第32卷第2期2021年4%
Voo232No22
Apr.,2021水资源与水工程学报
Jonmat of Water Resources&Water Enyineedny
D0I：10.1305/j.issn.072-643X.2021.02.14
污染评价及来源分析
刘玮晶，黄顺生，金洋，华明，赵增玉，汪子意，张琦
（江苏省地质调查研究院自然资源部国土（耕地）生态监测与修复工程技术创新中心，江苏南京214013-摘要：为研究河流底泥中重金属的来源以及对环境的危害程度，以江苏省中部某城镇河流底泥为主要研究对象，运用潜在生态风险指数法对重金属污染进行评价，并采用Peowo相关分析、R型聚类分析法对重金属污染来源进行分析。结果表明：Hy s CO g As-Cn、Nt、Pb、Cr和Zn含量平均值分别为 0.41、0.37.12.04、43.26、48.77、35.95、143.1030.30me/ay；重金属cn、Ha的危害最强且污染较重，cn污染主要与冶炼、化石燃料燃烧、涂料颜料业有关,Hy污染主要与化石燃料燃烧有关,C污染主要与合金制品制造有关,Cn和N污染与电镀加工过程有关,As和Zn污染主要与化工制造业有关。
关键词：城镇河流底泥；重金属污染；污染源；污染评价；江苏省中部
中图分类号：X522文献标识码：A文章编号：072-643X（2021）02-0097-06
Assessment and seurce analysis of heevy metal pollution in river
sediment of a town io central Jiangsu Prrvince
LIU Weijing,HUANG Shunsheeg,JIN Yang,HUA Ming,ZHAO Zeegyu,WANG Ziyi,ZHANG Qs (Technology Innovation Center for Ecological Monitoring&Restoration on Land((Table'),Ministry of
Natural Resources,GeologicoO Oufc)gg Jibbnsu Provinco,N g O加纟214023,Chinn-AbstracC:In order to understand the source of heave metals in over sebimext and their impacts on the lo) cat exvironmext,we akopted potential ecological dsh index methoO to evolnate the heave metal pollution of a town in central Jiangsu Province,then Pearson correlation analysis and R-type cluster analysis to analyze the source of the pollution i Results showeb that the average contexts of Hg,CO,As:Cn,Ni,
Pb,Cr and Zn were7.21ma/ka；7.36ma/ka；12.24ma/ka；43.26ma/ka；45.77ma/ka；35.95 ma/ka,108i11ma/ka oO147.34ma/ka,nspectdom.Among them,Hg and CO were the most hom) ful and leaety spreak pollutants,CO pollution was mainly related to smelting,fossil fuel combustion and coating industry,Hg was inCneeb by the fossil fuel combustion,Cr mostly came Pom the mancPctnro of Oloy proOncts:Cn and Ni were osociated with emctroplating pnoss:and As and Zn were mainly related to the chemical mannfactudngi
Key worde:sebimext of urdan don:heave metal po/utWn;po/u/oo source;po/u/oo assessment,on-tral Jiangsu Province
1研究背景
