趙祖軍

(云南省環(huán)境監(jiān)測中心站，云南昆明650034)

金沙江是長江的上游河段，其主源沱沱河發(fā)源于青藏高原唐古拉山脈主峰格拉丹東雪山的西南側(cè)。沱沱河由南向北出唐古拉山后折向東流，從右岸匯入當曲后稱通天河。通天河流至青海玉樹附近匯入巴塘河后稱金沙江，其中玉樹 (巴塘河口)至石鼓為金沙江上游河段。本次調(diào)查區(qū)域為金沙江青海玉樹的巴塘河河口至云南迪慶的奔子欄河段，河段長約772km，天然落差1516m，河道平均坡降1.96‰。金沙江干流是我國水能資源最富集的河流，是我國能源規(guī)劃戰(zhàn)略布局的一大水電基地。調(diào)查和了解該區(qū)域重金屬的總體水平及其潛在生態(tài)風險對該地水電資源的開發(fā)和布局具有重要意義。

進入水環(huán)境中的重金屬大部分會迅速轉(zhuǎn)移到懸浮物和沉積物中，并在沉積物中大量富集，沉積物中重金屬的含量可以反映河流重金屬的污染狀況［1，2］。因而在本文的研究中，以金沙江上游的底泥為研究對象，采用地質(zhì)累積指數(shù)法［3～6］和潛在生態(tài)危害指數(shù)法［7～9］，對金沙江上游河段表層底泥重金屬污染特征進行研究和評價，旨在為該地的水資源的污染防治和開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

在枯水期選擇金沙江上游河段極具代表性的監(jiān)測斷面4處:臧曲河斷面、奔子欄斷面、相古斷面和河坡斷面，用不銹鋼泥斗，采集表層0～30cm沉積物泥樣。將采集樣品分別裝入聚乙烯塑料袋中，封口后帶回實驗室分析。

1.2 樣品處理及測定

沉積物樣品自然風干，去掉雜物及石塊后，將各監(jiān)測斷面的樣品混合，得各監(jiān)測斷面的混合樣品。用瑪瑙研缽將樣品研磨過100目篩后，采用四分法取樣得待測樣品，將樣品裝入聚乙烯樣品袋中儲存?zhèn)溆?。樣品送至云南省環(huán)境檢測中心進行分析檢測，測試樣品中 Cr、Pb、Zn、As、Hg、Cu和Cd的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬的含量特征

金沙江上游段底泥重金屬的平均含量見表1。從表1中可以看出，4個監(jiān)測斷面底泥中Cd含量均高于土壤環(huán)境質(zhì)量標準 (GB15618－1995)［10］三級標準 (Cd≤1.0mg/kg);Cr、Zn、Hg和Cu的含量符合國家一級標準 (Cr≤90mg/kg，Zn≤100mg/kg，Hg≤0.15mg/kg，Cu≤35mg/kg);Pb符合國家二級標準 (Pb≤250mg/kg);對于元素As而言，奔子欄符合國家二級標準 (As≤30mg/kg)，河坡符合國家三級標準 (As≤40mg/kg)，而臧曲河和相古高于國家三級標準 (As≤40mg/kg)。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標準［10］，金沙江上游水體底泥應(yīng)滿足一類土壤環(huán)境質(zhì)量標準。參照此標準可知，除Cr、Zn、Hg和Cu外，其他重金屬均有一定程度的富集，主要為Cd，臧曲河、奔子欄、相古和河坡底泥中的Cd平均含量依次為一類標準 (Cd≤0.2mg/kg)的15.15、11.85、12.3和10倍。其次為As，各采樣點的As平均含量依次為一類標準 (As≤15mg/kg)的2.668(臧曲河)、1.637(奔子欄)、4.261(相古)和1.935倍 (河坡)。此外，Pb在底泥中也有一定程度的積累，各采樣點底泥中的含量依次為 61.84(臧曲河)、62.57(奔子欄)、49.37(相古)和40.54mg/kg(河坡)，略高于一類標準 (Pb≤35mg/kg)但遠低于二類土壤質(zhì)量標準 (Pb≤≤300mg/kg)。

2.2 重金屬污染評價

表1 各采樣點底泥重金屬平均含量 (mg/kg)

2.2.1 基于地質(zhì)累積指數(shù) (Igeo)的污染評價

地質(zhì)累積指數(shù) (Igeo)一般用來反映底泥中重金屬的富集程度，根據(jù)已有的研究資料，將Igeo劃分為7級 (表2)［3］。其計算公式為:

式中，Cn為重金屬元素在底泥中的總含量;Bn為重金屬元素的環(huán)境背景值，根據(jù)調(diào)查區(qū)域的實際情況，選擇土壤環(huán)境質(zhì)量標準一類標準作為Bn值，A 為常數(shù)，通常取值為 1.5［4～6，11］。

根據(jù)公式 (1)計算得各采樣點底泥中重金屬的地質(zhì)累積指數(shù)，見表3。從表3中可以看出，上述采樣點底泥中的Cr、Zn、Hg、Cu以及相古和河坡底泥中的Pb沒有富集 (Igeo≤0)，不會對環(huán)境造成任何危害。臧曲河和奔子欄底泥中Pb和As，以及河坡底泥中的As有了一定程度的富集 (0＜Igeo＜1)，按照污染等級分類為Ⅱ級 (表2)。相古底泥中As富集程度較高 (1≤Igeo＜2)，屬于中度富集，會對環(huán)境造成一定程度的影響。4個采樣點底泥中Cd的富集程度均較高，臧曲河、奔子欄和相古底泥中的Cd為Ⅳ級富集，河坡為Ⅴ級，因而對于底泥中的Cd元素應(yīng)予以重點關(guān)注。

