渭河渭南段重金属分析及防治对策

尹 斌

(云南师范大学 旅游与地理科学学院高原 湖泊生态与全球变化重点实验室，云南 昆明 650500)



渭河渭南段重金属分析及防治对策

尹 斌

(云南师范大学 旅游与地理科学学院高原 湖泊生态与全球变化重点实验室，云南 昆明 650500)

渭河是关中地区最大的一条河流，对关中地区的发展具有重要意义。以渭河下游渭南段为研究对象，选择了3个监测点采集河流底泥及河滩耕地土壤样品24件，用便携式土壤重金属测量仪(ALPHA-4000)对河流底泥及河滩耕地土壤样品进行重金属检测。应用地积累指数法(lgeo)对河流底泥重金属含量进行空间变化特征分析，并对河滩耕地土壤中重金属含量进行分析。结果表明：3个监测点的重金属单因子污染物平均浓度指数中，As的平均浓度指数为1.638，属于严重超标，Sr、Pb的平均浓度指数分别为0.184、0.016，属于轻度超标，同时重金属Sr、As在河滩耕地土壤中的含量均超出了中国土壤元素背景值。沋河入渭口河流底泥中的重金属单因子含量最高，污染最为严重。根据分析结果提出了相应的防治对策。

渭河；底泥；重金属

重金属是一类毒性大、易积累、难降解的污染物，容易在植物体内富集，进而通过食物链进入人体和动物体内，危害生物的生命健康，已经成为国内外的热点研究问题。由于重金属的积累作用，沉积物中重金属浓度往往比水相中高几个数量级[1]。进入河流的污染物中只有1%以下的污染物能溶解于水中，99%以上的污染物会沉积在河流沉积物中[2]。所以对沉积物中的污染物进行分析和评价较单纯的水质分析更有代表性[3]，而且其检测方法可靠简单，故水体沉积物重金属含量的变化具有重要的环境指示意义。

随着渭南城市及工业的发展，造成大量工业废水排入河中。其中重金属是比较严重的一类污染物。学者们对河流沉积物中的重金属从含量水平[4]和评价研究[5]等方面进行了大量研究，但对沉积物中重金属的防治对策研究还不太深入。因此，本文拟通过分析渭河渭南段沉积物及河滩耕地中重金属含量的空间变化及影响因素，探讨渭河渭南段重金属污染现状及治理与保护措施，为渭河的水环境保护提供依据。

1 研究区概况

渭河发源于今甘肃省定西市渭源县的鸟鼠山，流经甘肃省陇东高原、天水盆地，陕西省关中平原的宝鸡、咸阳、西安、渭南等地，至渭南潼关县汇入黄河。全长818 km，流域总面积达134 766 km2。渭南市地处陕西关中平原东部，该区属温带季风性气候，四季分明，光照充足，雨量适宜。年平均气温11.3～13.6 ℃，年平均降水量为570 mm，降水时间分布不均，集中分布在7月中旬到10月初。年日照2 144～2 505 h。水资源总量为20.06×108m3，流经渭南市的渭、洛、黄三河客水年平均流量为486.92×108m3，可利用水量为5.55×108m3。出现了水资源短缺，地下水超量开采，地表水含沙量大且污染重，不宜饮用等问题。加之渭河中上游沿岸城市如宝鸡、西安工业比较发达，其向渭河排入的污染物较多，这些污染物往往会随着水流迁移到下游，导致渭河渭南段水质污染加重，同时也增加了该地区的水污染治理难度。近几年来随着有关部门对渭河的综合治理，渭河的水质污染逐渐减轻，水环境逐渐好转。

2 数据与方法

2.1 采样与分析

于2012年5月在沋河入渭口、渭富大桥、澪河入渭口3个区域(图1)用GPS进行定位，每个区域各选取2个采样点，用铁锹(表层涂有油漆，避免金属部分和土样接触)采集0～40 cm范围内的底泥及土壤样品，所采样品为该采样点3～4个分点的混合样品，且每个采样点所采集的混合样不少于2 000 g。盛放样品的容器材料为聚乙烯、纸等非金属制品。采样后均现场密封后带回实验室，置于阴凉处风干，于3周后进行过筛处理。

应用便携式土壤重金属测量仪(ALPHA-4000，美国)对底泥及土壤样品进行重金属检测，并用地积累指数法[6]，对河流沉积物中重金属进行分析和评价，用土壤元素背景值对河滩耕地土壤进行对比分析。

图1 采样点分布图Fig.1 The sampling site distribution

2.2 研究方法

地积累指数法(lgeo)是德国海德堡大学沉积物研究所的科学家Muller[6]提出的一种研究水环境沉积物中重金属污染的定量指标，在该研究领域被广泛采用。其公式为：

lgeo=log2[Cn/(1.5×Bn)]

(1)

