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HR-ICP-MS研究丰水期黄河甘宁蒙段表层沉积物中重金属的形态分析与污染评价

文档作者：马小玲１刘菁钧１３左航１４黄芳１刘颖１２文档来源：１.中央民族大学生命与环境科学学院２.中央民族大学北京市食品环境与健康工程技术研究中心３．国家环境保护部清洁生产中心４．中国环境监测总站，		更新日期： 2025年05月12日	点击数：
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第３ ５ 卷，第４ 期　　　　　　　　　　　　光谱学与光谱分析Vol畅３５ ，No畅４ ，pp１０６２‐１０６７
２ ０ １ ５ 年４ 月　　　　　　　　　　　　Spectroscopy and Spectral Analysis April ，２０１５ 　
HR‐ICP‐MS 研究丰水期黄河甘宁蒙段表层沉积物中
重金属的形态分析与污染评价
马小玲１ ，刘菁钧１ ，３ ，左　航１ ，４ ，黄　芳１ ，刘　颖１ ，２ 倡
１ ．中央民族大学生命与环境科学学院，北京　１０００８１ 　　　　　　　　　
２ ．中央民族大学北京市食品环境与健康工程技术研究中心，北京　１０００８１
３ ．国家环境保护部清洁生产中心，中国环境科学研究院，北京　１０００１２
４ ．中国环境监测总站，北京　１０００１２
摘　要　为连续、系统地研究不同年份丰水期黄河甘宁蒙段表层沉积物中重金属的含量、污染状况和潜在
生态风险，在前期工作的基础上，采用三级四步提取法（BCR）和高分辨电感耦合等离子体质谱（HR‐ICPMS）
对２０１２ 年丰水期黄河甘宁蒙段包头浮桥（S２） 、石嘴山陶乐镇（S６）和乌金峡（S９）等１０ 个采样点水体表
层沉积物中Cd ，Pb ，Cr ，Ni ，Cu ，V ，Co ，Zn 和Mn 九种重金属元素进行含量测定和形态分析，并对重金属
元素的污染作出评价。结果表明：各重金属元素在每个采样点分布趋势相同，平均含量顺序依次为：Mn ＞ V
＞ Zn ＞ Cr ＞ Cu＞ Ni＞ Pb ＞ Co ＞ Cd ；表层沉积物中重金属主要以残渣态形式存在，表明重金属的生物有效性
低，对环境影响较小；地积累指数法（Igeo ） 的评价结果显示Cd 元素的Igeo 值最高，对环境污染程度较高，其
余元素对环境影响较小，其中Mn 元素影响最小；富集因子法（EF）评价结果表明，Cd 和Cu 元素在某些采样
点表现为显著富集，尤其是Cd 在S５ 点处EF 值高达４畅６９ ，表明该点处Cd 受人类活动影响较为明显，其余
元素均为非富集元素，这与Igeo 评价结果吻合；潜在生态风险指数法（RI）表明，黄河甘宁蒙段S１ ，S２ 和S５
点的RI 值在１５０ ～ ３００ 之间，为中等危害范畴，其余各采样点RI 值均小于１５０ ，为轻微危害。研究结果为相
关部门提供可信的实验数据和理论依据，也为建立该河段泥沙‐污染物输移数学模型和系统研究持久性有毒
污染物迁移转化规律及环境评价提供技术支撑。
关键词　重金属；形态分析；污染评价；表层沉积物；黄河
中图分类号：O６５７畅６３ 　　文献标识码：A 　　　DOI ：１０畅３９６４／j畅issn畅１０００‐０５９３（２０１５）０４‐１０６２‐０６
　收稿日期：２０１４‐０４‐２４ ，修订日期：２０１４‐０７‐２９
　基金项目：国家自然科学基金项目（２１１７７１６３） ，高等学校学科创新引智计划项目（B０８０４４ ） ，北京市食品环境与健康工程技术研究中心项目
（１０３０１‐０１４０４０２６） ，中央民族大学一流大学一流学科建设项目（YLDX０１０１３ ） ，中央民族大学研究生科研创新项目（K２０１４０４２ ） ，
