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HR-ICP-MS研究豐水期黃河甘寧蒙段表層沉積物中重金屬的形態(tài)分析與污染評價

文檔作者：馬小玲１劉菁鈞１３左航１４黃芳１劉穎１２文檔來源：１.中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院２.中央民族大學(xué)北京市食品環(huán)境與健康工程技術(shù)研究中心３．國家環(huán)境保護(hù)部清潔生產(chǎn)中心４．中國環(huán)境監(jiān)測總站，		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月12日
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第３ ５ 卷，第４ 期　　　　　　　　　　　　光譜學(xué)與光譜分析Vol暢３５ ，No暢４ ，pp１０６２‐１０６７
２ ０ １ ５ 年４ 月　　　　　　　　　　　　Spectroscopy and Spectral Analysis April ，２０１５ 　
HR‐ICP‐MS 研究豐水期黃河甘寧蒙段表層沉積物中
重金屬的形態(tài)分析與污染評價
馬小玲１ ，劉菁鈞１ ，３ ，左　航１ ，４ ，黃　芳１ ，劉　穎１ ，２ 倡
１ ．中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，北京　１０００８１ 　　　　　　　　　
２ ．中央民族大學(xué)北京市食品環(huán)境與健康工程技術(shù)研究中心，北京?。保埃埃埃福?
３ ．國家環(huán)境保護(hù)部清潔生產(chǎn)中心，中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京?。保埃埃埃保?
４ ．中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京?。保埃埃埃保?
摘　要　為連續(xù)、系統(tǒng)地研究不同年份豐水期黃河甘寧蒙段表層沉積物中重金屬的含量、污染狀況和潛在
生態(tài)風(fēng)險，在前期工作的基礎(chǔ)上，采用三級四步提取法（BCR）和高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜（HR‐ICPMS）
對２０１２ 年豐水期黃河甘寧蒙段包頭浮橋（S２） 、石嘴山陶樂鎮(zhèn)（S６）和烏金峽（S９）等１０ 個采樣點水體表
層沉積物中Cd ，Pb ，Cr ，Ni ，Cu ，V ，Co ，Zn 和Mn 九種重金屬元素進(jìn)行含量測定和形態(tài)分析，并對重金屬
元素的污染作出評價。結(jié)果表明：各重金屬元素在每個采樣點分布趨勢相同，平均含量順序依次為：Mn ＞ V
＞ Zn ＞ Cr ＞ Cu＞ Ni＞ Pb ＞ Co ＞ Cd ；表層沉積物中重金屬主要以殘渣態(tài)形式存在，表明重金屬的生物有效性
低，對環(huán)境影響較小；地積累指數(shù)法（Igeo ） 的評價結(jié)果顯示Cd 元素的Igeo 值最高，對環(huán)境污染程度較高，其
余元素對環(huán)境影響較小，其中Mn 元素影響最?。桓患蜃臃ǎ‥F）評價結(jié)果表明，Cd 和Cu 元素在某些采樣
點表現(xiàn)為顯著富集，尤其是Cd 在S５ 點處EF 值高達(dá)４暢６９ ，表明該點處Cd 受人類活動影響較為明顯，其余
元素均為非富集元素，這與Igeo 評價結(jié)果吻合；潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法（RI）表明，黃河甘寧蒙段S１ ，S２ 和S５
點的RI 值在１５０ ～ ３００ 之間，為中等危害范疇，其余各采樣點RI 值均小于１５０ ，為輕微危害。研究結(jié)果為相
關(guān)部門提供可信的實驗數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，也為建立該河段泥沙‐污染物輸移數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)研究持久性有毒
污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及環(huán)境評價提供技術(shù)支撐。
關(guān)鍵詞　重金屬；形態(tài)分析；污染評價；表層沉積物；黃河