式中：Cn为元素n在沉积物中的含量(指质量比mg/kg，实测值)；Bn为沉积岩(即普通页岩)中的地球化学背景值；1.5为常数，是由于考虑到成岩作用可能引起背景值的变动[7]。地积累指数共分为7级，0～6级，表示污染程度由无至极强，最高一级(6级)的元素含量可能是背景值的几百倍[7]。因为河流底泥主要来源于当地的土壤，所以用土壤中不同元素的含量作为背景值来判断当地河流底泥的重金属污染程度是国内外研究者较为普遍的做法[8]。本文用中国土壤元素背景值[9]为评价依据(表1)，用地积累指数(lgeo)与重金属污染级别比较(表2)对区域的重金属污染状况进行评价。

表1 中国土壤元素环境背景值(几何均值)Tab.1 Environmental background values of soil elements in China(geometric average) mg·kg-1

表2 地积累指数(lgeo)与重金属污染级别比较Tab.2 The comparison between geoaccumulation index(lgeo) and the level of heavy metal pollution

3 结果

3.1 河流底泥重金属分析结果

把表3中As 、Pb、Zn、Mn、Rb、Sr、Zr等元素的数值分别带入公式(1)中，计算出各采样点的地积累指数(lgeo)值(表4)。

表3 渭河各采样点底泥重金属含量Tab.3 The volume of heavy metals in sediments from the Weihe River at each sampling site

表4 渭河各采样点位重金属地积累指数(lgeo)与污染状况Tab.4 Accumulation index(lgeo)of heavy metals at every sampling site in the Weihe River and pollution conditions

所测的3个采样点的重金属单因子污染物lgeoAs在3个点位均为中度污染，lgeoPb在沋河入渭口和渭富大桥两个点位为轻度污染，lgeoSr在3个点位均为轻度污染。lgeoMn、lgeoZn、lgeoZr 、lgeoRb在3个点位均不构成污染。

表5中数据表明3个采样点断面中主要重金属单因子污染物As的平均浓度指数为1.638，属于严重超标，Sr、Pb的平均浓度指数分别为0.184、0.016，属于轻度超标。Rb、Mn、Zn、Zr含量正常。

表5 渭河各采样点位重金属平均浓度地 积累指数(lgeo)与污染状况Tab.5 Accumulation index(lgeo)of heavy metals’ average concentration at every sampling site in the Weihe River and pollution condition

3.2 河滩耕地土壤分析结果

将表1中土壤元素环境背景值与表6中土壤重金属含量数值相比较可得出，7个指标中Zn、Rb、Pb、 Mn 4个元素的含量均小于土壤元素环境背景值，达不到污染。Zr元素在沋河入渭口处超出了土壤元素环境背景值。Sr元素在3个点位的含量平均值超出土壤元素环境背景值近1倍，处于污染状态。As元素在3个点位的含量平均值超出土壤元素环境背景值3倍，已构成严重污染。

表6 河滩耕地各采样点土壤重金属含量Tab.6 The volume of heavy metals in riverside farmland soil at every sampling site

4 讨论

4.1 河流重金属污染原因分析

工业废水、矿业废水和生活污水排放以及流域农业肥料的使用等都会对河流造成重金属污染[10]。重金属主要来自于工业废水，大量废水未经处理排入河流，冶金、化学、机械工业等废水中的重金属含量很高[11]。

就本次分析结果而言，在3个监测点中，沋河入渭口的河流底泥重金属单因子含量最高，污染最为严重。经调查得知沋河入渭口段在10多年前存在小型化工厂有10多家，另外还零散分布着一些机床厂，这些工厂规模小，污水处理技术落后，有的工厂甚至直接将工业废水排入河中，就造成了工业废水中的重金属在河流底泥中的积累。近年来随着各部门对沋河的综合治理，这些工厂已被全部取缔，污染在很大程度上有所减轻，但由于重金属易积累、难降解的特点，以前的污染至今对该水域的水环境有很大影响。渭南河滩耕地主要依赖渭河河水漫灌以及长期施用化学肥料，这是造成当地农业土壤重金属污染的主要原因[12]。3个监测点中河滩耕地土壤样品都存在个别重金属单因子污染物平均浓度超标现象，说明该地区土壤已经受到河水及农业化肥的污染。

4.2 对策与建议

随着公众环保意识的提高，重金属污染的隐蔽性、长期性和不可逆性已引起越来越多的关注[13]。针对上述重金属单因子污染现状，应该采取合理的耕作措施及生物工程措施进行治理。对于如何预防的问题，应该综合利用法律及行政手段控制污染，加强渭河沿岸各相关单位之间的协同管理。对渭河的治理应本着《全国生态环境保护纲要》中所强调的“保护优先，预防为主，防治结合”的方针，把渭河打造成生态渭河。具体的治理与保护措施及建议如下。

