?

撫仙湖沉積物重金屬時空變化與人為污染評價*

(1：中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008)

(2：中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

摘要：分析了撫仙湖表層沉積物及沉積短巖芯中10種金屬元素含量，結(jié)合沉積年代學(xué)，定量研究了Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的污染特征及時空變化規(guī)律；參考沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)與潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法探討了表層沉積物重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險.結(jié)果表明，表層沉積物中重金屬含量具有一定的空間差異性，近岸地區(qū)重金屬含量總體上高于湖心區(qū)；Pb、Zn含量自1980s中期以來逐漸增加，而Cr、Cu、Ni含量呈下降趨勢.重金屬富集系數(shù)與聚類分析結(jié)果表明，撫仙湖沉積物主要重金屬污染元素為Pb、Zn，污染開始于1980s中期，并逐漸加重.表層沉積物中Pb、Zn富集系數(shù)分別為1.6～4.1和1.4～2.6，已達(dá)到弱-中等污染程度，北部湖區(qū)污染程度略高于南部湖區(qū)；除此之外，北部湖區(qū)近岸區(qū)域Cr污染程度也略高于其他湖區(qū).除了大氣沉降來源之外，撫仙湖沉積物重金屬污染還可能與入湖河流輸入有關(guān).單因子生態(tài)風(fēng)險指數(shù)表明，表層沉積物中Cr、Cu、Ni、Pb、Zn具有較低的潛在生態(tài)風(fēng)險；而綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)表明，表層沉積物中重金屬具有中等程度的潛在生態(tài)風(fēng)險，這與根據(jù)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)所獲得的評價結(jié)果一致。

關(guān)鍵詞：撫仙湖；沉積物；重金屬；污染；時空特征；潛在生態(tài)風(fēng)險

重金屬是水體沉積物的重要組成成分，由于其難降解性、生物累積性和食物鏈放大等生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，成為湖泊等水體環(huán)境中備受關(guān)注的污染物之一[1-2].以各種途徑進(jìn)入湖泊中的重金屬通過吸附、絡(luò)合、螯合等方式與懸浮顆粒物結(jié)合并埋藏于沉積物中，因此沉積物蘊(yùn)含了湖泊與流域環(huán)境質(zhì)量變化的豐富信息[3].沉積物中的部分重金屬在水土界面環(huán)境條件發(fā)生變化時可發(fā)生“活化”，形成二次污染[4]；沉積物中的重金屬還可以通過生物富集和放大作用對生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成威脅[1，5].因此，沉積物重金屬富集狀況是湖泊環(huán)境質(zhì)量健康與否的一個重要指標(biāo)。

湖泊沉積物中自然與人為污染來源的重金屬往往疊加在一起，為定量評價沉積物重金屬污染程度，國內(nèi)外眾多學(xué)者提出了多種評價方法，其中地累積指數(shù)法與富集系數(shù)法應(yīng)用較為廣泛[6-9].相對于地累積指數(shù)法，富集系數(shù)方法對沉積物中重金屬變化的粒度效應(yīng)進(jìn)行了有效的校正，重金屬污染定量結(jié)果更為準(zhǔn)確[8-9].此外，聚類分析方法能夠幫助我們辨識沉積物中重金屬的親密程度以及來源，也是重金屬污染研究中常用的方法之一[10].除了重金屬污染之外，重金屬潛在生態(tài)危害也是沉積物質(zhì)量研究的重點(diǎn).但由于沉積物中重金屬化學(xué)行為的復(fù)雜性以及沉積環(huán)境條件的差異，迄今為止國際上尚無普適性的沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價標(biāo)準(zhǔn).沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)以及瑞典科學(xué)家H?kanson提出的潛在生態(tài)危害評價法[11-12]，在沉積物重金屬潛在生態(tài)危害研究中應(yīng)用較為廣泛。

