許 毅

（安徽省建設(shè)工程測(cè)試研究院有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230051）

巢湖是我國(guó)五大淡水湖泊之一，其中西半湖約占全湖總面積的三分之一，是合肥市五大城市過(guò)境河流南淝河、十五里河、派河、杭埠河和塘西河的入湖之處。其中南淝河是最主要的過(guò)境河流，多年來(lái)污染嚴(yán)重。對(duì)重金屬污染的研究一直是環(huán)保界的關(guān)注點(diǎn)。重金屬可通過(guò)地表徑流、遷移、沉降并以相應(yīng)物理、化學(xué)、生物過(guò)程釋放到水體中，直接或間接對(duì)生物產(chǎn)生致毒致害作用，并通過(guò)生物富集、食物鏈放大等影響人類(lèi)健康[1]。而水環(huán)境中的重金屬離子絕大部分均結(jié)合于顆粒物中，通過(guò)各種物理化學(xué)過(guò)程由水相轉(zhuǎn)為固相，并逐步轉(zhuǎn)移至沉積物，沉積物中的重金屬會(huì)釋放到水體中，造成水體的二次污染，因此研究水體淺層沉積物中的重金屬尤為重要，也更具有客觀性。本文利用波長(zhǎng)色散-X射線熒光儀和電感耦合等離子發(fā)射質(zhì)譜儀對(duì)巢湖西半湖淺層沉積物的元素成分進(jìn)行分析[2]，判斷沉積物中的主要元素成分，根據(jù)HJ780-2015等標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)流入巢湖西半湖的五條河流匯入點(diǎn)的樣品定量檢測(cè)，比較不同點(diǎn)位元素含量差異，分析污染物空間分布情況。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 研究區(qū)域

在巢湖西半湖湖區(qū)布設(shè)W1、W2、W3、W4、W5、W6六個(gè)點(diǎn)位，見(jiàn)表1。

表1 巢湖西半湖采樣點(diǎn)位圖

如表1所示，將五條入湖河流的匯入口及湖心位置作為巢湖西半湖湖區(qū)的淺表層沉積物的采樣分析點(diǎn)。將南淝河上游董鋪水庫(kù)點(diǎn)設(shè)為對(duì)照點(diǎn)。

1.2 樣品采集和檢測(cè)分析

采用柱狀采泥器采集沉積物樣品放入聚四氟乙烯密封袋中低溫保存轉(zhuǎn)運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，樣品經(jīng)過(guò)真空冷凍干燥儀進(jìn)行冷凍干燥后，用瑪瑙球磨機(jī)進(jìn)行磨碎并過(guò)篩，四分法取樣，待分析的樣品經(jīng)壓片機(jī)壓片成型后依據(jù)環(huán)保行業(yè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)HJ 780-2015，參照儀器操作程序建立測(cè)量方法。a定性分析：采用F-U檢測(cè)范圍，對(duì)樣品進(jìn)行定性分析；b定量分析：校準(zhǔn)標(biāo)線建立，將1.2中列出的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行壓片，在儀器最佳工作條件下，依次上機(jī)測(cè)定分析，記錄X射線熒光強(qiáng)度，以強(qiáng)度對(duì)應(yīng)各元素（或氧化物）的含量建立校準(zhǔn)曲線。待測(cè)樣品按照與校準(zhǔn)曲線相同的條件進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)相應(yīng)的熒光強(qiáng)度和校正方程，計(jì)算出待測(cè)元素的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 巢湖西半湖淺層沉積物元素的定性分析

通過(guò)四分法在每個(gè)點(diǎn)位取一定量的樣品進(jìn)行混合作為西半湖的綜合樣品，對(duì)樣品進(jìn)行F-U掃描定性分析，得出西半湖沉積物的元素成分含量高于0.5%的元素10個(gè)，其中Si、Al、Fe、K、Na、Ca、Mg是地殼中富含元素，反映不出其污染狀況。定量分析在大于0.5%含量水平上對(duì)Ti、Mn、Ru進(jìn)行分析。低于0.5%的元素共檢出16種，其中非金屬元素3種，為P、S、Cl。因而確定進(jìn)行定量分析的元素為27種：Cl、S、Ba、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、P、Cu、Zn、Ga、As、Br、Pb、Th、Rb、Sr、Y、Zr、Ce、Hf、La、Sc、Hg、Cd。

2.2 巢湖西半湖淺層沉積物元素的定量分析

對(duì)以上目標(biāo)元素檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出定量分析元素的描述統(tǒng)計(jì)量。

2.2.1 含量變化大的元素分布特點(diǎn)

