运用主成分分析(PCA)评价海洋沉积物中重金属污染来源

测定了胶州湾表层沉积物中重金属和有机质的含量,并用平均富集因子(Average Enrichment Factors,AEF)进行污染状况评价,发现胶州湾表层沉积物重金属污染可分为3类:轻度污染(AEFs<2),其中有Zn(AEF=1.11)、Pb(AEF=1.15)、Cr(AEF=1.52)、Mn(AEF=0.80)、Fe(AEF=0.45);中度污染(AEFs=2～3),包括Cu(AEF=2.79)和Cd(AEF=2.52);严重污染(AEFs>3),主要有As(AEF=3.03)和Hg(AEF=8.08).进一步通过主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)研究沉积物中重金属的来源,发现前3个主成分的贡献率分别为52.61%、17.37%和15.60%,表明重金属主要有3个来源:工业排污、有机质降解、岩石的自然风化与侵蚀过程.PCA的聚类分析指出,本次研究中所调查的14个站位在污染程度上可分为5大类,此结果既反映了胶州湾表层沉积物近河口污染程度重远河口污染程度轻的特点,同时也支持了工业排污是沉积物中重金属污染主要来源的分析.     

北京北部水系沉积物中重金属的研究

主要研究了北京市北部水系沉积物中重金属(As、Hg、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Ti和Zn)含量和来源.在潮白河及密云水库流域采集了17个沉积物样品,温榆河流域采集了5个样品,重金属含量As和Hg采用原子荧光光谱法测定,Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Ti和Zn含量用电感耦合等离子发射光谱法测定.研究结果表明,沉积物中重金属元素没有出现明显的富集状况,只有Hg、Cd、Cr和Zn在一些采样点有较高的富集.相关性分析表明Hg、Cd、Zn和Cu互相之间呈显著正相关(r0.06;p0.01),而Hg与Cr、Mn、Ni、Pb和Ti没有明显的相关性.通过主成分分析研究重金属的来源,发现前3个主成分贡献率分别为38%、23%和17%.因此,Hg、Cd、Zn和Cu作为第一主成分被认为与人类活动的工矿业开采有关,第二主成分As和Mn与人类活动的农业生产和生活污水排放有关,第三主成分Cr、Ni和Ti与岩石风化和土壤侵蚀有关.     

镇江城市道路沉积物中重金属污染的来源分析

道路沉积物是一重要环境介质,其颗粒物积累的潜在毒性对于城市水体是一重要危害,因此,识别道路沉积物重金属的含量及来源就显得尤其重要.分析了采集于镇江市商业区、河滨公园、居民区和交通繁忙区的62个样品中的Zn、Pb、Cu、Cr和Ni 5种重金属,它们在交通繁荣区含量最大,Zn、Cu、Cr和Ni含量在商业区、河滨公园和居民区并无明显差异.通过主成分分析识别道路沉积物中重金属的来源,发现不同功能区的重金属来源有所差别,各功能区中第一主成分(贡献率70％以上)代表来自交通活动产生的污染源,或者是与工业污染源共同产生的混合污染源;第二主成分代表来自工业污染源或者是生活污染源,并且道路沉积物中重金属与有机质显著相关,最后计算了重金属浓度富集率(CER),以评价人类活动对于重金属污染的影响程度.结果表明,有机质是镇江城市道路沉积物中重金属的重要载体, 人类活动对于该地区重金属污染影响达到中等或中等以上的程度.     

红枫湖入库河流沉积物中重金属污染状况分析

采用综合污染指数法和Hakanson生态风险指数法,对红枫湖几条主要入湖河流入湖处以及原后五养殖区沉积物中8种重金属(Cd、Pb、Cu、Co、Ni、Cr、V、Zn)含量进行了分析。研究结果表明桃花源河污染最严重,达到了中等污染水平(P=2.70,RI=171.02);后六河尽管Zn污染较严重,但其生态危害性低;其余河流的污染程度都较低。几条入湖河流的潜在生态危害性由高到低的顺序为:桃花源河>后六河>羊昌河>麻线河。所研究的8种重金属中只有Cd(Eir均≥40)具有较高的潜在生态风险,桃花源河的Cd的Eir最高(Eir=82)。其余重金属由于毒性系数小,尽管部分重金属含量达到了背景值的许多倍,但都无显著的潜在生态风险。但是后六河的Zn含量高过了生态效应必然浓度值(PEL),需引起重视。通过对桃花源河沉积物重金属含量垂向变化的研究发现,在早期成岩过程中沉积物中Cd、Pb、Ni、Co、Cr、Cu、V的沉降主要受有机质的控制;Cr不仅受有机质的影响,还受氧化还原条件的影响;而Zn则明显受粒度的控制。     