中圖分類號：O６５７暢６３ 　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 　　　DOI ：１０暢３９６４／j暢issn暢１０００‐０５９３（２０１５）０４‐１０６２‐０６
　收稿日期：２０１４‐０４‐２４ ，修訂日期：２０１４‐０７‐２９
　基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（２１１７７１６３） ，高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計劃項目（B０８０４４ ） ，北京市食品環(huán)境與健康工程技術(shù)研究中心項目
（１０３０１‐０１４０４０２６） ，中央民族大學(xué)一流大學(xué)一流學(xué)科建設(shè)項目（YLDX０１０１３ ） ，中央民族大學(xué)研究生科研創(chuàng)新項目（K２０１４０４２ ） ，
GCCX２０１４１１００４３ 資助
　作者簡介：馬小玲，女，１９９０ 年生，中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院碩士研究生　　e‐mail ：mxl３８８４＠ １２６暢com
倡通訊聯(lián)系人　　e‐mail ：liuying４３００＠ １６３暢com
引　言
　　重金屬的毒性，累積性和不易降解性使其成為水環(huán)境中
具有潛在危害的重要持久性污染物。水體中的重金屬在生物
體內(nèi)富集并通過生物鏈最后進(jìn)入人體，對人體健康造成一定
危害［１ ］ 。
甘肅，寧夏和內(nèi)蒙古位于黃河上游段，區(qū)域農(nóng)業(yè)，畜牧
業(yè)以及工業(yè)的發(fā)展都以黃河為主要水源。近年來，黃河沿岸
地區(qū)經(jīng)濟(jì)與城市化的快速發(fā)展加劇了水體重金屬污染的累
積。沉積物作為重金屬重要的源和匯［２］ ，儲存進(jìn)入水體，并
在環(huán)境條件發(fā)生變化時釋放重金屬形成二次污染，再次危害
水體生物的健康［３］ 。研究表明，重金屬的遷移性和生物效應(yīng)
不僅與總量有關(guān)，更與其賦存形態(tài)密切相關(guān)。因此，本工作
結(jié)合重金屬含量及其賦存形態(tài)來綜合評價水環(huán)境中沉積物的
污染狀況［４］ 。
沉積物中重金屬形態(tài)的提取方法主要有五步連續(xù)提取法
（Tessier） 和三級四步提取法（BCR） ，研究表明BCR 法再現(xiàn)
性顯著好于Tessier 法［５］ 。BCR 法把重金屬的形態(tài)分為弱酸
可提取態(tài)，可還原態(tài)，可氧化態(tài)和殘渣態(tài)。
微量元素的測定方法有原子吸收分光光度法（AAS） ，
石墨爐原子吸收光譜法（GFAAS） ，火焰原子吸收光譜法
（FAAS） 和高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜法（HR‐ICP‐MS）
等，HR‐ICP‐MS 法具有檢測限低，干擾少，分析精密度高等
優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用［６］ 。
地積累指數(shù)評價法（index of geoaccumulation ， Igeo ） ，富
集因子法（enrichment factor ，EF） 和潛在生態(tài)危害指數(shù)法
（potential ecological risk index ，RI） 是目前評價河流沉積物
重金屬污染的主要方法［７］ 。Igeo 和EF 均引入背景值對沉積物
重金屬含量進(jìn)行歸一化處理，不僅有助于了解重金屬分布的
自然變化特征，而且可以判別人類活動對重金屬環(huán)境的影
響。RI 法是從重金屬的毒性水平來綜合評價重金屬污染的
危害程度。
近年來，國內(nèi)外學(xué)者對諸多河流流域重金屬的分布特
征，存在形態(tài)以及生物有效性等做了深入研究［８］ ，但對黃河
上游水體，尤其是對發(fā)展中的甘肅，寧夏和內(nèi)蒙古地區(qū)黃河
中的重金屬的系統(tǒng)研究報道較少。工作中采用BCR 法結(jié)合
HR‐ICP‐MS ，分析研究了黃河甘寧蒙段１０ 個采樣點表層沉
積物中九種重金屬元素的含量與形態(tài)特征，并結(jié)合相關(guān)性分
析和聚類分析探討了研究區(qū)域重金屬元素的分布特點及來
源，綜合評價了研究區(qū)域的重金屬污染狀況和潛在生態(tài)風(fēng)
險，為改善黃河及其他河流的生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)的依據(jù)。
１ 　實驗部分
1暢1 　樣品采集和預(yù)處理