運(yùn)用SPSS軟件對(duì)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差作四分分位分析，得出百分位數(shù)節(jié)點(diǎn)為：25%：10.8，50%：18.6，75%：23.8。根據(jù)四分位節(jié)點(diǎn)確定變化最大的一類(lèi)元素為Br、Cl、Zr、Hg、Mn，表明此類(lèi)元素在巢湖西半湖區(qū)呈區(qū)域性分布，遷移速率較慢。確定變化最小的一類(lèi)元素為T(mén)i、Ce、S、Zn、Sr、Ba、Cu，此類(lèi)元素分布均勻。

將變化最大的一類(lèi)元素的含量除以對(duì)照點(diǎn)的含量得出超背景點(diǎn)倍數(shù)，作點(diǎn)位分布柱狀圖可知：南淝河入河區(qū)Cl、Br顯著高于其他點(diǎn)位，表明該區(qū)域受鹵素元素污染嚴(yán)重，南淝河是鹵素元素主要輸入口，主要是由大量生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水導(dǎo)致，據(jù)統(tǒng)計(jì)，南淝河接納了合肥市85%以上的工業(yè)廢水和生活污水。

2.2.2 污染物金屬元素分布

將一類(lèi)和二類(lèi)污染金屬元素的含量除以對(duì)照點(diǎn)的含量得出超背景點(diǎn)的倍數(shù)，做各點(diǎn)位一類(lèi)和二類(lèi)污染物金屬元素分布柱狀圖，如圖1。

圖1 一類(lèi)和二類(lèi)污染物金屬元素點(diǎn)位分布圖

從圖2可知：與對(duì)照點(diǎn)相比，一類(lèi)金屬污染元素在西半湖湖區(qū)各個(gè)采樣點(diǎn)位均有明顯分布，Ni在W1、W2點(diǎn)位；Hg在W2點(diǎn)位低于對(duì)照點(diǎn)，其余元素均超對(duì)照點(diǎn)2倍以上，Pb最為嚴(yán)重，超對(duì)照點(diǎn)6倍以上，Cr、As、Cd超對(duì)照點(diǎn)4倍以上。點(diǎn)位W1各一類(lèi)污染物金屬元素均明顯低于其他點(diǎn)位。近年來(lái)合肥對(duì)南淝河采取了一系列的環(huán)境保護(hù)措施，如清淤底泥和生態(tài)補(bǔ)水等并取得了很好的生態(tài)效果。二類(lèi)金屬元素污染物在各點(diǎn)位上有明顯的分布，均高出對(duì)照點(diǎn)二倍以上。其中Zn最為嚴(yán)重，各點(diǎn)位均超8倍以上。Mn在W1上明顯低于其他點(diǎn)位。

2.2.3 各點(diǎn)位間聚類(lèi)分析

依據(jù)各點(diǎn)位的檢測(cè)結(jié)果，除以對(duì)照點(diǎn)的數(shù)據(jù)作歸一化處理。再使用SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行聚類(lèi)分析，得出結(jié)果如圖2。

圖2 巢湖西半湖湖區(qū)各采樣點(diǎn)位聚類(lèi)分析樹(shù)狀圖

從圖2可知：巢湖西半湖湖區(qū)的6個(gè)采樣點(diǎn)可分成三類(lèi)，第一類(lèi)為W1，第二類(lèi)為W2、W4，第三類(lèi)為W3、W5、W6。W1與其他采樣點(diǎn)有顯著差異，這與近幾年合肥市加大河道整治有關(guān)。

2.3 重金屬元素的潛在生態(tài)效應(yīng)

各重金屬元素的生物毒性是不同的，即使具有相同含量的Cu、Zn Hg、Cd、Pb、Cr、As，它們的生物毒性也有差別。利用重金屬元素污染的潛在環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，要比直接評(píng)價(jià)土壤重金屬元素超標(biāo)倍數(shù)能更好地說(shuō)明重金屬元素的危害。Hankanson從沉積學(xué)角度提出土壤或沉積物中重金屬污染評(píng)價(jià)的方法，將重金屬生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與毒理學(xué)聯(lián)系在一起，其計(jì)算公式為：

從圖3可知，西半湖淺層沉積物潛在生態(tài)環(huán)境危害最大的元素是Hg和Cd，Hg、Cd處于大于80小于160的區(qū)間，潛在生態(tài)危害等級(jí)為強(qiáng)。Cr、Cu、Zn、As、Pb處在20以下，潛在生態(tài)危害輕微，危害程度排序?yàn)镃d＞Hg＞As＞Pb＞Zn＞Cu＞Cr。從圖3可知西半湖湖區(qū)各點(diǎn)位的綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)均大于150，低于300，潛在生態(tài)危害等級(jí)為中等。各點(diǎn)位差異性不大，均處在250附近，平均各點(diǎn)位指數(shù)為235.2，巢湖西半湖湖區(qū)受到重金屬潛在生態(tài)危害程度為中等。

