蔡 曄, 林休休

(1.蘇州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心, 江蘇 蘇州 215004; 2.蘇州市職業(yè)大學(xué) 教育與人文學(xué)院, 江蘇 蘇州 215104)

長(zhǎng)江三角洲近岸水域表層沉積物重金屬分布特征及其影響因子

蔡 曄1, 林休休2

(1.蘇州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心, 江蘇 蘇州 215004; 2.蘇州市職業(yè)大學(xué) 教育與人文學(xué)院, 江蘇 蘇州 215104)

采用ICP-MS測(cè)定了不同季節(jié)長(zhǎng)江三角洲沉積物中重金屬(Ni，Cu，Cr，Zn，Cd和Pb)含量并探討了其影響因子。結(jié)果表明：(1) 長(zhǎng)江三角洲沉積物中Pb和Zn占重金屬總量比例最高，Hg和Cd占重金屬總量比例較小；沉積物重金屬含量均以秋季和冬季最高，夏季次之，春季最低。(2) 長(zhǎng)江三角洲沉積物中Cr，Cu和Ni元素均以殘?jiān)鼞B(tài)為主，Zn和Cd主要以弱酸提取態(tài)為主，Pb較均勻地分布于不同形態(tài)中。(3) 長(zhǎng)江三角洲沉積物中pH值和電導(dǎo)率基本表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季，其中秋季和冬季pH值差異不顯著(p>0.05)，二者顯著低于春季和夏季(p<0.05)；沉積物中全碳、全氮、全磷和全鉀含量均以秋季和冬季最高，夏季次之，春季最低，其中不同季節(jié)全氮和全鉀含量差異均顯著(p<0.05)。(4) Pearson相關(guān)性分析可知，長(zhǎng)江三角洲沉積物中Cr，Pb，Cd的弱酸浸提與重金屬總量之間表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系(p<0.05)，而6種重金屬元素的可還原態(tài)與重金屬殘?jiān)鼞B(tài)之間沒有顯著的相關(guān)性(p>0.05)；Cr，Cu，Pb的弱酸浸提與可還原態(tài)沒有顯著的相關(guān)性(p>0.05)，Ni，Zn和Cd的弱酸浸提與可還原態(tài)具有顯著的相關(guān)性(p<0.05)。(5) 長(zhǎng)江三角洲沉積物中6種重金屬元素的不同形態(tài)均與養(yǎng)分等指標(biāo)存在顯著的正相關(guān)性，而pH值和電導(dǎo)率與不同形態(tài)重金屬呈負(fù)相關(guān)，全碳含量是控制長(zhǎng)江三角洲沉積物重金屬元素分布的主要因素。

長(zhǎng)江三角洲; 沉積物; 重金屬; 影響因子

重金屬是一種難降解、累積性的元素，通過(guò)生物化學(xué)循環(huán)或食物鏈在生態(tài)系統(tǒng)中積累，導(dǎo)致水體凈化效能降低或水體富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成直接或潛在的危害[1-2]。沉積物是污染物的重要載體，當(dāng)沉積物—水界面的理化條件發(fā)生改變時(shí)，沉積物中的重金屬會(huì)再次釋放，成為“二次污染源”，影響上覆水體的水質(zhì)，從而成為重金屬污染的源[3-5]。因此，研究沉積物中重金屬的遷移—轉(zhuǎn)化行為是重金屬污染評(píng)價(jià)和調(diào)控的重要基礎(chǔ)[6]。我國(guó)重金屬污染情況十分令人擔(dān)憂，三角洲地區(qū)作為重金屬污染物的有效匯集庫(kù)，盡管三角洲通過(guò)一系列生化過(guò)程對(duì)重金屬進(jìn)行一定的吸收、固定和轉(zhuǎn)化，但當(dāng)重金屬超過(guò)其承受閾值，會(huì)重新釋放并形成二次污染，通過(guò)食物鏈威脅人類的生存和生態(tài)系統(tǒng)的健康[7-8]。沉積物重金屬含量是生態(tài)系統(tǒng)中極其重要的生態(tài)因子，顯著影響著生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和多樣性，因而一直倍受濕地生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)等多個(gè)學(xué)科的關(guān)注。

