in the sediment of Wuliangsuhai [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(9): 1547-1553.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51509133；51339002；51669022；2016MS0406；NJZC13092）

呂杰（1991年生），女，碩士研究生，研究方向?yàn)樗膶W(xué)及水資源。E-mail: 961357358@qq.com*通信作者：李暢游，主要研究領(lǐng)域?yàn)樗h(huán)境科學(xué)與工程。E-mail: nndlichangyou@163.com

2017-06-21