主要河流沿岸剖面元素分布特征

如题所述

一、黄河沿岸剖面

(一)鄄城(HA)剖面元素分布特征

根据HA剖面表层土壤元素含量空间变化规律(图4-4a、b、c、d),可将元素分为3 组:第一组元素:As、Cd、Co、Cr、Cu、F、Hg、Mg、Mo、Ni、Pb、V、Zn、Al、Fe、K、Ca、Mg等大部分元素;第二组元素:P、Si、Na;第三组元素:B、Se、N、S。图中虚线为各元素的区域异常下限,由山东省1∶25 万多目标区域地球化学调查的表层土壤元素含量值统计所得,各元素异常下限值为剔除异常值后的平均值 +2倍离差。

在距剖面起始端约500 m处第一组元素含量较低,而第二组元素除P外含量较高,从其剖面图上看,可知该区段处于老黄河堤坝之前。

从500 m至6 km处,第一组元素含量较高,大部分元素含量高于区域异常下限,但异常衬度不大;而第二组元素表现为负异常或低背景。

第三组元素在HA剖面上变化较小,含量处于区域背景范围内。

图4-4a 黄河沿岸鄄城(HA)剖面元素分布图

图4-4b 黄河沿岸鄄城(HA)剖面元素分布图

图4-4c 黄河沿岸鄄城(HA)剖面元素分布图

图4-4d 黄河沿岸鄄城(HA)剖面元素分布图

从土壤垂向剖面可见,P、N等生命元素、农业元素总体上表现为明显的地表富集,Cd和Hg等元素在个别垂向剖面上表现为较明显的地表富集,其他元素随深度的含量变化无规律性。总体来看,第一组元素的垂向变化规律较一致。

土壤元素含量的水平和垂向含量变化显示,多数微量元素(以第一组元素为主)受常量元素含量的控制,即与Fe、Al、K、Ca、Mg含量呈共消长关系,而与Si、Na含量呈反消长关系。

(二)平阴(HB)剖面元素分布特征

同HA剖面相似,HB剖面亦可将元素分为3组:第一组:As、Cd、Co、Cr、Cu、F、Hg、Mg、Mo、Ni、Pb、Se、V、Zn、Al、Fe、K、Ca、Mg 等大部分元素;第二组:P、Si、Na;第三组:B、N、S。(图4-5a、b、c、d)

在距剖面起始段约1 km处,即黄河大堤以内,第一组元素含量较低,而第二组元素含量较高;从1~6 km处,村庄密度增加,第一组元素的含量较高,多数呈异常分面,而第二组元素为低背景或负异常;从6 km至剖面结束,第一组元素含量下降至背景范围,而第二组元素含量明显增高,其中P呈现出较明显的异常。第三组元素与HA剖面相似,含量变化无规律,其中B、N与第一组元素的变化特征有相似之处,但其含量变化幅度较小,未达异常含量水平。

HB剖面表层土壤中以As、Cr、Mn等微量元素异常最为明显,其他元素呈弱异常。土壤垂向剖面显示,P、N、Se、S等元素具有较强烈的地表富集特征,以P和N富集程度最强;部分垂向剖面上Cd、Cu、Cr、Hg、Pb等污染元素表层富集趋势较明显。与HA剖面相似,大多数元素垂向分布特征相似。从HB剖面的表层土壤及垂向土壤的空间含量变化图上亦可看出,多数微量元素(主要是第一组元素)受常量元素的控制,表现为与Fe、Al、K、Ca、Mg含量呈共消长,与Si、Na含量呈反消长,但这种关系不如HA剖面明显。

(三)利津(HC)剖面元素分布特征

同HA、HB剖面相比,HC剖面微量元素异常衬度较小,异常主要分布在剖面前段,即黄河大堤之前的约4.5 km范围内,在近黄河剖面起端200 m内,多数微量元素含量较低。异常元素主要包括:As、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、V、Zn、Se等微量元素和Al、Fe、Ca、Mg等常量元素,此范围内 Si、Na 呈负异常分布(图4-6 a、b、c、d)。在距离黄河6 km的黄河大堤之外,多数微量和常量元素呈弱异常分布,异常元素种类与前4.5 km相同。与HA、HB 剖面有所不同的是,土壤垂向剖面反映出HC 剖面的As、Cd、Co、Cr、Cu、F、Hg、Mn、Mo、Ni、P、Pb、V、Zn、Se、N、S 等大部分元素都呈现出不同程度的地表富集,而Al、Fe、K、Ca、Mg等常量元素也表现为明显的地表富集,Si、Na则表现为地表贫化,推断微量元素的地表富集可能与常量元素及其由此决定的土壤理化性质有关。

二、小清河沿岸剖面

济南市及小清河沿岸工业和城镇生活废水的大量排入小清河,河流生态环境遭到严重破坏,而小清河中、下游地区农田普遍以河水灌溉,导致沿岸农田污染。调查表明,沿小清河及其支流多种有害元素呈带状大面积异常分布。本次研究在小清河沿岸部署了2条垂直于小清河的土壤剖面,一条位于小清河中上游的济南市附近(XA剖面),另一条位于小清河下游东营市附近(XB剖面)。

