百花湖麦西河口沉积物剖面重金属的形态分布.docx

1、百花湖麦西河口沉积物剖面重金属的形态分布高加董娴，梁龙超，张勇，陈卓*(贵州师范大学化学与材料科学学院，贵州贵阳550001)摘要为揭示贵阳市百花湖入湖河口麦西河口沉枳物制面中受金属的形态分布特征，采用柱状采泥器通过临水垂直插曾法采集沉枳物样品。借鉴改进Tessier五步连续提取法对沉积物中4种重金属Cd、Cu、Zn、Pb的形态在念向上的分布进行测定，并对其总量进行讨论c站果表明：重金属总量由大到小的顺序为：Zn、Cu、Pb、Cd，含量分别为190.53302.08、82.44192.37、21.6794.70、0.13-1.86mkgo其中，Cd主要以高子交换态、铁软化物馅合态存在;Cu主要

2、以有机质及琉化物结合态和残渣晶格结合态存在;Pb与Zn主要以有机质及琉化物姑合态、铁/侣火化物结合态和残渣品格结合态存在。4种重金属的总量和形态在垂向上的分布因重金属种类不同而有所差异，呈现出垂向分布的不规律性。关键词入湖河口；重金属；形态；沉积物;Tessier法中图分类号S273.3文献标识码A文章编号0517-6611(2012)12-07303-03TheMorphologyDistributionofHeavyMetalsintheSectionofMaixiEstuarySedimentsinBaihuaLakeGAOJingetal(SchoolofChemistryandMat

3、erialScience,GuizhouNormalUniversity,Guiyang,Guizhou550001)AbstractInordertorevealthemorphologydistributioncharacteristicsofheavymetalsinprofileofMaixiestuarysedimentsofBaihuaIkeinGuiyangCity.acolumnarsedimentsamplerthroughwaterverticalintubationwasadoptedtocollectsedimentsamples.Theverticaldistribu

4、tionoffourheavymetalsCd,Cu,ZnandPbinsedimentsweredeterminedbyusingimprovedTessiersequentialextracUonmethod.TheresultsshowedthattheorderoftotalcontentofheavymetalsisZn(190.53-302.08mg/kg)>Cu(82.44-192.37mg/kg)>Pb(21.67-94.7mg/kg)>Cd(0.13-1.86mg/kg).Amongwhich,CdexistedasionexchangestateandFc

5、-Mnoxide(brm；Cuexistedasorganicsulfidecombiningformandresiduelatticecombiningform；PbandZnexistedasorganicsulfidecombiningform,Fe/Mnoxideformandresiduelatticecombingform.Theverticaldistributionoftotalamountoffourheavymetalsandfonnvariedwithheavymetalspecies,indicatingnoregularityofverticaldistributio

6、n.KeywordsEstuaryofthelake；Heavymetal；Morphology；Sediment;Tessiermethod城市流域性的湖泊与人类生活息息相关,而在人口稠密的地区，湖泊所受的污染也越来越严重。进入湖泊的重金属通过絮凝或沉淀作用，多数进入沉积物中。当水体周围的环境条件发生改变时，随着沉积物深度的不同,沉积物中不同形态的重金属复溶到水中的情况也各不相同。对重金属的形态分析可以提供有关重金属的潜在迁移性、生物有效性及生态毒性等方面的有效信息。因此，在研究沉积物中重金属总量的同时,分析其存在形态就显得尤为重要。沉积物中不同的地球化学组分结合重金属元素后,所形成的不同物

7、理化学形态具有选择性和专一性，因此可使用不同的提取剂，按照结合程度由弱到强的顺序，对沉积物中同一重金属元素的不同形态组分进行分离提取，以测定与沉积物中不同组分相结合的重金属元素含量4句。目前公认的鉴定土壤与沉积物中痕量重金属形态的经典方法,是加拿大学者A.Tessier于1979年首次提出的多级连续提取形态分类法。该方法将重金属分为5种结合形态:即金属可交换态（可交换态）、碳酸盐结合态（碳酸盐态）、铁（铉）氧化物结合态（铁/铉态）、有机质及硫化物结合态（有机态）、残渣晶格结合态（残渣态），该方法经过较长时间的研究和严格测试，已被广泛应用于土壤和沉积物重金属的形态分析中。百花湖水库作为贵州省贵阳

