珠江磨刀门河口表层沉积物中重金属含量及其分布特征

1、珠江磨刀门河口表层沉积物中重金属含量及其分布特征杨 蕾，李春初，田向平中山大学河口海岸研究所，广东 广州 510275摘要：分析了在珠江磨刀门河口采集的37个表层沉积物样品重金属(Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As、Ni)的含量及分布特征。采用原子吸收法分析了Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Ni的含量，采用冷原子吸收法分析了Hg、 As含量。结果表明，口门处及其两侧和拦门沙内坡重金属的含量最高；外海区域重金属含量普遍较低；由口内河床至口门处，Cu、Cr、Hg、As的含量减小，Pb、Cd、Zn、Ni的含量逐渐增大；大部分重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、As、Ni）的含量由口门处至拦门沙地区是

2、先减小再增大的；由拦门沙至外海，Cu、Pb、Cd、As的含量减小，Zn 和Ni的含量先减小后增大；由口门处至外海，Cr和Hg含量的总体趋势是增大的。磨刀门河口表层沉积物中重金属元素含量与CEC、小于0.001 mm粘粒以及沉积物有机质含量的相关性均达到显著或极显著水平；重金属含量与沉积物pH值的相关性不显著；重金属元素的含量变化和分布规律还表明磨刀门表层沉积物的重金属主要受陆源污染物的影响。关键词：磨刀门；沉积物；重金属；含量；分布中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）03-0490-05近20年来，随着珠江沿岸经济的迅速发展，含有重金属元素的工业废水和生

3、活污水大量排放，造成了城市水体沉积物和河口沉积物重金属严重污染1-3。这些污染沉积物具有潜在的、长期的危害性，极有可能对环境造成二次污染3-5。在受重金属污染的体系中，水相中的重金属含量甚微，而且随机性大，其含量分布常因排放状况与水动力条件的不同而不同。但沉积物中的重金属含量由于累积作用往往比相应水相中的含量要高，且表现出较强分布规律6。因此，开展重金属元素在沉积物中的含量、分布规律、变化形式和迁移规律研究已成为目前环境科学领域中十分重要的研究内容和任务。而在河口地区进行相应的研究则已成为环境科学和河口学的交叉学科研究的一项新内容。珠江是我国第3大河流，由西江、北江和东江3大水系汇集于珠江三角

4、洲8大口门入海，流域面积达453690 km2。其年平均流量为11100 m3s-1，年平均径流总量达3500.5亿m3，约为长江的三分之一，黄河的6倍，每年的410月为汛期，其流量约占全年的一半7。水体可分为珠江淡水径流、珠江口冲淡水和南海外海水团盐水等3部分，水动力最重要的特征是盐淡水交混、强径流和弱潮流。由于珠江洪水期、枯水期以及潮汐的影响，珠江口的重金属浓度和相态变化比较复杂。磨刀门是西江干流的出海口，其径流下泄量约占西江径流总量的三分之一左右，它为整个珠江三角洲的塑造和形成贡献了大量的沉积物，其近百年的沧桑变化更是令人瞩目。本文在珠江口磨刀门拦门沙和周围水域采集表层沉积物样品120个

5、，沉积物的表层样品中,用网格法选取了其中有代表性的37个样品，分析研究了Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As、Ni等8个重金属元素的含量及分布特征,以期为珠江口的重金属污染评价及防治提供资料和依据。近年来磨刀门区域虽然也有人为的围垦造田，但是磨刀门的开发强度还不大，水道的水深较浅，大船进不去，因此在航运方面并不发达，所受的人为污染比起其他海区就要小。在这种背景下对磨刀门地区的沉积环境进行调查研究在某种意义上就相当于一个本底值，且以往都没有在磨刀门做过有关方面的研究，这就填补了该地区的一项环境研究的空白。1 样品采集及分析方法1.1 样品采集选择在外海（10 m水深）、拦门沙和河口上游河段（

6、大井角）3个测点，于2003年9月2627日进行了水文泥沙同步测验，测验内容包括流速、流向、含沙量和含盐度等项目。于2003年9月2829日，在磨刀门拦门沙和周围水域采集表层沉积物样品120个（图1，下页），全部做了物质鉴定和粒度分析。所有样品置于烘箱内105 恒温烘干,玛瑙球磨机研磨后过100目筛，储存备用。1.2 分析项目分析的重金属元素为：Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As、Ni。1.3 分析方法依据国家标准分析方法进行，消化方法采用HF+HNO3+HClO4闭封高压溶样法；仪器型号为：Z5000型日立塞曼原子吸收分光光度计；其中，Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Ni 采用原子吸收法

