彭 越，劉國(guó)東，駱 斌，葉倫文，吳永康

（1．西南民族大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)工程學(xué)院，成都610041；2．四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，成都610065；3．四川大學(xué) 水利水電學(xué)院，成都610065；4．成都市規(guī)劃局，成都610081）

城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶是城鄉(xiāng)要素逐漸過(guò)渡、相互滲透、相互作用的特殊地域，城市化和工業(yè)化進(jìn)程較快，是人地關(guān)系發(fā)展變化的敏感地帶［1－2］，具有特殊的地域特征和獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)［3］。這一地帶受城市擴(kuò)張影響，人地矛盾突出，其生態(tài)退化和環(huán)境污染不容忽視。不少學(xué)者針對(duì)這一特殊地域開(kāi)展生態(tài)景觀方面的研究［4－5］，在環(huán)境污染方面主要為土壤和大氣污染。但是，專門(mén)針對(duì)這一特殊地域開(kāi)展水環(huán)境污染方面研究的不多［5］，特別是沉積物重金屬污染的研究更少。

城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶水體往往位于城市水體中上游，直接影響著城市水環(huán)境質(zhì)量。隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶土地覆被的變化導(dǎo)致水環(huán)境發(fā)生變化［6］，重金屬污染加重。重金屬污染物進(jìn)入水體后，多以沉積物形式存在于水體中［7］，在水環(huán)境條件發(fā)生改變時(shí)將重新釋放出來(lái)，從而危害水生生態(tài)環(huán)境［8］。沉積物中的重金屬污染情況及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是許多環(huán)境工作者關(guān)注的問(wèn)題［9－10］。

江安河是與府河、南河、沙河齊名的成都市四大水系之一，是成都市重要的水資源。隨著成都城市化進(jìn)程的加快，沿部分河段已經(jīng)形成了具有一定規(guī)模的居住帶，具有明顯的城市和鄉(xiāng)村特征。沿江安河畔分布的皮革廠和印染廠等工業(yè)廠礦以及農(nóng)田，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排放的污染物與生活污水一起影響江安河的水環(huán)境質(zhì)量。2011年的調(diào)查顯示，江安河河水電導(dǎo)率過(guò)高，已受到重金屬污染［11］，但污染程度并不清楚。

因此，本文以成都市江安河為例，對(duì)城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶這一特殊地域的水體沉積物重金屬污染及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展研究，探討其與城市化的關(guān)系，以期為成都市城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶的環(huán)境治理提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域與測(cè)定方法

1．1 采樣區(qū)概況及樣品采集

江安河源于岷江，始于都江堰止于雙流華陽(yáng)流入錦江，流經(jīng)都江堰市、溫江區(qū)、雙流縣和武侯區(qū)等地，是雙流縣九江鎮(zhèn)和武侯區(qū)金花鎮(zhèn)的一條界河，溫江、雙流和武侯區(qū)段全長(zhǎng)18km，處于城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶。選取武侯區(qū)與雙流縣交界段（東經(jīng)103°57′—103°58′，北緯30°34′—30°40′，海拔高度：677．70～689．42m），從上游至下游設(shè)4個(gè)表層沉積物采樣斷面，分別為何家灣、馬家市、金花橋和涼港大橋，如圖1所示。每個(gè)斷面設(shè)4個(gè)采樣點(diǎn)，在各采樣點(diǎn)表層（0—20cm）以沉積物采集器取樣1～2kg，聚乙烯塑料袋盛裝、封口。棄去樣品中的枯葉、干枝和石塊等雜質(zhì)，常溫下風(fēng)干研碎。因?yàn)橹亟饘僦饕患诩?xì)顆粒沉積物中，且沉積物對(duì)重金屬的吸附能力與粒度有關(guān)［12］，所以將樣品過(guò)140目篩選取細(xì)粒作為實(shí)驗(yàn)樣品。

1．2 樣品測(cè)定

對(duì)4個(gè)采樣斷面實(shí)驗(yàn)樣品各取0．5g，用HNO3—HF—HClO4消解，采用原子吸收法測(cè)定重金屬元素Cu、Pb、Cr、Ni、Mn、Zn和 Cd的含量［13］，同時(shí)進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)和質(zhì)量控制。實(shí)驗(yàn)中，各重金屬元素取3個(gè)樣平行測(cè)定，取平均值作為測(cè)試結(jié)果（表1）。

圖1 研究區(qū)地理位置及采樣點(diǎn)示意圖

表1 各采樣點(diǎn)表層沉積物重金屬含量 mg／kg

2 結(jié)果與分析

2．1 重金屬污染分析

地積累指數(shù)法由德國(guó)學(xué)者M(jìn)üller提出，是在實(shí)測(cè)重金屬濃度的基礎(chǔ)上，考慮當(dāng)?shù)爻练e物重金屬背景值，定量反映沉積物中重金屬污染程度的一種方法，在國(guó)內(nèi)外被廣泛應(yīng)用，尤其適用于現(xiàn)代沉積物中重金屬污染評(píng)價(jià)［14］。本文采用地積累指數(shù)法分析比較4個(gè)沉積物采樣斷面的沉積物污染情況。地積累指數(shù)Igeo的計(jì)算公式為

式中：Cn——元素n在沉積物中的含量；Bn——元素n的地球化學(xué)背景值；Igeo分為0～6共7級(jí)［15］，污染程度由無(wú)至極強(qiáng)，一般以中國(guó)土壤元素幾何平均值作為背景值進(jìn)行劃分（表2）［16］。