圖3 單元素潛在生態(tài)危害指數(shù)與綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)分布圖

2.4 重金屬的生物效應(yīng)

生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)法是目前國(guó)際上最為被廣泛接受的制定水體沉積物重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)的方法[4]。該方法通過(guò)分析大量的水體沉積物重金屬含量及其生物效應(yīng)數(shù)據(jù)，以確定沉積物中引起生物毒性與其他負(fù)面生物效應(yīng)的重金屬濃度閾值。稱(chēng)為臨界效應(yīng)的濃度（TEL）和必然效應(yīng)的濃度（PEL），均指表層沉積物中某種重金屬的總濃度，并以干重形式表達(dá)（mg/kg）。沉積物中某一重金屬濃度低于其TEL值，負(fù)面生物效應(yīng)幾乎不會(huì)發(fā)生；高于PEL值，負(fù)面生物效應(yīng)經(jīng)常發(fā)生；介于兩者之間，負(fù)面生物效應(yīng)偶爾發(fā)生。由于國(guó)內(nèi)這方面數(shù)據(jù)較少，本文采用加拿大利用生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)法制定的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)，依據(jù)二年的檢測(cè)結(jié)果，按點(diǎn)統(tǒng)計(jì)制作條件格式表。超PEL用*表示，低于TEL用***表示，介于二者之間用**表示，見(jiàn)表2。從表3可知：巢湖西半湖湖區(qū)淺層沉積物中的8種重金屬對(duì)生物產(chǎn)生負(fù)面影響。Cr、Ni、Zn、As、Pb在90%的點(diǎn)位含量水平高于PEL值，對(duì)生物的負(fù)面影響概率很大。從對(duì)照點(diǎn)看Cr的含量已超過(guò)了TEL值，Ni的含量超過(guò)PEL值。推斷Cr、Ni是由本底造成的并非由于人類(lèi)污染。根據(jù)生物數(shù)據(jù)庫(kù)沉積物基準(zhǔn)原則，巢湖西半湖湖區(qū)淺層沉積物中Zn、As、Pb重金屬會(huì)對(duì)生物產(chǎn)生負(fù)面影響。

表2 各點(diǎn)位與沉積物金屬元素質(zhì)量基準(zhǔn)值的比較值

3 結(jié)論

（1）巢湖西半湖湖區(qū)的元素分布可分為三類(lèi)：第一類(lèi)為南淝河入湖區(qū)點(diǎn)位，第二類(lèi)為十五里河入湖區(qū)、派河入湖區(qū)，第三類(lèi)為塘西河入湖區(qū)、新河入湖區(qū)、西半湖湖心區(qū)。南淝河入湖區(qū)點(diǎn)位與其他點(diǎn)位有顯著差異。含量變化最大的一類(lèi)元素為Br、Cl、Zr、Hg、Mn，其中Br、Cl在南淝河入湖區(qū)有很大的集貯。

（2）相對(duì)于董鋪水庫(kù)對(duì)照點(diǎn)，西半湖采樣點(diǎn)位均高于對(duì)照點(diǎn)，所測(cè)元素最高的點(diǎn)位為對(duì)照點(diǎn)的33倍。一類(lèi)污染物的金屬元素中Pb最為嚴(yán)重，超對(duì)照點(diǎn)6倍以上，Cr、As、Cd次之，超對(duì)照點(diǎn)4倍以上；二類(lèi)污染物金屬元素中Zn最為嚴(yán)重，各點(diǎn)位均超8倍以上，西半湖湖區(qū)淺層沉積物中受金屬元素污染較為嚴(yán)重。（3）巢湖西半湖淺層沉積物潛在生態(tài)環(huán)境危害最大的元素是Hg和Cd，潛在生態(tài)危害等級(jí)為強(qiáng)。其他元素Cr、Cu、Zn、As、Pb潛在生態(tài)危害輕微，危害程度排序?yàn)镃d＞Hg＞As＞Pb＞Zn＞Cu＞Cr。在綜合潛在生態(tài)危害生態(tài)效應(yīng)方面，各點(diǎn)位綜合潛在生態(tài)危害等級(jí)為中等。在重金屬、類(lèi)金屬的生物效應(yīng)上，Zn、Pb重金屬和類(lèi)金屬As對(duì)生物可能會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)面影響。