２０１２ 年７ 月在甘肅，寧夏和內(nèi)蒙古地區(qū)黃河中的１０ 個
采樣點（表１） ，使用便攜式底泥采樣器采集１ ～ １０ cm 表層
沉積物樣品１ ～ ２ kg 于聚乙烯塑料袋中，置于４ ℃ 以下冰箱
中保存。采用BCR 法［５］對樣品進(jìn)行分步提取，提取物作為分
析試樣。
Table 1 　Information of the sampling points in Gansu ，Ningxia
and Inner Mongolia sections of the Yellow River
編號省區(qū)采樣地點經(jīng)度（E） 緯度（N）
S１
S２
S３
S４
S５ 內(nèi)蒙古
昭君浮橋
包頭浮橋
巴彥淖爾黃河橋
磴口縣
烏海
１０９°４２暢 ５５７′ １０９°５９暢 ２５２′ １０７°２２暢 ２０３′ １０７°０１暢 ９５６′ １０６°４７暢 ５１３′ ４０°２９暢 １５１′ ４０°３０暢 ７６６′ ４０°４０暢 １６９′ ４０°１８暢 ６８１′ ３９°４１暢 ２７５′ S６ 寧夏 石嘴山陶樂鎮(zhèn) １０６°４０暢 ０１９′ ３８°４８暢 ７４２′ S７
S８
S９
S１０ 甘肅
白銀古城
東大溝入黃河口
烏金峽
瑪曲
１０４°２８暢 ７８１′ １０４°２３暢 ５６７′ １０４°２３暢 ７５２′ １０２°０２暢 ９２０′ ３６°２７暢 ４１０′ ３６°２５暢 ７３２′ ３６°２４暢 １７９′ ３３°５７暢 ３３３′ 1暢2 　實驗儀器
自動滴定儀（７８５DMP ，瑞士萬通公司，瑞士） ； HRICP‐
MS （Element I ，F(xiàn)innigan MAT ，美國） 。
1暢3 　測定方法
樣品按照DZ／T０２２３ — ２００１ 方法采用HR‐ICP‐MS 儀器
對重金屬含量進(jìn)行測定。
1暢4 　評價方法
Igeo 是研究水環(huán)境沉積物中重金屬污染的重要指標(biāo)，計
算公式及物理量見文獻(xiàn)［６］ 。Igeo 的值與污染程度之間的關(guān)系
為：Igeo ＜ ０ （無污染） ，０ ≤ Igeo ＜ １ （無污染— 中污染） ，１ ≤ Igeo
＜ ２ （中污染） ，２ ≤ Igeo ＜ ３ （中污染— 重污染） ，３ ≤ Igeo ＜ ４
（重污染） ，４ ≤ Igeo ＜ ５ （重污染— 極重污染） ，Igeo ≥ ５ （極重污
染） 。
EF 是研究人類活動對沉積物中重金屬富集的影響程度，
常用的參比元素為Ti ，F(xiàn)e ，Al 和Sc 等［９］ ，選擇Sc 作為參比
元素。EF 的公式及物理量見文獻(xiàn)［７］ 。當(dāng)重金屬的EF 值小
于２ 時，為非富集元素，表明其主要來源于地殼；EF 值在２
～ ５ ，為中等程度富集；EF 介于５ ～ ２０ ，元素顯著富集；EF
增加到２０ ～ ４０ ，呈現(xiàn)較強(qiáng)富集的特性；當(dāng)EF 大于４０ ，則為
極強(qiáng)度富集，表明人為污染占有相當(dāng)比例。
RI 主要受表層沉積物中重金屬的濃度，種類，毒性水平
以及水體對重金屬污染的敏感性等４ 個因素的控制，計算公
式及物理量見文獻(xiàn)［７］ 。公式中Eir 表示單個重金屬的潛在生
態(tài)危害系數(shù)； RI 表示多種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)。
Hakanson提出了Eir 和RI 的評價標(biāo)準(zhǔn)（表２） 。
Table 2 　Indices and grades of potential
ecological risk of heavy metals
Eir RI 危害程度
＜ ４０ ＜ １５０ 輕微 ４０ ≤ Eir ≤ ８０ １５０ ≤ RI ≤ ３００ 中等 ８０ ≤ Eir ≤ １６０ ３００ ≤ RI ≤ ６００ 強(qiáng) １６０ ≤ Eir ≤ ３２０ ＞ ６００ 很強(qiáng) ＞ ３２０ 極強(qiáng) ２ 　結(jié)果與討論
2暢1 　黃河甘寧蒙段表層沉積物中重金屬的含量分布
各采樣點重金屬元素含量測定結(jié)果見圖１ 。從圖中看出：
各重金屬元素在每個采樣點分布趨勢相同，平均含量順序
為：Mn＞ V ＞ Zn ＞ Cr ＞ Cu ＞ Ni ＞ Pb ＞ Co ＞ Cd 。此外，各元
素含量在S１ 點均達(dá)最高值，隨后均有明顯下降趨勢，但在
S６ 點處又出現(xiàn)第二高點，此后又有下降趨勢，而在S１０ 點處
各元素含量均達(dá)到最低值。說明S１ 和S６ 點處重金屬含量相
對較高，可能是受周邊錳業(yè)集團(tuán)，石油產(chǎn)業(yè)，農(nóng)藥以及化肥