红枫湖沉积物中酸可挥发硫化物及重金属生物有效性

为调查位于喀斯特地区的饮用水水源地红枫湖水库沉积物中重金属的污染情况,测定了14个站位表层沉积物样品的酸挥发性硫化物(AVS)和同步浸提重金属(SEM)含量, 并对AVS、SEM和[SEM]/[AVS]的大小及平面分布进行分析. 结果表明,调查区域内表层沉积物SEM与AVS比值的变化范围为0.007～0.033, 平均值为0.018. 通过[SEM]/[AVS]的值并结合间隙水及表层水中重金属的含量, 可以推断目前红枫湖表层沉积物中重金属对水生生物不具有毒性. 但对单个重金属而言,与毒性效应阈值的比较结果表明,Pb、Cd、Cu具有对底栖生物产生毒性作用的潜在风险.本结论对红枫湖的疏浚及治理具有一定的指导作用.     

长江水系表层沉积物重金属污染特征及生态风险性评价

对2007年采集的长江水系表层沉积物中的9种重金属(Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、As和Hg)含量进行了分析.结果表明,沉积物中除了重金属Cr、Co、Ni外,Cu、Zn、Pb、Cd、As和Hg的含量都明显高于20世纪90年代调查结果.主成分分析(PCA)结果表明,前3个主成分的累积贡献率达到86.75%,表明了重金属的3种主要来源,分别为采矿与工业排污、岩石的自然风化与侵蚀和城市电镀工业废水与自然源.地累积指数和富集因子评估结果同时显示,长江水系表层沉积物中未受Cr、Co和Ni的污染,Cu、Zn、As和Hg受轻度污染,而Cd和Pb的污染最大.Hakanson生态风险指数法对沉积物中重金属的生态风险评价表明,各重金属单因子生态危害程度为CdHgAsZnPbCuCoNiCr.综合潜在生态指数表明,在61个位点中,中等生态危害的样点占36%,有3个位点属于强生态危害范畴,即长江干流重庆段、支流资水洞庭湖入口和信江位点;而支流湘江衡阳段、湘江株洲段、湘江洞庭湖入口、洞庭湖和安徽顺安河位点为极强生态危害范畴.     

南沙河表层沉积物重金属污染评价及来源解析

测定了南沙河表层沉积物中重金属含量,采用地累积指数法对沉积物中重金属污染程度进行评价,沉积物的重金属地累积指数分级为0～4级,属于无污染至偏重度污染水平,各重金属的污染程度为:Zn＞As＞Se＞Cu＞Pb＞Sb＞Ni＞Cr＞Co＞V＞Tl.运用主成分分析法对沉积物中重金属污染来源进行解析,结果表明,南沙河底泥中不同重金...     

红枫湖沉积物中重金属污染特征与生态危害风险评价

调查了红枫湖沉积物中重金属的含量、分布特征与富集情况. 分别以现代工业化前正常颗粒沉积物中重金属含量的最高背景值和红枫湖周边环境土壤的背景值为参比值,对红枫湖沉积物中重金属的富集系数和生态危害系数以及各采样点的生态危害指数进行了探讨,并结合瑞典学者Lars Hkanson潜在生态危害指数法对红枫湖沉积物中重金属的生态危害进行了评价. 结果表明:该湖泊沉积物中重金属含量分布呈现一定的区域特征,北湖湖区重金属平均含量高于南湖湖区;以现代工业化前正常颗粒沉积物中重金属含量的最高背景值为参比值,重金属的富集顺序为Cd＞Hg＞As＞Cu＞Zn＞Pb,污染水平顺序为Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb＞Zn;以红枫湖周边环境土壤平均值为参比值,重金属的富集顺序为Cu＞Cd＞Zn＞As＞Pb＞Hg,污染水平顺序为Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb＞Zn.       