8、市主要饮用水源之一，担负着发电、农灌、养殖、防洪、调节气候、改善生态环境等多种功基金项目贵卅省科技支撑计划项目（吟科合SY字20113079）；责阳市科学技术计划项目（2010筑科农合同字第5-2号）。作者简介高姑（1986-），女，黄卅贵阳人.硕士研究生，研究方向：环境分析化学。，通讯作者，教授，硕士生导师，硕士，从事环境分析化学方西的研,E-mail:chenzhuol9。收稿日期2012-01-29能。麦西河流域位于贵阳市西北部、清镇市东北部,发源于贵阳市乌当区野鸭乡小龙源，至金阳新区麦乃村附近入百花湖，河流全长9.5km,多年平均径流量0.26亿H。麦西河作为入湖河口，是面源和点源污染

9、流入水库较集中的地方，沿途流经贵州化肥厂和贵州砂轮厂，工厂排放含重金属的废水也必然会对水体造成潜在污染危害。而麦西河口沉积物重金属剖面形态分析方面的研究目前尚未报道。因此，该研究测定麦西河口沉积物中页金属Cd、Cu、Zn、Pb的总量，采用改进的Tessier法上对其形态进行了提取测定，研究了沉积物剖面中重金属总量和形态的垂直分布特征，以期为城市流域性的湖泊和河道的重金属污染治理提供借鉴。1材料与方法1.1试验材料采用长度为65cm,内径6cm的SWB-1型柱状采泥器""于2010年8月在麦西河口采取沉积物剖面样品,采集沉积物柱芯样品，长度为34cm。利用虹吸法吸出界面水，对

10、沉积物原柱进行现场分层,用分样装置以2cm间隔精细分截,同层泥样混匀后装入聚四氟乙烯袋，排出空气后当天运回实验室，白然风干、混合均勾，玛瑙研钵研磨后过100目尼龙筛，放干燥器中保存,备用。1.2试剂及仪器所有溶液均使用去离子水配置,所有化学试剂均为分析纯。样品采集使用SWB-1型柱状采泥器，重金属的测定使用PerkinElmer公司AAnalyst800原子吸收光谱仪,YY3横向加热石墨管,AS800自动进样器。离心采用上海安亭Anke-TDL4）B离心机。1.3样品采集与测定1.3.1采集方法。用柱状采泥器通过临水垂直插管法采集沉积物柱芯样品。经多次采集选取沉积物界面水澄清及垂直分层清晰完整

11、的柱芯为分析对象。1.3.2分析与测定方法。样品中重金属总故的前处理均参照国家环保总局的水与废水检测分析方法中的要求进行，各重金属形态的提取操作步骤参照龚度等伊和ATessier等“°)研究中的要求进行。对各巽取步骤上清液中重金属元素Zn、Cu的含量:用火焰原子吸收分光光度法测定，重金属Cd、Pb的含量用石墨炉原子吸收分光光度法测定。数据处理应用软件OHgin7.5进行分析。2结果与分析2.1沉积物中重金属总的垂直分布对重金属总精的了解可以明确河口沉积物的污染情况，以及沉积物垂直污染年度的分布信息，5-W；o由图1和表1可知，在麦西河口34cm的沉积物(pH=7.81)中,4种重金属

12、总量为:Zn>Cu>Pb>Cd,含量范闱分别为190.53302.08*kg、82.44192.37mg/kg、21.6794.70mg/kg、0.131.86mg/kgoCd的平均含址是土壤环境质址二级标准的1.08倍，小于我国湖泊沉积物的平均值，在8cm处的峰值为1.38mg/kgo随深度的增加其总量趋于稳定。Cu的平均含量是土壤环境质量二级标准的1.26倍,是我国湖泊沉积物平均值的2.6倍,其含扯在表层08cm时较高,6cm时达最大值，为192.37mg/kg0Cu的总最随深度的增加呈先上升后逐渐下降最后变成锯齿多峰的分布特征。Zn的平均含量比土壤环境质量二级标准值小,