7、，Hg、As采用冷原子吸收法。图1 磨刀门河口沉积物采样点位置口内河床（淡水）；拦门沙浅滩（冲淡水）；外海（高盐水）Fig. 1 Sampling sites of Modaomen Estuary sediments2 区域概况2.1 动力环境 区为磨刀门口内河床段，此段主要为淡水所控制；区为拦门沙浅滩区域，该区域主要为盐水与淡水矛盾斗争的冲淡水所控制；区为外海区，主要受到高盐水（含盐度33）所控制。2.2 沉积特征最粗的泥沙细砂，大量分布在交杯沙浅滩和拦门沙滩顶区域，其次是石栏洲边滩亦有少量细砂分布；在交杯沙浅滩、拦门沙滩顶、石栏洲的西南区域，砂的百分含量有所降低，但也是细砂的高含量区；在

8、龙屎窟和口外海滨，细砂的百分含量最少；磨刀门主槽含有少量的砂类物质，其来源为西江干流来沙；拦门沙东、西侧浅滩及其外海，细砂的含量中等。总之，磨刀门河口表层沉积物以细砂、粉砂和粘土为主，物质组成表现为总体偏细。在纵向和横向分布上，呈现出细粗细的变化趋势，分选程度亦随之呈差好差的分布。3 结果与讨论3.1 重金属含量及分布特征 磨刀门表层沉积物中的重金属含量见表1。从表中可见,珠江口表层沉积物中的Pb、Cu、Zn、Cr的含量明显比其它大城市和工业中心附近的河口要低8,原因可能是珠江口周围相对较短的工业发展历史以及对重金属具有较强吸附能力的黏土成分含量较低9。但是重金属的平均含量近20年来迅速增加，

9、表明珠江三角洲工业化发展过程对沉积物中重金属含量增加有一定影响。由表1可以看出，口门附近及其两侧和拦门沙内坡的重金属含量普遍比其他地区高，口门西侧交杯岛附近，Pb（53号站点）和As（75号站点）出现最大值，在口门东侧石栏洲附近（14号站点）Cu和Cd出现最大值，以上四种元素皆是在口门附近出现最大值；Zn（59号站点）、Hg（48号站点）的最大值出现在拦门沙附近，而Cr和Ni的最大值则出现在离磨刀门水道最远处的外海；在拦门沙内坡的大冈和交杯四沙中间（79号站点），出现了Cu、As和Ni的最小值，在拦门沙西侧大冈附近出现了Pb（102号站点）和Cd（110号站点）的最小值，Cr的最小值出现在外海

10、（116号站点），Hg的最小值出现在口内河床（121号站点），而Zn的最小值出现在拦门沙东侧（19号站点）。总体来说，重金属的含量和分布呈现出以下规律：虽然磨刀门由于还没有进行大规模的开发和航运，污染比珠江其他口门的污染小一些，但是有一部分的表层沉积物中重金属的含量有超标现象；口门处及其两侧和拦门沙内坡重金属的含量最高；外海区域重金属含量普遍较低；由口内河床口门处，Cu、Cr、Hg、As的含量减小，Pb、Cd、Zn、Ni的含量逐渐增大；大部分重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、As、Ni）的含量由口门处拦门沙地区是先减小再增大；由拦门沙外海，Cu、Pb、Cd、As的含量减小，Zn 和Ni的含量先减

11、小后增大；由口门处外海，Cr和Hg含量的总体趋势是增大的。3.2 影响重金属含量和分布的因素20世纪80年代以来,广大学者对珠江口沉积物重金属的含量分布状况及其环境影响因素进行了研究,提出了珠江口海区表层沉积物中重金属的分布模式。影响表层沉积物中重金属分布的环境因素主要有：a.陆源污染物质；b.径流及海洋动力因素；c.沉积物的pH值、有机质和粘土。林祖享等1995年进一步的分析认为,河口湾的水动力条件是近海沉积重要的动力因素,河口湾的沉积环境主要受径流及远距离搬运而来的陆源污染物的影响,河口湾的地形地貌分布特征反映了珠江口的水动力状况,它既受径流下泄的影响又受海洋水团的影响4。表1 磨刀门河口

12、表层沉积物中重金属含量Tab. 1 Average concentrations of heavy metals in surface sediments from Mo Daomen Distributary Mouth mgg-1站号CuPbZnCdCrHgAsNi127106.8224.2373194.28320.449157.86210.01199.841410.682212360.6293.614286.39620.494355.96410.020715.76378.132612197.3695.6371145.74531.883411.27420.000317.85966.4058

13、6371.43626.78848.36822.00029.43970.007919.51045.867952135.80015.6298184.17552.633920.49810.004235.83528.9679134.3786.000048.35330.655224.70510.00179.78044.84112124.4306.73999.85072.917514.51680.012125.37867.5176447.3375.000044.82250.505021.30180.031414.63895.3254671.8466.493591.17590.413022.23800.06

14、9512.25647.184614140.50517.1729280.69844.576813.0098未检出37.659113.00981641.5012.988046.39181.043738.83280.010333.24325.33581952.10036.56407.02961.393041.25000.010726.22546.17982255.1774.495539.64060.450347.91720.115820.21475.95813192.06414.0654211.95272.25557.41630.021639.18797.416334133.48850.372852

15、.58924.307122.16400.050834.16129.570837135.38714.6277251.36032.013813.55840.005632.87548.858132105.6647.4925228.85770.378164.35870.012930.952713.92845550.2463.496544.77770.529125.12280.039321.73675.32015798.07914.3347233.57972.462111.81980.009830.66509.80794855.8091.746577.64081.114838.41000.157824.