底泥一般指河流等水体底部的沉积物，是水环境的重要组成部分l1-01。随着城镇化、工业化的快速推进，很多工业废弃物随管道排入水体中。废弃物中含有大量重金属，其本身不会迁移降解，会随时间逐渐累积在水体底部的底泥中4T，并且可能通过物理作用、生物作用等反向污染水体质量［I4-n1。这些受到污染的水又可能会经过河网最终进入农田灌溉系统，从而对农田土壤、农产品甚至农业生产造
收稿日期2020-05-22；修回日期2020-10-23
基金项目：国家自然科学基金项目（400701-；江苏省自然资源科技项目（KJXM2010011）；江苏省耕地污染防治专项（苏财建［200］03号-
作者简介：刘玮晶（（986-），女，江苏南京人，硕士，高级工程师，研究方向为土壤、水资源调查与评价。
98水资源与水工程学报2021年
成影响2。
金评价方法有很多，常见要有口、地、潜在生态风险指数法和污染负荷指数法［10］等，其中潜在生态风应用3。
本次研究区为江苏省中工业城镇，区域湖塘，有极为航运、灌溉、排涝河流网。研究区工业和农业，工业电业、化学品制造业及石油、煤炭等燃料加工行业为主。这些行业的生产或大金属，它们随废水被排入河流并中。因此，作为江苏工业城镇，对研究区河流金行生态风险评价［2-10］、判断重金
［15-15］，对其水环境保护和区域控制［2］都极具意义。
2材料和方法
2.8底泥样品采集与测试
研究区河流样品于2212年12月-2212年5月,2样点117个，统一由
样河流2~34cm内
(淤泥)样品2大于3ka，采样点见1。
河就底泥采样点
主要河流
主熹工址园区利乡缜图1研究区域及采样点分布图
样品先装入，待排干大水分再装入聚乙烯袋。行风干2样品经(44~52C)烘干、粗碎、中碎、、工至测试要求。
研究区河流底泥中各重金属的测试方法［01-20］见1。
表1研究区河流底泥各重金属测试方法重金属测试方法
｛、汞原子荧光光谱法
X、锌、铅X射线荧光光谱法
铜、镰电感耦合等离子体原子发射光谱法
镉电感耦合等离子体质谱法(酸溶)
2.2潜在生态风险评价
生态风评中金
，在常见的几种金评价方中应用最为广泛2金
对生态、环境的影响，能反映一种甚至多种重金危害并定生态风。计算公式如下：E：:=T・C；(1) C-=(2)
RI=
a a
-I E：=I(t-C门
t=1t"1
(3)
式中:E”t为底泥中重金属i的潜在生态危害系数; Rn为中多种重金生态危害
Tt为中重金属"系数；C，为研究区
中重金属"勺富集系数；C si为研究区中重金属"勺浓度实测值,mg/kg；C g，为计算所需浓度参照值,mg/kg，选取研究区2~22c m表层土壤值。
研究区河流各重金系数｛T："
算所值(C"')［25］见表6o
生态系数(Et"：生态
(RI)各自对应的生态微差别，具体见3。
3结果与分析
3.8研究区河流底泥重金属含量特征
对研究区115件河流样品的各重金素
特征值进行了统，结果见表4，表4中还列国外地区的水金基准值临界效应浓度(OwsholU effects levels,TEL)和必然效应浓度(pw/aPie effects levels,PEL)以及《农用控制标准》(GB4284—2618)。分析表4
第2期刘玮晶，等：江苏省中部城镇河流底泥重金属污染评价及来源分析
99
可知：11）各重金属含量的最大值与最小值的比值 为8.68~402。与目前国内外沉积物质量标准相
比，本研究区河流底泥重金属平均值含量多处于
TEL 和PEL 之间，表明河流底泥重金属整体处于中 等污染水平［2「-］。但大部分重金属含量的最大值 明显高于沉积物PEL 值，其中As 、Cr 、Hn 、Ni 等含量 的最大值甚至超过了农用污泥A 类污染物控制标
准，表明研究区局部地段明显存在这些元素的点 源污染。（2） Cd,Co,Ha ，N1的平均富集因子较大, 分别为2. 25、2. 92、2. 21、2. 11，明显超过土壤背景
值，说明底泥中这些重金属元素以人为富集为主，其 中重金属Cu 的人为富集最严重。（3） Cr 、Hn 、Ni 的
变异系数均大于、，其中Ha 变异系数最大（3.22）, 表明Ha 含量空间分布受到局部人为影响最大。其
余大部分重金属的变异系数在2.52 -2.88之间，为 中。
表3
潜在生态危害系数和危害指数与污染程度的关系
生态危害系数E ：华南钢铁交易网
污染程度生态危害指数R ）
污染程度
E ： < 40
轻微生态危害R) < 154轻微生态40 W E ： < 82中等生态危害150 W R) < 340中 生态
82 W E ： < 124强生态危害
340 W R) < 640
强生态120 W E ： < 320
很强生态危害
R)三 640
很强生态
E ： M 320
强生态
