川が干上がっていない限り、川床は通常、人間の足が触れることはありません。しかし、河川敷の重金属は、都市化、工業化、農業など、さまざまな人間活動の足跡を残しています。これらの活動によって発生した重金属は、河川に排出された後、浮遊物に吸着され、重金属を含む浮遊物が最終的に河川堆積物に沈みます。
河川堆積物に含まれる重金属は、水生動植物に取り込まれて蓄積し、最終的に食物連鎖を介して人体に入り、健康被害につながります。したがって、河川堆積物中の汚染レベルと重金属の寄与源の包括的な分析は、河川生態系に対する人間活動の影響を理解する効果的な方法であり、流域管理、汚染制御、および人間の健康保護にとって重要です.
科学者が河川堆積物中の人間活動の足跡をたどる方法
科学者は、河川堆積物の野外サンプリング、堆積物中の重金属の実験室での化学分析、および重金属濃度の統計的および空間的分析を通じて、河床に対する人間活動の影響を評価します。河川堆積物中の重金属は、人為的要因 (農業、居住、産業活動など) と自然発生源 (岩石や土壌中の母材など) の両方によって寄与されますが、その濃度の変化は通常、人為的活動の変化によって影響を受けます。重金属の濃度と発生源は、地域の人為的活動の強度と種類、および汚染防止政策に関連しています。したがって、特定の地域の河川堆積物中の重金属汚染を理解して管理するには、その地域の汚染レベルと重金属の発生源を理解する必要があります。
世界中のさまざまな研究により、河川堆積物中の重金属の汚染レベルが分析され、その発生源が特定されています。ただし、以前の研究のほとんどは、自然発生源または人為起源のいずれかを特定しましたが、さまざまな重金属の原因となる可能性のある特定の人為活動 (産業、住宅、農業など) を特定していませんでした。効果的な汚染制御には、さまざまな重金属の特定の活動を区別することが必要です。
さらに、これらの研究によって特定された発生源は、重金属の化学的および物理的特性に関する一般的な知識と文献レビューに基づいて、研究者によって想定された潜在的な発生源にすぎません。通常、潜在的な汚染源は、地域の実際の汚染源と比較することによって検証されていないため、調査結果の信頼性が低下する可能性があります.
河川堆積物における人間活動の足跡をより正確かつ正確に追跡するために、我々は最近、河川ネットワーク全体に沿って分布する134のサンプリングサイトで汚染レベルを評価し、河川堆積物中の重金属の供給源を特定するための包括的な研究を実施しました。全身サンプリング、実験室での化学分析、統計的および空間的分析を使用した、中国東部の南通。
重金属の汚染レベルは、記述統計、地理的蓄積指数 (Igeo)、および生態学的リスク指数 (RI) を使用して評価され、重金属の潜在的な発生源は、主成分分析 (PCA) およびクラスター分析 (CA) を使用して特定されました。 . GIS (地理情報システム) ベースの空間分析を使用して、空間分布と実際のローカル ソースの位置を比較することにより、潜在的なソースがさらに検証されました。
この分野で調査を行う理由
南通市は、中国東部の長江デルタに位置しています (図 1)。過去40年近くにわたり、世界の大部分の地域よりも急速な工業化と都市化を経験してきました。この地域は、中国で最も人口の多い地域の 1 つであり、重要な農業地域でもあります。人口増加に伴うきれいな水と食料に対する需要の高まりと、都市化と工業化による農地の喪失と水質汚染の増加との間の対立は、この地域で喫緊の課題となっています。
南通は、都市部と農村部を便利に結び、農地の灌漑（または排水）システムと同様に、多数の交差河川を持つ典型的な平野河川ネットワーク地域です。このような河川ネットワークでは、産業廃棄物や生活廃棄物からの重金属が河川生態系に運ばれやすくなり、有害性が高くなります。したがって、この地域の河川堆積物中のさまざまな金属の濃度、汚染レベル、および発生源に関する貴重な情報を入手する必要があります。
河川堆積物中の重金属汚染はどれほど深刻か
記述統計とリスク評価の結果、重金属の汚染レベルは、Pb＞Zn＞Cd＞As＞Cu＞Cr＞Hg＞Niの順であることがわかりました。川の堆積物は、多くの繊維工場やワイヤー ロープ企業がある町に隣接する Pb と Zn でひどく汚染されています。地球蓄積指数 (Igeo) は、世界標準のシェール値と比較した堆積物中の金属濃度を示します。 Pb、Zn、Hg、および Cd の Igeo によって反映される汚染レベルの空間パターンを図 2 に示します。
Pb と Zn の中程度から重度の汚染レベルは、調査地域の南部に位置しています。主に南部のいくつかの地点でも、中度から重度の Cd 汚染が見られます。調査地域の大部分で、水銀が実質的に汚染されていないか、汚染されていないか、中程度に汚染されています。
