中国南方湘江下游地表沉积物重金属多变量分析外文翻译资料

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中国南方湘江下游地表沉积物重金属多变量分析

Longjiang Mao _bull; Duowen Mo _bull; Yuanyuan Guo _bull;Qiang Fu _bull; Jinghong Yang _bull; Yaofeng Jia

Received: 20 November 2011 / Accepted: 25 August 2012 / Published online: 21 September 2012Oacute; Springer-Verlag 2012

摘要：中国南方湘江下游（长沙 - 湘潭 - 株洲段）收集的16个样品中重金属（Cr，Mn，Co，Ni，Cu，Zn，Cd和Pb）的浓度由高 分辨率电感耦合等离子体质谱（HR-ICPMS）。多元分析，如主成分分析和聚类分析，加上相关系数分析，用于分析分析数据，并确定重金属的可能污染源。结果表明，湘江下游沉积物中累积的8种重金属特别是Mn，Cu，Zn，Pb，Cd分别为2.0-2.6,1.7-2.6,3.5-3.8,3.2-3.6和189.5- 分别为湖南省土壤微量元素背景值的152.8倍和UCC背景值。 主成分分析和聚类分析，加上相关系数分析，发现湘江下游的沉积物主要受到两个来源的影响：Cr，Co，Ni，Cu，Zn，Cd和Pb，主要来源于工业来源，而Mn来源于工业和自然资源，主要来源于天气和风化。

关键词：重金属；沉积物；多元分析；湘江

引言

河流沉积物作为污染物起着重要作用，并在河流中提供合理的污染历史（Gibbs 1977; Filgueiras et al.2002; Jain 2003; Davutluoglu et al。2011）。沉积物作为水生环境中污染物的载体和沉积物（Soares等人1999; Li et al。2009）。微量元素，特别是重金属，是最常见和重要的环境污染物之一（Davutluoglu et al。2011）。由于快速的城市化和工业化，重金属不断被引入河流，河口和沿海沉积物（Dassenakis et al。1996; Jha et al。2003; Xia et al。2011）。重金属被天然或人为来源添加到水生系统中（Fouml;rstner和Wittmann 1979; Zarazua等2006）。自然资源主要包括土壤和岩石的风化，侵蚀，森林和火山喷发; 而城市和工业化排放，采矿和修复以及人为活动引起的农业排水也流入了河流（Zarazua et al。2006; Pardo et al。1990; Baughriet et al。2007; Klavins et al。2000）。了解沉积物中重金属的分布和浓度将有助于检测水生系统的污染源（Fouml;rstner和Wittmann 1979; Davutluoglu et al。2011）。过去几十年来，有毒金属污染的河流引起了广泛的关注（Facchinelli等2001; Huang and Saulwood 2003; Singh Kunwar et al。2005; Suthar et al。2009; Mao et al。2011） 。

湘江是湖南省，华南地区重要河流之一。 这条河长约856公里（湖南省660公里），集水面积约94,660平方公里（张等1989）。湖南省有色金属储量丰富，大部分用于矿产，矿产加工和冶炼有色金属和稀有金属的矿石位于湘江中下游; 而这些集约采矿和工业活动的影响力大量涌入河流（Zhang et al。，2009）。而长沙，湘潭，株洲等大城市也位于湘江中下游。 随着工业生产和城市扩张的发展，湘江中下游地区近年来日益严重污染（Dong et al。1992; Zeng et al。2006）。在这项研究中，对湘江下游的长沙 - 湘潭 - 株洲段进行了调查。 目的是确定湘江下游沉积物中重金属的浓度，分析其潜在来源。