長(zhǎng)江三角洲是比較年輕、成土較快的河口三角洲，也是暖溫帶保存最完整、典型和年輕的濕地生態(tài)系統(tǒng)，在長(zhǎng)期的河、海、陸相互作用下，發(fā)育形成了多種多樣的生態(tài)系統(tǒng)[9-10]。作為長(zhǎng)江入海的最后屏障，擁有豐富的水資源，集飲用、灌溉、漁業(yè)、航運(yùn)、納污等多功能于一體，為各種水生植物和動(dòng)物的生存提供了良好的環(huán)境條件，一直受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注和廣泛研究[11]。隨著長(zhǎng)江三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)的開發(fā)，化石燃料燃燒、土地利用方式、石油開發(fā)和農(nóng)業(yè)開墾等高強(qiáng)度人為活動(dòng)綜合作用，再加上自然和人文因素的雙重影響，導(dǎo)致長(zhǎng)江三角洲生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重的退化，沉積物重金屬污染也呈現(xiàn)出惡化的趨勢(shì)，這些直接危害了兩岸人民群眾的身體健康和生命安全，科學(xué)、妥善處理長(zhǎng)江三角洲沉積物重金屬帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)迫在眉睫[12]。近年來(lái)，大量學(xué)者對(duì)長(zhǎng)江三角洲濕地重金屬污染特征進(jìn)行了系列研究，主要集中在水體和沉積物重金屬空間分布規(guī)律、影響因素等方面，但關(guān)于長(zhǎng)江三角洲濕地重金屬污染程度，尤其不同季節(jié)重金屬污染特征及其影響因子研究尚鮮見報(bào)道。因此，本研究對(duì)比分析不同季節(jié)長(zhǎng)江三角洲近岸水沉積物重金屬分布特征及其影響因子，有利于深入剖析重金屬的生物地球化學(xué)過(guò)程，對(duì)降低重金屬危害，恢復(fù)和保護(hù)長(zhǎng)江三角洲生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展、退化濕地生態(tài)恢復(fù)和治理具有重要作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)江三角洲北起通揚(yáng)運(yùn)河，南抵錢塘江、杭州灣，西至南京，東到海邊，包括上海市全部、江蘇省南部和浙江省的杭嘉湖平原，是長(zhǎng)江入海之前的沖積平原和中國(guó)第一大經(jīng)濟(jì)區(qū)。在全國(guó)經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，被譽(yù)為中國(guó)的“金三角”，國(guó)家定位的我國(guó)綜合實(shí)力最強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)中心、亞太地區(qū)重要國(guó)際門戶、全球重要的先進(jìn)制造業(yè)基地、我國(guó)率先躋身世界級(jí)城市群的地區(qū)，現(xiàn)已是國(guó)際公認(rèn)的六大世界級(jí)城市群之一。研究區(qū)位于長(zhǎng)江三角洲(江蘇段)，總面積21萬(wàn)km2，岸線平直，具有一條寬約幾千米到幾十千米的潮間帶淺灘。屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，光照充足，四季分明，雨量充沛，雨熱同期，水道縱橫，湖蕩棋布，有水鄉(xiāng)澤國(guó)之稱，過(guò)去47年和25年期間，長(zhǎng)江三角洲年均氣溫、年均最高和最低氣溫都顯著增加，增溫率都是冬季和春季較高，夏季最低。土地肥沃，農(nóng)業(yè)產(chǎn)水稻、棉花、小麥、油菜、花生、魚蝦等，是中國(guó)人口最稠密的地區(qū)之一。土壤類型為潮土、鹽土和濱海鹽土。長(zhǎng)三角地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型復(fù)雜，地表植被多樣化。主要土地利用類型可分為耕地(包括水田和旱地)、林地(包括有林地、灌木林地、疏林地、其他林地)、草地(包括高復(fù)蓋度草地、中復(fù)蓋度草地和低復(fù)蓋度草地)、水域(包括河流、湖泊、水庫(kù)、坑塘、海涂和灘地)、建設(shè)用地(包括城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地和公交建設(shè)用地)和未利用地(包括裸土地和裸巖石用地)等。