調査地域の重金属汚染は、複数の重金属によって引き起こされる生態学的リスクを考慮した生態学的リスク指数 (RI) 値によって検証されます。低リスクレベルは、北部のごく一部でのみ観察されます。中程度のリスクレベルは、主に北部に位置する調査地域のほぼ半分を占めています。中部および南部の大部分は、かなりのリスクまたは深刻なリスク レベルでカバーされています (図 3)。
重金属の由来
主成分分析 (PCA) は、複数の重金属の濃度に影響を与える主な要因を分析するために使用される通常の方法です。要因がいくつかの重金属の負荷が高い場合、これらの重金属の濃度が主にこの要因によって影響を受けることを意味するため、この要因はこれらの重金属の主要な一般的な供給源です.因子 1 (F1) は、As、Cr、Pb、および Zn に対して高い正の負荷を持っています (図 4a)。
この要因は、産業の排水 (繊維、金属加工など) に関連している可能性があります。これらの金属は、多くの以前の研究で繊維および金属加工からの排出物に由来することが報告されているため、F1 は産業廃水の排出源を表しています。
因子 2 (F2) は、Ni、Al、および Cu に対して高い正の負荷を持っています ((図 4b)。記述統計、Igeo、EF 計算、クラスター分析、および相関分析の結果と組み合わせると、PCA の結果は、F2 が川の堆積物にこれらの 3 つの金属をもたらした母材 (砂質沖積堆積物) の天然源. さらに、Cu は F1 の負荷も比較的高く、As、Cr、Pb、および Zn と有意な正の相関関係があります。これは、産業ソースからもわずかに影響を受けていることを示唆しています.
因子 3 (F3) は、Hg の正の負荷が高く、他の金属の負荷よりも大幅に高くなっています (図 4c)。この要因は、生活排水と廃棄物の焼却源を表している可能性があります。河川堆積物中の水銀濃度の空間的変動は、それらが流出源によって明らかに制御されていることを示しています。サンプリングと現地調査中に見られたように、個々の家庭からの生活固形廃棄物は、川沿いの住民によって戸外の長方形の部屋に積み上げられました。廃棄物には、バッテリーや蛍光灯などの高 Hg のアイテムが含まれています。適切に分別せずに単純に焼却した後、いくらかの Hg が灰の中に残ります。大雨の間、水銀を含む粒子は焼却室から洗い流され、近くの川に排出されます。したがって、F3 は都市および家庭の廃棄物源を表します。
第 4 因子 (F4) は、Cd に対して有意に高い正の負荷を持っています (図 4d)。 Cd はリン酸岩から継承されるため、リン酸肥料の含有量が高くなる傾向があります。長年にわたる農地へのリン酸肥料の施用の増加により、土壌への Cd の蓄積が加速され、水生生態系への Cd の全体的な移動が増加し、最終的には河川堆積物中の Cd 濃度がある程度増加しました。
PCA で特定された重金属の潜在的な寄与源は、因子スコアの空間分布と実際の発生源の位置との良好な一致によって検証されました (図 5)。 F1 (産業ソースを表す) の高いスコアは、繊維工場が密集している地域、特に 20 を超える小さな繊維工場と皮革工場を含む江照市、および多くの金属加工工場が分散している珠杭市のサンプリング サイトに現れます。 (図 5 a)。 F2 (自然源を表す) の因子スコアは、調査地域全体で一般的に低く、これは自然起源と一致しています ((図 5b)。ただし、Cu への F2 の負荷が高いため、江照ではスコアがわずかに高くなっています。 . Cu は、自然源と工業源が混在している. F3 の高いスコア (自治体および国内の源を表す) は、Xianfeng、Xiaohai、Zhangzhishan などの南通市および町からの排出口に隣接するサンプリング サイトにあります (図5c). F4 (施肥量を表す) のスコアは、研究地域でより均一に分布しています (図 5d). この空間パターンは、研究地域全体に存在する農地の空間分布と一致します.
最後に
私たちの研究は、都市化、工業化、農業などの人間活動が、研究地域の河床に深い足跡を残していることを明らかにしました。これは、河川堆積物が重金属、特に Pb と Zn でかなり汚染されているためです。重金属の 4 つの主な供給源が特定されました。それらは、(1) As、Cr、Pb、Zn、および部分的に Cu を提供する産業資源、(2) Al、Ni、および部分的に Cu を提供する母材、(3) Hg に関連する都市および家庭の廃棄物、および (4) 過剰な資源です。 Cdの原因となる施肥。この結果は、環境保護機関が特定の重金属の汚染に対応する汚染源を対象とするのに役立ちます。
この研究の結果と調査結果は、政府、環境保護機関、およびその他の意思決定者が、研究地域での急速な都市化と工業化によって引き起こされる河川堆積物中の重金属汚染を制御するための適切な政策と規制を実施するのに役立つ情報を提供できます。 .記述統計、相関分析、多変量解析、汚染とリスク評価、および空間分析を統合するアプローチは、環境科学者が研究領域を超えてさまざまな環境問題を調査するのにも役立ちます。