材料和方法

研究区

长江主要支流之一的湘江起源于广西壮族自治区海阳山，从南到北贯穿湖南，最终进入洞庭湖（图1）。湘江流域面临亚热带季风气候。 年平均气温在17和18°C之间。 年均降水量从1200到1700毫米不等; 然而，年降水量的60-70％发生在4月至9月的雨季，特别是4月至6月（Zhang et al。1989; Dong et al。1992）。由于气候相对温暖潮湿，植被密集，生物活动较为密集。 由于亚热带季风气候，湘江流域的主要类型是铝，矿物质，铁，铝，钛等元素相对丰富的红壤， 湘江年平均含砂量仅为0.102-0.173 kg / m3，低于中国北方河流（Dong et al。，1992）。湘江河流平原沉积物通常是灰泥（泥沙和粘土，63升）沉积物，因此可能潜在地丰富大部分污染物。 为了避免沉积物粒度的影响，随机挑选了16个现代流域的沉积物采样。 采样点的位置如图2所示。2010年11月10日至16日，湘江下游湘潭湘潭段沉积物样品采用预先清洗和酸洗的PVC铲子进行采集，顶部3-5cm样品立即保持酸洗 聚乙烯袋 将所有样品运送到实验室，在环境温度下风干2周，对沉积物进行重金属分析。

图1湘江位于中国华南地区

化学分析的所有样品在玛瑙研钵中粉化。 将大约100毫克级分的粉末沉淀物消化至10ml HCl（q = 1.19g / ml），10ml HNO 3（q = 1.42g / ml），10ml HClO 4（q = 1.68g / ml）和10 在微波炉（ETHOS TOUCH CONTROL，Milestone Inc.，意大利）中，180℃下，在180℃下（ml）（Song等，2011）。南京大学矿物沉积研究国家重点实验室高分辨电感耦合等离子体质谱（HR-ICPMS）测定了Cr，Mn，Co，Ni，Cu，Zn，Cd，Pb的重金属元素分析。使用质量保证和质量控制（QA / QC）程序评估分析数据的准确性和精确度，其中包括试剂空白，含有8％沉积物样品的重复样品和认证的地球化学参考物质（GSS-2，GSS-3，GSS -4，GSS-6），偏差为5％（Jiang et al。2007; Song et al。2011）。

图2 华南地区湘江的取样点

多元统计分析

已经广泛应用多元统计分析方法，如主成分分析（PCA）和聚类分析（CA），以评估沉积物中重金属的含量（Tahri et al。2005），土壤（Facchinelli et al。2001; Zheng 等人，2008），街道灰尘（Han et al。2006; Lu et al。2010）等。PCA用于减少数据并提取少量潜在因素来分析观察到的变量之间的关系（Han et al。2006; Tokalioglu and Kartal 2006; Lu et al。2010）。它也用于确定沉积物中的重金属（天然或人为）的来源（Facchinelli等人2001; Han等人，2006; Lu等人，2010）。应用CA来识别不同的地球化学基团，根据其化学性质的相似性对样品进行聚类（Han et al。2006）。此外，Pearson相关系数（R）可用于测量各种金属浓度之间线性关系的强度。 在本研究中，PCA和CA以及Pearson相关系数分析（R）使用SPSS软件（Windows版本12.0）进行。 此外，还计算了KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）和Bartlett对球形度的测试值。

结果与讨论

表层沉积物中重金属浓度

湘江不同站8种重金属的浓度及其平均值，标准偏差，最小值和最大值见表1，总浓度呈现显着差异，Cr 12.27-87.99 lgg -1，Mn 159.5-2414 lgg - 1，Co 2.21 23.14 lgg -1，Ni 4.71-42.45 lgg -1，Cu 5.31-188.89 lgg -1，Zn 38.41-1250.47 lgg -1，Cd 0.92-81.79 lgg -1和Pb 18.85-198.0 lgg -1（表 1）。重金属含量的平均值排列顺序如下：Mn [Zn [Pb [Cr [Cu [Ni] [Cd[Co]来自湘江沉积物（表1）。Mn，Zn，Pb，Cr，Cu，Ni，Cd和Co的平均值分别为1190.05,266.57,71.10，51.99,43.01,24.57,14.97和11.55 lgg -1。 这表明湘江沉积物中锰和锌含量较高，Cd和Co则呈现最低值。

在本研究中，选择湖南省土壤微量元素背景（CNEMC（中国国家环境监测中心）1990）和上大陆壳（UCC）值（Taylor and McLennan 1985）作为背景值。湘江沉积物中所有重金

表1 湘江16个采集点收集的表层沉积物中的重金属含量