表4研究区河流底泥各重金属元素含量特征值统计结果
mx/ax
国家和地区含量特征值
As Cd Cr Cu Ha Nn Pb Zd 最大值
52212226
14942223126222645222
125222548222
值
2295
2228512227.76 0.015182221424245242
本文研究区
平均值12.042236
128211
432262241
48277
35295
142232
标准差
82962231168253352242256692331827296248变异系数
0.70
22881256
2281
329212422252
2269平 富
12752225
127822922221
2211
1257
1298
TEL 7222226237222
3622222171822235222123
加拿大淡水沉积物PEL
422223252
92222197222224936222
91222
315美国佛罗里达近岸
TEL 7224
226852232
18272
22131529232222
124海洋沉积物《农用污泥污染物控制PEL
A 412624221
1622221282222272
42282112222
271
32352252231223221222
标准》(GB 4284—2418)
注：富集因子=土壤中某重金属浓度的平均值/土壤中该重金属浓度的背景值。
由表5可以看出，各重金属潜在生态危害系数 （E ：）均值大小依次为Ha > Cd > A ） > Cu > Ni > Pb > Cr > Zn，对照表3发现，除Hn 外其余2种重
金属的危害等级较低。Ha 的潜在生态危害系数均表2研究区河流底泥各重金属毒性系数（T ）和参照值（Cg ）
重金属
T c ，
C n'/( m n - °"1)
As 126288Cd
32226
Cr 2
64.41
Cu
5
12.83Ha 42
2227
Nt 523229
Pb
5
22293Zd 1
72286
3.2研究区河流底泥重金属潜在生态风险评价
根据公式（、）~（3）和表3，对研究区河流底泥 中的重金属开展潜在生态风险的计算与评价。计算 出的各重金属潜在生态危害系数（E ：）与相应危害
程度见表5；重金属潜在生态危害指数（R/）评价与 样点统计结果见表6o
值高达50 72，危害程度达到强，同时其潜在生态危 害系数最大值高达3 425.72，危害程度已达到极强, 需引起重视。Cd 的危害程度为中等，但其潜在生态
危害系数最大值对应的危害程度也已达到极强，同
100
水资源与水工程学报2021 年
样需引起注意。
表5研究区河流底泥各重金属潜在生态危害
系数（E ；）和危害程度
重金属
最大值
值
平均值
危害程度A?7527342291725
轻微
Cd
423275
1566264
中等Ce 4920612673255轻微Cu
1052192269
14255
轻微
He 3425257
525751271强
Nn 13926732910256
轻微PU
27226
32147254
轻微Zd 72730264
1295
轻微
表6研究区河流底泥重金属潜在生态危害
指数（R ）评价与样点统计结果
多种重金属生态危害程度样点数
占总样点比例/%
轻微生态危害6153204
中 生态
41
35265强生态
11
9257
很强生态危害
21274
由表6可见，研究区119个底泥采样点中21
个样点的生态危害程度为轻微，占比为53. 24% ；41 个样点的生态危害程度为中等，占比为35. 65% ；11 个样点的生态危害程度为强，占比为9. 57% ；值得 注意的是，有2个样点达到很强生态危害。
3.6研究区河流底泥重金属来源分析
采用Peaooo 相关分析和R 型聚类分析方法,
对研究区河流底泥中各重金属之间的相互关系及来
源开展研究，结果见图2和表7。
由表7可看出，在P <2.61的水平下,Cu 和Ni
的相关系数最大，达到0. 816，两者相关性最强；As
和Cd 均与PU 、Cn 、Zn 之间相关性显著，Cr 与Cu 、Ni 之间相关性显著;Cd 、Hg 与其他元素相关性较弱。
由图2聚类分析结果可知，研究区河流底泥重 金属可分为3类。第（类包括除Cd 、Hg 以外的6
种重金属元素，它们再细分为两个亚类：一类是As 1
PU 、Zn，这3个元素两两之间相关系数较大，另一类 是CoCn.Nl，其两两之间相关性也较强，存在中度
正相关；第2类是Cd 元素；第3类是Hg 元素。说 明Cd 和Hg 的来源途径与其他元素有差异。Cu 、Ni
整数规划
距离最近，即关系最密切，与Pexrsoo 相关分析中Cu
和Ni 存在最大相关性相一致。
