(中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京 100012)

1 引 言

進(jìn)入水體中的重金屬元素，絕大部分隨物理、化學(xué)、生物作用的進(jìn)行能迅速由水相轉(zhuǎn)入固相(懸浮物和底泥)，最終沉降至底泥中，使沉積物成為重金屬等化學(xué)物質(zhì)的主要存儲(chǔ)庫。隨著河流水質(zhì)理化條件的改變，底泥中的重金屬也可以重新釋放出來，導(dǎo)致水環(huán)境的惡化，甚至通過食物鏈對(duì)人類健康造成威脅。所以作為水環(huán)境監(jiān)測的補(bǔ)充，沉積物的監(jiān)測在水環(huán)境監(jiān)測中占據(jù)著重要的地位。目前，國內(nèi)外對(duì)沉積物重金屬的監(jiān)測技術(shù)比較成熟[1]，國內(nèi)外關(guān)于河流沉積物重金屬污染的評(píng)價(jià)方法也很多[2]，但是由于沉積物中重金屬的監(jiān)測尚未納入例行環(huán)境監(jiān)測，因此評(píng)價(jià)沉積物中的重金屬污染程度的方法尚未建立。

2 材料與方法

2.1 研究內(nèi)容與方法

本文通過查閱文獻(xiàn)，篩選出了目前常用的兩種評(píng)價(jià)方法，并通過某一區(qū)域河流沉積物中重金屬含量的測定結(jié)果，比較了兩種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果。為建立我國水環(huán)境沉積物重金屬污染程度的判定評(píng)價(jià)方法提出了意見和建議。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文選取同一區(qū)域的五條河流，采集了沉積物表層0～10cm的底泥樣品。監(jiān)測項(xiàng)目為銅、鉛、鋅、鎘、鉻、汞和砷共7項(xiàng)指標(biāo)。樣品的前處理方法和重金屬含量測定的具體操作參見《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》[3]。監(jiān)測分析結(jié)果見表1。

表1 沉積物中重金屬分析測試結(jié)果

3 結(jié)果與討論

3.1 沉積物評(píng)價(jià)方法與比較

對(duì)河流沉積物中重金屬污染的評(píng)價(jià)，目前我國尚沒有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)規(guī)范與方法。國內(nèi)外關(guān)于河流沉積物重金屬污染的評(píng)價(jià)方法很多，常用且具代表性的主要有：地累積指數(shù)法(Geoaccumulation Index)、沉積物富集系數(shù)法(Sediment Enrichment Factor)、污染負(fù)荷指數(shù)法(The Pollution Load Index)、潛在生態(tài)危害指數(shù)法(Potential Ecological Risk Index)、回歸過量分析法(Excess after Regression Analysis)和臉譜法(Face-Graph)等。這些方法各具特色，適用范圍也有一定的局限性。

根據(jù)文獻(xiàn)，目前我國在沉積物污染研究中用于評(píng)價(jià)的方法主要是地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法[4-9]。地累積指數(shù)法是德國學(xué)者M(jìn)uller于1979年提出的[10]，在歐洲被廣泛應(yīng)用，主要用于研究沉積物中重金屬的污染程度。近年來還有將其用于評(píng)估土壤重金屬污染程度和評(píng)價(jià)大氣降塵的報(bào)道[11-12]。潛在生態(tài)危害指數(shù)法是1980年由瑞典學(xué)者Hankanson提出的[13]，又名Hankanson指數(shù)法，多用于表征沉積污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境的潛在危害。

3.1.1 地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法的優(yōu)勢在于其與環(huán)境地球化學(xué)背景值相關(guān)聯(lián)。計(jì)算公式為：

Igeo=log2[Cn/(k×Bn)]

式中：Cn——元素n在沉積物中的濃度；

Bn——元素n的地球化學(xué)背景值；

k——考慮各地巖石差異可能會(huì)引起背景值的變動(dòng)而取的系數(shù)(一般取值為1.5)。

Bn是計(jì)算地累積指數(shù)的重要參數(shù)，各家研究選取的標(biāo)準(zhǔn)并不一致，本文采用“七五”全國土壤背景調(diào)查成果《中國土壤背景值》[14]給出的當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸?表2)。

地累積指數(shù)分為0～6級(jí)(共7級(jí))，表示污染程度由無至極強(qiáng)。最高一級(jí)(6級(jí))的元素含量可能是背景值的幾百倍。Igeo值與重金屬污染程度分級(jí)關(guān)系見表3。

3.1.2潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法(RI)多用于沉積物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)。計(jì)算公式為：

RI——多種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)。

表2 當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境背景值

表3 地累積指數(shù)與污染程度分級(jí)

表4 主要重金屬種類與毒性系數(shù)

表5 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和RI的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.1.3兩種評(píng)價(jià)方法的比較

通過計(jì)算公式可以看出：潛在生態(tài)危害指數(shù)不僅隨重金屬含量的加大而增加，同時(shí)參與評(píng)價(jià)的重金屬種類越多的潛在生態(tài)危害越大。另外，由于潛在生態(tài)危害指數(shù)法中賦予了不同重金屬的毒性系數(shù)，因此毒性大的重金屬在指數(shù)中占有更高的權(quán)重。地累積指數(shù)法的優(yōu)勢在于其與環(huán)境背景值相關(guān)聯(lián)，主要用于表征沉積物中各種重金屬的污染程度。潛在生態(tài)危害指數(shù)可以評(píng)價(jià)出整體的風(fēng)險(xiǎn)程度，而地累積指數(shù)可以客觀反映某種重金屬的污染程度。