Fig暢1 　Heavy metals concentration in surface
sediments in 10 sampling sites （μg · g － 1 ）
第 ４期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 光譜學(xué)與光譜分析 １０６３
等企業(yè)的影響?，斍鶶１０ 點重金屬含量最低，可能原因是作
為黃河第一灣的瑪曲受到當(dāng)?shù)夭块T保護(hù)，工農(nóng)業(yè)污染相對較
低所致。包含九種元素總量的各采樣點大小順序依次為S１ ＞
S６ ＞ S８ ＞ S７ ＞ S９ ＞ S４ ＞ S２ ＞ S５ ＞ S３ ＞ S１０ 。
2暢2 　表層沉積物中重金屬元素的形態(tài)分析
重金屬元素在各采樣點的形態(tài)分布見圖２ 。重金屬在弱
酸提取態(tài)和可還原態(tài)的比例越高，越易被釋放造成二次污
染，而氧化態(tài)和殘渣態(tài)的重金屬相對穩(wěn)定，不易受周圍環(huán)境
的影響［１０］ 。
Fig暢2 　Heavy metal concentrations of each speciation in surface sediments
of Gansu ，Ningxia and Inner Mongolia reaches of the Yellow River
　　從圖２ 可以看出，除Cd ，Mn 外其他元素主要以活性較
低的殘渣態(tài)為賦存形態(tài)。就弱酸可提取態(tài)而言，Cd 比例最
高，Mn 次之，各元素比例平均值大小順序為Cd （５０暢０５％ ）
＞ Mn （３１暢０４％ ） ＞ Pb （９暢２０％ ） ＞ Co （７暢３４％ ） ＞ Ni
（５暢３１％ ） ＞ Zn （３暢９３％ ） ＞ Cu （３暢４０％ ） ＞ Cr （３暢１８％ ） ＞ V
（０暢５７％ ） ，弱酸提取態(tài)中的重金屬元素對環(huán)境變化敏感，在
中性或酸性條件下容易釋放，與其他元素相比，Cd 和Mn 更
易于遷移轉(zhuǎn)化，因而具有較強(qiáng)的生物活性?？蛇€原態(tài)表現(xiàn)為
Cd （４暢１６％ ） 高于Mn （３暢２３％ ） 高于其他元素（０暢３０％ ～
２暢０５％ ） ，各元素均值大小順序為Cd ＞ Mn ＞ Cr ＞ Co ＞ Ni ＞
Zn＞ V ＞ Pb ＞ Cu ；存在于該形態(tài)的Cd 和Mn 在水體氧化還
原電位降低或水體缺氧時易釋放而對水體造成二次污染；可
氧化態(tài)仍以Cd 最高， 為５暢７７％ ， Zn 和Pb 次之， 均為
５暢６５％ ，而V ，Cr ，Co ，Ni ，Cu 和Mn 約在２暢４２％ ～ ４暢７７％ ；
該形態(tài)中的重金屬元素只有在強(qiáng)氧化條件下才可能釋放出
來；各元素的殘渣態(tài)含量都較高，除Cd （４０暢１４％ ） ，Mn
（６２暢８２％ ） 外其余元素均值都在８０％ 以上，V 的比例最高，
為９５暢９９％ ，表明研究區(qū)域Cd 和Mn 元素性質(zhì)最不穩(wěn)定，易
發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化，生物可利用性大。
2暢3 　重金屬的污染評價
圖３ 中Igeo 評價結(jié)果表明，Cd 和Cu 在各個采樣點的Igeo
較高，但并沒有達(dá)到重污染程度，如Igeo 值最高的Cd 在S１ ，
S２ ，S３ ，S５ 和S８ 點處的Igeo 值介于１ ～ ２ 之間，屬于中污染
范圍。Mn 元素的污染程度在１０ 種重金屬元素中最小，各采
樣點Mn 元素的Igeo ＜ ０ 。S１０ 點９ 種重金屬Igeo ＜ ０ ，屬于無
污染；而S１ 點除Mn 的Igeo ＜ ０ 外，V ，Cr ，Co ，Ni ，Zn 和Pb
元素的Igeo 介于０ ～ １ 之間，屬無污染到中度污染范圍，Igeo 結(jié)
果表明，各個元素的污染程度由大到小順序為：Cd ＞ Cu ＞ V
＞ Cr＞ Zn ＞ Ni＞ Pb＞ Co ＞ Mn 。
　　由表３ EF 評價結(jié)果可知，Cd 在S１ ，S３ ，S５ ，S８ ，S９ 和
S１０ 點，Cu 在S１ ，S２ ，S４ 和S５ 點處的EF 值均介于２ ～ ５ 之
間，屬于中等污染范圍，說明在這些采樣點這兩種元素有一
Fig暢3 　Heavy metals geoaccumulation indexes （Igeo ） in surface
sediments in Gansu ，Ningxia and InnerMongolia sections
of the Yellow River