1.2 樣品采集

2014—2015年分別在4月(春季)、8月(夏季)、10月(秋季)、12月(冬季)長(zhǎng)江三角州近岸邊采集沉積物，采樣點(diǎn)在距離岸邊100 m以內(nèi)(水面1 m左右)，在方圓200 m以內(nèi)取5個(gè)采樣點(diǎn)，共20個(gè)采樣點(diǎn)，采用直徑為5 cm的PVC管進(jìn)行取樣，預(yù)先用鐵桿測(cè)出水深和上層沉積物的厚度，然后在PVC管的相應(yīng)位置打上若干小孔，將PVC管扎入，直至無(wú)法繼續(xù)往下深入，拔出PVC管封住底部，截下含有沉積物的一段，現(xiàn)場(chǎng)用干冰覆蓋低溫密閉保存。

1.3 沉積物樣品預(yù)處理

1.3.1 沉積物養(yǎng)分的測(cè)定 土壤養(yǎng)分參考鮑士旦[13]方法測(cè)定：土壤顆粒組成采用比重法測(cè)定土壤pH值測(cè)定采用1∶2.5水土比浸提pH值玻璃電極法；電導(dǎo)儀測(cè)量電導(dǎo)率；全碳和全氮采用元素分析儀；全磷用NaOH熔融—鉬銻抗比色法；全鉀采用火焰分光光度計(jì)。

1.3.2 沉積物重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定 樣品經(jīng)自然風(fēng)干后，碾磨并過(guò)60目篩，稱取約0.500 0 g加工好的樣品(精確到0.000 1 g)經(jīng)HClO4-HNO3-HF消化處理，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)內(nèi)標(biāo)法測(cè)定土壤Zn，Cd，Pb，Cu含量，采用冷原子吸收微分測(cè)儀，為ICP配置氫化物發(fā)生器，確保所需儀器的靈敏度。同時(shí)取土壤樣品0.250 0 g(精確到0.000 1 g)于25 ml比色管中，加入新配(1+1)王水10 ml，于沸水浴中加熱2 h，其間要充分振搖兩次，冷卻至室溫后加入10 ml保存液，用稀釋液定容，搖勻，該消解液用來(lái)測(cè)定Hg。取靜置后的消解溶液5.00 ml于另一25 ml比色管中，加入50 g/L的硫脲溶液2.5 ml，鹽酸2.5 ml，定容至25 ml，該溶液用來(lái)測(cè)定As。ICP-MS的精確度在2%以下，回收率為95%以上，測(cè)定偏差控制在9%內(nèi)，每個(gè)土壤樣點(diǎn)的重金屬含量均以兩年的平均值來(lái)計(jì)算。沉積物重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算公式[12]：

(1)

式中：w為沉積物重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(干基)(mg/kg)；M為所測(cè)定的某種重金屬；c為ICP-MS測(cè)定預(yù)處理樣品得到的重金屬質(zhì)量濃度(mg/L)；n為ICP-MS測(cè)定時(shí)預(yù)處理樣品的稀釋倍數(shù)；m為沉積物樣品質(zhì)量(kg)；v為定容體積(L)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

Excel 2012和SPSS 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和方差檢驗(yàn)，單因素方差分析(One-way ANOVA)，顯著性用LSD法，Pearson相關(guān)系數(shù)法分析不同形態(tài)重金屬與養(yǎng)分之間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)江三角洲沉積物重金屬季節(jié)分布特征