重金屬污染是我國湖泊面臨的主要環(huán)境問題之一，不僅東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的太湖、巢湖、鄱陽湖等大型淺水湖泊存在重金屬污染[5，13-14]，西南地區(qū)的滇池、陽宗海、紅楓湖等湖泊也已受到不同程度的重金屬污染影響[15-17].雖然撫仙湖流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對較為落后，但曾海鰲等[6]和王小雷等[7]的研究表明，撫仙湖沉積物也存在一定程度的重金屬污染.撫仙湖沉積物以粘土與細(xì)粉砂為主，但粒度組成仍存在一定程度的時空差異[18-19].由于已有研究在沉積物重金屬背景值選取及沉積物粒度效應(yīng)校正等方面的局限性，在撫仙湖沉積物重金屬人為污染定量評價方面還存在一定不足.表層沉積物是重金屬發(fā)生二次釋放的主要來源[4]，同時也是底棲動物的主要棲息地，與湖泊生態(tài)環(huán)境具有更為密切的聯(lián)系[20]，而目前對撫仙湖表層沉積物重金屬污染狀況及潛在生態(tài)危害還缺乏全面的了解.本文通過對撫仙湖沉積巖芯及表層沉積物中重金屬含量的分析，結(jié)合沉積年代學(xué)以及重金屬富集系數(shù)方法，系統(tǒng)研究重金屬污染特征及其時空變化規(guī)律；參考沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)與H?kanson提出的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法探討表層沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險，以期為撫仙湖環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

撫仙湖位于云南省中部，是我國第二大深水湖泊，屬云南省玉溪市轄區(qū).湖泊面積212km2，最大水深155m，平均水深89.6m，平均容水量189×108m3[21].撫仙湖為半封閉的山間盆地型淡水湖，湖水主要依靠降水及地表徑流補(bǔ)給，主要入湖河流有尖山河、東大河、西大河和梁王河等，湖水通過東岸海口河排入南盤江[21].撫仙湖具有飲用水源、漁業(yè)、工農(nóng)業(yè)用水、旅游等功能，是當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ).撫仙湖流域內(nèi)工業(yè)發(fā)展相對滯后，目前基本形成以農(nóng)業(yè)為主、磷化工為支柱的產(chǎn)業(yè)格局[22-23].1980s以來，隨著流域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量污染物通過地表徑流等方式進(jìn)入撫仙湖[23]，湖泊水環(huán)境質(zhì)量逐漸下降，水體TN、CODMn、Chl.a濃度等指標(biāo)逐漸升高[24]，水體透明度下降[24-25]，撫仙湖由貧營養(yǎng)型逐漸演變?yōu)樨?中營養(yǎng)型湖泊[25-26].已有研究主要關(guān)注于撫仙湖水體營養(yǎng)狀況及生態(tài)環(huán)境變化，對沉積物重金屬污染研究較為薄弱[6-7]。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

2012年3月，使用奧地利產(chǎn)UWITEC重力采樣器在撫仙湖南部湖區(qū)水深80m處采集了長約28cm柱狀沉積巖芯，沉積巖芯以1cm為間隔分樣；采用UWITEC重力采樣器于2005年采集表層(0～1cm)沉積物21個，所有樣品均裝入聚乙烯自封袋中密封保存.采樣點(diǎn)采用全球定位系統(tǒng)(GPS)定位，樣點(diǎn)布設(shè)如圖1所示。

圖1 撫仙湖表層沉積物及沉積巖芯采樣點(diǎn)位置Fig.1 Samping sites of the surface sediments and sediment core in the Lake Fuxian

2.2 分析方法

沉積巖芯樣品冷凍干燥后，210Pbtot、226Ra及137Cs活度采用美國EG & G Ortec公司生產(chǎn)的高純鍺井型探測器(HPGe GWL-120-15)測定，根據(jù)Appleby等的計算方法獲得210Pbex活度[27].137Cs和226Ra標(biāo)準(zhǔn)樣品由中國原子能科學(xué)研究院提供，210Pb標(biāo)準(zhǔn)樣品由英國利物浦大學(xué)做比對標(biāo)準(zhǔn)，測試誤差小于10%。

表層沉積物及沉積巖芯樣品冷凍干燥、研磨后，經(jīng)HCl-HNO3-HF完全消解后，采用美國Leeman Labs Profile電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)測定金屬元素(Al、Fe、Ti、V、Co、Cr、Ni、Cu、Pb、Zn)含量.分析過程中采用標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)GBW07358(GSD-15)進(jìn)行精度比對，各元素的最大誤差均小于7%。

2.3 重金屬污染與潛在生態(tài)風(fēng)險評價方法

沉積物中Al、Fe、Ti等金屬元素以流域自然來源為主，其含量指示了流域物源區(qū)土壤與巖石碎屑成分供給的變化；與Fe相比，Al、Ti地球化學(xué)性質(zhì)更為穩(wěn)定，通常作為參比元素用于重金屬富集系數(shù)(EF)計算[8-9].Bo?s等[28]的研究表明，單一元素校正存在一定的不確定性.為降低單一元素校正的誤差，本文選取Al、Ti共同作為參比元素，目標(biāo)元素M經(jīng)地球化學(xué)校正后的EF計算公式為：