在進(jìn)行沉積物重金屬污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)時(shí)，如采用地累積指數(shù)法，有全國土壤背景值調(diào)查成果的支撐，技術(shù)條件完備；如采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法，除需要采用全國土壤背景值調(diào)查成果外，不同重金屬的毒性系數(shù)也是重要的參數(shù)。由于我國尚無權(quán)威的資料參考，所以技術(shù)條件尚不成熟。

3.2 沉積物評(píng)價(jià)結(jié)果與討論

本文使用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)上述五條河流的沉積物中重金屬的測定結(jié)果進(jìn)行了評(píng)價(jià)和比較。

3.2.1 地累積指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)地累積指數(shù)的計(jì)算公式，得到各斷面各個(gè)重金屬的地累積指數(shù)，對(duì)照表1進(jìn)行分級(jí)，結(jié)果見表6。

表6 沉積物地累積指數(shù)與分級(jí)

根據(jù)7個(gè)測定的重金屬元素的地累積指數(shù)污染程度的分級(jí)：S1斷面沉積物中鉛的污染程度為5級(jí)，汞為1級(jí)，其余均為0級(jí)；S2斷面沉積物銅的污染程度為3級(jí)，鉛、鋅、鎘和砷為2級(jí)，鉻和汞為0級(jí)；S3斷面沉積物的污染程度較低，僅汞為1級(jí)，其余均為0級(jí)；S4斷面沉積物鉛的污染程度為4級(jí)，銅和汞為2級(jí)，鉻為1級(jí)，其余均為0級(jí)；S5斷面沉積物中鉛、鋅、鎘和砷為2級(jí)，銅為1級(jí)，鉻和汞為0級(jí)。

從表6可以看出，不同河流不同重金屬元素的污染程度不同，應(yīng)該與污染源排放情況等人為影響因素有關(guān)。以最高污染等級(jí)評(píng)價(jià)，同一區(qū)域的五條河流的污染程度從1級(jí)到5級(jí)均存在。

3.2.2潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)潛在生態(tài)危害指數(shù)計(jì)算公式計(jì)算得出沉積物中各個(gè)重金屬的 Eri指數(shù)與總體的RI指數(shù)，并參照表4進(jìn)行分級(jí)與評(píng)價(jià)，結(jié)果見表7。

表7 沉積物的潛在生態(tài)危害指數(shù)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

根據(jù)潛在生態(tài)危害指數(shù)的評(píng)價(jià)規(guī)則，同一區(qū)域的五條河流中，S1、S2和S5沉積物中重金屬對(duì)環(huán)境的潛在生態(tài)危害已經(jīng)達(dá)到了高風(fēng)險(xiǎn)程度，因此，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域河流沉積物中重金屬含量的監(jiān)視。

3.2.3兩種評(píng)價(jià)結(jié)果的比較

按照最大地累積指數(shù)污染程度評(píng)價(jià)，5條河流的沉積物重金屬污染程度分成了1～5五級(jí)。按照潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)，5條河流的沉積物重金屬的潛在生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)程度劃分成了高中低三級(jí)。

地累積指數(shù)評(píng)價(jià)污染程度為4級(jí)的S4，由于鉛的毒性系數(shù)較低，被潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)為中度風(fēng)險(xiǎn)。地累積指數(shù)評(píng)價(jià)污染程度為2級(jí)的S5，由于有多種重金屬的污染，被潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)為高度風(fēng)險(xiǎn)。

因此，不同的評(píng)價(jià)方法給出的評(píng)價(jià)結(jié)果有可能是是不同的。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)具體的評(píng)價(jià)目的選擇適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法。

4 結(jié) 語

(1)目前河流沉積物重金屬污染程度評(píng)價(jià)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法不少，側(cè)重點(diǎn)不同，不同方法評(píng)價(jià)出來的結(jié)論也不盡相同。鑒于沉積物在水環(huán)境狀況評(píng)價(jià)以及水環(huán)境污染防治中的重要性，建議將河流沉積物重金屬的監(jiān)測納入常規(guī)監(jiān)測范疇，填補(bǔ)目前我國在常規(guī)監(jiān)測中環(huán)境要素缺失的空白。

(2)地累積指數(shù)法與環(huán)境地球化學(xué)背景值相關(guān)聯(lián)，能夠客觀的反映河流沉積物中重金屬的污染程度，而且目前我國環(huán)境監(jiān)測部門的技術(shù)能力與技術(shù)水平已經(jīng)完全具備了采用地累積指數(shù)評(píng)價(jià)河流沉積物污染程度的能力。建議采用地累積指數(shù)法作為環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測中評(píng)價(jià)河流沉積物重金屬污染程度的評(píng)價(jià)方法。

(3)對(duì)沉積物重金屬的監(jiān)測可以分步實(shí)施，首先選擇重金屬礦產(chǎn)開采、冶煉等涉重地區(qū)，為掌握我國河流沉積物重金屬污染程度與變化趨勢積累數(shù)據(jù)建立檔案。

(4)可以根據(jù)環(huán)境管理的需要，對(duì)沉積物的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行深入研究，將多種評(píng)價(jià)方法有機(jī)的結(jié)合起來，制定出適合我國國情的整體評(píng)述沉積物重金屬的污染狀況和風(fēng)險(xiǎn)程度的評(píng)價(jià)規(guī)范，為對(duì)水環(huán)境進(jìn)行全面評(píng)價(jià)做技術(shù)儲(chǔ)備。

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