攀枝花市水系沉积物与土壤中重金属的地球化学特征比较

PAGE2生态环境第16卷第3期（2007年5月）徐争启等：攀枝花市水系沉积物与土壤中重金属的地球化学特征比较PAGE3攀枝花市水系沉积物与土壤中重金属的地球化学特征比较摘要：水系沉积物和土壤都是表生作用的产物，是环境中污染物质的重要受纳体，但两者在物质来源和受纳污染物方面又有不同。重金属通过不同方式进入到水系沉积物和土壤之中产生污染，对于区域环境具有重要的影响。为了了解攀枝花市水系沉积物和土壤中重金属元素地球化学特征的异同和污染状况，在攀枝花市范围内系统采集了水系沉积物和土壤样品，从环境地球化学角度，应用地球化学方法研究了攀枝花市水系沉积物及土壤中重金属的地球化学特征，应用地质累积指数法评价了污染情况，并对二者进行了比较研究。结果表明，攀枝花市水系沉积物中重金属的含量普遍高于土壤；水系沉积物和土壤中重金属的分布具有相似的特征；水系沉积物中重金属的污染程度高于土壤，但总体上来说，重金属的污染程度较小。两者的污染程度不同是因为接受污染物的方式不同；两者的分布趋势相同，说明具有相同或相近的污染来源。关键词：重金属；地球化学特征；水系沉积物；土壤；攀枝花

有害物质通过食物、饮水和呼吸会进入人体，对人类健康造成直接危害[1]。重金属等有害物质进入到食物、饮水的最初原因是植物和地表水的污染，而土壤和水系沉积物是其重要的载体和受纳体。土壤和水系沉积物成为对人类健康最重要的表层沉积物，土壤和水系沉积物的研究为评价环境质量具有重要的意义[2-6]。研究发现，在河流水系沉积物中的重金属含量比相应水体中重金属的含量高，一般得到进一步积累，同时表现出明显的分布规律。另一方面，由于水中重金属随季节和其他条件的变化容易发生变化，而水系沉积物则稳定得多，不易受外界因素的影响。因此，对沉积物中的重金属进行研究是很有价值的[7-8]。土壤由于形成母岩成分的不同以及人类活动的影响，重金属的含量随土壤熟化程度的提高有增加的趋势[9]。尽管土壤和水系沉积物的形成机制不同，但是都属于表层沉积物，都对人类健康具有重要意义，且不同程度地受到人类活动的影响，水体及土壤都有一定的污染。因而研究水系沉积物和土壤中的重金属对人们的生活和健康具有十分重要的意义，特别是对于城市地区更是如此。攀枝花市是一个典型的矿业城市，位于金沙江与雅砻江交汇处，是我国大型矿业基地之一，产有著名的超大型钒钛磁铁矿。由于地形的限制，城市与工矿区相互交错，市内有冶炼厂、选矿厂、矿山、煤矿等大型工矿企业。几十年来，经过大规模开发建设，该区以矿业开发为主的经济发展迅速，但同时由此产生的环境问题也日益突出，如水体污染、土壤污染、土地破坏、生态环境恶化等。许多学者对攀枝花的环境状况进行过研究，主要对攀枝花钢铁基地矿业开发过程中减轻环境影响的对策以及植被复垦等进行了探讨[10-11]，对整个攀枝花市大约100多km2范围内的新近系到第四系昔格达组土壤中重金属的分布特征和土壤地球化学基线[12-13]、以及对水系沉积物中重金属的特征进行了研究[14]。尽管在攀枝花进行了环境研究，但是上述只是针对某一种具体的介质进行研究，而没有将土壤与水系沉积物联系起来进行比较研究。事实上，某一地区的水系沉积物和土壤是有一定联系的，而且污染源所排放的重金属等污染物质对两者都有影响，但两者又有差别，受纳污染物的方式有所不同。这种不同到底会对重金属的地球化学特征产生什么影响，是值得研究的。针对此种情况，为了研究攀枝花市水系沉积物和土壤中重金属的地球化学特征的异同，了解攀枝花市的环境状况，本文从环境地球化学角度，应用地球化学方法研究了攀枝花市水系沉积物及土壤中重金属的地球化学特征，并对二者进行了比较研究。1材料和方法1.1样品的采集水系沉积物样沿金沙江两岸及其支流系统采集了样品共63件，其中干流20件，支流43件，采样深度0~5cm，主要是底泥和细—粉砂质沉积物。土壤样是在农田中采取，采样深度0~5cm，由昔格达组浅黄-灰白色泥质粉砂岩、钙质粉砂岩风化而成的砂质壤土和壤质砂土组成图1采样位置Fig.1Samplingspot(黑点为水系沉积物样品，圆圈为土壤样品)1.2样品的处理与分析图2土壤和水系沉积物中重金属含量比较（Ti、Mn质量分数为×10-4，其它元素质量分数为mg·kg-1）Fig.2Contentcomparisonofheavymetalsinsoilandriversediments样品在室温条件下自然风干后，用研钵研细，过120目筛（0.125样品由成都理工大学“应用核技术”四川省重点实验室采用高灵敏度XRF分析仪进行分析，所用标样通过ICP-MS方法分析。