EF=[(M/Ti)樣品/(M/Ti)背景+(M/Al)樣品/(M/Al)背景]/2

(1)

背景值的選取直接影響到EF值大小，區(qū)域土壤或地殼中金屬元素平均值常被用來作為背景[7].研究表明，在進(jìn)行湖泊等較小水體單元沉積物重金屬污染評價時，歷史沉積物更為合適[8].根據(jù)沉積巖芯測年結(jié)果及撫仙湖流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特點(diǎn)，本文采用沉積巖芯底部3個樣品(相當(dāng)于1760-1800年)中金屬含量平均值作為參考背景(表2)。

H?kanson提出的單項(xiàng)重金屬i的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)Eri的計算公式為[12]：

(2)

多項(xiàng)金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI為單項(xiàng)金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)之和[12]，即：

(3)

H?kanson提出的重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險劃分標(biāo)準(zhǔn)是基于As、Hg、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn和PCB 8種元素的RI值[12，29]，本文只分析了Cr、Cu、Pb、Zn和Ni 5種元素，采用H?kanson提出的原有RI等級劃分，會低估重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險.參考Zhang等[29]的方法，根據(jù)所分析的5種重金屬的毒性系數(shù)與8種元素毒性系數(shù)的比值，對重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)閾值進(jìn)行調(diào)整，結(jié)果見表1。

表1 單因子生態(tài)風(fēng)險指數(shù)、綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)及調(diào)整的分級標(biāo)準(zhǔn)

我國在沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)研究方面起步較晚，由于沉積物中金屬污染物化學(xué)行為的復(fù)雜性，國外已有的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)中重金屬含量閾值存在一定差異.MacDonald等在綜合已有沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)以及統(tǒng)計學(xué)和毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，建立了普適的淡水水體沉積物重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)(Consensus-Based SQGs，CBSQGs)[11]，對沉積物中Cr、Cu、Ni、Pb、Zn毒性具有較高的辨識準(zhǔn)確性(90%)[11].CBSQGs包括閾值效應(yīng)含量(threshold effect concentration，TEC)和可能效應(yīng)含量(probable effect concentration，PEC)，不同閾值反映了重金屬產(chǎn)生生物毒性的概率.若沉積物金屬含量低于TEC，則該金屬不會對底棲生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)；若沉積物某金屬含量高于PEC，則該金屬會產(chǎn)生毒性；如果金屬含量在TEC和PEC之間，則可能產(chǎn)生毒性效應(yīng)[11]。

2.4 數(shù)據(jù)處理

沉積物中金屬元素聚類分析采用IBM SPSS statistics 19統(tǒng)計軟件，表層沉積物重金屬濃度與富集系數(shù)空間分析采用Suffer 8.0軟件，采用克里格插值方法。

3 結(jié)果與討論

3.1 沉積巖芯年代序列

沉積巖芯中137Cs、210Pbex活度與Liu等[30]2005年在同一位置采集的沉積巖芯結(jié)果相似，沉積巖芯6.5cm處137Cs存在顯著的1963年全球核爆試驗(yàn)大氣沉降峰值[27].210Pbex活度隨深度增加呈指數(shù)降低(R2=0.78).沉積巖芯中137Cs與210Pb變化特征指示了較為穩(wěn)定的沉積序列.采用復(fù)合模式(composite model)建立沉積巖芯的年代序列[27，31]，年代結(jié)果見圖2.沉積巖芯24～28cm年代采用沉積巖芯22～24cm平均沉積速率外推，所得沉積巖芯底部年代為1760年左右。

圖2 沉積巖芯137Cs、210Pbex活度及年代-深度關(guān)系Fig.2 Vertical distributions of 137 Cs and 210Pbex in the sediment core and the age-depth relations

3.2 沉積物重金屬含量與污染評價

撫仙湖表層沉積物及沉積巖芯中金屬元素含量變化較大(表2).表層沉積物與沉積巖芯中10種金屬元素具有相似的組合特征，均可劃分為2組，第Ⅰ組元素包括Al、Fe、Ti、V、Co、Cr、Cu和Ni，第Ⅱ組元素由Pb和Zn組成(圖3).表層沉積物兩組元素在近岸湖區(qū)含量較高(圖4)；沉積巖芯中第Ⅰ組元素總體呈逐漸降低趨勢，而Pb與Zn自1980s中期以來逐漸增加(圖5)，這與王小雷等的研究相似[7].沉積物中Al、Fe、Ti等鋁硅酸鹽類元素主要為流域自然來源，其含量通常與沉積物粒度等因素有關(guān)[28]；而Pb、Zn與其他金屬具有不同的組合特征，說明除了流域自然來源之外，還可能受到人為污染的影響。