图4-5a 黄河沿岸平阴(HB)剖面元素分布图

图4-5b 黄河沿岸平阴(HB)剖面元素分布图

图4-5c 黄河沿岸平阴(HB)剖面元素分布图

图4-5d 黄河沿岸平阴(HB)剖面元素分布图

图4-6a 黄河沿岸利津(HC)剖面元素分布图

图4-6b 黄河沿岸利津(HC)剖面元素分布图

图4-6c 黄河沿岸利津(HC)剖面元素分布图

图4-6d 黄河沿岸利津(HC)剖面元素分布图

(一)济南(XA)剖面元素分布特征

XA剖面位于济南市历城附近。剖面起始于黄河边,途经小清河和济南钢铁厂,终止于济南钢铁厂东南的公园。剖面处于人口稠密区。剖面测量以农田耕作土壤为采集对象,济南钢铁厂范围内约2 km没有采集到样品,在剖面终结点采集了公园土壤。

从图4-7a、b、c、d可以看出,从黄河至小清河段约3 km范围内,偶有不连续的As、Cd、Co、Cr、Cu、F、Mn、Mo、Ni、P、Pb、V、Zn、Se、N、S 等微量元素异常。与常量元素剖面分布相比,可以发现此段剖面的元素空间分布特征与黄河3条剖面类似,异常衬度较小,且微量元素与常量元素具有互消长的关系。

邻近小清河大多数微量元素呈明显的异常分布,同时,该此常量元素也表现具有较明显的异常,推断此处微量元素异常是小清河污染和土壤质地双重作用的结果。

小清河至济南钢铁厂段剖面,大多数元素含量属于背景范围,常量元素分布也很平缓,此地段存在 Hg、Cd、Cr、Cu、Pb、Se 等元素异常,尤其是 Hg 和 Se 异常很明显。

在济南钢铁厂附近,Cu、Hg、P等元素呈非常明显的异常分布,表明了济南钢铁厂对附近土壤的强烈污染影响。

由土壤垂向剖面上元素分布特征可见,Hg、Se、P、N、S等元素表现为较强烈的地表富集特征,尤其是Hg和Se元素从黄河至邻近济南钢铁厂,表层富集程度逐渐增加,体现了居民和济南钢铁厂污染程度的增加。

(二)东营(XB)剖面元素分布特征

该剖面位于东营市附近,为横穿了小清河的正南北向剖面,剖面长25 km,整条剖面以500 m点距采集表层土壤,小清河北约7 km处剖面跨越了另一条名为支脉河的河流。

山东省黄河下游多目标区域地球化学调查表明,在东营附近沿小清河和支脉河呈条带状分布有大片的微量元素异常,异常走向与河流平行,呈断续分布。

从图4-8a、b、c、d可以看出,整条剖面从起始端至约20 km处,不连续分布各种微量元素异常,至20 km后各元素异常基本消失。

从剖面起始端至支脉河段剖面,不连续分布有As、Cd、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、F、Mn、Pb、V、Zn、Se、S等微量元素异常,异常衬度较小,与常量元素空间分布具有一定的消长关系。

支脉河至小清河范围内,As、B、Cd、Co、Cr、Cu、Pb、V、Zn、Mo、Ni、F、Mn等微量元素异常衬度相对较大。与此相对应,此范围内常量元素亦有较明显的异常分布,表现为低Si、Na,高Al、Fe、K、Ca、Mg的特点,与黄河沿岸3条剖面相类似,推断此范围内微量元素异常主要由土壤宏量组分(质地)所引起。

沿剖面采集的6条垂向土壤剖面,元素含量变化较大,但规律性差,只有N和部分垂向剖面上的Hg、Se和P等元素呈较明显的地表富集,但仔细观察可见各微量元素的垂向分布特征似乎与常量元素垂向变化有关。

图4-7a 小清河沿岸济南(XA)剖面元素分布图

图4-7b 小清河沿岸济南(XA)剖面元素分布图

图4-7c 小清河沿岸济南(XA)剖面元素分布图

图4-7d 小清河沿岸济南(XA)剖面元素分布图

图4-8a 小清河沿岸东营(XB)剖面元素分布图

图4-8b 小清河沿岸东营(XB)剖面元素分布图

图4-8c 小清河沿岸东营(XB)剖面元素分布图

图4-8d 小清河沿岸东营(XB)剖面元素分布图

三、徒骇河沿岸剖面

多目标区域地球化学调查发现,在徒骇河沿岸偶有微量重金属异常出现。本次调查针对禹城附近异常,布设了一条剖面(TA剖面)开展研究。

由图4-9a、b、c、d可见,该剖面上As、Cd、Co、Cr、Cu、F、Mn、Mo、Ni、Pb、V、Zn、Se等元素异常主要集中分布于剖面的2.5 km至10.5 km范围内,异常衬度较小,仅Cd、Hg、P等元素发育单点强异常。该剖面上大部分微量元素的异常分布与黄河沿岸几条剖面、小清河XB剖面相类似,表现为常量元素异常的空间分布与多数微量元素异常相偶合,多集中在2.5~10.5 km剖面范围内,其中SiO2和Na2 O呈负异常,而Al2 O3、Fe2 O3、MgO、CaO和K2 O则为正异常,反映了微量元素分布受常量元素(土壤质地)制约的特点;B、Hg、P、N、S等元素与前述剖面类似,规律性不明显,除个别点外不形成规模性异常。

在土壤垂向方向,P、Se、N等元素表现出明显的地表富集现象,而其他元素分层富集现象不明显。微量元素含量的垂向变化也显示出与常量元素含量有关的特点。

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