郑州市大气PM2.5中重金属的污染特征、来源及健康风险评估:基于高分辨数据

为了研究城市大气PM_2.5中重金属的污染特征和来源,于2017年的7月和10月及2018年的1月和4月,利用在线金属分析仪对郑州市大气PM_2.5中的21种元素进行在线检测,分析了重金属浓度变化;通过富集因子、主成分分析和潜在源贡献等方法对重金属进行溯源;采用环境健康风险评价模型评估其健康风险.结果表明,K、 Zn、 Mn、 Pb、 Cu、 As、 Cr和Se的浓度随污染等级的提高而增加;富集因子和主成分分析法结果表明,重金属主要来源为地壳源、混合燃烧源、工业源和机动车源;雷达特征图表明,地壳源主导的污染主要发生在春、冬两季,混合燃烧源主导的污染主要发生在冬季;Pb、 As和Ni受汾渭平原、京津冀和河南南部的传输影响较大,Cd受采样点西北部影响较大;As对成年人和儿童均有显著致癌风险,Pb和Sb对儿童存在显著非致癌风险.     

安徽宿州市沱河底泥中重金属元素地球化学特征

在系统采集宿州市沱河表层沉积物的基础上,对其重金属元素含量进行了XRF测试。结果表明：宿州市沱河沉积物中重金属元素的含量较高,Pb、As、Cr、Cu、Zn平均含量分别为40.8μg/g、14.6μg/g、58.8μg/g、52.2μg/g、143.3μg/g。富集因子和地积累指数法对重金属污染程度的评价表明,Cr无污染...     

Trace metals in atmospheric fine particles in one industrial urban city: Spatial variations, sources, and health implications

Trace metals in PM2.5were measured at one industrial site and one urban site during September, 2010 in Ji'nan, eastern China. Individual aerosol particles and PM2.5samples were collected concurrently at both sites. Mass concentrations of eleven trace metals(i.e., Al, Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Sr, Ba, and Pb) and one metalloid(i.e., As) were measured by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy(ICP-AES). The result shows that mass concentrations of PM2.5(130 μg/m3) and trace metals(4.03 μg/m3) at the industrial site were 1.3 times and 1.7 times higher than those at the urban site, respectively, indicating that industrial activities nearby the city can emit trace metals into the surrounding atmosphere. Fe concentrations were the highest among all the measured trace metals at both sites, with concentrations of 1.04 μg/m3at the urban site and 2.41 μg/m3at the industrial site, respectively. In addition, Pb showed the highest enrichment factors at both sites, suggesting the emissions from anthropogenic activities existed around the city. Correlation coefcient analysis and principal component analysis revealed that Cu, Fe, Mn, Pb, and Zn were originated from vehicular trafc and industrial emissions at both sites; As, Cr, and part of Pb from coal-fired power plant; Ba and Ti from natural soil. Based on the transmission electron microscopy analysis, we found that most of the trace metals were internally mixed with secondary sulfate/organic particles. These internally mixed trace metals in the urban air may have diferent toxic abilities compared with externally mixed trace metals.     

Historical trends of heavy metal contamination and their sources in lacustrine sediment from Xijiu Lake, Taihu Lake Catchment, China

Concentrations of Cd, Cr, Cu, Pb, Zn and Hg in Xijiu Lake sediment from the Taihu Lake catchment, China, were analyzed. Their contamination state was investigated based on the geoaccumulation index and enrichment factors. Statistical analysis was used to differentiate the anthropogenic versus natural sources of heavy metals (HMs), and the anthropogenic accumulation fluxes were calculated to quantify anthropogenic contribution to HMs. The results indicated that the lake sediment had been heavily contaminated by Cd, enrichment of Zn and Hg was at a relatively high level, while that of Cu and Pb was in the lower-to-moderate level and Cr was in the low enrichment level. Sources of Cr in the sediment were mainly from natural inputs, while other metals, especially Cd, were predominantly derived from anthropogenic sources. In the past century, anthropogenic accumulation fluxes of Pb, Zn and Hg increased by 0.1-47.3 mg/(cm².yr), 2.4-398.1 mg/(cm².yr), and 3.7-110.3 ng/(m².yr), respectively, accounting for most inputs of HMs entering the sediment. The contamination state of HMs varied with industrial development of the catchment, which demonstrated that contamination started in the early 20th century, reached the maximal level between the mid-1970s and mid-1990s, and decreased a little after the implementation of constraints on high contamination industries, although the contamination of some HMs, such as Cd, Zn and Hg, is still at high levels.     

