宋剛福, 丁孟浩, 米曉, 宋志鑫

(1.華北水利水電大學(xué),河南 鄭州 450046; 2.河南省水環(huán)境模擬與治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 鄭州 450046)

濱岸帶是陸地與水體之間的過渡地帶,是十分重要的生態(tài)交互作用區(qū),同時(shí)也是連接水生與陸生生態(tài)系統(tǒng)的重要樞紐[1-4]。水庫濱岸帶受自然和人為因素影響往往匯集了來自水體與陸地的重金屬。重金屬因其具有持久性、毒性高以及易在自然界的食物鏈中產(chǎn)生累積及易富集性的特點(diǎn)而對(duì)環(huán)境造成污染。水庫濱岸帶重金屬會(huì)隨著水庫周期性運(yùn)行調(diào)度的影響而進(jìn)入水體,之后經(jīng)過物理、化學(xué)、生物作用對(duì)水體及水生動(dòng)植物造成嚴(yán)重影響[5-7]。近年來,關(guān)于湖泊、河流、海洋等水體沉積物中重金屬的研究一直是熱點(diǎn)[8-12]。已有研究表明,沉積物中重金屬的遷移轉(zhuǎn)化不僅與重金屬總量有關(guān),還與重金屬的賦存形態(tài)有著密切聯(lián)系,當(dāng)重金屬含量一定時(shí),重金屬的遷移能力會(huì)隨著重金屬的賦存形態(tài)所占比例大小的不同而不同。

陸渾水庫位于黃河二級(jí)支流伊河上,如圖1所示,距洛陽市67 km,平均水深9.6 m,水庫長(zhǎng)約12.5 km、寬約3.5 km,總庫容為13.2億m3,控制流域面積為3 492 km2,占伊河流域面積的57.9%,是一座以防洪、灌溉、發(fā)電和供水為主要任務(wù)的大型水庫。

圖1 研究區(qū)域地理位置

受伊河上游礦區(qū)開采等影響,水庫濱岸帶匯集有重金屬。文中以陸渾水庫濱岸帶為研究區(qū)域,分析濱岸帶區(qū)域內(nèi)不同海拔高度的重金屬污染水平、賦存形態(tài)及遷移能力,研究水庫周期性運(yùn)行調(diào)度對(duì)水庫水體與濱岸帶之間的重金屬遷移轉(zhuǎn)化的影響,該研究成果可為陸渾水庫庫區(qū)水環(huán)境綜合治理提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

2021年1月對(duì)陸渾水庫濱岸帶進(jìn)行了樣品采集,采樣帶布設(shè)如圖2所示。

圖2 陸渾水庫濱岸帶采樣帶分布圖

由于水庫東北地區(qū)多居民建筑,無法設(shè)置采樣點(diǎn),將該區(qū)分為L(zhǎng)1、L2、L3、L4、L5等5個(gè)采樣帶,每個(gè)采樣帶隨著海拔由高到低分別設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn),共設(shè)置15個(gè)采樣點(diǎn)。使用環(huán)刀采集表層沉積物(沉積物厚度3～10 cm)樣品,立即裝入聚乙烯自封袋中密封并貼上相應(yīng)標(biāo)簽。采集的沉積物樣品經(jīng)過真空冷凍干燥機(jī)冷凍干燥后,將動(dòng)植物殘?jiān)约笆瘔K等雜質(zhì)挑揀出來,研磨通過100目尼龍篩后裝于聚乙烯自封袋中密封待測(cè)。沉積物中重金屬總量的消解采用微波消解(JC-101W,韶關(guān)市怡盛電器設(shè)備有限公司),然后采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)(7800A,Agilent,USA安捷倫科技有限公司)[13]測(cè)定沉積物中重金屬含量,重金屬形態(tài)的提取采用BCR三步提取法,具體步驟如下:

步驟1向0.5 g沉積物中加入20 mL的0.11 mol/L的醋酸,翻轉(zhuǎn)振蕩16 h并離心過濾后得到上清液即為酸可提取態(tài)(F1)。

步驟2在步驟1的殘?jiān)屑尤?0 mL的0.5 mol/L的鹽酸羥胺,翻轉(zhuǎn)振蕩16 h并離心過濾后得到上清液即為可還原態(tài)(F2)。

步驟3將10 mL 30%的過氧化氫溶液加入步驟2的殘?jiān)性?5 ℃環(huán)境下水浴消解2次,再加入20 mL濃度為1 mol/L的醋酸銨溶液,翻轉(zhuǎn)振蕩16 h,離心過濾后得到上清液即為可氧化態(tài)(F3)。

步驟4剩余固體部分即為殘?jiān)鼞B(tài)(F4),使用6∶3∶2的硝酸、鹽酸與氫氟酸混合液進(jìn)行微波消解后定容待測(cè)。

最終結(jié)果用沉積物干重來計(jì)算。采樣帶分布圖采用ArcGIS 2015繪制,具體如圖2所示。

1.2 評(píng)價(jià)方法

截至目前,關(guān)于沉積物中重金屬污染的分析方法主要有地累積指數(shù)法、富集系數(shù)法、質(zhì)量基準(zhǔn)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法等[14-18]。地累積指數(shù)法可以評(píng)價(jià)單一的重金屬污染程度。富集系數(shù)法不僅用于確定沉積物中重金屬的來源,富集系數(shù)值還能反映重金屬的污染水平,重金屬的富集系數(shù)值越大,表示污染程度越嚴(yán)重。沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)法是一項(xiàng)基于生物有效性的評(píng)價(jià)方法。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法可以評(píng)價(jià)多種重金屬的綜合污染風(fēng)險(xiǎn)。文中采用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)濱岸帶重金屬污染水平進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。對(duì)重金屬遷移能力的大小采用重金屬活力值法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2.1 地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法是基于環(huán)境地球化學(xué)的背景值,并綜合考慮了人為污染因素的影響。應(yīng)用到重金屬污染程度評(píng)價(jià)中的地累積指數(shù)(Igeo)計(jì)算式為:

(1)

式中:Ci為元素i的實(shí)際測(cè)量值;Bi為元素i對(duì)應(yīng)的環(huán)境背景值;1.5為變異系數(shù);i=1、2、…、n。

依據(jù)地累積指數(shù)值的污染程度劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 依據(jù)地累積指數(shù)值的污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

本研究采用瑞典科學(xué)家HAKANSON L在1980年提出的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法來評(píng)價(jià)陸渾水庫濱岸帶沉積物中重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)狀況。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算公式如下:

(2)

表2 依據(jù)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

本研究采用黃河流域河南段土壤背景值[20]作為參考值,該土壤背景值見表3。

表3 陸渾水庫土壤重金屬背景值

1.2.3 重金屬元素活力值

陸渾水庫濱岸帶地區(qū)沉積物中的重金屬元素遷移能力是本文關(guān)注的重點(diǎn)[21-22]。沉積物中的重金屬遷移能力通過活力值M來表示,重金屬的M越高,表示該重金屬元素越不易富集,具有不穩(wěn)定性,對(duì)周邊環(huán)境具有較大危害性,本研究中的活力值計(jì)算公式如下:

(3)

式中δ(F1)、δ(F2)、δ(F3)和δ(F4)分別代表重金屬元素的酸可提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)的含量。

2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果與分析

2.1 陸渾水庫濱岸帶沉積物中重金屬總量分布特征

選取陸渾水庫濱岸帶沉積物中的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Mo等6種重金屬元素的含量進(jìn)行測(cè)定,各重金屬含量的測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4。