13、是我国湖泊沉积物平均值的1.5倍，其含址在2434cm处较高,24cm时达最大值为302.08mg/kg,其总量变化趋势与其他元素不同,Zn的总量随深度的增加呈先下降后逐渐上升趋势。Pb的平均含量均小于土壤环境质量二级标准与我国湖泊沉积物的平均值,在表层2cm处较高,4cm后又迅速降低。其总最变化趋势与Cu相似，不同的是Pb随沉积物由浅至深其总量略显上升。根据参照标准的不同，不同重金属元素的污染顺序也各异，以土壤环境质量二级标准为:Cu>Cd>Zn>Pb；以我国湖泊沉积物重金属含量平均值作标准为:Cu>Zn>Pb>Cd。金jtRmg/kg图1麦西河口沉积物中

14、3、11、211、11>含的垂直分布2.2沉积物中重金属形态的垂直分布该研究采用改进的Tessier五步连续提取法区分麦西河口沉枳物中重金属Cd、Cu.Zn.Pb的5种结合形态。由图2可知,在不同深度,Cd主要以可交换态和铁/链态存在，同时还存在少量的残渣态与表1各重金履元素的平均含及相关标准mg/kg一白花湖麦西河口沉积土填环境质械二级我国湖泊沉积物重兀物重金属总所平均值标准"I(pH>7.5)金属含散平均值3)Cd0.650.60.94Cu126.3710048.00Zn239.55300160.64Pb33.2635038.03有机态。418cm.20-26cm,C

15、d的可交换态分别占24.38%-66.67%.26.56%-33.96%,8-10cm.1834cm铁/铤态分别占52.75%.24.30%69.32%。Cd的可交换态与残液态随深度的增加逐渐降低，铁/铉态的百分率随深度增加逐渐升高，有机态的百分率随深度的增加变化较小。Cu主要以有机态与残渣态存在，在1824cm还存在一定址的可交换态，占29.63%-58.37%o216cm.2634cm.Cu的有机态分别占45.94%-52.96%.20.77%-42.54%,残渣态在整个垂向上都大量存在，占32.07%72.21%。Cu的有机态随深度的增加逐渐降低,残渣态的百分率随深度的增加逐渐增加。Zn

16、主要以有机态、铁/铉态及残渣态存在，分别占20.85%34.08%.25.05%36.74%、30.46%79.75%。此外，在46cm、1618cm,Zn的可交换态百分率明显高于其他层。有机态、铁/信态及残渣态在垂向上的含最分布比较相似，随着深度的增加，含量变化不大。Pb主要以残渣态存在，占16.62%-87.66%,部分深度还以有机态和铁/候态存在,分别占7.60%55.78%、0.07%36.84%。由于深度的不同，用在垂向上各形态的百分含量分布表现出极不规律的特征。由于这4种重金属在碳酸盐态中的含虽均较少，所以很难看出各重金属碳酸盐态随深度的变化规律。由此可见，随着深度的增加，各重金属

17、的形态在垂向上的分布具有不同的变化趋势，同一元素在不同深度中的形态分布变化不大，而不同元素在同一深度中的形态分布则不尽相同，呈现出垂向分布的不规律性。3结论与讨论(1) 上述重金属总量特征表明，沉积物中重金属Cd、Cu、Zn、Pb的总量由大到小的顺序依次为:Zn、Cu、Pb、Cd。其中，Cu的平均总量超标最多，污染状况最为严虱其次是Cd、Zn,沉积物基本未受到重金属Pb的污染。(2) 随沉积物深度的增加,Pb的总量变化与Cu相似，都呈现出锯齿多峰的分布特征。这可能与复杂的水文环境、口然水体扰动促进重金属解析和Cu在沉积过程中再迁移的状况有关。由于沉积过程的非线性，重金属难以形成一定线性规律的分

