陳興仁

（安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽合肥 230001）

河流懸浮物是流域各種類物質(zhì)遷移的重要載體。研究河流懸浮物中重金屬元素的分布特征，對于追蹤流域內(nèi)重金屬元素的來源及其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律具有重要意義。國內(nèi)外學(xué)者都十分重視河流懸浮物的調(diào)查和研究，利用各種采樣方案揭示懸浮物及其中污染物的含量、輸出通量、季節(jié)變化、空間差異、污染物存在形式及其來源等［1－8］，獲得了豐富的地球化學(xué)基礎(chǔ)資料。

多目標(biāo)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果表明，長江流域安徽段沿岸沖積平原土壤中Cd等多種重金屬元素富集的現(xiàn)象十分明顯。然而目前對這些重金屬富集帶的成因還缺乏較為深入的研究，本文利用不同季節(jié)懸浮物采樣分析結(jié)果，探討安徽省境內(nèi)長江支流懸浮物重金屬元素分布特征，分析其主要來源及其對沿江地區(qū)土壤重金屬元素富集的影響。

1 研究方法

在安徽省長江主要支流皖河、秋浦河、青通河、順安河、青弋江、水陽江和裕溪河的入江口或入湖口附近分枯水期和豐水期2次采集河流懸浮物樣品?？菟跇悠凡杉?005年1月，豐水期樣品采集于2005年9月。首先對濾膜進行室內(nèi)恒重和稱量后進行空白濾膜本底分析。在現(xiàn)場用無污染容器采集待過濾水樣，用孔徑為0.45μm的玻璃纖維濾膜過濾水樣，將懸浮物樣品連同濾膜風(fēng)干后裝袋。同時在懸浮物采樣點上游1 km范圍內(nèi)多點采集表層（0～2 cm）沉積物混合樣品，風(fēng)干后過60目篩。

懸浮物和沉積物樣品消解后測定As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn等重金屬元素質(zhì)量比。其中Cd、Pb、Cu用等離子質(zhì)譜法（ICP－MS）測定，As用氫化物－原子熒光光譜法（HG－AFS）測定，Zn、Ni用等離子發(fā)射光譜法（ICP－OES）測定，Hg用冷蒸氣－原子熒光光譜法（CV－AFS）測定。測試過程中按照多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查的規(guī)范要求插入國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，并按10%的比例進行重復(fù)分析，以保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和精密性。所有分析結(jié)果均達到規(guī)范的要求。

2 結(jié)果與討論

各支流懸浮物的質(zhì)量濃度見表1所列。

表1 采樣期間各支流水體懸浮物質(zhì)量濃度 g／L

由表1可見，除水陽江外，各支流豐水期懸浮物質(zhì)量濃度遠低于枯水期。各支流豐水期平均質(zhì)量濃度為0.006 6 g／L，與枯水期相比降低了90倍。其主要原因可能是豐水期長江干流水位高出支流水位，致使支流入江口附近水流滯緩，搬運能力降低，懸浮物沉降較快。加上豐水期水量較大的稀釋作用，導(dǎo)致河水中懸浮物質(zhì)量濃度顯著降低。

各河流懸浮物中重金屬元素質(zhì)量比差異較大，見表2所列。除Pb外，順安河懸浮物中的重金屬質(zhì)量比均為最高，皖河懸浮物重金屬質(zhì)量比大都為最低。順安河懸浮物Cd質(zhì)量比比皖河高2個數(shù)量級，Cu和Zn的質(zhì)量比比皖河高約1個數(shù)量級，說明各流域內(nèi)各種自然和人為因素對懸浮物重金屬元素的質(zhì)量比有著極為顯著的影響。銅陵地區(qū)所在的順安河流域于不同地質(zhì)時期形成了豐富的黑色金屬、有色金屬以及硫鐵礦等多種礦產(chǎn)。成礦過程中Cd等重金屬元素作為成礦或伴生元素在圍巖和礦石中富集，因而土壤母質(zhì)中的重金屬質(zhì)量比普遍較高。

由于銅陵地區(qū)采礦業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)是當(dāng)?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè)，礦業(yè)廢水、廢氣排放以及礦業(yè)固體廢物的不當(dāng)處置導(dǎo)致Cd等重金屬元素直接和間接排入河流之中。而皖河等流域成礦作用較弱，區(qū)內(nèi)相關(guān)高污染工業(yè)也相對較少，因而這些河流懸浮物中的重金屬質(zhì)量比相對較低。

表2 各支流懸浮物中重金屬元素的平均質(zhì)量比 mg／kg

文獻［8］于2000年11月和2001年5月2次在銅陵附近的長江大通水文站處采集長江懸浮物樣品并測定了常量金屬元素和部分微量元素的質(zhì)量比。其結(jié)果顯示2次測定的Pb、Cu和Zn的質(zhì)量比差異不大，其平均值分別為86.0、56.9、 233.8 mg／kg?？梢姲不臻L江支流懸浮物的Pb質(zhì)量比與長江干流相當(dāng)，而Cu和Zn的質(zhì)量比明顯高于長江干流。