圖1反映了長(zhǎng)江三角洲沉積物土壤重金屬季節(jié)分布狀況，由圖1可知，長(zhǎng)江三角洲沉積物中Cu濃度的變化范圍為121.3～213.7 mg/kg，基本表現(xiàn)為秋季>冬季>夏季>春季，其中秋季和冬季Cr濃度差異不顯著(p>0.05)；沉積物中Cd濃度的變化范圍為23.1～56.7 mg/kg，基本表現(xiàn)為秋季>冬季>夏季>春季，其中不同季節(jié)Cd濃度差異均顯著(p<0.05)；沉積物中Cu濃度的變化范圍為59.3～136.7 mg/kg，基本表現(xiàn)為秋季>冬季>夏季>春季，其中秋季和冬季Cu濃度差異不顯著(p>0.05)；沉積物中Zn濃度的變化范圍為95.6～23.54 mg/kg，基本表現(xiàn)為秋季>冬季>夏季>春季，其中秋季和冬季Zn濃度差異不顯著(p>0.05)；沉積物中Ni濃度的變化范圍為25.6～35.4 mg/kg，基本表現(xiàn)為秋季>冬季>夏季>春季，其中秋季和冬季Ni濃度差異不顯著(p>0.05)，夏季和冬季Ni濃度差異不顯著(p>0.05)；沉積物中Pb濃度的變化范圍為103.5～172.3 mg/kg，基本表現(xiàn)為秋季>冬季>夏季>春季，其中不同季節(jié)Pb濃度差異均顯著(p<0.05)。

2.2 長(zhǎng)江三角洲沉積物中重金屬形態(tài)分布特征

本研究中BCR順序提取法對(duì)沉積物中Cr，Ni，Cu，Cd，Zn和Pb的平均提取效率均高于95%，回收率較好。由圖2可知，長(zhǎng)江三角洲沉積物中Cr，Cu和Ni元素均以殘?jiān)鼞B(tài)為主，所占總量比例為85%～92%，45%～60%和55%～67%；Zn和Cd主要以弱酸提取態(tài)為主，所占總量比例為45%～52%，58%～70%；Pb以可氧化態(tài)為主，所占總量比例為25%～31%。因此，長(zhǎng)江三角洲沉積物中Zn，Cd和Cu的生物有效性較高，以弱酸浸提為主，對(duì)生物體的毒性較高，在正常條件下不利于碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬的釋放，因此長(zhǎng)江三角洲沉積物中Zn，Cd和Cu等元素的環(huán)境威脅不容忽視；Cr，Pb和Ni的弱酸浸提含量較低，生物可利用性較小，暫時(shí)對(duì)環(huán)境造成的影響較?。籆u和Zn的弱酸浸提所占比例比較高，被沉積物吸附是Cu和Zn的主要表現(xiàn)形式，隨著環(huán)境的改變，容易遷移到水環(huán)境中，其潛在危害較大。此外，重金屬可還原態(tài)作為弱酸浸提重金屬的另一個(gè)重要的組成部分，是指被包裹在鐵錳氧化物內(nèi)或者本身就是氫氧化物沉淀的這部分金屬，由于具有較強(qiáng)的離子鍵結(jié)合能力，所以這部分金屬不容易釋放出來(lái)，這種結(jié)合態(tài)的重金屬會(huì)被還原成為生物可利用態(tài)從而對(duì)水體造成二次污染，長(zhǎng)江三角洲沉積物中重金屬弱酸浸提和可還原態(tài)含量較高，表明人類活動(dòng)帶來(lái)污染源的可能性較大。

2.3 長(zhǎng)江三角洲沉積物養(yǎng)分季節(jié)分布特征

由圖3可知，長(zhǎng)江三角洲沉積物中pH值的變化范圍為6.02～6.89，基本表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季，其中秋季和冬季pH值差異不顯著(p>0.05)，二者顯著低于春季和夏季(p<0.05)；沉積物中電導(dǎo)率的變化范圍為82.3～123.6 μS/cm2，基本表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季，其中春季和夏季電導(dǎo)率差異不顯著(p>0.05)，二者顯著高于秋季和冬季(p<0.05)；沉積物中全碳含量的變化范圍為15.2～20.1 g/kg，基本表現(xiàn)為冬季>秋季>夏季>春季，其中秋季和冬季全碳含量差異不顯著(p>0.05)，二者顯著高于春季和夏季(p<0.05)；沉積物中全氮含量的變化范圍為1.03～2.21 g/kg，基本表現(xiàn)為秋季>冬季>夏季>春季，其中不同季節(jié)全氮含量差異均顯著(p<0.05)；沉積物中全磷含量的變化范圍為0.98～1.98 g/kg，基本表現(xiàn)為冬季>秋季>夏季>春季，其中春季和夏季全磷含量差異不顯著(p>0.05)，二者顯著低于秋季和冬季(p<0.05)；沉積物中全鉀含量的變化范圍為19.87～35.12 g/kg，基本表現(xiàn)為秋季>冬季>夏季>春季，其中不同季節(jié)全鉀含量差異均顯著(p<0.05)。

