金 德 史永紅 高良敏

1 研究背景

由于人口的增多,經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,使得含重金屬的污染物排放量加大。水中重金屬離子在一定作用下,最終大部分會(huì)進(jìn)入沉積物,故而水體沉積物可以作為水環(huán)境中重金屬的主要蓄積庫(kù)[1],能夠反映出河流受重金屬污染狀況。前人對(duì)沉積物重金屬研究已有不少,如化學(xué)、生態(tài)學(xué)和毒理學(xué)等多學(xué)科綜合評(píng)價(jià)方法[2,3]、模糊集理論[4]、回歸過(guò)量分析[5]、臉譜圖法[6]、地積累指數(shù)法[7-9]等。Hakanson生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法不僅能夠反映某一特定環(huán)境下沉積物中各種污染物對(duì)環(huán)境的影響以及多種污染物的綜合效應(yīng),而且用定量的方法劃分出潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的程度,因而該法是沉積物污染評(píng)價(jià)中應(yīng)用較為廣泛的方法之一。在此,對(duì)清江河底表層沉積物進(jìn)行采集,分析其中的重金屬含量,用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)清江河重金屬綜合污染效應(yīng),找出主要風(fēng)險(xiǎn)因子,定量剖析典型污染物的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況。

2 樣品采集與分析

2.1 樣品采集

在恩施州清江河恩施段的6個(gè)斷面采集沉積物樣,斷面編號(hào)QJ1～QJ6,用抓斗式采泥器采取5 cm～15 cm表層沉積物,每斷面在河流距河岸1/4,1/2,3/4處采集樣品,混合泥樣裝入聚乙烯塑料袋中密封,在冰箱(4℃)中保存,以備處理分析之用。

2.2 樣品處理與分析

將樣品自然風(fēng)干,剔出雜草等雜物,用瑪瑙研磨過(guò)100目篩,篩下物質(zhì)儲(chǔ)存于廣口瓶中,編號(hào)冷凍保存待用。稱取樣品,采用HNO3-HF-HClO4消解,HNO3溶液定容。自配標(biāo)準(zhǔn)液,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,采用原子吸收測(cè)定4種重金屬(Cu,Zn,Pb,Cd)含量,多次測(cè)量取其均值,減小誤差。

3 結(jié)果與討論

3.1 沉積物重金屬含量

沉積物中重金屬分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 沉積物中4種重金屬含量 mg/kg

3.2 重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

為定量確定重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度,采用瑞典科學(xué)家Hakanson的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)多種重金屬污染物進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)公式如下：

其中,RI為沉積物中多種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);為潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù);為單個(gè)污染物毒性參數(shù),反映其毒性水平和生物對(duì)其污染的敏感程度;為單一污染物污染指數(shù);Ci為沉積物中污染物的實(shí)測(cè)濃度;為參比值,采用全球工業(yè)化前沉積物中重金屬的最高背景值,重金屬Cu,Zn,Pb,Cd最高背景值分別為30 mg/kg,80 mg/kg,25 mg/kg,0.5 mg/kg,對(duì)應(yīng)的毒性系數(shù)分別為5,1,5,30[11]。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度級(jí)別劃分[12]見(jiàn)表2。

表2 和RI對(duì)應(yīng)的污染程度以及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度

表2 和RI對(duì)應(yīng)的污染程度以及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)Eir單因子污染物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI總潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度Eir＜40 低 RI＜150 低40≤Eir＜80 中 150≤RI＜300 中80≤Eir＜160 較重 300≤RI＜600 重160≤Eir＜320 重Eir≥320 嚴(yán)重RI≥600 嚴(yán)重

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)與指數(shù)結(jié)果見(jiàn)表3,參照潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度可以看出,從重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)Eir參數(shù)來(lái)看,Cu平均值為8.7(7.0～12.6),處于低風(fēng)險(xiǎn);Zn平均值為1.8(1.4～2.9),處于低風(fēng)險(xiǎn);Pb平均值為7.3(5.6～10.1),處于低風(fēng)險(xiǎn);Cd平均值為65.1(19.8～154.4),介于低風(fēng)險(xiǎn)到重風(fēng)險(xiǎn)之間,不同斷面潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)差別較大,應(yīng)引起重視。說(shuō)明4種重金屬中,Cd為研究河段主要污染物,其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最大。

表3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

就采樣斷面而言,6個(gè)斷面的重金屬污染大部分處于低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),但個(gè)別斷面(QJ3斷面)處于中潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析清江河恩施段6個(gè)斷面沉積物中4個(gè)典型重金屬污染物含量,采用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法定量確定了清江河沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),得出清江河已受到重金屬的污染,Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最大。大部分?jǐn)嗝嫣幱诘蜐撛谏鷳B(tài)風(fēng)險(xiǎn),個(gè)別斷面處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于清江河重金屬污染的預(yù)防和治理,要采取相應(yīng)措施,如加強(qiáng)污水、廢水排放的嚴(yán)格管理,減少外源性污染物的排放等。

[1]F?rstner U,Wittmann G T W.Metal Pollution in the Aquatic Environment[M].Berlin ：Springer-Verlag,1979 ：110-192.

[2]Barlas N,Akbulut N,Avdoqan M.Assessment of heavy metal residues in the sediment and water samples of Uluabat Lake[J].Bull.Environ.Toxicol,2005(74)：286-293.

[3]Doyle CJ,pablo F,Lim RP,et al.Assessment of metal toxicity in sediment pore water from lake acquarie[J].Arcg.Environ.Contam.Toxicol.,2003(44)：343-350.

[4]檀滿枝,陳 杰,徐方明,等.基于模糊集理論的土壤重金屬污染空間預(yù)測(cè)[J].土壤學(xué)報(bào),2006,43(3)：389-396.

[5]張 鑫,周濤發(fā),楊西飛,等.河流沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)方法比較研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,28(11)：1419-1423.

[6]賈振邦,汪 安,吳 平.應(yīng)用臉譜圖對(duì)太子河本溪市區(qū)段河流沉積物中重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)的研究[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1993,29(6)：736-744.

[7]Fatma Cevik,Münir Ziya Lugal G?ksu,Osman Baris Derici,et al.An assessment of metal pollution in surface sediments of Seyhan dam by using enrichment factor,geoaccumulation index and statistical analyses[J].Environmental Monitoring and Assessment,2009,152(1)：309-317.

[8]S.M.Praveena,A.Ahmed,M.Radojevic,et al.Multivariate and Geoaccumulation Index Evaluation in Mangrove Surface Sediment of Mengkabong Lagoon[J].Sabah.Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology,2008,81(1)：52-56.

[9]L.Lesven,B.Lourino-Cabana,G.Billon,et al.Water-Quality Diagnosis and Metal Distribution in a Strongly Polluted Zone of De?le River(Northern France)[J].Water Air Soil Pollution,2009,198(1)：31-44.

[10]王勝?gòu)?qiáng),孫津生.海河沉積物重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境工程,2005,23(2)：62-64.

[11]干愛(ài)華,于 斌,劉 軍,等.海河干流、大沽排污河沉積物中重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2006,6(5)：39-41.

[12]弓曉峰,陳春麗,周文斌,等.鄱陽(yáng)湖底泥中重金屬污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué),2006,24(4)：732-736.