根據(jù)分析測(cè)試結(jié)果計(jì)算得江安河4個(gè)斷面7種重金屬元素的地積累指數(shù)及污染級(jí)數(shù)（表3）。4個(gè)斷面Zn的污染級(jí)數(shù)為2或1，說(shuō)明沉積物受到Zn污染，其中何家灣污染級(jí)數(shù)為2，為中度污染，馬家市、金花橋、涼港大橋污染級(jí)數(shù)為1，為輕度污染。何家灣、金花橋和涼港大橋Cu和Cr的污染級(jí)數(shù)為1，受重金屬Cu和Cr輕度污染。4個(gè)斷面Pb、Ni、Mn和Cd四種重金屬元素的污染級(jí)數(shù)均為0，說(shuō)明均未受這4種重金屬污染。該污染情況與沿岸的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)分布相關(guān)。何家灣上游及其周邊城市化速度較快，長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、迅速發(fā)展中的工業(yè)生產(chǎn)及增長(zhǎng)的人口，造成該斷面沉積物中度Zn污染（污染級(jí)數(shù)為2），輕度Cu和Cr污染（污染級(jí)數(shù)為1）。金花橋和涼港大橋周邊除零散分布的農(nóng)田外，還有印染、制鞋等中小型企業(yè)，且其地處城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶交通要道，導(dǎo)致輕度Cu、Cr、Zn污染（污染級(jí)數(shù)為1）?？梢?jiàn)，4個(gè)斷面的污染級(jí)數(shù)與其周邊的工農(nóng)業(yè)分布和城市化程度有一定的相關(guān)性。

表2 中國(guó)土壤重金屬元素背景值 mg／kg

表3 江安河各斷面地積累指數(shù)及污染級(jí)數(shù)

2．2 重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

目前，重金屬污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)常用的評(píng)價(jià)方法是Hakanson指數(shù)法。該法利用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI判斷沉積物中重金屬污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害。Hakanson指數(shù)不僅考慮了重金屬元素的背景值，而且考慮了不同重金屬的生物毒性［17］，是一種理論較為完備，可定量評(píng)價(jià)重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的有效方法。因此，采用Haknson指數(shù)法對(duì)江安河城鄉(xiāng)交錯(cuò)段進(jìn)行潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI計(jì)算公式為［18］：

式中：Cif——單一金屬污染系數(shù)；Cd——多金屬污染系數(shù)；Eir——單一金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)；CiD——重金屬實(shí)測(cè)濃度；CiR——沉積物背景參考值；Tir——生物響應(yīng)因子，即Hakanson毒性系數(shù)，本文以中國(guó)土壤元素的幾何平均值作為背景值，如表4所示。

表4 重金屬元素的Hakanson毒性系數(shù)

根據(jù)式（2）—（5）計(jì)算各斷面7種重金屬元素的Eir和RI值。沉積物中各重金屬的Eir均值由高到低為Cu＞Pb＞Ni＞Cr＞Zn＞Cd＞Mn（表5）。4個(gè)斷面重金屬的RI值由高到低為：何家灣（33．43）＞涼港大橋（32．98）＞金花橋（32．43）＞馬家市（23．67）。所有斷面重金屬Eir均小于40，RI均小于140，屬于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，這與江安河城鄉(xiāng)交錯(cuò)段的重金屬污染程度較輕一致。但是，目前城市化所帶來(lái)的重金屬污染初顯端倪，該問(wèn)題不容忽視?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，該河段有生活和生產(chǎn)廢水直接排入河流的排污口存在，生活垃圾沿岸隨意堆放。因此，環(huán)境管理部門(mén)應(yīng)積極做好對(duì)工業(yè)企業(yè)的環(huán)境管理，并加強(qiáng)城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶的環(huán)境管理與整治，采取疏浚清淤措施［19］，從而減少并避免沉積物污染帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

表5 沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

3 結(jié) 論

本文對(duì)江安河城鄉(xiāng)交錯(cuò)段沉積物的重金屬元素含量進(jìn)行了測(cè)定，采用地積累指數(shù)法進(jìn)行重金屬污染級(jí)數(shù)分析，并采用Hakanson指數(shù)法進(jìn)行潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)論如下：

（1）江安河城鄉(xiāng)交錯(cuò)段沉積物中存在重金屬Cu、Zn和Cr污染；其中，何家灣斷面沉積物中度Zn污染，輕度Cu和Cr污染，與其上游及其周邊較快的城市化，長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、迅速發(fā)展中的工業(yè)生產(chǎn)及增長(zhǎng)的人口有關(guān)；金花橋和涼港大橋輕度Cu、Cr、Zn污染，與其周邊分布有零散的農(nóng)田、及印染與制鞋等中小型企業(yè)，地處城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶的交通要道有關(guān)。馬家市相對(duì)其他3個(gè)斷面城市化較慢且其周邊以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，只受到輕度Zn污染。

（2）4個(gè)斷面沉積物中各重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值由高到低為Cu＞Pb＞Ni＞Cr＞Zn＞Cd＞Mn，均小于40；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值由高到低為：何家灣（33．43）＞涼港大橋（32．98）＞金花橋（32．43）＞馬家市（23．67），均小于140，屬于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

（3）城市化帶來(lái)的江安河城鄉(xiāng)交錯(cuò)段的重金屬污染初見(jiàn)端倪，建議對(duì)其進(jìn)行疏浚清淤，且環(huán)境管理部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶的環(huán)境管理與整治，特別是對(duì)工業(yè)企業(yè)的環(huán)境管理，以減少并避免沉積物污染帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

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