2.2.2 基于潛在生態(tài)風險指數(shù) (RI)的風險評價

潛在生態(tài)風險指數(shù)［7］可以按式 (2) ～式 (4)計算:

表2 地累積指數(shù)與污染分級

表3 各采樣點底泥重金屬地質(zhì)累積指數(shù) (Igeo)和生態(tài)風險指數(shù) (RI)

表4 潛在生態(tài)危害系數(shù) ()和潛在生態(tài)風險指數(shù) (RI)分級

表4 潛在生態(tài)危害系數(shù) ()和潛在生態(tài)風險指數(shù) (RI)分級

按照潛在生態(tài)指數(shù)法計算出金沙江上游底泥中7種重金屬的潛在生態(tài)風險系數(shù) ()及潛在生態(tài)風險指數(shù) (RI)見表5。各采樣點底泥中的Cr、Pb、Zn、Hg和 Cu對環(huán)境均無危害 (＜40);臧曲河、奔子欄和河坡底泥中的As對環(huán)境無危害，而相古底泥中的As對環(huán)境有輕微的危害 (40≤＜80);對環(huán)境危害最大的為Cd元素，各采樣點底泥中的Cd均對環(huán)境有極強的危害。

通過各采樣點的RI值可以看出 (表3)，各采樣點底泥中的重金屬對環(huán)境的潛在危害很大 (300≤RI＜600)。比較不同采樣點的RI值 (表3)可以看出，臧曲河采樣點的RI最大 (RI=507.06)，其次為相古 (RI=431.11)，第三為奔子欄 (RI=391.82)，RI值最小的為河坡 (RI=336.28)。上述RI值的比較說明，各采樣點底泥中重金屬對環(huán)境的危害程度從大到小依次為:臧曲河＞相古＞奔子欄＞河坡。

比較不同重金屬對RI值的貢獻率可知 (表5)，底泥中的 Cd對 RI值的貢獻最大，分別為89.63%(臧曲河)、90.73%(奔子欄)、85.60%(相古)和89.22%(河坡)。重金屬Cd是底泥對環(huán)境造成危害的主要原因，是污染防治的重點對象。另外As元素對RI值也有較高的貢獻，尤其是相古，其中As元素對RI值的貢獻高達9.88%;其次為河坡，對RI值的貢獻率為5.75%;臧曲河和相古底泥中As對RI值的貢獻率依次為5.29%和4.18%。因而，對于底泥中的As元素也應(yīng)予以相當?shù)年P(guān)注。

表5 各重金屬值對RI值的貢獻率 (%)

表5 各重金屬值對RI值的貢獻率 (%)

2.2.3 二種評價方法的比較

二種評價方法得出的結(jié)果見表3。在采用二種評價方法評價4種底泥中Cr、Zn、Hg和Cu對環(huán)境的危害程度時，均得出上述4種金屬對環(huán)境無危害的結(jié)論。但是在評價Pb、As和Cd三種元素對環(huán)境的危害時，二種評價方法得出的結(jié)論有一定的差異。在采用地質(zhì)累積指數(shù)方法 (Igeo)評價臧曲河和奔子欄底泥中Pb元素對環(huán)境的危害程度時，得出了對環(huán)境有輕微危害的結(jié)論;而采用潛在生態(tài)風險指數(shù)法 (RI)得出了無危害的結(jié)論。同樣，在評價As對環(huán)境的危害程度時，采用RI方法評價臧曲河、奔子欄和相古底泥時均得出了無危害的結(jié)論;但采用Igeo方法時得出了有輕微污染的結(jié)論。二種評價方法在評價相古底泥的Cd元素對環(huán)境的危害程度時得出的結(jié)論差別較大，采用Igeo得出了中度污染的結(jié)論，而采用RI得出了重度污染的結(jié)論。造成這種差別的主要原因是:地質(zhì)累積指數(shù)方法 (Igeo)主要考慮的是單一重金屬在環(huán)境中的富集程度，而不考慮該種重金屬的環(huán)境毒性;而潛在態(tài)風險指數(shù)法 (RI)在考慮單一重金屬對環(huán)境危害的同時，也考慮到了多種重金屬對環(huán)境的污染。二種評價方法的著眼點有一定的差異，因而造成了評價結(jié)論的細微差別［13］。但二種定量指標對底泥中重金屬污染的總體趨勢反應(yīng)基本一致，二種方法結(jié)合使用可以達到相互補充的效果。

3 結(jié)論

(1)金沙江上游底泥中均受到不同程度的重金屬污染，特別是Cd，所有采樣點底泥中Cd的含量均超過GB15618－1995三級標準;臧曲河和相古底泥中As含量高于三級標準，河坡底泥中的As符合三級標準，奔子欄底泥中As含量符合二級標準;4個采樣點底泥中的Pb含量均符合二級標準;各采樣點底泥中Cr、Zn、Hg和Cu 4種金屬元素的含量均符合國家一級標準。

(2)對底泥中重金屬的富集程度 (Igeo)評價結(jié)果表明，4種底泥中富集程度最大的元素為Cd，其次為As。除此之外，臧曲河和奔子欄底泥中的Pb也有一定程度的富集，但富集程度不大。

(3)對底泥中重金屬潛在生態(tài)風險 (RI)評價結(jié)果表明，底泥中Cd的潛在危害指數(shù)遠大于其他金屬，具有極強的生態(tài)危害性。Cd是導(dǎo)致金沙江上游底泥中重金屬潛在生態(tài)風險增加的主要原因。不同底泥的潛在生態(tài)風險依次為:臧曲河＞相古＞奔子欄＞河坡。

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