各采樣點匯水區(qū)的水系沉積物中重金屬平均質(zhì)量比和土壤平均質(zhì)量比相比，兩者較為接近。說明匯水區(qū)地表的顆粒物質(zhì)經(jīng)過沖刷和搬運而形成的水系沉積物基本反映了流域內(nèi)土壤重金屬元素的平均質(zhì)量比。因此，以水系沉積物和土壤為參照而得到的懸浮物中重金屬元素富集系數(shù)也十分接近，見表3所列。由表3可以看出，懸浮物中Cd的富集程度遠遠大于其他元素，平均富集系數(shù)超過30。Cu的富集程度次之，Hg、Zn的富集程度約6倍左右。Pb、Ni的富集程度相對較低，約為2倍左右。

表3 各支流懸浮物中重金屬元素的平均富集程度

各支流懸浮物重金屬質(zhì)量比相對于流域土壤平均值均呈顯著富集，見表4所列。但不同流域、不同元素富集程度各有差異?？傮w上以Cd富集程度最高，各流域富集系數(shù)大多大于5，其中順安河的富集系數(shù)高達282。其次為Hg、Zn和Cu，其富集系數(shù)大多在2倍以上，As和Ni的富集程度相對較弱。

表4 各支流懸浮物中重金屬元素的富集系數(shù)

土壤侵蝕和雨水對地表其他顆粒物質(zhì)的沖刷和搬運過程中，粒徑較細的黏粒和粉粒由于質(zhì)量較輕而易于進入水體，并往往呈懸浮態(tài)遷移。細級的顆粒物中石英、長石等原生礦物較少，次生黏土礦物和有機物顆粒所占比例較高。這些無機和有機膠體比表面積大，并且往往帶有較多的負電荷，因而具有很強的吸附性能，對重金屬離子的富集能力很強，而對主要以砷酸根形式存在的As，其富集能力相對較弱一些。

順安河懸浮物中多數(shù)重金屬富集系數(shù)顯著高于其他河流，說明流域內(nèi)人為活動造成的污染較為嚴(yán)重。該河流懸浮物中重金屬的富集途徑不僅是流域表面細顆粒物質(zhì)的選擇性侵蝕，還應(yīng)當(dāng)與重金屬污染物向河流的直接排放有關(guān)。該流域內(nèi)礦山密集分布，采礦、加工和冶煉企業(yè)眾多，由于污染治理和環(huán)境管理措施較為落后，導(dǎo)致重金屬污染物的擴散加劇。因此，懸浮物中重金屬的富集系數(shù)顯著高于其他河流可能是人為污染較為嚴(yán)重的標(biāo)志。

為對比山洪前后懸浮物中重金屬質(zhì)量比的變化，于2005年9月豐水期在水陽江中游雙橋鎮(zhèn)分別采集了山洪前和山洪期的懸浮物樣品。結(jié)果顯示山洪前后江水中的懸浮物質(zhì)量濃度分別為0.001 g／L和0.033 g／L，山洪期水體懸浮物質(zhì)量比是山洪前的33倍。山洪期懸浮物中的重金屬質(zhì)量比大大低于山洪前，見表5所列，其中Cd、Pb、Zn、As的質(zhì)量比要低約近1個數(shù)量級，Hg質(zhì)量比也只有山洪前的1／2。這是因為洪水期間水動力條件發(fā)生了較大變化，河水搬運能力大大增加，河流懸浮物的粒徑變粗的緣故。這一現(xiàn)象進一步說明了細粒級懸浮物對重金屬元素的富集作用。

表5 水陽江中游山洪前、后重金屬元素的質(zhì)量比 mg／kg

長江支流懸浮物調(diào)查結(jié)果在一定程度上說明沿江沖積平原區(qū)土壤中Cd等重金屬元素的富集是一種自然過程。在上游土壤侵蝕和其他地表物質(zhì)沖刷搬運過程中，富含重金屬元素的細粒級的顆粒物優(yōu)先被侵蝕，從各處匯集至河道中，并可以搬運較長的距離，之后在下游地區(qū)沉積。由此形成的河流沖積物母質(zhì)中重金屬元素的背景含量較高。同時由于沖積平原地勢較低，土壤在形成和發(fā)育過程中還會頻繁地被洪水淹沒，又有新的河流懸浮物質(zhì)不斷沉積在表層土壤，導(dǎo)致重金屬物質(zhì)在其中的進一步富集。沿江地區(qū)土壤Cd的富集較其他元素更為顯著，應(yīng)當(dāng)與Cd在懸浮物中的富集系數(shù)大于其他元素有關(guān)。

3 結(jié) 論

安徽長江支流懸浮物中的重金屬元素富集現(xiàn)象明顯，相對于流域土壤平均質(zhì)量比，懸浮物中重金屬元素的富集系數(shù)為Cd＞Cu＞Zn＞Hg＞Pb＞Ni，其中Cd的富集系數(shù)超過30倍。順安河懸浮物多數(shù)重金屬的富集系數(shù)顯著較高，是因為該流域內(nèi)人為排放的污染物較多。

沿江沖積平原區(qū)土壤中Cd等重金屬元素的富集在一定程度上是一種自然過程。由于富含重金屬元素的細粒級的顆粒物優(yōu)先被侵蝕和搬運，由此形成的河流沖積物母質(zhì)中重金屬元素的背景含量較高。沿江地區(qū)土壤Cd的富集較其他元素更為顯著，應(yīng)當(dāng)與Cd在懸浮物中的富集系數(shù)大于其他元素有關(guān)。

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