圖1長(zhǎng)江三角洲沉積物重金屬季節(jié)分布特征

2.4 長(zhǎng)江三角洲沉積物中重金屬各形態(tài)間的相關(guān)性

由表1可知，長(zhǎng)江三角洲沉積物中Cr，Pb，Cd的弱酸浸提與重金屬總量之間表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系(p<0.05)；Cr和Cu的可還原態(tài)均與重金屬總量間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系(p<0.05)；6種重金屬元素的可氧化態(tài)與重金屬總量間有極顯著的正相關(guān)性(p<0.05)，同時(shí)這6種重金屬的弱酸浸提與可還原態(tài)及可氧化態(tài)之間有較高的正相關(guān)性(p<0.05)；6種重金屬元素的殘?jiān)鼞B(tài)與重金屬總量間表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)(p<0.05)；而6種重金屬元素的可還原態(tài)與重金屬殘?jiān)鼞B(tài)之間沒有顯著的相關(guān)性(p>0.05)；Cr，Cu，Pb的弱酸浸提與可還原態(tài)沒有顯著的相關(guān)性(p>0.05)，Ni，Zn和Cd的弱酸浸提與可還原態(tài)具有顯著的相關(guān)性(p<0.05)。

2.5 長(zhǎng)江三角洲沉積物中重金屬與養(yǎng)分之間的相關(guān)性

由表2可知，長(zhǎng)江三角洲沉積物不同形態(tài)重金屬均與pH值和電導(dǎo)率呈負(fù)相關(guān)，Cr的各種形態(tài)均與全碳含量呈顯著的正相關(guān)性(p<0.05)，Cr的可還原態(tài)和可氧化態(tài)與全氮含量呈顯著的正相關(guān)性(p<0.05)，Cr的弱酸浸提態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)與全鉀含量呈顯著的正相關(guān)性(p<0.05)；Cu的各種形態(tài)均與全碳含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Cu的可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)與全氮含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Cu的可還原態(tài)和可氧化態(tài)與全磷含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Cu的可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)與全鉀含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)；Pb的各種形態(tài)均與全碳含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Pb的弱酸浸提態(tài)和可還原態(tài)與全氮含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Pb的可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)與全磷含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Pb的可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)與全鉀含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)；Ni的可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)與全碳含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Ni的各種形態(tài)均與全氮含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Ni的殘?jiān)鼞B(tài)與全磷含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Ni的弱酸浸提態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)與全鉀含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)；Zn的弱酸浸提態(tài)、可還原態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)與全碳含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Zn的弱酸浸提態(tài)、可還原態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)與全氮含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Zn的可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)與全磷含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Zn的弱酸浸提態(tài)和可還原態(tài)與全鉀含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)；Cd的各種形態(tài)均與全碳含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Cd的可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)與全氮含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Cd的可氧化態(tài)與全磷含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)，Cd的弱酸浸提態(tài)、可還原態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)與全鉀含量呈顯著的正相關(guān)(p<0.05)。

