赵光辉

摘 要：为给卧龙湖国家良好湖泊生态环境保护试点工作提供决策依据，该文对卧龙湖沉积物中Cu、As、Cd、Pb、Zn 5种重金属的污染状况及其时空变化特征进行了评价分析。结果表明：卧龙湖沉积物中重金属元素含量已受到人类活动干扰，总体呈偏中度污染，5种重金属污染的顺序为Cd>Cu>As>Zn>Pb，Igeo值差异极显著（P<0.01）。Cu、As、Pb 3种重金属在来源、运输、沉降、富集等方面有着十分相似的地球化学行为，污染趋势呈现从沿岸带向湖心加重趋势；Cd污染的空间分布呈现从西南、东北沿岸向湖心梯度降低趋势，Cd在卧龙湖沉积物中的富集有着较独立的形成因素，污染可能与西马莲河河水的注入及康平镇污水处理厂中的水排放有关；Zn污染的空间趋势是从北向南逐渐加重，污染原因有待于进一步研究。

关键词：卧龙湖 沉积物 重金属 地质累积指数 污染评价 空间分布

中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（a）-0096-04

水环境中的重金属污染是全球关注的环境问题之一。由于水体中的重金属会被其悬浮物吸附，经过沉积后最终在水体表层的沉积物中积累[1]，而长期的累积会导致沉积物中重金属含量是上覆水体中重金属含量的几倍至几十倍[2]，因此湖泊沉积物是湖泊水体污染物的主要蓄积场所，是水环境中重金属的“汇”和“源”，也是湖泊的潜在污染源[3-5]。沉积物中重金属的污染负荷和来源能够反映自然与人类活动对湖泊的影响，对其研究不仅能提供重金属的污染现状和历史，而且能为将来的研究提供基础资料[5]。

该文应用德国海德堡大学沉积物研究所Mullers教授提出的地质累积指数法（Igeo）定量评价卧龙湖表层沉积物中Cu、As、Cd、Pb、Zn 5种重金属的污染程度及其空间分布特征。

1 材料和方法

1.1 采样时间和点位设置

2014年5月，设置17个采样点，采用GPS定位。

1.2 分析方法

沉积物样品自然风干，剔除石块和植物残根，研磨过 100目尼龙筛。Cu、Cd、Pb、Zn按照《土壤环境质量标准》GB 15618-1995中相应方法测定，As参照《土壤质量 总汞、总砷、总铅的测定 原子荧光法》GB/T 22105-2008的方法测定。

1.3 地质累积指数计算和统计分析

地质累积指数（Igeo）的计算公式为：

式中：cn为实测重金属的质量分数；βn为当地沉积物重金属的背景值；1.5为考虑到成岩作用可能引起背景值波动而设定的常数。

地质累积指数与重金属污染程度的关系，Igeo≤0清洁；05严重污染。

应用统计学原理，采用克立格（Kriging）插值预测方法分析卧龙湖沉积物中重金属的空间分布特征；采用SPSS 22.0单因素方差分析卧龙湖沉积物中各种重金属的差异性。

2 结果与讨论

2.1 卧龙湖沉积物中重金属污染评价

地球化学背景参考值，选定康平县土壤环境中重金属元素的背景值作为计算依据，取Cu、As、Cd、Pb、Zn金属背景参考值分别为4.30 mg/kg、4.62 mg/kg、0.04 mg/kg、7.30 mg/kg、11.40 mg/kg。

卧龙湖沉积物中重金属地质累积指数特征见图1和表1。卧龙湖沉积物中5种重金属地质累积指数的顺序为Cd>Cu>As>Zn>Pb，Igeo均值1.56，总体呈偏中度污染。沉积物中5种重金属的污染程度：Cd为偏重污染；Cu为中度污染；As为偏中度污染；Zn为轻度污染；Pb为清洁。各样点重金属污染程度差异较大，以Cd、Zn为首。Pb总体污染程度虽为清洁，但个别点位出现轻度和偏中度污染。