GCCX２０１４１１００４３ 资助
　作者简介：马小玲，女，１９９０ 年生，中央民族大学生命与环境科学学院硕士研究生　　e‐mail ：mxl３８８４＠ １２６畅com
倡通讯联系人　　e‐mail ：liuying４３００＠ １６３畅com
引　言
　　重金属的毒性，累积性和不易降解性使其成为水环境中
具有潜在危害的重要持久性污染物。水体中的重金属在生物
体内富集并通过生物链最后进入人体，对人体健康造成一定
危害［１ ］ 。
甘肃，宁夏和内蒙古位于黄河上游段，区域农业，畜牧
业以及工业的发展都以黄河为主要水源。近年来，黄河沿岸
地区经济与城市化的快速发展加剧了水体重金属污染的累
积。沉积物作为重金属重要的源和汇［２］ ，储存进入水体，并
在环境条件发生变化时释放重金属形成二次污染，再次危害
水体生物的健康［３］ 。研究表明，重金属的迁移性和生物效应
不仅与总量有关，更与其赋存形态密切相关。因此，本工作
结合重金属含量及其赋存形态来综合评价水环境中沉积物的
污染状况［４］ 。
沉积物中重金属形态的提取方法主要有五步连续提取法
（Tessier） 和三级四步提取法（BCR） ，研究表明BCR 法再现
性显著好于Tessier 法［５］ 。BCR 法把重金属的形态分为弱酸
可提取态，可还原态，可氧化态和残渣态。
微量元素的测定方法有原子吸收分光光度法（AAS） ，
石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS） ，火焰原子吸收光谱法
（FAAS） 和高分辨电感耦合等离子体质谱法（HR‐ICP‐MS）
等，HR‐ICP‐MS 法具有检测限低，干扰少，分析精密度高等
优点而被广泛应用［６］ 。
地积累指数评价法（index of geoaccumulation ， Igeo ） ，富
集因子法（enrichment factor ，EF） 和潜在生态危害指数法
（potential ecological risk index ，RI） 是目前评价河流沉积物
重金属污染的主要方法［７］ 。Igeo 和EF 均引入背景值对沉积物
重金属含量进行归一化处理，不仅有助于了解重金属分布的
自然变化特征，而且可以判别人类活动对重金属环境的影
响。RI 法是从重金属的毒性水平来综合评价重金属污染的
危害程度。
近年来，国内外学者对诸多河流流域重金属的分布特
征，存在形态以及生物有效性等做了深入研究［８］ ，但对黄河
上游水体，尤其是对发展中的甘肃，宁夏和内蒙古地区黄河
中的重金属的系统研究报道较少。工作中采用BCR 法结合
HR‐ICP‐MS ，分析研究了黄河甘宁蒙段１０ 个采样点表层沉
积物中九种重金属元素的含量与形态特征，并结合相关性分
析和聚类分析探讨了研究区域重金属元素的分布特点及来
源，综合评价了研究区域的重金属污染状况和潜在生态风
险，为改善黄河及其他河流的生态环境提供科学的依据。
１ 　实验部分
1畅1 　样品采集和预处理
２０１２ 年７ 月在甘肃，宁夏和内蒙古地区黄河中的１０ 个
采样点（表１） ，使用便携式底泥采样器采集１ ～ １０ cm 表层
沉积物样品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］对样品进行分步提取，提取物作为分
析试样。
Table 1 　Information of the sampling points in Gansu ，Ningxia
and Inner Mongolia sections of the Yellow River
编号省区采样地点经度（E） 纬度（N）
S１
S２
S３
S４
S５ 内蒙古
昭君浮桥
包头浮桥
巴彦淖尔黄河桥
磴口县
乌海