表1 長(zhǎng)江三角洲沉積物中不同形態(tài)重金屬之間的相關(guān)性

注：**表示相關(guān)性在0.01水平上顯著(雙尾)，*表示相關(guān)性在0.05水平上顯著(雙尾)，下表同。

圖2不同形態(tài)重金屬所占百分比

表2 長(zhǎng)江三角洲沉積物中不同形態(tài)重金屬之間的相關(guān)性

圖3長(zhǎng)江三角洲沉積物養(yǎng)分季節(jié)分布特征

3 討 論

水文環(huán)境條件是決定沉積物重金屬季節(jié)性變化的主要因素，同時(shí)溫度、pH值、鹽度及全碳含量等因素也會(huì)對(duì)沉積物重金屬含量造成影響[12]。秋季和冬季是枯水期，沉積物的懸浮泥沙及污染物快速富集，造成其重金屬含量最高，最低值出現(xiàn)在春季和夏季。從冬季至夏季期間，水溫逐漸升高，根據(jù)分子熱運(yùn)動(dòng)理論，溫度升高有利于底泥中重金屬向水相的遷移以及釋放，pH值的逐漸降低也促進(jìn)了碳酸鹽和氫氧化物結(jié)合態(tài)重金屬的溶解與釋放，沉積物全碳含量的減少降低了重金屬在沉積物的吸附作用，從而使一部分重金屬發(fā)生解吸轉(zhuǎn)移到間隙水或者上覆水中，導(dǎo)致春季和夏季沉積物重金屬含量較低[9,14]。本研究中長(zhǎng)江三角洲沉積物中重金屬的殘?jiān)鼞B(tài)性質(zhì)比較穩(wěn)定，通常賦存在原生礦物和次生硅酸鹽礦物晶格中，基本不參與沉積物—水界面的再分配平衡，其遷移轉(zhuǎn)化性和生物可利用性都很小，一般認(rèn)為，重金屬這種形態(tài)對(duì)環(huán)境和生物是安全的[15]。弱酸浸提重金屬性質(zhì)不穩(wěn)定，極易從沉積物中釋放出來(lái)造成二次污染，而由于人為污染而產(chǎn)生的重金屬主要疊加在沉積物的次生相中，因此沉積物中弱酸浸提重金屬的含量較高也表明其受到人為污染相對(duì)較重，并且潛在的生物遷移性較大[16]。重金屬弱酸提取態(tài)是對(duì)環(huán)境和生物可能產(chǎn)生的危害和毒性程度最高的，包括弱酸浸提和碳酸鹽結(jié)合態(tài)，弱酸浸提重金屬是指吸附在黏土、腐殖質(zhì)及其他成分上的金屬，對(duì)環(huán)境變化敏感，在中性條件下可釋放出來(lái)，易于遷移轉(zhuǎn)化和吸收[17]。

為了探究長(zhǎng)江三角洲沉積物中不同重金屬形態(tài)之間的關(guān)系，分析重金屬來(lái)源及不同形態(tài)重金屬的遷移和相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，對(duì)長(zhǎng)江三角洲沉積物中不同形態(tài)重金屬之間及其與不同形態(tài)重金屬等指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。本研究中不同形態(tài)重金屬間及其與總量之間的相關(guān)性表明不同形態(tài)重金屬來(lái)源可能具有一致性并且分布類型比較相似，當(dāng)沉積物—水界面的環(huán)境條件發(fā)生改變時(shí)，不同形態(tài)重金屬之間可能會(huì)發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化。弱酸浸提重金屬與殘?jiān)鼞B(tài)重金屬之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，在一定程度上說(shuō)明殘?jiān)鼞B(tài)的重金屬“惰性”只是相對(duì)的，當(dāng)沉積物的理化條件發(fā)生改變時(shí)，有可能釋放出來(lái)[9,18]。本研究中Cr，Cu，Pb，Ni，Zn和Cd這6種重金屬元素的不同形態(tài)均與養(yǎng)分等指標(biāo)存在顯著的正相關(guān)性，表明說(shuō)明長(zhǎng)江三角洲沉積物中重金屬的來(lái)源和分布可能具有相似性，除與自然來(lái)源有關(guān)外，還與人類活動(dòng)造成的工業(yè)廢水、生活廢水的排放及交通運(yùn)輸有關(guān)。由此表明了沉積物中這6種金屬元素的污染可能具有同源性，其主要來(lái)源可能與其他幾種重金屬不同并且具有相似的地球化學(xué)循環(huán)。弱酸浸提、可氧化態(tài)重金屬與養(yǎng)分之間呈顯著相關(guān)性，可直觀地反映長(zhǎng)江三角洲地區(qū)的重金屬元素來(lái)源，可能是人類活動(dòng)造成的影響所致。因此，長(zhǎng)江三角洲全碳、氮磷等的輸入是影響沉積物中重金屬含量的關(guān)鍵因素，它們的環(huán)境行為決定著沉積物中重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)化和遷移過(guò)程[16]。全碳是影響重金屬元素分布特征的重要因素，但全碳的這種特性并非適用于所有的重金屬，主要是因?yàn)椴煌亟饘俚幕瘜W(xué)性質(zhì)有差異，往往對(duì)其所結(jié)合的位點(diǎn)具有一定的選擇性，即只與其化學(xué)性質(zhì)相匹配的位點(diǎn)相結(jié)合。受此影響，某些重金屬元素與全碳在分布特征上并不一定有必然的聯(lián)系。