由于所采用的分析仪器具有较高的能量分辨率和较低的检出限[16]，保证了分析结果的可靠性。2结果与讨论2.1重金属的质量分数变化特征本次研究中分析了Ti、V、Cr、Mn、Ni、Zn、Pb、As、Cu等九个元素，分析统计结果见表1。从上表可以看出，水系沉积物中Ti、V、Cr、Mn、Co、Cu的含量变化很大，最大值与最小值相差数倍甚至数十倍，土壤中的含量变化则相对较小。Zn在水系沉积物和土壤中的变化都比较大。Ni、As在水系沉积物中的变化相对较小，而在土壤中的含量变化则较大。标准偏差的变化与上述各元素含量变化一致。水系沉积物中重金属的最大值普遍比土壤中的高，其中V、Ti超过三倍。最小值相差不大，除Ti、Zn外，其它元素在水系沉积物中的含量略高于土壤。从平均值看，除Zn外其它八种元素在水系沉积物中的含量普遍高于在土壤中的含量，但相差较小，其中Ti与V的含量相差一倍以上（图2）。2.2重金属的分布特征表1分析结果统计Table1Thestatisticsofresultsmg·kg-1元素水系沉积物(n=63)土壤（n=28）最大值最小值平均值标准偏差最大值最小值平均值标准偏差Ti/%5.280.3701.1101.0131.110.4990.6610.113V690.9101.2210.7129.3149.1679.30110.7619.21Cr302.283110.133.4117.0862.0889.0614.31Mn/%0.8220.0610.1520.1300.220.0670.1280.037Co9.2126.8711.0216.643.57Ni49.44648.61.2065.4834.1447.588.32Cu231.429.260.832.270.7720.7739.7211.12Zn250.133.792.048.2231.0557.2093.9635.20Pb64.3883.8223.3333.3211.01As19.27.915.02.4154.526.2114.509.18重金属在攀枝花地区土壤和水系沉积物中的质量分数综合分布如图3、图4所示。从图3和图4可以看出，尽管重金属在土壤和水系沉积物中的含量有一定差别，但重金属在这两种表层沉积物中总的分布规律还是相同的，具有相同的分布趋势。即重金属质量分数分布相对集中在攀钢冶炼区、选矿区、尾矿区，另外在安宁选矿厂附近重金属也有明显集中。图3水系沉积物中重金属质量分数综合分布图(mg·kg-1)Fig.3Contentdistributionofheavymetalsinsediment图4土壤中重金属质量分数综合分布图(mg·kg-1)Fig.4Contentdistributionofheavymetalsinsoil2.3重金属的污染特征以全球页岩平均值为标准，应用地质累积指数法对攀枝花地区的水系沉积物和土壤中重金属污染进行了评价。地质积累指数（Igeo）又称Muller指数，是德国科学家Muller提出的一种研究环境沉积物中重金属污染的定量指标。其公式为：式中：Cn是指元素n在沉积物中的实测含量；Bn是指沉积岩（即普通页岩）中的地球化学背景值,本文选择全球页岩平均值为背景（表2）；1.5为一常数。地质累积指数一般分为7级（0~6级），表示污染程度由无至极强（表3）。根据上述条件，攀枝花市表层沉积物重金属的评价结果见图5。表2评价标准（全球页岩平均值[17]）Table2Thestandardofevaluationmg·kg-1元素Ti/%VCrMnZnPbAsCuCo全球页岩0.46130908509520134519表3地质累积指数与污染程度Table3TherelationbetweenIgeoandpollutingdegreeIgeo＜00~11~22~33~44~5＞5级别0123456污染程度无污染无污染到中度污染中度污染中度污染到强污染强污染强污染到极强污染极强污染从图5可以看出，水系沉积物中重金属的污染程度远高于土壤。