１０９°４２畅 ５５７′ １０９°５９畅 ２５２′ １０７°２２畅 ２０３′ １０７°０１畅 ９５６′ １０６°４７畅 ５１３′ ４０°２９畅 １５１′ ４０°３０畅 ７６６′ ４０°４０畅 １６９′ ４０°１８畅 ６８１′ ３９°４１畅 ２７５′ S６ 宁夏 石嘴山陶乐镇 １０６°４０畅 ０１９′ ３８°４８畅 ７４２′ S７
S８
S９
S１０ 甘肃
白银古城
东大沟入黄河口
乌金峡
玛曲
１０４°２８畅 ７８１′ １０４°２３畅 ５６７′ １０４°２３畅 ７５２′ １０２°０２畅 ９２０′ ３６°２７畅 ４１０′ ３６°２５畅 ７３２′ ３６°２４畅 １７９′ ３３°５７畅 ３３３′ 1畅2 　实验仪器
自动滴定仪（７８５DMP ，瑞士万通公司，瑞士） ； HRICP‐
MS （Element I ，Finnigan MAT ，美国） 。
1畅3 　测定方法
样品按照DZ／T０２２３ — ２００１ 方法采用HR‐ICP‐MS 仪器
对重金属含量进行测定。
1畅4 　评价方法
Igeo 是研究水环境沉积物中重金属污染的重要指标，计
算公式及物理量见文献［６］ 。Igeo 的值与污染程度之间的关系
为：Igeo ＜ ０ （无污染） ，０ ≤ Igeo ＜ １ （无污染— 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— 极重污染） ，Igeo ≥ ５ （极重污
染） 。
EF 是研究人类活动对沉积物中重金属富集的影响程度，
常用的参比元素为Ti ，Fe ，Al 和Sc 等［９］ ，选择Sc 作为参比
元素。EF 的公式及物理量见文献［７］ 。当重金属的EF 值小
于２ 时，为非富集元素，表明其主要来源于地壳；EF 值在２
～ ５ ，为中等程度富集；EF 介于５ ～ ２０ ，元素显著富集；EF
增加到２０ ～ ４０ ，呈现较强富集的特性；当EF 大于４０ ，则为
极强度富集，表明人为污染占有相当比例。
RI 主要受表层沉积物中重金属的浓度，种类，毒性水平
以及水体对重金属污染的敏感性等４ 个因素的控制，计算公
式及物理量见文献［７］ 。公式中Eir 表示单个重金属的潜在生
态危害系数； RI 表示多种重金属的潜在生态危害指数。
Hakanson提出了Eir 和RI 的评价标准（表２） 。
Table 2 　Indices and grades of potential
ecological risk of heavy metals
Eir RI 危害程度
＜ ４０ ＜ １５０ 轻微 ４０ ≤ Eir ≤ ８０ １５０ ≤ RI ≤ ３００ 中等 ８０ ≤ Eir ≤ １６０ ３００ ≤ RI ≤ ６００ 强 １６０ ≤ Eir ≤ ３２０ ＞ ６００ 很强 ＞ ３２０ 极强 ２ 　结果与讨论
2畅1 　黄河甘宁蒙段表层沉积物中重金属的含量分布
各采样点重金属元素含量测定结果见图１ 。从图中看出：
各重金属元素在每个采样点分布趋势相同，平均含量顺序
为：Mn＞ V ＞ Zn ＞ Cr ＞ Cu ＞ Ni ＞ Pb ＞ Co ＞ Cd 。此外，各元
素含量在S１ 点均达最高值，随后均有明显下降趋势，但在
S６ 点处又出现第二高点，此后又有下降趋势，而在S１０ 点处
各元素含量均达到最低值。说明S１ 和S６ 点处重金属含量相
对较高，可能是受周边锰业集团，石油产业，农药以及化肥
Fig畅1 　Heavy metals concentration in surface
sediments in 10 sampling sites （μg · g － 1 ）
第 ４期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 光谱学与光谱分析 １０６３