18、布状态(。同时,Cu的总量随深度的增加先上升后逐渐下降,Pb随沉积物深度的增加其总量略显上升,Cd的总量变化趋于稳定。这可能与上游沿岸的砂轮厂、化肥厂生产过程中向河中排放含有这些重金属的废水，页金属在水体中随悬浮物的沉降进入沉积物，从而造成Cu、Cd含说升高,而工业废水及居民生活用水中Pb含其较低,且无外源污染河流的汇入,因此,Pb在整个垂向分希'中总员都较低。Zn的总量随深度的增加呈先稳定不变后上升的趋势，这可能由于含Zn饲料流失的影响所致，后经严格控制，表层Zn总量Zn易于被生物体所利用，麦西河周边受到曾经养殖业施加降低。残渣晶格结全态有机质及础匕物结合态口铁性级化物结合志碳成盐诂

19、合态金属可文换态0022gSSP?0022gSSP?2S5SR裁0ca圳MMMHIIIIII«>2SgSK»林Ucm2g58ft就gem图2麦西河口沉祝物中重金雇形态的垂直分布(3) Cd主要以离子交换态、铁/链氧化物结合态存在;Cu主要以有机质及硫化物结合态和残渣晶格结合态存在;Pb与Zn主要以机质及硫化物结合态、铁/锭氧化物结合态和残渣晶格结合态存在。除Cd外,各元素生物可利用性最高的可交换态含量普遍较低，说明Cd活动性较强,容易发生再迁移,因而是沉积物中风险最大的重金属元素。Cu的有机态含量较高，这可能与Cu易于形成难分解的有机络合物和硫化铜等难分解矿物的性质有

20、关。Zn有机态、铁/铉态含量较高，与Zn通过化学键与有机质结合起来,只有在强氧化条件下才能被分解有关。同时，天然水中的铁铉氧化物以铁钻结核或凝结物的形式存在于沉积物颗粒上，是微量重金属极好的吸着剂，或本身就是氢氧化物沉淀，这部分重金属本身不易释放,但在水体氧化还原电位降低时易释放。Pb的有机态、铁/铉态含量较高,可能与沉积物中存在较多的有机物和硫化物污染物有关,Pb易与这二者结合而形成有机态和铁/铉态，从而降低了Pb的可交换态含量:。此外,各重金属均存在含量较少的碳酸盐结合态，这是由于周围工厂所排放的酸性废水，使水体的pH值降低，促使碳酸盐态中的重金属释放出来的缘故。这些释放出来的重金属与易溶

21、于水相的Cd可交换态，都会对水体环境造成影响，加重麦西河口重金属二次污染的潜在危害，应予以重视C(4) 4种重金属的形态在垂向上的分布具有不同的变化趋势，同一元素在不同深度中的形态分布变化不大,而不同元素在同一深度中的形态分布则不尽相同，呈现出垂向分布的不规律性。参考文献吕文英，周树杰,雷颖欣.珠江广州段东朗断面沉积物中重金属污染研究J.环境科学与技术,2009,32(5)：】83-186.1 HUANGXF,HUJW.DENGJJ.etal.SpeciationofheavymetalsinsedimentsfromBaihuaIikeandAhalakeJ.ChcmEng,2009,4：6

22、35-642.2 冯;蝌，梁亮侏英，等.河流沉积物沉积物的形态分析(II)一Tessier形态分类法J.山东大学学报:理学版,2004,39(6):101107.3 王沛芳，邹丽敏，王超，等.玄武湖沉积物中重金属的垂直分布J.长江流域资源与环境,2010,19(5)：547-552.4 KERSTINGAB.EFURDDW,FINNEGANDLMigrationofplutoniumingroundwalerattheNevadaTestSileJ.Nature,1999,397：56-59.5 KENNEDYVH.SANCHEZAL.OUGHTONDH.UseofsingleandsequentialchemicalextractiontoassessradionuclideandheavymrtalavailabilityfromsoilsforrootuptakesfJ.Analyst,1997,122：89-100.6 谢伟芳，夏品华，林陶，等.喀斯特山区溪流上覆水一孑IM水