水系沉积物中，Ti、V、Mn、Cu的污染较为严重，为无污染到中度污染，部分达到中度污染甚至强污染；Pb、Co、As、Cr则主要为无污染，少量为无污染到中度污染；Zn的污染最小，几乎无污染。在土壤中，只有Pb、Mn两种元素的污染程度达到了第1级即无污染到中度污染；Ti、As、Zn三种元素，仅有个别样品达到第1级别，在绝大部分样品中无污染；而Cu、Co、Cr、V四种元素几乎全部无污染。在水系沉积物中重金属的污染程度由高到低依次为：Ti，V，Mn，Cu，Pb，As，Co，Cr，Zn；在土壤中重金属的污染程度由高到低依次为：Pb，Mn，Ti，As，Zn，Cr，Cu，Co，V。总的来看，攀枝花市表层沉积物中重金属的污染程度较小，为无污染到中度污染，只有个别地点为强污染。2.4讨论综上所述，攀枝花水系沉积物和土壤中的重金属元素地球化学特征既有相似之处，也有不同的情况。究其原因，主要有以下几个方面。（1）在研究过程中所采土壤主要是昔格达土。由于昔格达土所在地区比较平缓，几乎所有的农作物都生长在昔格达土之上，而且大部分城区也建在其上。土壤污染主要是由于工厂排出的废气废尘飘落入土壤之中以及使用农药化肥造成的，只有很少工业废水直接排入农田中。相反，大部分工厂的废水直接排入到河流中，造成重金属在水系沉积物中大量富集，从而引起水系沉积物中的重金属高于土壤之中。图5攀枝花市表层沉积物重金属地质累积指数法评价结果Wisker-box图（左为水系沉积物，右为土壤）Fig.5Thewisker-boxofevaluatingresultsbyIgeo（2）尽管质量分数不同，但重金属在表层沉积物中的分布趋势相同。这可以从另一方面说明污染物的来源。因为两种表层沉积物中重金属都在工厂附近富集，说明污染物主要来自人为活动，即由工厂中的“三废”造成的。3结论在攀枝花市水系沉积物中重金属的含量普遍高于土壤；水系沉积物和土壤中重金属的分布特征具有相同的趋势，说明具有相同或相近的污染来源，并且与工矿企业等人为活动有密切关系；水系沉积物中重金属的污染程度高于土壤，但总体上来说，重金属的污染程度较小。参考文献：[1]张超兰,白厚义.用模糊综合评判法评价土壤重金属污染程度[J].广西农业生物科学,2021,22(1):54-57.ZHANGChaolan,BAIHouyi.Evaluationofpolluteddegreebyheavymetalinsoilswithfuzzycomprehensiveassessment[J].JournalofGuangxiAgriculturalandBiologicalScience,2021,22(1):54-57.[2]关共凑,徐颂,黄金国.重金属在土壤-水稻体系中的分布、变化及迁移规律分析[J].生态环境,2021,15(2):315-318.GUANGongcou,XUSong,HUANGJinguo.TheRegularityofdistribution,changeandmigrationofheavymetalsinsoil-riceplantsystem[J].EcologyandEnvironment,2021,15(2):315-318.[3]宗良纲,李义纯,张丽娜.土壤重金属污染的植物修复中转基因技术的应用[J].生态环境,2021,14(6):976-980.ZONGLianggang,LIYichun,ZHANGLina.Applicationoftransgenictechnologytophytoremediationofsoilscontaminatedbyheavymetals:areviewofstudiesinChinaandabroad[J].EcologyandEnvironment,2021,14(6):976-980.[4]迟光宇,刘新会,刘素红,等.大坞河流域重金属污染与五节芒光谱效应关系研究[J].生态环境,2021,14(2):549-554.CHIGuangyu,LIUXinhui,LIUSuhong,etal.TherelationshipsbetweenheavymetalspollutionandspectralcharacteristicsofMiscanthusfloridulusinDawuRiverbasin[J].EcologyandEnvironment,2021,14(2):549-554.