等企业的影响。玛曲S１０ 点重金属含量最低，可能原因是作
为黄河第一湾的玛曲受到当地部门保护，工农业污染相对较
低所致。包含九种元素总量的各采样点大小顺序依次为S１ ＞
S６ ＞ S８ ＞ S７ ＞ S９ ＞ S４ ＞ S２ ＞ S５ ＞ S３ ＞ S１０ 。
2畅2 　表层沉积物中重金属元素的形态分析
重金属元素在各采样点的形态分布见图２ 。重金属在弱
酸提取态和可还原态的比例越高，越易被释放造成二次污
染，而氧化态和残渣态的重金属相对稳定，不易受周围环境
的影响［１０］ 。
Fig畅2 　Heavy metal concentrations of each speciation in surface sediments
of Gansu ，Ningxia and Inner Mongolia reaches of the Yellow River
　　从图２ 可以看出，除Cd ，Mn 外其他元素主要以活性较
低的残渣态为赋存形态。就弱酸可提取态而言，Cd 比例最
高，Mn 次之，各元素比例平均值大小顺序为Cd （５０畅０５％ ）
＞ Mn （３１畅０４％ ） ＞ Pb （９畅２０％ ） ＞ Co （７畅３４％ ） ＞ Ni
（５畅３１％ ） ＞ Zn （３畅９３％ ） ＞ Cu （３畅４０％ ） ＞ Cr （３畅１８％ ） ＞ V
（０畅５７％ ） ，弱酸提取态中的重金属元素对环境变化敏感，在
中性或酸性条件下容易释放，与其他元素相比，Cd 和Mn 更
易于迁移转化，因而具有较强的生物活性。可还原态表现为
Cd （４畅１６％ ） 高于Mn （３畅２３％ ） 高于其他元素（０畅３０％ ～
２畅０５％ ） ，各元素均值大小顺序为Cd ＞ Mn ＞ Cr ＞ Co ＞ Ni ＞
Zn＞ V ＞ Pb ＞ Cu ；存在于该形态的Cd 和Mn 在水体氧化还
原电位降低或水体缺氧时易释放而对水体造成二次污染；可
氧化态仍以Cd 最高， 为５畅７７％ ， Zn 和Pb 次之， 均为
５畅６５％ ，而V ，Cr ，Co ，Ni ，Cu 和Mn 约在２畅４２％ ～ ４畅７７％ ；
该形态中的重金属元素只有在强氧化条件下才可能释放出
来；各元素的残渣态含量都较高，除Cd （４０畅１４％ ） ，Mn
（６２畅８２％ ） 外其余元素均值都在８０％ 以上，V 的比例最高，
为９５畅９９％ ，表明研究区域Cd 和Mn 元素性质最不稳定，易
发生迁移和转化，生物可利用性大。
2畅3 　重金属的污染评价
图３ 中Igeo 评价结果表明，Cd 和Cu 在各个采样点的Igeo
较高，但并没有达到重污染程度，如Igeo 值最高的Cd 在S１ ，
S２ ，S３ ，S５ 和S８ 点处的Igeo 值介于１ ～ ２ 之间，属于中污染
范围。Mn 元素的污染程度在１０ 种重金属元素中最小，各采
样点Mn 元素的Igeo ＜ ０ 。S１０ 点９ 种重金属Igeo ＜ ０ ，属于无
污染；而S１ 点除Mn 的Igeo ＜ ０ 外，V ，Cr ，Co ，Ni ，Zn 和Pb
元素的Igeo 介于０ ～ １ 之间，属无污染到中度污染范围，Igeo 结
果表明，各个元素的污染程度由大到小顺序为：Cd ＞ Cu ＞ V
＞ Cr＞ Zn ＞ Ni＞ Pb＞ Co ＞ Mn 。
　　由表３ EF 评价结果可知，Cd 在S１ ，S３ ，S５ ，S８ ，S９ 和
S１０ 点，Cu 在S１ ，S２ ，S４ 和S５ 点处的EF 值均介于２ ～ ５ 之
间，属于中等污染范围，说明在这些采样点这两种元素有一
Fig畅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
采样点V Cr Co Ni Cu Zn Pb Cd Mn