表4 陸渾水庫濱岸帶沉積物重金屬含量特征

由表4可知:從各重金屬含量的平均值來看,重金屬Cr的平均含量最高,達(dá)到139.17 mg/kg,Cd的平均含量最低,為3.67 mg/kg;由變異系數(shù)可看出,Mo(32.50%)>Zn(27.72%)>Cd(26.60%)>Cu(22.27%)>Pb(19.25%)>Cr(10.71%)(括號(hào)中數(shù)據(jù)為變異系數(shù)值),其中重金屬M(fèi)o、Zn、Cd、Cu等屬于中度變異(20%～50%),空間異質(zhì)性較高;Pb、Cr屬于輕度變異(0～20%);這6種重金屬元素的平均含量均不同程度超過了環(huán)境背景值,除重金屬Zn(79.95 mg/kg)與其環(huán)境背景值較為接近外,Cu(69.75 mg/kg)、Pb(67.07 mg/kg)、Cd(3.67 mg/kg)、Cr(139.17 mg/kg)和Mo(53.63 mg/kg)的平均含量分別達(dá)到了其環(huán)境背景值的2.88、2.61、21.54、2.02、78.87倍(括號(hào)中的值為相應(yīng)重金屬含量的平均值)。

陸渾水庫濱岸帶沉積物中重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。

圖3 陸渾水庫濱岸帶沉積物中各重金屬含量分布圖

根據(jù)圖3可知,不同重金屬的含量差別較大,Cr是所有重金屬元素中含量最高的,沉積物中Cr含量的平均值為139.17 mg/kg,最大值為166.26 mg/kg,最小值為108.81 mg/kg,各采樣點(diǎn)Cr含量的平均值超過其環(huán)境背景值69.03 mg/kg,且Cr含量在L3采樣帶處隨著海拔的降低而逐漸增大,在L4采樣帶處隨著海拔的降低逐漸降低;其次是Zn,沉積物中Zn含量的平均值為79.95 mg/kg,與其環(huán)境背景值極為接近,除個(gè)別區(qū)域如L3、L4采樣帶中Zn含量較高且高于環(huán)境背景值外,其余采樣區(qū)域的Zn含量都十分接近環(huán)境背景值,說明L3、L4采樣帶受人類活動(dòng)影響較大,且Zn含量在L4采樣帶處隨著海拔的降低呈降低的趨勢(shì),Zn含量最大值出現(xiàn)在采樣點(diǎn)L4-1,為141.6 mg/kg,最小值出現(xiàn)在采樣點(diǎn)L4-3,為59.8 mg/kg;重金屬Cd不是人體所必需的元素,且可能對(duì)人體健康造成傷害,沉積物中Cd含量的平均值為3.67 mg/kg,遠(yuǎn)高于其環(huán)境背景值0.17 mg/kg,最大值、最小值分別為5.17、1.52 mg/kg,Cd含量分別在L1、L4和L5采樣帶處隨著海拔的降低而降低;Cu是人體所必需的微量元素,陸渾水庫濱岸帶沉積物中Cu含量的平均值為69.75 mg/kg,高于其環(huán)境背景值24.18 mg/kg,最大值、最小值分別為87.06、44.93 mg/kg,Cu的含量在L2采樣帶處隨著海拔的降低而增大,各采樣區(qū)域的Cu含量均明顯高于其環(huán)境背景值,說明重金屬Cu出現(xiàn)了嚴(yán)重的富集現(xiàn)象;沉積物中Mo含量平均值53.63 mg/kg遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其背景值0.68 mg/kg,原因可能是由于人類活動(dòng)中廣泛應(yīng)用鉬以及含鉬礦物燃料(如煤),這加大了鉬在環(huán)境中的循環(huán)量,最終超過了天然循環(huán)量。且Mo的含量分別在L4和L5采樣帶處隨著海拔的降低而逐漸降低;沉積物中Pb含量的平均值為67.07 mg/kg,是其環(huán)境背景值25.73 mg/kg的2.61倍,各采樣點(diǎn)Pb含量也都超過了其環(huán)境背景值,其中Pb含量最大值為88.68 mg/kg,最小值為41.13 mg/kg,Pb含量在L1、L4和L5采樣帶處隨著海拔的降低而逐漸降低。

