西巢湖沉积物中重金属含量的时空特征及环境效应

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本文按季节采集巢湖以姥山-忠庙为界的西半部分入湖支流口和湖区的沉积柱,测定了其水体以及沉积柱中的Cu、Zn、Fe和Mn的总量,并通过泥样的离心提取,分析了沉积柱的孔隙水中Cu、Pb、Cd、Cr、Fe和Mn的总量。在此基础上,对西巢湖沉积物以及孔隙水中重金属的水平分布、垂直分布、季节性变化特征进行了研究分析,为西巢湖的治理提供了科学依据。 由于进入巢湖7大水系中的4个水系(杭埠河-丰乐河、派河、南淝河-店埠河、柘皋河)都位于巢湖西半部分,且该区分布有合肥市、肥西、肥东等几个工业较发达的城镇,因此,选取巢湖西半湖进行重金属污染调查,来了解目前巢湖的重金属污染状况和潜在威胁,为进一步防治巢湖污染提供了科学依据。选取了西巢湖三个支流入湖口(S1新河、S2派河、S3南淝河)和两个湖区(S4西半湖心、S5姥山-忠庙)五个采样点,来研究和探讨沉积物上覆水、孔隙水以及沉积物中重金属的分布特征以及沉积物重金属的环境效应。 上覆水中重金属浓度水平分布情况为,新河口的重金属Cu、Zn、Cr、Pb、Cd含量相对较高,其次是南淝河口,除Zn含量在所有的采样点都为Ⅱ类标准,其他重金属含量都为I类标准,重金属Cd含量在派河口、西半湖心、姥山-忠庙点均低于检出限。因此,从水体重金属污染状况分析,西巢湖整体水质比较清洁,大部分达到I类标准,仪Zn元素达II类标准。上覆水体重金属垂直分布没有一定的规律性可循,通过与表层沉积物孔隙水中重金属含量比较可知,表层孔隙水中重金属浓度一般为上覆水中重金属浓度的2~3倍左右,西半湖心、姥山-忠庙孔隙水中Fe、Mn元素浓度甚至达到上覆水中浓度的几十倍,元素含量水平基本为Mn>Fe>Cr、Cu、Pb>Cd,由于采样点的差异不同重金属元素在沉积物孔隙水含量存在差异,导致孔隙水中重金属的水平、垂直分布差异,且出现了春季含量低于冬季含量的季节性特征。水平分布特征为:孔隙水中Cu和Pb的浓度为在新河、派河较高;Cr浓度在各点的分布相对比较相近;Cd含量南淝河出现高值;Fe、Mn浓度在新河较高。而垂向分布特征由于不同的重金属元素其地球化学性质的差异,因此垂向分布特征也出现了一定的差异性。西巢湖采样点的沉积物中重金属含量总体水平含量分布为Fe>Mn>Zn>Cu,Fe与背景值38800ug·g-1相近,其他元素都高于背景值,其水平分布具有明显的规律,即入湖口处南淝河、新河、派河到西半湖心再到忠庙-姥山逐渐降低,而垂向分布特征与各研究区的污染过程相一致,特别是在污染相对严重的南淝河口,沉积柱从表层到底层,重金属含量呈现出先增加后降低的趋势,而新河、派河、西半湖心与姥山-忠庙四个采样点却呈现出不断降低的垂向分布特征,并没有出现分层现象。这与该采样点主要受到地表侵蚀、水土流失带来的重金属污染,且期间未进行过污染治理有关。除了在不同采样点出现不同的垂向分布特征,不同元素的垂向分布也出现了一定的差异。通过对沉积物四个季节的重金属含量分布,发现在人为污染较严重的南淝河口,还出现了一定的季节性特征。具体表现为:1)不同重金属元素季节性变化幅度存在差异,总体上呈现出Mn、Fe>Zn、Cu,反应出季节性变化幅度受控于元素的地球化学性质及环境因素的影响(尤其是氧化还原),2)随着深度的增加,重金属元素Mn、Fe总量在不同季节呈现出差异:I段0-10cm冬>夏季>秋、春季;II段10-20cm夏、秋季>春季,夏秋季Fe总量先保持稳定,之后不断降低。而重金属元素变异系数分析,显示了各重金属元素不同的地球化学性质。 通过本文研究不但可以评价西巢湖水体以及沉积物的重金属污染程度,还可为日后巢湖水体污染治理、沉积物的疏浚以及处置方案提供了可靠的科学依据。
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