S１ １畅 ３７ １畅 ０６ １畅 ０８ １畅 ３９ ２畅 １１ １畅 ００ １畅 ５１ ２畅 １３ ０畅 ７７ S２ １畅 ５８ １畅 １１ ０畅 ８９ １畅 ５１ ２畅 ０１ １畅 １０ ０畅 ９７ ０畅 ３４ ０畅 ９４ S３ １畅 ２５ １畅 ２９ １畅 ０３ １畅 ４３ １畅 ９９ １畅 ０７ ０畅 ９８ ２畅 ９３ ０畅 ９６ S４ １畅 ７０ １畅 ９９ ０畅 ９０ １畅 ２９ ２畅 １３ １畅 ０５ １畅 １２ １畅 ３９ １畅 １７ S５ １畅 ３７ １畅 ４０ １畅 ０３ １畅 ４０ ２畅 ４１ １畅 １２ １畅 ００ ４畅 ６９ ０畅 ９４ S６ １畅 ３４ ０畅 ８５ １畅 １４ ０畅 ８８ １畅 ７８ １畅 ３２ ０畅 ８８ １畅 ９４ １畅 １５ S７ １畅 ０６ １畅 ３５ １畅 ０７ ０畅 ８４ １畅 ７５ １畅 ２１ １畅 ０７ １畅 ５８ １畅 ０５ S８ ０畅 ９９ ０畅 ９９ ０畅 ９３ ０畅 ８８ １畅 ６８ １畅 ３０ １畅 ２３ ３畅 ５７ ０畅 ９６ S９ １畅 ０９ １畅 ２２ １畅 ０３ ０畅 ９３ １畅 ８３ １畅 １９ １畅 １７ ２畅 ４２ １畅 ０３ S１０ １畅 ２５ １畅 ０７ １畅 １７ ０畅 ９４ １畅 ５８ １畅 ４７ １畅 ３９ ２畅 １５ １畅 １４ 定程度的人为源污染，特别是Cd 在S５ 点EF 值高达４畅６９ ，
说明S５ 点处Cd 严重富集，受人类活动影响明显。其余各元
素在各采样点的EF 值均小于２ ，表明其受人类活动影响较
小，可能主要来源于地壳。
１０６４ 光谱学与光谱分析 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 第 ３５卷
　　表４ Eir 值表明Cd 元素的生态风险最高，除了在S１０ 点
为轻微危害外，在S４ ，S７ 和S９ 点为中等危害，而在其余各
采样点均达强危害。其余元素的Eir 值均小于４０ ，属轻微危
害。各元素对水体危害顺序为：Cd＞ Cu ＞ Ni＞ Pb＞ Co ＞ V ＞
Cr ＞ Zn＞ Mn 。
RI 评价结果表明，S１ ，S２ 和S５ 点的RI 值介于１５０ ～
３００ ，为中等危害，其余各采样点RI 值均小于１５０ ，为轻微危
害。
Table 4 　Potential ecological risk index of heavy metals in surface sediments
in Gansu ，Ningxia and Inner Mongolia sections of the Yellow River
采样点Eri
V Cr Co Ni Cu Zn Pb Cd Mn RI 危害程度
S１ ５畅 ３２ ４畅 １１ １０畅 ５０ １３畅 ５０ ２０畅 ４０ １畅 ９４ １４畅 ７０ １２３畅 ９６ １畅 ４９ １９５畅 ８３ 中等 S２ ３畅 ６８ ２畅 ５８ ５畅 １９ ８畅 ７８ １１畅 ７０ １畅 ２８ ５畅 ６４ １１３畅 ７７ １畅 ０９ １５３畅 ７１ 中等 S３ ２畅 ６０ ２畅 ６９ ５畅 ３９ ７畅 ４６ １０畅 ４０ １畅 １２ ５畅 １０ ９１畅 ７０ １畅 ００ １２７畅 ４２ 轻微 S４ ３畅 ２８ ３畅 ８３ ４畅 ３４ ６畅 ２０ １０畅 ３０ １畅 ０１ ５畅 ４０ ４０畅 １９ １畅 １３ ７５畅 ６４ 轻微 S５ ３畅 ０８ ３畅 １３ ５畅 ７６ ７畅 ８６ １３畅 ５０ １畅 ２５ ５畅 ６０ １５７畅 ９２ １畅 ０６ １９９畅 １９ 中等 S６ ２畅 ５２ ２畅 ３４ ７畅 ８４ ６畅 ０９ １２畅 ３０ １畅 ８２ ６畅 ０８ ８０畅 ３６ １畅 ７４ １２１畅 ０４ 轻微 S７ １畅 ８８ ２畅 ４１ ４畅 ７８ ３畅 ７５ ７畅 ７８ １畅 ０８ ４畅 ７５ ４２畅 １６ ０畅 ９３ ６９畅 ５２ 轻微 S８ ２畅 ０５ ２畅 ０５ ４畅 ８１ ４畅 ５５ ８畅 ７４ １畅 ３５ ６畅 ４０ １１１畅 ２１ １畅 ００ １４２畅 １５ 轻微 S９ １畅 ８９ ２畅 １１ ４畅 ４８ ４畅 ０５ ７畅 ９２ １畅 ０３ ５畅 ０５ ６２畅 ８４ ０畅 ９０ ９０畅 ２８ 轻微 S１０ １畅 ４４ １畅 ２３ ３畅 ３８ ２畅 ７２ ４畅 ５７ ０畅 ８５ ４畅 ０２ ３７畅 ２４ ０畅 ６６ ５６畅 １１ 轻微 Av畅 ２畅 ７７ ２畅 ６５ ５畅 ６４ ６畅 ４９ １０畅 ８０ １畅 ２７ ６畅 ２７ ８６畅 １４ １畅 １０ １２３畅 ０９ 轻微 2畅4 　沉积物中重金属元素的相关性及源分析
采用SPSS１９畅０ 对黄河甘宁蒙段表层沉积物中重金属含
量作Pearson 相关分析（表５ ） ，结果表明V ，Co ，Ni ，Cu ，
Zn ，Pb 和Mn 相互之间呈极显著相关，说明这些元素可能为
同一种污染源。而Cr 与Mn 呈显著相关，揭示了相同来源的
可能性。本研究中Cd 和其他重金属元素没有表现出良好的
相关性，其来源受到周围复杂环境的影响，可能由工业“三
废”排放所导致，如S８ 点处的Cd 含量高达０畅４３０ μg · g － １ ，
为甘肃省土壤背景值的３畅７ 倍，可能由于S８ 点所在的东大
沟接纳了周边硫酸厂，化工厂和磷肥厂等排出的工业废水，
沿途又汇集了白银东市区居民的生活污水，因而成为白银市
主要的一条排污通道，也是黄河流域重金属的主要污染源。
与pH 呈现显著相关的元素有Co ，Ni ，Zn ，说明这三种元素
易受周边环境酸度的影响，酸度增强更利于其残渣态转化为
活性形态从而间接危害环境和人体健康。由于本研究中各采
样点pH 均在９ ～ １０ 之间，碱性的环境有利于残渣态的稳定，
其余元素与pH 不相关。与TOC 呈极显著相关的元素有Co ，
Ni ，Pb ，显著相关的元素有V ，Cu ，Zn ，说明这几种元素会
随含碳有机污染物的增加而表现出一定的稳定性，而其余元
素与TOC 不相关。
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畅 ０００ Cr ０畅 ５５９ １畅 ０００ Co ０畅 ８４８ 倡 倡 ０畅 ５０９ １畅 ０００ Ni ０畅 ８９９ 倡 倡 ０畅 ４１５ ０畅 ９５５ 倡 倡 １畅 ０００ Cu ０畅 ８１２ 倡 倡 ０畅 ６２５ ０畅 ９４６ 倡 倡 ０畅 ９２０ 倡 倡 １畅 ０００ Zn ０畅 ８２１ 倡 倡 ０畅 ４７０ ０畅 ９４３ 倡 倡 ０畅 ９４１ 倡 倡 ０畅 ９６２ 倡 倡 １畅 ０００ Pb ０畅 ９３０ 倡 倡 ０畅 ５０６ ０畅 ８８６ 倡 倡 ０畅 ８６７ 倡 倡 ０畅 ７９６ 倡 倡 ０畅 ８２４ 倡 倡 １畅 ０００ Cd ０畅 １８３ ０畅 ０９９ ０畅 ３４７ ０畅 ３８９ ０畅 ５３８ ０畅 ５８２ ０畅 ２１７ １畅 ０００ Mn ０畅 ８４８ 倡 倡 ０畅 ７３９ 倡 ０畅 ８８４ 倡 倡 ０畅 ８８０ 倡 倡 ０畅 ９５０ 倡 倡 ０畅 ９１９ 倡 倡 ０畅 ７８５ 倡 倡 ０畅 ４２４ １畅 ０００ pH － ０畅 ４７６ ０畅 １５５ － ０畅 ７１５ 倡 － ０畅 ６６７ 倡 － ０畅 ５５８ － ０畅 ６５９ 倡 － ０畅 ５９７ － ０畅 ２６４ － ０畅 ３７８ １畅 ０００ TOC ０畅 ７１３ 倡 ０畅 ０３７ ０畅 ８１５ 倡 倡 ０畅 ７９２ 倡 倡 ０畅 ６３６ 倡 ０畅 ７１６ 倡 ０畅 ８０１ 倡 倡 ０畅 ０９７ ０畅 ５３３ － ０畅 ９０６ 倡 倡 １畅 ０００ 　注： 倡倡为p ＜ ０畅０１ 水平上相关， 倡为p ＜ ０畅０５ 水平上相关。