2.2 濱岸帶沉積物中重金屬污染程度

濱岸帶沉積物中各重金屬的地累積指數(shù)計(jì)算結(jié)果分別如圖4和圖5所示。

圖4 濱岸帶沉積物中重金屬的Igeo值箱式圖

圖5 濱岸帶沉積物中重金屬的Igeo值點(diǎn)狀圖

由Igeo值、圖4和圖5可知,重金屬Cd和Mo的污染程度很高,所有采樣點(diǎn)中Mo的地累積指數(shù)值是最高的,屬于極重度污染;采樣點(diǎn)L1-1、L2-1、L2-2、L2-3、L4-1和L4-2處重金屬Cd的地累積指數(shù)為4.00～4.40,污染等級(jí)為5,屬于重度污染,且L2采樣帶處的地累積指數(shù)值隨著海拔的降低而逐漸增大,L4和L5采樣帶處的地累積指數(shù)值隨著海拔的降低而減小,L4-3采樣點(diǎn)處的Cd污染程度為中度,其余采樣點(diǎn)處的Cd污染程度都為偏重度;重金屬Zn的地累積指數(shù)值基本小于0,除L4-1、L4-2采樣點(diǎn)的地累積指數(shù)為0～1,屬于輕度污染外,其余采樣點(diǎn)處的屬于Zn無污染,表明陸渾水庫濱岸帶沉積物受Zn的影響很小;重金屬Cu、Pb的地累積指數(shù)值分別為0.30～1.30、0.09～1.30,均值分別為0.90、0.80,屬于輕度～偏中度污染;重金屬Cr的地累積指數(shù)值為0～1,均值為0.07,屬于輕度污染。相同采樣帶中,L1采樣帶中各采樣點(diǎn)位之間的Cd呈現(xiàn)出海拔越高,其地累積指數(shù)值越大的現(xiàn)象;L2、L3采樣帶中除采樣點(diǎn)L3-2處Mo的地累積指數(shù)值突然增大外其他重金屬的地累積指數(shù)值無明顯變化;在L4采樣帶中,除Cu外,其余重金屬的地累積指數(shù)均出現(xiàn)海拔越高其值越大的現(xiàn)象;在L5采樣帶處,Cd、Pb和Mo的地累積指數(shù)值也呈現(xiàn)海拔越高其值越大的現(xiàn)象,其余相鄰采樣點(diǎn)位之間的重金屬地累積指數(shù)變化不明顯。不同采樣帶中重金屬Cu、Pb與Cr的地累積指數(shù)值變化不明顯,變化范圍為0～1,相比之下,Zn的地累積指數(shù)值在L4采樣帶的L4-1采樣點(diǎn)處最高,Cd的地累積指數(shù)值在L4采樣帶的L4-3采樣點(diǎn)處最低,Mo的地累積指數(shù)值在L1、L2和L4采樣帶處偏高。綜上所述,地累積指數(shù)值顯示陸渾水庫濱岸帶沉積物中重金屬Cd和Mo污染最為嚴(yán)重。

2.3 濱岸帶沉積物中重金屬的風(fēng)險(xiǎn)水平

圖6 重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分布圖

2.4 濱岸帶沉積物中重金屬賦存形態(tài)分布特征

采用BCR三步提取法對(duì)陸渾水庫濱岸帶15個(gè)采樣點(diǎn)沉積物中重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和Mo的形態(tài)進(jìn)行了提取,統(tǒng)計(jì)15個(gè)采樣點(diǎn)中這6種重金屬元素的4種形態(tài)(酸可提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài))占各自總量的百分比,并繪制成堆積柱狀圖來觀察各重金屬的賦存形態(tài)分布特征,各重金屬的形態(tài)分布占比如圖7所示。

圖7 陸渾水庫濱岸帶沉積物中重金屬的各形態(tài)占比

由圖7可知,濱岸帶不同采樣點(diǎn)沉積物中重金屬元素的各種形態(tài)分布表現(xiàn)為明顯的差異性:

1)Cu元素的各形態(tài)分析結(jié)果(圖7(a))表明:Cu存在的形態(tài)以殘?jiān)鼞B(tài)和可還原態(tài)為主,其中,殘?jiān)鼞B(tài)平均占總量的44.69%,在采樣點(diǎn)L5-2處Cu殘?jiān)鼞B(tài)含量最高,占比高達(dá)60.21%;Cu的可還原態(tài)含量平均占比28.41%,在采樣點(diǎn)L5-1處Cu可還原態(tài)含量占比36.61%;Cu的可氧化態(tài)含量占比最低,除L5-1、L5-2、L5-3采樣點(diǎn)處不能檢測(cè)到Cu可氧化態(tài)外,其余采樣點(diǎn)的Cu可氧化態(tài)含量平均占比為12%。實(shí)際情況表明,Cu元素具有較強(qiáng)的絡(luò)合能力,在自然界中很容易與有機(jī)物和礦物質(zhì)形成絡(luò)合物。

2)Zn元素的各形態(tài)分析結(jié)果(圖7(b))顯示:Zn以4種形態(tài)存在于沉積物中,其形態(tài)主要以殘?jiān)鼞B(tài)為主,平均占比為53.35%,Zn殘?jiān)鼞B(tài)的含量占Zn總量的46.01%～58.33%,在采樣點(diǎn)L2-3處Zn的殘?jiān)鼞B(tài)含量占比最高,為58.33%;Zn的酸可提取態(tài)含量占Zn總量的14.67%～27.28%,在采樣點(diǎn)L1-2處Zn的酸可提取態(tài)含量占比最高,達(dá)27.28%;Zn的可還原態(tài)含量占Zn總量的15.93%～23.22%;Zn的可氧化態(tài)含量平均占比是最低的,為7.76%,在采樣點(diǎn)L5-2處Zn的可氧化態(tài)含量占比很低,為0.39%,在L5-3采樣點(diǎn)處未能檢測(cè)出Zn的可氧化態(tài)。

3)Mo的形態(tài)分析結(jié)果(圖7(c))顯示:Mo以4種形態(tài)存在,且在各采樣點(diǎn)處4種形態(tài)占比差異較小,比較穩(wěn)定,其形態(tài)還是以殘?jiān)鼞B(tài)含量最多,其含量平均占Mo總量的37.03%,其占比最大值為40.80%,最小值為34.56%,其次是Mo的酸可提取態(tài),其含量占Mo總量的24.53%,Mo的可氧化態(tài)與可還原態(tài)含量相近,各采樣點(diǎn)Mo的4種形態(tài)含量差在10%以內(nèi)。

4)Cd的形態(tài)分析結(jié)果(圖7(d))顯示:Cd元素的形態(tài)在各采樣點(diǎn)處都以酸可提取態(tài)占據(jù)主導(dǎo)地位,其含量占Cd總量的53.00%～64.24%,Cd的酸可提取態(tài)平均含量占Cd總量的58.62%,Cd的酸可提取態(tài)在采樣點(diǎn)L4-3處含量占比達(dá)到最高,為64.24%,Cd的酸可提取態(tài)含量越高,它對(duì)環(huán)境的危害就越大;其次是Cd的可還原態(tài)占比,其平均含量占Cd總量的26.79%;Cd的殘?jiān)鼞B(tài)占比最小,只有5.84%。

5)Pb的形態(tài)分析結(jié)果(圖7(e))顯示:Pb元素以4種形態(tài)存在,且Pb的形態(tài)主要以其可還原態(tài)為主,其含量占Pb總量的45.32%～64.77%,Pb的可還原態(tài)平均含量占比為57.51%,Pb的可還原態(tài)含量較高的原因是Pb在自然界容易產(chǎn)生多種氧化物與可還原態(tài)相結(jié)合;其次是Pb的酸可提取態(tài),其含量占比為10.93%～25.67%,Pb的酸可提取態(tài)的平均含量占比為19.05%;Pb的殘?jiān)鼞B(tài)平均含量占比為8.46%;Pb的可氧化態(tài)含量占Pb總量的3.78%～16.68%,Pb的可氧化態(tài)平均含量占比為11.38%。

