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渭河杨凌—兴平段表层沉积物中重金属的环境地球化学研究

翟萌  
【摘要】: 渭河杨凌—兴平段位于渭河陕西流域中游,是陕西重要的工农业城镇。近年来随着经济的发展,渭河资源与区位优势愈显突出。由于环保力度的加大,许多高污染、高耗能企业从一线大城市向杨凌、武功、兴平这些中小城镇转移,更加重了这里的环境压力。本文采集了渭河杨凌—兴平段9个采样段面的表层沉积物样品,通过实验得出了该区域表层沉积物的理化特征;运用X-Ray荧光光谱仪分析了沉积物中主要重金属的含量水平;采用修正的BCR四步连续提取法揭示了各重金属的赋存形态;通过机械筛分实验详细研究了沉积物的粒径组成及不同粒径范围内重金属的富集和形态特征差异,并探讨了沉积物理化指标、重金属含量水平、赋存形态之间的相互关系,以此来研究渭河杨凌—兴平段表层沉积物的环境地球化学特征,以期为合理利用渭河资源,有针对性的治理渭河污染提供科学合理的理论依据。本研究的主要结论如下: (1)渭河杨凌—兴平段表层沉积物的各项理化指标分别为:pH值为7.972,电导率值为404μs/cm,烧失量平均值为1.96%,低频磁化率、高频磁化率和频率磁化率分别为60.7×10-8m3/kg、59.3×10-8m3/kg和2.45%,粒度分析结果显示,该河段沉积物主要以粉粒、沙粒为主。沉积物常量元素组成与地壳丰度基本一致,这说明了河流沉积物主要来源于地壳岩石的风化作用,反映了地壳原始矿物组成。 (2)渭河杨凌—兴平段表层沉积物重金属含量均值分别为Cu 17.7 mg/kg, Pb 18.9 mg/kg, Zn 72.7 mg/kg, Cr 100.2 mg/kg, Ni 21.1 mg/kg, Co 33.9 mg/kg, Mn 484 mg/kg。其中Cr、Co和Zn的均值含量明显超出了陕西土壤背景值。从重金属的空间分布特征来看,距离工业密集分布近的断面重金属含量相对偏高,城镇区域断面重金属含量高于偏远乡村地区,以工业为主的区域重金属含量高于新兴高科技农业区域。 (3)渭河杨凌—兴平段表层沉积物重金属都以残余态为主要存在方式,重金属的直接危害性(主要指弱酸提取态)大小为:Co (42.47%)Mn(36.09%)Pb(24.40%)Ni(11.69%) Zn(9.35%)Cu(6.13%)Cr(2.85%)Fe(2.25%);重金属的潜在危害性(主要指可氧化态与可还原态之和)大小为:Fe(39.37%)>Pb(38.60%) Cu(28.66%) Zn(22.49%) Ni(21.73%) Mn(17.66%)Co(14.57%)Cr(9.66%);重金属的环境生态风险(主要指弱酸提取态、可还原态与可氧化态之和)大小为:Pb(62.99%)>Co(57.04%) Mn(53.75%) Fe(41.62%) Cu(34.79%) Ni(33.41%)>Zn(31.84%)Cr(12.51%)。 (4)渭河杨凌—兴平段表层沉积物主要集中在75μm的给范围内,pH值和烧失量随着粒径的减小有略微增大的趋势;电导率值在较大粒径沉积物中含量较高;沉积物较高的磁化率值出现在小粒径50μm和大粒径900μm的范围中。沉积物重金属总含量主要集中在75μm的粒径范围中。Cr在细小沉积物中浓度含量较高,Pb、Mn、Ni、Cu、As、Fe的较大值都分别分布在50μm、150-300μm和900μm这三个粒径范围内;Co元素浓度含量在较小粒径和较大粒径范围含量较高,在中等粒径含量较低。 (5)渭河杨凌—兴平段沉积物重金属形态在不同粒径上的分布差异不明显,Cu、Pb、Cr、Ni和Mn在不同粒径范围内同一形态所占比例基本一致,Zn元素随着粒径的增大“非稳态”含量逐渐减小;Co元素在75μm的细小颗粒中主要以“稳定态”存在,而在75-150μm和150μm的较大颗粒中则主要以“非稳态”存在。 (6)渭河杨凌—兴平段表层沉积物重金属间的相关性表明:Fe、Mn与其它各种重金属都有较好的相关性,Pb、Cu、Zn和Ni之间的相关性较高;Cr和Co与其它元素相关性较弱,而且呈现出负相关趋势。Pb、Cu、Zn、Ni、Mn、Fe、As都与CaO、K2O、MgO、A12O3呈现出显著的相关关系;与Na2O、SiO2和pH多呈现出负相关关系;聚类分析显示:在B1、B2和B3态中,Cu、Pb、Cr、Ni的聚类关系均最近,在B4态中Mn和Zn与其它各重金属分别各为一类。 (7)通过对比渭河各城市段表层沉积物重金属环境地球化学特征,结果表明Cu、Pb、Ni和Mn元素含量空间分布规律一致,即在杨凌兴平段浓度最低,而在宝鸡、咸阳和西安等区域浓度相对较高。Cr与Zn元素的分布规律相同,即最大值都出现在杨凌兴平段,其它各段含量水平基本一致。渭河不同河段所受重金属危害程度大小顺序为宝鸡段西安段咸阳段杨凌兴平段。总体而言,重金属高含量多出现在工业密集分布、人口众多的大城市河段,但个别重金属元素在偏僻地区的异常含量应引起高度重视。


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