　　采用分层聚类法（hierarchical cluster analysis ，HCA） 对
研究区域各采样点的重金属元素进行系统聚类分析，得到聚
类树状图（图４） 。由图４ 可看出，以距离１０ 作为标准时可将
重金属元素分为３ 组，其中Cu ，Zn ，Co ，Ni ，Mn ，V ，Pb 为
第１ 组，Cr 为第２ 组，Cd 为第３ 组。上述同一类中的元素具
有相似的变化规律，可能是受到相同因素的影响，因此，控
制其中某种元素的含量，则其他元素含量可以得到有效控
制，因此可以选择每一类中的一种元素作为再生水重金属指
标的质量控制因子进行监测。
第 ４期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 光谱学与光谱分析 １０６５
Fig畅4 　Dendogram of hierarchical cluster analysis for heavy
metals concentrations in surface sediments of the
Yellow River
３ 　结　论
（１） 黄河甘宁蒙段１０ 个采样点水体表层沉积物中重金
属含量具有相同的分布规律，每个点各元素平均含量由大到
小顺序为：Mn＞ V ＞ Zn ＞ Cr ＞ Cu ＞ Ni ＞ Pb ＞ Co ＞ Cd 。包含
九种元素总量的各采样点大小顺序依次为：S１ ＞ S６ ＞ S８ ＞ S７
＞ S９ ＞ S４ ＞ S２ ＞ S５ ＞ S３ ＞ S１０ 。
（２） 表层沉积物中重金属除Cd 和Mn 外其余元素主要
以残渣态存在。与pH 呈现显著相关的元素有Co ，Ni 和Zn ，
与TOC 呈极显著相关的元素有Ni 和Pb 。聚类分析表明：
Cu ，Zn ，Co ，Ni ，Mn ，V 和Pb 可聚为第１ 组，Cr 为第２ 组，
Cd 则为第３ 组。
（３） Igeo 评价结果表明，Cd 在S１ ，S２ ，S３ ，S５ 和S８ 点达
到中等污染程度，其余元素对环境影响很小；EF 评价结果
显示，只有Cd 和Cu 在部分采样点富集程度较高，这与Igeo
评价结果吻合；RI 评价结果：九种重金属元素对水体危害程
度顺序为：Cd＞ Cu＞ Ni ＞ Pb ＞ Co ＞ V ＞ Cr ＞ Zn ＞ Mn ，可见
Cd 是研究区的主要生态风险因子，这与Igeo 和EF 评价结果
相吻合。黄河甘宁蒙段各采样点的RI 值均在３００ 以下，属于
轻微到中等生态风险等级。
研究结果表明，黄河甘宁蒙段表层沉积物中已蓄积了一
定量重金属，并且具有多污染源特性，表明黄河上游存在潜
在的生态危害，应做好监控与治理。
References
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１０６６ 光谱学与光谱分析 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 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 　１０００８１ ，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 　１０００１２ ，China
４ ．China National Environmental Monitoring Center ，Beijing 　１０００１２ ，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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