16、09247.22245398.50080.64869.22780.750910.63000.013835.522010.36557596.27226.8549255.57722.60459.88060.004255.88457.60047743.5185.988039.60100.754121.17860.035822.34796.09257929.2402.250041.37430.308216.08190.02216.88274.09368178.44925.0531207.20722.231911.89390.027240.78587.33888931.3844.241563.23830

17、.358353.03860.055416.43695.02149076.6174.9801132.73830.527842.52220.048920.56869.577110670.38614.3379299.47862.552021.63710.104440.608611.2096107121.3133.3555226.82983.030217.29360.010038.065611.0989108106.0794.9158299.81412.282125.87280.067137.95966.7269101132.9519.4649305.23792.874915.21370.038139

18、.80348.820759125.3539.5268388.29402.700033.09320.048933.11779.526810295.5451.291174.57663.031615.75200.009416.860910.070911058.93457.19718.74630.13599.48040.007426.80915.765197134.73729.48959.43163.851514.23630.022528.50278.643511149.7086.500041.37430.298828.94740.054711.99216.4327116104.69030.09841

19、35.78312.05192.35550.003230.10028.8987平均值85.50715.2349130.43841.697924.61530.031526.86837.9680表2 重金属元素含量与沉积物性质的相关系数Table 2 Correlation coefficient between heavy metal concentration and sediment propertiesCuPbZnCdCrAsNi粘粒 0.001 mm-0.571*-0.457*-0.3150.397*-0.1060.3060.560*有机质0.463*0.578*0.693*0.829*0

20、.342*0.5550.175pH0.0170.0550.1100.1720.0080.178-0.015CEC0.586*0.462*0.650*0.553*0.455*0.506*0.686*注：*为在0.05水平相关，*为在0.01水平相关。沉积物pH、沉积物有机质、小于0.001 mm粘粒及CEC（阳离子交换量）对重金属元素含量的影响见表2。表2结果显示出重金属元素（除Ni）的含量与沉积物pH值呈正相关但均未达到显著水平。其原因是其母质为第四纪河流冲积物，沉积物反应为微碱性，不同区域及样点沉积物pH值变化不大（7.598.62），因此沉积物pH值与沉积物重金属含量的相关性不显著。沉积物

21、有机质是重金属离子螯（络）合剂，对重金属元素具有吸附作用。一般而言，有机质含量较高的沉积物，对重金属的累积量亦相应较大10。从表 2 可知，所有重金属元素的含量与沉积物有机质含量均呈正相关，且相关性均达到显著或极显著水平。这表明，这些表层沉积物中的有机质对重金属的累积具有重要作用。小于0.001 mm粘粒是土壤无机胶体的核心部分，其对重金属元素同样具有巨大的吸附作用11。表2显示表层沉积物中重金属的含量与小于0.001 mm 粘粒含量均呈正相关，其中Cu、Pb、Cd、Cr、Ni的含量与小于0.001 mm 粘粒含量的相关性达显著或极显著水平，Zn和As则未达显著水平，其原因可能与Zn和As的含

22、量在该区域沉积物中的变化相对较大有关。阳离子代换量CEC反映了土壤负电荷量的多少，其大小可表示土壤保蓄能力的高低12。从表2可知，所有重金属元素含量与CEC 均呈极显著相关，说明磨刀门表层沉积物的保蓄性能对重金属元素的累积有着重要影响。表2显示出的含量变化和分布规律还表明了磨刀门表层沉积物的重金属主要受陆源污染物的影响。4 结论磨刀门河口重金属的含量分布主要有以下规律：口门处及其两侧和拦门沙内坡重金属的含量最高；外海区域重金属含量普遍较低；由口内河床口门处，Cu、Cr、Hg、As的含量减小，Pb、Cd、Zn、Ni的含量逐渐增大；大部分重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、As、Ni）的含量由口门处拦

23、门沙地区是先减小再增大；由拦门沙外海，Cu、Pb、Cd、As的含量减小，Zn 和Ni的含量先减小后增大；由口门处外海，Cr和Hg含量的总体趋势是增大的。磨刀门表层沉积物中重金属元素含量与沉积物pH、沉积物有机质、小于0.001 mm粘粒及CEC（阳离子交换量）有关，其中沉积物pH值与重金属含量的相关性不显著；所有重金属元素的含量与沉积物有机质含量的相关性均达到显著或极显著水平；0.001 mm粘粒对重金属元素同样具有巨大的吸附作用；所有重金属元素含量与CEC 均呈极显著相关。重金属元素的含量变化和分布规律还表明磨刀门表层沉积物的重金属主要受底质原生矿物和陆源污染物的影响。参考文献：1 郑习键.