4 結(jié) 論

(1) 長(zhǎng)江三角洲沉積物中Pb和Zn占重金屬總量比例最高，Hg和Cd占重金屬總量比例較小；沉積物重金屬含量均以秋季和冬季最高，夏季次之，春季最低。長(zhǎng)江三角洲沉積物中Cr，Cu和Ni元素均以殘?jiān)鼞B(tài)為主，Zn和Cd主要以弱酸提取態(tài)為主，Pb較均勻地分布于不同形態(tài)中。

(2) 長(zhǎng)江三角洲沉積物中pH值和電導(dǎo)率基本表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季，其中秋季和冬季pH值差異不顯著(p>0.05)，二者顯著低于春季和夏季(p<0.05)；沉積物中全碳、全氮、全磷和全鉀含量均以秋季和冬季最高，夏季次之，其中不同季節(jié)全氮和全鉀含量差異均顯著(p<0.05)。

(3) 長(zhǎng)江三角洲沉積物中Cr，Pb，Cd的弱酸浸提與重金屬總量之間表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系(p<0.05)，而6種重金屬元素的可還原態(tài)與重金屬殘?jiān)鼞B(tài)之間沒有顯著的相關(guān)性(p>0.05)；Cr，Cu，Pb的弱酸浸提與可還原態(tài)沒有顯著的相關(guān)性(p>0.05)，Ni，Zn和Cd的弱酸浸提與可還原態(tài)具有顯著的相關(guān)性(p<0.05)。

(4) 長(zhǎng)江三角洲沉積物中6種重金屬元素的不同形態(tài)均與養(yǎng)分等指標(biāo)存在顯著的正相關(guān)性，而pH值和電導(dǎo)率與不同形態(tài)重金屬呈負(fù)相關(guān)，全碳含量是控制長(zhǎng)江三角洲沉積物重金屬元素分布的主要因素，說(shuō)明長(zhǎng)江三角洲沉積物中重金屬的來(lái)源和分布可能具有相似性，除與自然來(lái)源有關(guān)外，還與人類活動(dòng)造成的工業(yè)廢水、生活廢水的排放及交通運(yùn)輸有關(guān)。

[1] Mance G. Pollution threat of heavy metals in aquatic environments[M].Berlin:Springer Science & Business Media,2012.

[2] Pardo R, Barrado E, Lourdes P, et al. Determination and speciation of heavy metals in sediments of the Pisuerga River[J]. Water Research,1990,24(3):373-379.

[3] Ali H, Khan E, Sajad M A. Phytoremediation of heavy metals: concepts and applications[J]. Chemosphere,2013,91(7):869-881.

[4] Guo G, Wu F, Xie F, et al. Spatial distribution and pollution assessment of heavy metals in urban soils from southwest China[J]. Journal of Environmental Sciences,2012,24(3):410-418.

[5] Liu X, Song Q, Tang Y, et al. Human health risk assessment of heavy metals in soil4-vegetable system: A multi-medium analysis[J]. Science of the Total Environment,2013,463:530-540.

[6] Kheir R B, Shomar B, Greve M B, et al. On the quantitative relationships between environmental parameters and heavy metals pollution in Mediterranean soils using GIS regression-trees:the case study of Lebanon[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2014,147:250-259.

[7] Hamed Y A, Abdelmoneim T S, ElKiki M H, et al. Assessment of heavy metals pollution and microbial contamination in water, sediments and fish of Lake Manzala, Egypt[J]. Life Science Journal, 2013,10(1):86-94.

[8] Zhou R, Qin X, Peng S, et al. Total petroleum hydrocarbons and heavy metals in the surface sediments of Bohai Bay, China: long-term variations in pollution status and adverse biological risk[J]. Marine Pollution Bulletin,2014,83(1):290-297.