[5]王祖伟,张辉.天津污灌区土壤重金属污染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社会实践报告系别：班级：学号：姓名：作为祖国未来的事业的继承人，我们这些大学生应该及早树立自己的历史责任感，提高自己的社会适应能力。假期的社会实践就是很好的锻炼自己的机会。当下，挣钱早已不是打工的唯一目的，更多的人将其视为参加社会实践、提高自身能力的机会。许多学校也积极鼓励大学生多接触社会、了解社会，一方面可以把学到的理论知识应用到实践中去，提高各方面的能力；另一方面可以积累工作经验对日后的就业大有裨益。进行社会实践，最理想的就是找到与本专业对口单位进行实习，从而提高自己的实战水平，同时可以将课本知识在实践中得到运用，从而更好的指导自己今后的学习。但是作为一名尚未毕业的大学生，由于本身具备的专业知识还十分的有限，所以我选择了打散工作为第一次社会实践的方式。目的在于熟悉社会。就职业本身而言，并无高低贵贱之分，存在即为合理。通过短短几天的打工经历可以让长期处于校园的我们对社会有一种更直观的认识。实践过程：自从走进了大学，就业问题就似乎总是围绕在我们的身边，成了说不完的话题。在现今社会，招聘会上的大字报都总写着“有经验者优先”，可还在校园里面的我们这班学子社会经验又会拥有多少呢？为了拓展自身的知识面，扩大与社会的接触面，增加个人在社会竞争中的经验，锻炼和提高自己的能力，以便在以后毕业后能真正真正走入社会，能够适应国内外的经济形势的变化，并且能够在生活和工作中很好地处理各方面的问题，我开始了我这个假期的社会实践-走进天源休闲餐厅。实践，就是把我们在学校所学的理论知识，运用到客观实际中去，使自己所学的理论知识有用武之地。只学不实践，那么所学的就等于零。理论应该与实践相结合。另一方面，实践可为以后找工作打基础。通过这段时间的实习，学到一些在学校里学不到的东西。因为环境的不同，接触的人与事不同，从中所学的东西自然就不一样了。要学会从实践中学习，从学习中实践。而且在中国的经济飞速发展，又加入了世贸，国内外经济日趋变化，每天都不断有新的东西涌现，在拥有了越来越多的机会的同时，也有了更多的挑战，前天才刚学到的知识可能在今天就已经被淘汰掉了，中国的经济越和外面接轨，对于人才的要求就会越来越高，我们不只要学好学校里所学到的知识，还要不断从生活中，实践中学其他知识，不断地从各方面武装自已，才能在竞争中突出自已，表现自已。在餐厅里,别人一眼就能把我人出是一名正在读书的学生,我问他们为什么,他们总说从我的脸上就能看出来,也许没有经历过社会的人都有我这种不知名遭遇吧!我并没有因为我在他们面前没有经验而退后,我相信我也能做的像他们一样好.我的工作是在那做传菜生,每天9点钟-下午2点再从下午的4点-晚上8:30分上班,虽然时间长了点但,热情而年轻的我并没有丝毫的感到过累,我觉得这是一种激励,明白了人生,感悟了生活,接触了社会,了解了未来.在餐厅里虽然我是以传菜为主,但我不时还要做一些工作以外的事情，有时要做一些清洁的工作，在学校里也许有老师分配说今天做些什么，明天做些什么，但在这里，不一定有人会告诉你这些，你必须自觉地去做，而且要尽自已的努力做到最好，一件工作的效率就会得到别人不同的评价。在学校，只有学习的氛围，毕竟学校是学习的场所，每一个学生都在为取得更高的成绩而努力。而这里是工作的场所，每个人都会为了获得更多的报酬而努力，无论是学习还是工作，都存在着竞争，在竞争中就要不断学习别人先进的地方，也要不断学习别人怎样做人，以提高自已的能力！记得老师曾经说过大学是一个小社会，但我总觉得校园里总少不了那份纯真，那份真诚，尽管是大学高校，学生还终归保持着学生的身份。而走进企业，接触各种各样的客户、同事、上司等等，关系复杂，但我得去面对我从未面对过的一切。记得在我校举行的招聘会上所反映出来的其中一个问题是，学生的实际操作能力与在校理论学习有一定的差距。在这次实践中，这一点我感受很深。在学校，理论的学习很多，而且是多方面的，几乎是面面俱到；而在实际工作中，可能会遇到书本上没学到的，又可能是书本上的知识一点都用不上的情况。或许工作中运用到的只是很简单的问题，只要套公式似的就能完成一项任务。有时候我会埋怨，实际操作这么简单，但为什么书本上的知识让人学得这么吃力呢？这是社会与学校脱轨了吗？也许老师是正确