红枫湖流域表层沉积物中全氟化合物的污染特征

PFCs(perfluorinated compounds, 全氟化合物)因具有持久性、生物富集效应和毒性而受到环境科学领域的普遍关注. 采用超高效液相色谱-串联质谱联用仪(UPLC-MS/MS)并结合固相萃取的方法,对贵阳市主要饮用水水源地——红枫湖主要入湖支流及湖区表层沉积物中10种PFCs的质量分数进行了检测,分析了其污染水平、空间分布及组成特征. 结果表明,各采样点w(∑PFCs)(10种PFCs的总质量分数)为0.27~1.65 ng/g,其中PFBA(全氟丁酸)、PFPeA(全氟戊酸)、PFOA(全氟辛酸)、PFBS(全氟丁烷磺酸)、PFOS(全氟辛烷磺酸)及PFHxA(全氟己酸)不仅检出率高,而且对各采样点w(∑PFCs)的贡献较大,是红枫湖表层沉积物中主要的PFCs;受湖区水文水动力条件及沉积物有机质的影响,北湖表层沉积物中w(∑PFCs)高于南湖,并且全湖w(∑PFCs)的最高值位于出湖口处,达到1.65 ng/g;红枫湖流域表层沉积物中的w(PFOA)和w(PFOS)分别为0.07~0.51和nd(未检出)~0.16 ng/g,与国内外其他流域相比处于较低水平;大气沉降可能是红枫湖流域PFCs的主要来源.      

澧水入湖河床沉积物重金属污染特征及评价

利用等离子质谱仪(ICP-MS)对澧水入湖段河床沉积物重金属含量进行分析测定,并对沉积物重金属污染程度进行了评价.结果表明,澧水入湖沉积物重金属Cd含量较高,超出土壤背景值3.5~15.6倍,超标率达100%.地累积指数评价结果显示,Cd处于中度污染水平,重金属污染程度从高到低为:CdCuNiMnZnCoPbCrV.潜在生态风险评价结果显示,沉积物Cd的生态风险指数RI值在84.3~230之间,表现出很强的生态风险.重金属生态风险排序为:CdCuNiPbCoCrVMnZn,且沉积物重金属Cd对潜在生态风险指数RI值的贡献率最大.健康风险评价结果显示,重金属Mn、V、Pb、Cr、Cu、Co、Zn、Ni、Cd等均没有显著的非致癌风险,儿童致癌风险比成人大1.3~5.6倍,其中,重金属Cr、Co可对儿童和成人构成潜在致癌风险.重金属Cd、Pb、Zn可能主要来自于工矿排放等人为带入,而V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu等重金属可能主要来自流域基岩的自然风化、侵蚀等地表作用.流域重金属污染防治应主要针对Cd、Cr、Pb、Zn等重金属污染而进行.     

重金属元素在贵州红枫湖水体中的分布特征

以贵州红枫湖为研究对象,分析了该湖13个采样点的上覆水、表层沉积物间隙水和表层沉积物中的Cd、Pb、Cu、Zn、Fe、Mn 6种重金属的浓度.其中,上覆水和间隙水中的金属浓度呈现相同的分布趋势:Fe>Mn>Zn>Pb>Cu>Cd;而沉积物中的金属浓度略有不同,为Fe>Mn>Zn>Cu>Pb>Cd.同种重金属在三者间的分布顺序为:沉积物>间隙水>上覆水,表明该湖中的重金属有从沉积物向上覆水扩散的可能.相关性分析表明,上覆水、表层沉积物间隙水和沉积物中的金属浓度之间没有明显的相关性;通过主成分分析,对该湖水体重金属的来源及迁移趋势进行评估,其中沉积物中重金属提取出一个主成分(贡献率为67.7%),而间隙水和上覆水的分析中分别提取出2个主成分,其中间隙水贡献率为73.6%和16.73%,上覆水为44.2%和25.1%.红枫湖水体重金属元素含量相对国内湖泊偏高,其中北湖水体各金属元素含量普遍高于南湖水体.