Pexrsoo 相关分析及R 型聚类分析结果表明：
哦!冬夜的灯光As 、PU 、Zn 之间、Cr 、Cu 、Ni 之间具有很强的同源性； Cd 、Hg 与其他元素来源途径均不同。
推测As 、PU 、
Zu 来源相似,Cr 、Cu 、Ni 来源相似,Cd 和Hg 分别存 在不同的来源。结合实地调查，进一步讨论它们的 分布特征和可能来源。
表7研究区河流底泥各重金属元素Peaooo 相关系数矩阵
元素
A?Cd Ce Cu He Nn PU Zd
A?1Cd
0.233*
1Ce 02050 4.0841Cu
0.345 处0.478**
0.521 **
1He 0.239 *0.066-020*******
1Nn
0.137*02150
0.732**
02516
**02016
1
PU
石龙二中
0.054**
02321
**0.207 *02354**02095
02241
**1Zd 02651
**
02345**
0.273**
02653**
02115
02467**
02660
**
硫酸银
1
注：表示在7.25水平（双侧）上显著相关；"表示在7.21水平（双侧）上显著相关”
3.6研究区河流底泥重金属生态危害程度空间分 属污染的直接原因。本研究区属江苏省中部的重要
布特征及来源分析 工业城市，工业生产活动频繁。将每个采样点的多
人类生活和工业生产活动是造成水体底泥重金 项重金属潜在生态危害程度反映在空间上（
见图
第2期刘玮晶，等：江苏省中部城镇河流底泥重金属污染评价及来源分析101
3），观地看出研究区河流底泥受重金属污
。
2-溴芴
3发现，西部河流金属生态程度明显高于中、东部地区，这与西部临河一带大工业有关；从西向东大样点重金下降，这与研究区河流流向由西向东相一致［21。
研究区西河流金生态
高（图3），表现为重金属CO和Hy具有强、极强。实地调查中、西很强、强、中点5个，这些点工业园区，电业、化学品制造业、涂料颜料业以及石油、煤炭等燃料加工业十家大型工业企业。张光贵等
［611对湖金研究，Hg
CO主要受工矿业采冶支配。滕彦国等［41；析整理国内外城市环境地球化学的研究中，发现涂料、颜料制造业在生产中或Cd，化石燃料燃烧Cd'Ho。测，本研究区河流中Cd、Hg含量高、生态强与煤炭燃烧、冶炼、涂料行业有切成因关系。
西As、Cd、Ha为主要原因,91样点处Zn大值：548mg/kg，明显高于PEL值①--1。经调查，西：在国家级大化工开区，区域
家化工、基础化工、化工料等大规模化工企业，而化学品制产生大金属，例如As、Cd、Cf、Cu、Hg、Zn等卩01。测中的As、Cd、Hg、Zn污染与大量化工生产有关。
研究区北9107样点（图3）样点显的Cr、Ni复合中，Cr含量为研究区
最高值，即、444ma/kg。西部工业园区旁SS6样点（图3）显Cu、Ni强生态，Cu和Ni含量
为研究区最高值，分别为310和645ma/ka。经实地调查，东北部S107样点电线电缆公司，生产涉金，有研究金生产过程金属Cr、Nd01。西部Cn、Ni强样点SS6上游电镀加工公司，4事Cu、Ni化学镀电镀加工，曾被水处力不佳、私加电镀生产，断Cu、Nif自电镀加工。金文［61研究流域时也得出相。
所述，研究区河流金
现为点，底泥中重金属Cd与冶炼、化石燃料燃烧、涂料颜料业有关,Hy与化石燃料燃烧有关,Cf主要与合金制品制造有关,Cu和Ni与电镀加工过程有关,As和Zn与化工制造业有关。
研究区河流底泥重金属潜在生态危害程度空间分布图3
多种重金属潜在生态危害分级
・轻微生态危害
・中等生态危害
A强生态危害
▼很强生态危害
4结论与建议
4）研究区河流样品中，重金属Hy含量平均值为2-21mg/kg,Cd为7.34mg/kg,As为10.04 mu/kg,Cu为43122mg/kg,Ni为48.77mu/kg,Pb 为36.05mg/kg,Cr为108.11mu/kg,Zn为147.39 ma/ka；Ha、Cd、Cu、Ni富大，显的人为富；运用生态风险评价方'知，Cd和Hg£强。
（2）研究区河流金为As7 Cd、Cr、Cu、Ha、Ni、Zn，尤其以CO和Hg的污染较；其中CO与冶炼、化石燃料燃烧、涂料颜料业有关,Hgj与化石燃料燃烧有关,Cr 与合金制品制造有关,C u和N-污染与电镀加工有关,As和Zn污染与化工制造业有关。
（3）针对研究区河流金情况，建
态监测并公开工业园区水情况、水质7
各产品的特情况；建议监测并公开河流下游各取水水
对河流行实时处理并定期清淤，保障农田灌溉水无居民饮用水安全无害。
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