6)Cr的形態(tài)分析結(jié)果(圖7(f))顯示:Cr元素的形態(tài)以殘?jiān)鼞B(tài)為主,其含量占Cr總量的47.12%～67.74%,Cr的殘?jiān)鼞B(tài)的平均含量占Cr總量的53.84%,Cr的非殘?jiān)鼞B(tài)中以可氧化態(tài)為主,其平均含量占Cr總量的27.89%,其次是Cr的可氧化態(tài),其平均含量占Cr總量的19.25%,各個(gè)采樣點(diǎn)均未檢測(cè)出Cr的酸可提取態(tài)。

2.5 濱岸帶沉積物中重金屬的遷移能力

重金屬在沉積物中可以在其各非殘?jiān)鼞B(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化,由于人類活動(dòng)的加劇,大量含有重金屬的污染物被排放到環(huán)境中導(dǎo)致環(huán)境中重金屬總量很不穩(wěn)定,僅靠各重金屬的酸可提取態(tài)含量與該重金屬總量之間的比值來評(píng)價(jià)該重金屬的遷移轉(zhuǎn)化并不全面。重金屬活力值是采用在環(huán)境中相對(duì)穩(wěn)定的殘?jiān)鼞B(tài)含量為基礎(chǔ)值,可以更加準(zhǔn)確地反映重金屬的遷移轉(zhuǎn)化能力。

陸渾水庫濱岸帶沉積物中各重金屬的活力值見表5。

表5 陸渾水庫濱岸帶沉積物中重金屬的活力值

續(xù)表

由表5可知:

1)重金屬Cd的活力平均值是最大的,為16.87,Cd的活力最大值在采樣點(diǎn)L2-2處,為24.50,最小值在采樣點(diǎn)L1-2處,為12.28;其次是Pb,其活力平均值為7.74,最大值在采樣點(diǎn)L4-2處,為10.81,最小值在采樣點(diǎn)L1-1處,為4.79;Mo的活力平均值為1.71,Mo的活力最大值在采樣點(diǎn)L3-3處,為1.89,最小值在采樣點(diǎn)L5-2處,為1.45;重金屬Cr和Zn的活力平均值是最小的,均為0.88,Cr的活力最大值在采樣點(diǎn)L1-3處,為1.12,最小值在采樣點(diǎn)L4-1處,為0.58,重金屬Zn的活力最大值在采樣點(diǎn)L4-3處,為1.17,最小值在采樣點(diǎn)L2-3處,為0.71;重金屬Cu的活力平均值為1.30,最大值在采樣點(diǎn)L2-1處,為1.96,最小值在采樣點(diǎn)L5-2處,為0.66。

2)在同一采樣帶中,不同重金屬的活力值變化不同,在L1采樣帶處,隨著距離岸邊越近,海拔越低,重金屬Cu的活力值越小,其余重金屬的活力值則呈逐漸增大趨勢(shì); 在L2采樣帶處,隨著距離岸邊越近,海拔越低,重金屬Zn的活力值逐漸變小,Cr的活力值呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì);在L3采樣帶處,重金屬Zn和Cr的活力值隨著距離岸邊越近、海拔越低而逐漸變小,Mo的活力值呈逐漸增大趨勢(shì);在L4采樣帶處,重金屬Zn的活力值隨著海拔的降低而逐漸增大;在L5采樣帶處,Cr、Cd和Pb的活力值隨著距岸邊越近、海拔越低而逐漸增大,Cu、Zn和Mo的活力值隨著海拔的降低而逐漸減小。