[9] Lin S, Hsieh I J, Huang K M, et al. Influence of the Yangtze River and grain size on the spatial variations of heavy metals and organic carbon in the East China Sea continental shelf sediments[J]. Chemical Geology, 2002,182(2):377-394.

[10] Cheung K C, Poon B H T, Lan C Y, et al. Assessment of metal and nutrient concentrations in river water and sediment collected from the cities in the Pearl River Delta, South China[J]. Chemosphere,2003,52(9):1431-1440.

[11] Yi Y, Yang Z, Zhang S. Ecological risk assessment of heavy metals in sediment and human health risk assessment of heavy metals in fishes in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin[J]. Environmental Pollution,2011,159(10):2575-2585.

[12] Huang B, Shi X, Yu D, et al. Environmental assessment of small-scale vegetable farming systems in peri-urban areas of the Yangtze River Delta Region, China[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment,2006,112(4):391-402.

[13] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2000.

[14] Zhang J. Heavy metal compositions of suspended sediments in the Changjiang(Yangtze River)estuary: Significance of riverine transport to the ocean[J]. Continental Shelf Research,1999,19(12):1521-1543.

[15] Chen Z, Saito Y, Kanai Y, et al. Low concentration of heavy metals in the Yangtze estuarine sediments, China: A diluting setting[J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2004,60(1):91-100.

[16] Chen S J, Gao X J, Mai B X, et al. Polybrominated diphenyl ethers in surface sediments of the Yangtze River Delta: levels, distribution and potential hydrodynamic influence[J]. Environmental Pollution,2006,144(3):951-957.

[17] Liu J P, Li A C, Xu K H, et al. Sedimentary features of the Yangtze River-derived along-shelf clinoform deposit in the East China Sea[J]. Continental Shelf Research,2006,26(17):2141-2156.

[18] Viers J, Dupré B, Gaillardet J. Chemical composition of suspended sediments in World Rivers: new insights from a new database[J]. Science of the total Environment,2009,407(2):853-868.

DistributionandInfluencingFactorsofHeavyMetalsinBottomSedimentofYangtzeRiverDeltaRegionDuringSeasons

CAI Ye1, LIN Xiuxiu2

(1.SuzhouEnvironmentalMonitoringCenter,Suzhou,Jiangsu215000,China;2.CollegeofEducationandHumanity,SuzhouVocationalUniversity,Suzhou,Jiangsu215104,China)

A survey on the distribution and influencing factors of heavy metals (Ni, Cu, Cr, Zn, Cd and Pb) in bottom sediment of Yangtze River Delta region during seasons between 2014 and 2015 was carried out by using ICP-MS. The results indicated that: (1) the contents of Pb and Zn had the highest percentage of total amount of heavy metals and Hg, Cd had the lowest percentages of total amount of heavy metals, and all the heavy metal contents showed were higher in winter and autumn than those in summer and spring; (2) the contents of Cu, Cr and Ni existed in the form of acid soluble state with organic combination, Zn and Cd in water soluble form, Pb evenly distributed in five kinds of forms, and Pb had a good stability, low biological availability; (3) the values of pH and conductivity were lower in winter and autumn than those in summer and spring with significant difference in each season (p<0.05), and the contents of nutrients were higher in winter and autumn than those in summer and spring, and the contents of the total nitrogen and total potassium had a significant difference in each season (p<0.05); (4) the acid soluble state of Cr, Pb and Cd had a significant positive correlation with total heavy metals (p<0.05), but the reduction state had no significant correlation with residual state (p<0.05); (5) according to Pearson correlation analysis, pH value and conductivity were significantly negatively correlated with heavy metals (p<0.05); nutrients were significantly positively correlated with heavy metals (p<0.05), therefore, the total carbon was the important factor influencing heavy metals.

Yangtze River Delta; bottom sediment; heavy metals; influencing factors

2016-04-22

：2016-05-20

國(guó)家“十二五”水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)“太湖流域(江蘇)水生態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)與業(yè)務(wù)化運(yùn)行示范”(2012ZX07506-003)

蔡曄(1982—),女,江蘇蘇州人,碩士,工程師,主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)及相關(guān)研究。E-mail:Caiye82@126.com

X820

：A

：1005-3409(2017)03-0331-08