Table 3 　Enrichment factor （EF） value of heavy metals
in surface sediments in 10 sampling sites
采樣點V Cr Co Ni Cu Zn Pb Cd Mn
S１ １暢 ３７ １暢 ０６ １暢 ０８ １暢 ３９ ２暢 １１ １暢 ００ １暢 ５１ ２暢 １３ ０暢 ７７ S２ １暢 ５８ １暢 １１ ０暢 ８９ １暢 ５１ ２暢 ０１ １暢 １０ ０暢 ９７ ０暢 ３４ ０暢 ９４ S３ １暢 ２５ １暢 ２９ １暢 ０３ １暢 ４３ １暢 ９９ １暢 ０７ ０暢 ９８ ２暢 ９３ ０暢 ９６ S４ １暢 ７０ １暢 ９９ ０暢 ９０ １暢 ２９ ２暢 １３ １暢 ０５ １暢 １２ １暢 ３９ １暢 １７ S５ １暢 ３７ １暢 ４０ １暢 ０３ １暢 ４０ ２暢 ４１ １暢 １２ １暢 ００ ４暢 ６９ ０暢 ９４ S６ １暢 ３４ ０暢 ８５ １暢 １４ ０暢 ８８ １暢 ７８ １暢 ３２ ０暢 ８８ １暢 ９４ １暢 １５ S７ １暢 ０６ １暢 ３５ １暢 ０７ ０暢 ８４ １暢 ７５ １暢 ２１ １暢 ０７ １暢 ５８ １暢 ０５ S８ ０暢 ９９ ０暢 ９９ ０暢 ９３ ０暢 ８８ １暢 ６８ １暢 ３０ １暢 ２３ ３暢 ５７ ０暢 ９６ S９ １暢 ０９ １暢 ２２ １暢 ０３ ０暢 ９３ １暢 ８３ １暢 １９ １暢 １７ ２暢 ４２ １暢 ０３ S１０ １暢 ２５ １暢 ０７ １暢 １７ ０暢 ９４ １暢 ５８ １暢 ４７ １暢 ３９ ２暢 １５ １暢 １４ 定程度的人為源污染，特別是Cd 在S５ 點EF 值高達(dá)４暢６９ ，
說明S５ 點處Cd 嚴(yán)重富集，受人類活動影響明顯。其余各元
素在各采樣點的EF 值均小于２ ，表明其受人類活動影響較
小，可能主要來源于地殼。
１０６４ 光譜學(xué)與光譜分析 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 第 ３５卷
　　表４ Eir 值表明Cd 元素的生態(tài)風(fēng)險最高，除了在S１０ 點
為輕微危害外，在S４ ，S７ 和S９ 點為中等危害，而在其余各
采樣點均達(dá)強(qiáng)危害。其余元素的Eir 值均小于４０ ，屬輕微危
害。各元素對水體危害順序為：Cd＞ Cu ＞ Ni＞ Pb＞ Co ＞ V ＞
Cr ＞ Zn＞ Mn 。
RI 評價結(jié)果表明，S１ ，S２ 和S５ 點的RI 值介于１５０ ～
３００ ，為中等危害，其余各采樣點RI 值均小于１５０ ，為輕微危
害。
Table 4 　Potential ecological risk index of heavy metals in surface sediments
in Gansu ，Ningxia and Inner Mongolia sections of the Yellow River
采樣點Eri
V Cr Co Ni Cu Zn Pb Cd Mn RI 危害程度
S１ ５暢 ３２ ４暢 １１ １０暢 ５０ １３暢 ５０ ２０暢 ４０ １暢 ９４ １４暢 ７０ １２３暢 ９６ １暢 ４９ １９５暢 ８３ 中等 S２ ３暢 ６８ ２暢 ５８ ５暢 １９ ８暢 ７８ １１暢 ７０ １暢 ２８ ５暢 ６４ １１３暢 ７７ １暢 ０９ １５３暢 ７１ 中等 S３ ２暢 ６０ ２暢 ６９ ５暢 ３９ ７暢 ４６ １０暢 ４０ １暢 １２ ５暢 １０ ９１暢 ７０ １暢 ００ １２７暢 ４２ 輕微 S４ ３暢 ２８ ３暢 ８３ ４暢 ３４ ６暢 ２０ １０暢 ３０ １暢 ０１ ５暢 ４０ ４０暢 １９ １暢 １３ ７５暢 ６４ 輕微 S５ ３暢 ０８ ３暢 １３ ５暢 ７６ ７暢 ８６ １３暢 ５０ １暢 ２５ ５暢 ６０ １５７暢 ９２ １暢 ０６ １９９暢 １９ 中等 S６ ２暢 ５２ ２暢 ３４ ７暢 ８４ ６暢 ０９ １２暢 ３０ １暢 ８２ ６暢 ０８ ８０暢 ３６ １暢 ７４ １２１暢 ０４ 輕微 S７ １暢 ８８ ２暢 ４１ ４暢 ７８ ３暢 ７５ ７暢 ７８ １暢 ０８ ４暢 ７５ ４２暢 １６ ０暢 ９３ ６９暢 ５２ 輕微 S８ ２暢 ０５ ２暢 ０５ ４暢 ８１ ４暢 ５５ ８暢 ７４ １暢 ３５ ６暢 ４０ １１１暢 ２１ １暢 ００ １４２暢 １５ 輕微 S９ １暢 ８９ ２暢 １１ ４暢 ４８ ４暢 ０５ ７暢 ９２ １暢 ０３ ５暢 ０５ ６２暢 ８４ ０暢 ９０ ９０暢 ２８ 輕微 S１０ １暢 ４４ １暢 ２３ ３暢 ３８ ２暢 ７２ ４暢 ５７ ０暢 ８５ ４暢 ０２ ３７暢 ２４ ０暢 ６６ ５６暢 １１ 輕微 Av暢 ２暢 ７７ ２暢 ６５ ５暢 ６４ ６暢 ４９ １０暢 ８０ １暢 ２７ ６暢 ２７ ８６暢 １４ １暢 １０ １２３暢 ０９ 輕微 2暢4 　沉積物中重金屬元素的相關(guān)性及源分析