3)在不同采樣帶中,各采樣點(diǎn)沉積物中重金屬Cd、Cu和Pb的活力值變化起伏很大,Cd的活力值在L2采樣帶處明顯增大,在L2和L3采樣帶間呈現(xiàn)隨著海拔的降低而逐漸減小趨勢(shì);Cu的活力值在L1采樣帶處呈隨海拔降低而逐漸減小趨勢(shì),在L2采樣帶處突然增大,且在L2-1采樣點(diǎn)處Cu的活力值達(dá)到最大,此處Cu的遷移能力較強(qiáng);Pb的活力值在L1、L2、L3和L4采樣帶處都比較平穩(wěn),在L4-3采樣點(diǎn)處突然減小到最小,說明在L4采樣帶處Pb在沉積物中富集較嚴(yán)重,在L5采樣帶處Pb的活力值呈上升趨勢(shì);Mo的活力值在各采樣點(diǎn)位雖然基本沒變化,但一直處于中等狀態(tài);其余重金屬的活力值普遍偏低且起伏變化不明顯。

具體各種金屬活力值區(qū)間采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)見表6。由表6可知:對(duì)于陸渾水庫濱岸帶區(qū)域內(nèi)15個(gè)采樣點(diǎn)沉積物中重金屬活力值,Cd和Pb在15個(gè)采樣點(diǎn)處處于高活力狀態(tài),這表明了Cd和Pb的遷移活力普遍很高,對(duì)濱岸帶周圍環(huán)境有著很大潛在的危害;重金屬Cu在12個(gè)采樣點(diǎn)處處于中等活力狀態(tài),在3個(gè)采樣點(diǎn)處處于低活力狀態(tài);Mo在15個(gè)采樣點(diǎn)處處于中等活力狀態(tài);重金屬Zn和Cr在12個(gè)采樣點(diǎn)處處于低活力狀態(tài),在剩余3個(gè)采樣點(diǎn)處處于中等活力狀態(tài),表明這兩種元素對(duì)周圍環(huán)境危害較小。

表6 各重金屬活力值區(qū)間采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)

綜上所述,陸渾水庫濱岸帶沉積物中各重金屬元素的活力值大小順序?yàn)镃d>Pb>Mo>Cu>Zn≈Cr。其中,Cd、Pb表現(xiàn)為較強(qiáng)的遷移能力,在該區(qū)域內(nèi)不易富集。一般來說,沉積物中重金屬的遷移能力大小對(duì)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)有著很大的影響,遷移能力越大,對(duì)周圍環(huán)境污染的范圍也越大,這是造成陸渾水庫濱岸帶污染源擴(kuò)散的主要原因。

3 結(jié)論

1)參照黃河流域河南段土壤背景值,陸渾水庫濱岸帶沉積物中的6種重金屬含量的平均值除Zn的與其環(huán)境背景值較為接近外,其余重金屬均有不同程度超標(biāo);空間分布上,Cr的含量在L3采樣帶處隨著海拔的降低而逐漸增大,在L4采樣帶處隨著海拔的降低逐漸減小;Zn的含量在L4采樣帶處隨著海拔的降低而增大;Cd和Pb含量在L1、L4和L5采樣帶處隨著海拔的降低而減小;Cu的含量在L2采樣帶處隨著海拔的降低而增大;Mo的含量在L4和L5采樣帶處隨著海拔的降低而逐漸減小。

3)陸渾水庫濱岸帶15個(gè)采樣點(diǎn)的沉積物中重金屬Cu的形態(tài)主要以殘?jiān)鼞B(tài)和可還原態(tài)為主;Zn、Mo和Cr的形態(tài)主要以殘?jiān)鼞B(tài)為主;Pb的形態(tài)主要以可還原態(tài)為主;Cd的4種形態(tài)以酸可提取態(tài)占主要地位。各重金屬的遷移能力在相同采樣帶中隨著海拔高度的變化表現(xiàn)各有不同,且不同采樣點(diǎn)處相同重金屬活力值大小也不盡相同,由大到小順序?yàn)镃d>Pb>Mo>Cu>Zn≈Cr,Zn和Cr的遷移能力較小,容易富集;Cd、Pb表現(xiàn)出較高的活力,具有較強(qiáng)的遷移能力,對(duì)環(huán)境的潛在危害風(fēng)險(xiǎn)較大。