2.2.6 金属污染源解析
图2.8 各采样点金属元素富集因子的计算结果（详见文后彩图）
（A表示利用地壳中金属元素含量作为参考值；B表示利用金属元素的河北省土壤背景值作为参考值）
污染源识别是金属污染调查和治理中的一个常见问题，为污染治理提供了科学依据。传统方法依赖于大型样本数据库的统计数据分析和多元统计分析来定性识别污染物来源（Facchinelli et al.，2001）。地统计分析主要通过空间插值法来实现。通过空间插值法确定污染物的空间分布规律，进而初步判断潜在污染源的空间位置。多元统计方法主要包括因子分析法、主成分分析法、聚类分析法，通过污染物各变量之间相互关系从而解析污染源。然而，这种污染源解析方法需要依赖于大型数据库和复杂的统计数据。稳定同位素是指在某种元素的所有同位素中，不发生或极不易发生放射性衰变的同位素（尹观和倪师君，2009）。稳定同位素可以被认为是元素的“特征”，其同位素无放射性不会造成二次污染，为沉积物中金属的来源示踪提供了一种先进的方法（Cheng et al.，2010），在金属污染来源解析中得到了广泛的应用。铅有四种稳定同位素，分别为204Pb、206Pb、207Pb和208Pb，铅同位素比值已越来越多地应用于获取地球化学来源的信息，确定人为铅的主要来源和进入环境的途径（Fernandez et al.，2008；Han et al.，2015，2017；Miller et al.，2014）。
本书采用Pb同位素比值来解析白洋淀沉积物中金属的主要污染来源和传输途径。铅同位素采用ICP-MS直接测定，具体参数见表2.10。考虑到204Pb丰度较低，只讨论206Pb/207Pb和208Pb/207Pb丰度比数据。测定过程中采用美国NIST标准物质SRM-981溶液校正仪器参数的漂移。NIST SRM—981标准样品206Pb/207Pb和208Pb/207Pb测定结果分别为1.0926和2.3743，与标准值（1.0933和2.3704）相吻合，同位素比值测定精度小于0.5%。
表2.10 Pb同位素比值测定的仪器工作参数
白洋淀沉积物中不同金属元素之间的相关关系见表2.11。从表2.11中可知，Pb的含量与其他金属元素的含量呈现显著正相关关系，表明这些金属的污染来源与铅类似。铅同位素技术常被用来示踪铅的来源。因此，借助铅同位素手段来鉴别铅和其他金属的污染来源。如表2.12所示，白洋淀沉积物的206Pb/207Pb和208Pb/207Pb比值分别为1.177～1.202和2.464～2.504。一般来说，人为污染源的206Pb/207Pb值较低（1.90）（Lee et al.，2007），因此白洋淀沉积物中的铅有一部分由人为源贡献。为了明确具体的人为源，将样品的铅同位素比值与其他物质的比值展开进一步比较，这些物质包括天然土壤、中国地区排放的汽车尾气、煤、水泥、冶金粉尘、不同国家地区（包括中国、越南、泰国、马来西亚和印度尼西亚）的气溶胶等。如图2.9可知，白洋淀沉积物的铅同位素比值与天然土壤、煤样以及贵阳和哈尔滨的气溶胶的同位素比值接近，但是与汽车尾气、水泥和冶金粉尘的比值相差较大。这一结果表明煤炭燃烧是主要的人为源，大气沉降是主要的输入途径。据统计，保定市的煤炭总消费量2001—2010年逐年增长。中国其他地区（如重庆和天津）也发现煤炭燃烧是铅的主要人为污染源（Han et al.，2015；Wang et al.，2006）。
表2.11 白洋淀沉积物中不同金属元素之间的相关关系
** 显著性水平为0.01；* 显著性水平为0.05。
表2.12 不同来源和白洋淀沉积物的铅同位素比值
续表
综合铅同位素分析和前文的污染评价结果，可以得出：白洋淀沉积物中的铅主要来自于天然源，而煤炭燃烧是铅的潜在人为污染源之一。为了避免在白洋淀进一步引入铅污染，建议未来需要严格控制周边地区的煤炭燃烧。
图2.9 白洋淀沉积物中Pb同位素组成（208Pb/207Pb 和206Pb/207Pb）