采用SPSS１９暢０ 對黃河甘寧蒙段表層沉積物中重金屬含
量作Pearson 相關(guān)分析（表５ ） ，結(jié)果表明V ，Co ，Ni ，Cu ，
Zn ，Pb 和Mn 相互之間呈極顯著相關(guān)，說明這些元素可能為
同一種污染源。而Cr 與Mn 呈顯著相關(guān)，揭示了相同來源的
可能性。本研究中Cd 和其他重金屬元素沒有表現(xiàn)出良好的
相關(guān)性，其來源受到周圍復(fù)雜環(huán)境的影響，可能由工業(yè)“三
廢”排放所導(dǎo)致，如S８ 點處的Cd 含量高達(dá)０暢４３０ μg · g － １ ，
為甘肅省土壤背景值的３暢７ 倍，可能由于S８ 點所在的東大
溝接納了周邊硫酸廠，化工廠和磷肥廠等排出的工業(yè)廢水，
沿途又匯集了白銀東市區(qū)居民的生活污水，因而成為白銀市
主要的一條排污通道，也是黃河流域重金屬的主要污染源。
與pH 呈現(xiàn)顯著相關(guān)的元素有Co ，Ni ，Zn ，說明這三種元素
易受周邊環(huán)境酸度的影響，酸度增強(qiáng)更利于其殘渣態(tài)轉(zhuǎn)化為
活性形態(tài)從而間接危害環(huán)境和人體健康。由于本研究中各采
樣點pH 均在９ ～ １０ 之間，堿性的環(huán)境有利于殘渣態(tài)的穩(wěn)定，
其余元素與pH 不相關(guān)。與TOC 呈極顯著相關(guān)的元素有Co ，
Ni ，Pb ，顯著相關(guān)的元素有V ，Cu ，Zn ，說明這幾種元素會
隨含碳有機(jī)污染物的增加而表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性，而其余元
素與TOC 不相關(guān)。
Table 5 　Correlation matrix for the concentration of heavy metals in surface sediment
in Gansu ，Ningxia and Inner Mongolia sections of the Yellow River
V Cr Co Ni Cu Zn Pb Cd Mn pH TOC
V １暢 ０００ Cr ０暢 ５５９ １暢 ０００ Co ０暢 ８４８ 倡 倡 ０暢 ５０９ １暢 ０００ Ni ０暢 ８９９ 倡 倡 ０暢 ４１５ ０暢 ９５５ 倡 倡 １暢 ０００ Cu ０暢 ８１２ 倡 倡 ０暢 ６２５ ０暢 ９４６ 倡 倡 ０暢 ９２０ 倡 倡 １暢 ０００ Zn ０暢 ８２１ 倡 倡 ０暢 ４７０ ０暢 ９４３ 倡 倡 ０暢 ９４１ 倡 倡 ０暢 ９６２ 倡 倡 １暢 ０００ Pb ０暢 ９３０ 倡 倡 ０暢 ５０６ ０暢 ８８６ 倡 倡 ０暢 ８６７ 倡 倡 ０暢 ７９６ 倡 倡 ０暢 ８２４ 倡 倡 １暢 ０００ Cd ０暢 １８３ ０暢 ０９９ ０暢 ３４７ ０暢 ３８９ ０暢 ５３８ ０暢 ５８２ ０暢 ２１７ １暢 ０００ Mn ０暢 ８４８ 倡 倡 ０暢 ７３９ 倡 ０暢 ８８４ 倡 倡 ０暢 ８８０ 倡 倡 ０暢 ９５０ 倡 倡 ０暢 ９１９ 倡 倡 ０暢 ７８５ 倡 倡 ０暢 ４２４ １暢 ０００ pH － ０暢 ４７６ ０暢 １５５ － ０暢 ７１５ 倡 － ０暢 ６６７ 倡 － ０暢 ５５８ － ０暢 ６５９ 倡 － ０暢 ５９７ － ０暢 ２６４ － ０暢 ３７８ １暢 ０００ TOC ０暢 ７１３ 倡 ０暢 ０３７ ０暢 ８１５ 倡 倡 ０暢 ７９２ 倡 倡 ０暢 ６３６ 倡 ０暢 ７１６ 倡 ０暢 ８０１ 倡 倡 ０暢 ０９７ ０暢 ５３３ － ０暢 ９０６ 倡 倡 １暢 ０００ 　注： 倡倡為p ＜ ０暢０１ 水平上相關(guān)， 倡為p ＜ ０暢０５ 水平上相關(guān)。
　　采用分層聚類法（hierarchical cluster analysis ，HCA） 對
研究區(qū)域各采樣點的重金屬元素進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，得到聚
類樹狀圖（圖４） 。由圖４ 可看出，以距離１０ 作為標(biāo)準(zhǔn)時可將
重金屬元素分為３ 組，其中Cu ，Zn ，Co ，Ni ，Mn ，V ，Pb 為
第１ 組，Cr 為第２ 組，Cd 為第３ 組。上述同一類中的元素具
有相似的變化規(guī)律，可能是受到相同因素的影響，因此，控
制其中某種元素的含量，則其他元素含量可以得到有效控
制，因此可以選擇每一類中的一種元素作為再生水重金屬指
標(biāo)的質(zhì)量控制因子進(jìn)行監(jiān)測。