24、 珠江广州河段底泥中汞铜铅的污染及其与有机硫化物积累的关系J. 土壤与环境, 1994, 3(3): 132-137.ZHENG Xijian. Pollution of Mercury, Copper and Lead in Sediment of Guangzhou Reach of Pearl River and Its Relationship with Accumulation of Organic Matter and SulphideJ. Soil and Environmental Sciences, 1994, 3(3): 132-137. 2 魏俊峰, 吴大清, 彭金莲,

25、等. 广州城市水体沉积物中重金属形态分布研究J. 土壤与环境, 1999, 8(1): 10-14.WEI Junfeng; WU Daqing; PENG Jinlian, et al. A Study on Heavy Metal Speciation in Sediments from Guangzhou Water BodyJ. Soil and Environmental Sciences, 1999, 8(1): 10-14.3 温琰茂, 韦照韬. 广州城市污泥化学成分和农业利用的环境容量J.中山大学学报: 自然科学版, 1996, 35(2): 124-128.WEN Yanma

26、o, WEI Zhaotao. Primary Study on the Composition and Environmental Capacity of Agricultural Application of Municipal Sewage Sludge in GuangzhouJ. Transaction（Science and Nature edition）of SunYat-sen University, 1996, 35(2): 124-128.4 林祖亨, 梁舜华. 珠江河口的现代沉积环境与底质重金属的含量分布J. 海洋通报, 1995, 14(4): 43-49.LIN Zu

27、heng, LIANG Shunhua. Modern sedimentary environment and heavy metal content distribution in bottom load in Pearl EstuaryJ. Marine Science Bulletin, 1995, 14(4): 43-49.5 娄性义. 固体废物处理与利用M. 北京: 冶金工业出版社, 1996: 1-11.LOU Xingyi. Solid waste disposal and utilizingM. Beijing: Metallurgy Industry Publishing C

28、ompany, 1996: 1-11.6 陈静生, 周家义. 中国水环境重金属研究M. 北京: 中国环境科学出版社, 1992: 369-376.CHEN Jingsheng, ZHOU Jiayi. Heavy Metal research in Chinese Water EnvironmentM. Beijing: Chinese Environment Science Publishing company, 1992: 369-376 .7 王菊英, 张曼平. 重金属的存在形态与生态毒性J. 海洋与湖沼, 1992, 23(2): 84-89.WANG Juying, ZHANG Ma

29、nping. Heavy metal modality and zoologic toxicityJ. Ocean and Lake, 1992, 23(2): 84-89.8 Buckley D E, Smith J N, Winter G V. Accumulation of contaminant metals in marine sediments of Halifax Harbour, Nova Scotia:environment factor sand historical trendsJ. Applied Geochemistry, 1995, 10: 175195.9 Li

30、Xiangdong, Onyx WH, Li Y S, et al. Heavy metal distribution in sediment profiles of the Pearl River estuary, South ChinaJ. Applied Geochemistry, 2000, 15: 567-581.10 陈世宝, 华珞, 白玲玉, 等. 有机质在土壤重金属污染治理中的应用J. 农业环境与发展, 1997, 14(3): 26-30.CHEN Shibao, HUA Luo, BAI Lingyu, et al. Application of Organic Matte

31、rs in the Improvement of Soil Polluted by Heavy MetalsJ. Agro-environment and Development, 1997, 14(3): 26-30.11 周守明, 杨乔平, 马桂先, 等. 河南土壤重金属与机械组成J. 河南科学, 1995, 13(4): 355-359.ZHOU shouming, YANG Qiaoping, MA Guixian, et al. The content of heavy metal and the size composition of soil in HenanJ. Henan S

32、cience, 1995, 13(4): 355-359.12 黄昌勇. 土壤学M. 北京: 中国农业出版社, 2000.HUANG Changyong. AgrologyM. Beijing: Chinese Agriculture Publishing Company, 2000.Concentrations and content distribution of heavy metals in surface sedimentsin Modaomen distributary mouth of Pearl River estuaryYANG Lei, LI Chunchu, TIAN XiangpingSchool of Geography and Planning, Sun Yat- Sen University, Guangzhou 510275, ChinaAbstract: A preliminary