4.2.1 生物工程措施

利用植物修复技术对渭河重金属污染进行修复，植物修复技术是以植物(如水草，生态花卉等)忍耐和超量积累某种或某些化学物质的理论为基础，利用植物及其共生生物体系清除水体中污染物的环境污染治理技术。利用耐重金属植物或超积累植物降低重金属的活性，将水体中的重金属萃取出来，富集并运输到植物体内。在具体的植物与技术运用上要注意针对不同污染状况的水体选用不同的生态型植物，以重金属污染为主的水体宜选用观赏型水生植物[14]。而这一点也正好符合渭南市把渭河城区段打造成城市景观河的定位。在河滩上及水中种植芦苇、宽叶香蒲、睡莲、等植物，用此来净化水体，吸收水中的污染物，这些水生植物不仅对重金属有很好的吸收作用。同时也可以减轻河水的浑浊度，固定河床泥沙，减少泥沙的淤积。将会取得很好的生态效益。在运用植物修复技术时应注意用于清除重金属功能的植物器官往往会因腐蚀、落叶等原因使重金属等污染物重返水体，造成二次污染，因此必须定期收割并处理植物器官[14]。

4.2.2 耕作措施

长期以来在渭河治理中存在重视水资源的开发利用，轻视水资源的保护和管理，重视修水库建设调水工程，轻视封山禁牧、退耕还河等问题。经走访调研，渭河沿岸河滩并不适宜耕种，土壤沙化严重，肥力低下，基本上无灌溉设施。对于这类土地，农户只能通过大量使用化肥来增加土壤肥力，以提高产量。这样在耕作过程中无疑造成了某些化肥中的重金属向土壤富集，然后向河流迁移。大量的化肥投入不能带来高额的耕作效益，而且导致了重金属的污染，所以应该引导当地村民改变生产方式，实现退耕还河。随着科学发展观的不断加深及生态文明建设，今后应转变渭河治理的理念及态度，以维护渭河健康发展和人水和谐为治河理念，尊重河流的自然演变规律，善待河流。

4.2.3 综合利用法律及行政手段控制污染

由于工业废水及生活污水中都含有一定量的重金属，特别是工业废水中重金属含量比较大。对于渭河重金属污染的防治，应综合运用法律、行政及经济调控手段严格要求工业废水和生活污水的排放标准。对于违规排放废水的工矿企业及单位，情节严重的予以相应的法律制裁，不构成违法的，予以必要的行政处罚。提高全民尤其是沿河两岸居民的环境意识，加强环境教育和宣传，动员全社会来保护渭河保护自己的家园。

4.2.4 加强渭河沿岸各相关单位之间的协同管理

以前对渭河的治理是各相关单位分段分区域管理，各单位每年的治理目标与计划各不相同。并且重金属污染物可随着水流迁移，这样往往会导致下游河段的治理成果受到上游河段的影响，增大了治理难度。如果各单位之间能协同管理，提出共同的治理目标及标准，使整个渭河的治理及保护科学化系统化。这样将会大大提高渭河重金属污染的防治效率。

5 结论

根据对渭河渭南段河滩耕地及河流底泥土壤重金属分布规律的研究，得出结论如下：

(1)河流底泥中重金属单因子对渭河渭南段的污染程度为As(中)>Sr(无-中)>Pb(无-中)>Rb(无)>Mn(无)>Zn(无)>Zr(无)，为轻度污染。

(2)3个监测点中，沋河入渭口底泥中的重金属单因子含量最高，污染最为严重。

(3)河中底泥与河滩耕地重金属Sr、Zr 、Zn、Mn、As、Pb、Rb，7个指标中Zn、Pb、Mn、Rb含量均小于国家土壤元素环境背景值，As、Sr含量均超标，Zr含量也存在小范围超标，说命在一个大的环境容量中各部分的环境要素之间存在着必然的内在联系，既相互影响又相互制约。

(4)在许多调查活动中，河流底泥与土壤的重金属含量分析大多以中国土壤元素环境背景值作为衡量重金属是否超标的标准。而超标的原因有两方面，一方源于人类排放，另一方面应该是源于当地岩石的风化，属于环境本底。

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HEAVY METALS ANALYSIS AND THE COUNTERMEASURES AT WEINAN SECTION OF WEIHE RIVER

YIN Bin

(KeyLaboratoryofPlateauLakeEcology&GlobalChange，SchoolofTourismandGeographicalSiences，YunnnanNormalUniversity，Kunming650500，Yunnan，China)

The Weihe River is the largest river in the Guanzhong area，which is of great significance for the development of the Guanzhong area.The Weinan section of the river is the subject of the study.24 specimens are collected from the sediment and cultivated lands of the 3 points.The Portable Measuring Instrument of Soil Heavy Metal(ALPHA-4000)is used to analyze the sediment and cultivated lands.The accumulate index method(lgeo)is applied to study the spatial variation characteristics of heavy metal content in the river sediment and cultivated lands on the riversides.Results show that the accumulation average index of the heavy metal content in the river sediment of the 3 monitoring sites is negative，indicating the river sediment is non-pollution；The single factor average pollution concentration index of the 3 points are respectively 1.638(As)，0.184(Sr)and 0.016(Pb)，indicating a serious pollution of As and slight pollution of Sr and Pb；Also，Sr and As in cultivated land on the riverside exceed the soil elements setting value of Chinese；Compared with that of other points，The content of heavy metal single factor in the sediment of Youhe River is the most serious.According to the result of analysis，the corresponding countermeasures are put forward.

Weihe River；sediment；heavy metals

2015-03-03；

2015-04-02．

X522

A

1001-7852(2015)02-0013-06