第 ４期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 光譜學(xué)與光譜分析 １０６５
Fig暢4 　Dendogram of hierarchical cluster analysis for heavy
metals concentrations in surface sediments of the
Yellow River
３ 　結(jié)　論
（１） 黃河甘寧蒙段１０ 個采樣點水體表層沉積物中重金
屬含量具有相同的分布規(guī)律，每個點各元素平均含量由大到
小順序為：Mn＞ V ＞ Zn ＞ Cr ＞ Cu ＞ Ni ＞ Pb ＞ Co ＞ Cd 。包含
九種元素總量的各采樣點大小順序依次為：S１ ＞ S６ ＞ S８ ＞ S７
＞ S９ ＞ S４ ＞ S２ ＞ S５ ＞ S３ ＞ S１０ 。
（２） 表層沉積物中重金屬除Cd 和Mn 外其余元素主要
以殘渣態(tài)存在。與pH 呈現(xiàn)顯著相關(guān)的元素有Co ，Ni 和Zn ，
與TOC 呈極顯著相關(guān)的元素有Ni 和Pb 。聚類分析表明：
Cu ，Zn ，Co ，Ni ，Mn ，V 和Pb 可聚為第１ 組，Cr 為第２ 組，
Cd 則為第３ 組。
（３） Igeo 評價結(jié)果表明，Cd 在S１ ，S２ ，S３ ，S５ 和S８ 點達(dá)
到中等污染程度，其余元素對環(huán)境影響很?。籈F 評價結(jié)果
顯示，只有Cd 和Cu 在部分采樣點富集程度較高，這與Igeo
評價結(jié)果吻合；RI 評價結(jié)果：九種重金屬元素對水體危害程
度順序為：Cd＞ Cu＞ Ni ＞ Pb ＞ Co ＞ V ＞ Cr ＞ Zn ＞ Mn ，可見
Cd 是研究區(qū)的主要生態(tài)風(fēng)險因子，這與Igeo 和EF 評價結(jié)果
相吻合。黃河甘寧蒙段各采樣點的RI 值均在３００ 以下，屬于
輕微到中等生態(tài)風(fēng)險等級。
研究結(jié)果表明，黃河甘寧蒙段表層沉積物中已蓄積了一
定量重金屬，并且具有多污染源特性，表明黃河上游存在潛
在的生態(tài)危害，應(yīng)做好監(jiān)控與治理。
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１０６６ 光譜學(xué)與光譜分析 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 第 ３５卷
Study on Speciation Analysis and Ecological Risk Assessment of Heavy
Metals in Surface Sediments in Gansu ，Ningxia and Inner Mongolia
Sections of the Yellow River in Wet Season with HR‐ICP‐MS
MA Xiao‐ling１ ，LIU Jing‐jun１ ，３ ，ZUO Hang１ ，４ ，HUANG Fang１ ，LIU Ying１ ，２ 倡
１ ．College of Life and Environmental Sciences ，Minzu University of China ，Beijing ?。保埃埃埃福?，China
２ ．Beijing Engineering Research Center of Food Environment and Public Health ，Minzu University of China ，Beijing 　１０００８１ ，
China
３ ．China National Cleaner Production Center of Ministry of Environmental Protection ，Chinese Research Academy of Environmental
Science ，Beijing ?。保埃埃埃保?，China
４ ．China National Environmental Monitoring Center ，Beijing ?。保埃埃埃保?，China
Abstract 　In order to continuously study the contents ，pollution condition and potential ecological risk of heavy metals in surface
sediments in Gansu ，Ningxia and Inner Mongolia sections of the Yellow River in wet seasons in different years ，the speciation