经单样本非参数K-S检验，卧龙湖沉积物中重金属Igeo值呈正态分布。单因素方差分析显示卧龙湖沉积物中5种重金属Igeo值差异极显著（P<0.01）。Levene方差齐性检验表明，显著性概率P=0.001<0.05，方差不齐。进一步的多重比较得出，除Cu和Cd之间（P=0.988>0.05）、As和Zn之间（P=1.000>0.05）、Pb和Zn之间（P=0.657>0.05）差异不显著，其他两两之间差异均显著（P<0.05）。

2.2 卧龙湖沉积物中重金属的相关性分析

对卧龙湖沉积物中的5种重金属Cu、As、Cd、Pb、Zn的Igeo值进行相关性分析，见表2。结果发现，除Cd与Cu、As，Cu与Zn外，其他相互间都存在相关性（P<0.05）。这说明卧龙湖中部分重金属元素的含量具有相近的变化趋势，在来源、运输、沉降、富集等方面有着十分相似的地球化学行为。Cd与其他重金属显著性稍差，且Cd在5种重金属中污染最重，说明Cd在卧龙湖沉积物中的富集有着较独立的形成因素。

2.3 卧龙湖沉积物中重金属空间变化特征

卧龙湖沉积物中5种重金属的空间分布图见图2。Cu、As、Pb 3种重金属的污染趋势总体上呈现从沿岸带向湖心加重趋势。Cd污染的空间分布总体呈现从西南、东北沿岸向湖心梯度降低趋势，Zn污染的空间趋势是从北向南逐渐加重，北部清洁。流域内的沉积物进入湖泊后，被输送到低能量的深水区并永久沉积[6]，Cu、As、Pb 3种重金属污染的分布正符合这一规律，间接说明Cu、As、Pb的污染历史比较久远，污染物已从湖岸带富集到湖心。湖泊的沉积物通常由流域的河流带入[7]，Cd污染的空间分布可能与西马莲河河水的注入及康平镇污水处理厂中的水排放有关。另外，水流对沉积物中重金属含量的分布也有一定的影响[7]。

3 结语

卧龙湖沉积物中重金属元素含量已受到人类活动干扰，总体呈偏中度污染。5种重金属污染的顺序为Cd>Cu>As>Zn>Pb，Igeo值差异极显著（P<0.01）。Cu、As、Pb 3种重金属在来源、运输、沉降、富集等方面有着十分相似的地球化学行为，污染历史比较久远，污染物已从湖岸带富集到湖心，污染趋势呈现从沿岸带向湖心加重趋势；Cd污染的空间分布呈现从西南、东北沿岸向湖心梯度降低趋势，Cd在卧龙湖沉积物中的富集有着较独立的形成因素，污染可能与西马莲河河水的注入及康平镇污水处理厂中的水排放有关；Zn污染的空间趋势是从北向南逐渐加重，污染原因有待于进一步研究。

参考文献

[1] 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.

[2] 陈静生，王飞越，宋吉杰，等.中国东部河流沉积物中重金属含量与沉积物的主要性质的关系[J].環境化学，1996，15（1）：8-14.

[3] MilenkovicN，Damijanovic T M，Ristic M.Study of heavy metaipollution in sediments from the iron gate（Danube River），Serbia and Montenegro[J].Polish Journal of Environmental Studies，2005，14（6）：781-787.

[4] 刘俐，宋存义，熊代群，等.渤海湾表层沉积物重金属在不同粒级有机-矿质复合体中的分布[J].环境科学研究，2006，19（1）：75-79.

[5] 杨学芬，熊邦喜，杨明生.武汉南湖沉积物的重金属污染状况评价[J].应用与环境生物学报，2009，15（4）：515-518

[6] Jacob Kalff.湖沼学：内陆水生态系统[M].北京：高等教育出版社，2011.

[7] 徐霖林，马长安，田伟，等.淀山湖沉积物重金属分布特征及其与底栖动物的关系[J].环境科学学报，2011，31（10）： 2223-2232.