analysis of ９ kinds of heavy metals including Cd ，Pb ，Cr ，Ni ，Cu ，V ，Co ，Zn and Mn ，pollution condition and potential ecological
risk of heavy metals in surface sediments from １０ sampling sites like Baotoufuqiao （S２） ，Shizuishantaolezhen （S６） and Wujinxia
（S９） in Gansu ，Ningxia and Inner Mongolia sections of the Yellow River in ２０１２ wet season were studied with BCR sequential
extraction and high resolution inductively coupled plasma‐mass spectrometry （HR‐ICP‐MS） based on our previous
works ．The results implied that the order of heavy metals average contents in the １０ sediment samples were the same ：Mn ＞ V ＞
Zn ＞ Cr＞ Cu ＞ Ni＞ Pb＞ Co ＞ Cd ．In the sediments ，heavy metals mainly existed in the form of residual fraction ，which indicated
that the bioavailability or environmental impact was low ．Results of geo‐accumulation indices （Igeo ） showed that ICgedo was the largest
among the heavy metals with the strongest pollution ，while IgMeno was the smallest ．Enrichment factor （EF） indicated that only
Cd and Cu were enriched at some sampling sites ．In S５ ，because EFCd reached ４ ．６９ ，Cd was affected by human activities obviously
and the result was consistent with Igeo ．Potential ecological risk index （RI） implied that the RI values in S１ ，S２ and S５
were between １５０ and ３００ ，which belonged to moderate polluting degree ，while others were less than １５０ ，belonging to light
pollution degree ．The results of this paper could not only provide reliable experimental data and theoretical basis for the relevant
departments ，but also supply the technical support for constructing mathematics model of sediments‐pollutants transport ，systematically
researching the migration and transformation rule of persistent toxic substances and environmental assessment in
these reaches ．
Keywords 　Heavy metals ；Speciation ；Ecological risk assessment ；Sediment ；Yellow River
（Received Apr ．２４ ，２０１４ ；accepted Jul ．２９ ，２０１４） 　　
倡Corresponding author
第 ４期

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