表2 撫仙湖沉積物金屬元素含量及沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)值

圖3 撫仙湖表層沉積物及沉積巖芯元素R型聚類分析結(jié)果Fig.3 Hierarchical analysis of metals in the surface and core sediments from Lake Fuxian

圖4 撫仙湖表層沉積物重金屬含量等值線圖Fig.4 Concentrations of heavy metals in surface sediments from Lake Fuxian

圖5 撫仙湖沉積巖芯金屬元素含量及EF值的變化Fig.5 Concentrations and EF values of metals in the sediment core from Lake Fuxian

表層沉積物中Cr、Cu、Ni的EF值分別為1.1～2.1、0.7～1.1、1.0～1.4，其中Cr的EF值在北部靠近澄江縣的湖區(qū)以及北部湖區(qū)東部區(qū)域略高；Pb、Zn的EF值分別為1.6～4.1、1.4～2.6，明顯高于其他金屬元素(圖6).沉積巖芯中Cr、Cu、Ni的EF值變化較為穩(wěn)定，為1.0～1.2；Pb、Zn的EF值分別為1.0～2.7、0.9～2.3，1985年之前較為穩(wěn)定(接近于1)，而1985年以來其EF值明顯增加(圖5).沉積物中金屬元素含量除了人為污染影響之外，還與粒度組成等沉積物的變化有關(guān)，經(jīng)惰性元素校正后、采用歷史沉積物作為背景值，撫仙湖沉積巖芯中Cr、Cu、Ni具有較為穩(wěn)定的EF值，說明近200年尤其是1980s以來沉積物中Cr、Cu、Ni含量的降低主要與有機(jī)質(zhì)含量增加或沉積物粒度變粗有關(guān)[30]；而1985年以來Pb、Zn富集系數(shù)快速增加可能指示了人為污染的影響，這與聚類分析結(jié)果一致。

圖6 撫仙湖表層沉積物重金屬的EF值Fig.6 EF values of metals in the surface sediments from Lake Fuxian

理論上，EF>1即可認(rèn)為沉積物中重金屬受到人為污染的影響，但考慮到參比元素校正的誤差及不確定性[28]，參考Co、V等金屬元素的EF變化，認(rèn)為EF>1.1可表示沉積物中重金屬受到人為污染的影響[32].參考Sutherland根據(jù)沉積物重金屬EF劃分的污染等級[33]，撫仙湖表層沉積物及沉積巖芯中Cu、Ni為無污染至弱污染等級；而Cr受到一定程度人為污染的影響，尤其是北部湖區(qū)部分近岸區(qū)域，但仍屬于弱污染等級.表層沉積物中Pb、Zn屬于弱-中等污染水平，北部湖區(qū)污染程度顯著高于南部湖區(qū)；表層沉積物中平均有51%(33%～73%)的Pb、45%(20%～57%)的Zn來自人為污染貢獻(xiàn).時間上，撫仙湖沉積物重金屬污染開始于1980s中期，近10年來人為Pb、Zn沉積通量為55和119mg/(m2·a)，人為污染貢獻(xiàn)量已接近其自然分量(60、162mg/(m2·a)).沉積巖芯記錄的撫仙湖重金屬污染歷史與流域工業(yè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的特點(diǎn)完全吻合，也與西南地區(qū)的陽宗海[16]、紅楓湖[15]等湖泊重金屬污染歷史過程較為一致，反映了西南地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致的重金屬污染在時間上具有很強(qiáng)的一致性.Zhao等[15]和Zhang等[16]的研究表明，大氣沉降是西南地區(qū)湖泊重金屬污染的主要輸入途徑，主要來源于有色金屬冶煉釋放.雖然目前尚無撫仙湖主要入湖河流重金屬污染狀況資料，但根據(jù)表層沉積物重金屬富集系數(shù)變化規(guī)律，我們認(rèn)為撫仙湖沉積物Pb、Zn污染除了大氣沉降之外，還可能與入湖河流輸入有關(guān)，來源于毗鄰的城鎮(zhèn)及工礦區(qū)廢水排放；北湖湖區(qū)近岸地區(qū)Cr污染主要與入湖河流輸入有關(guān)，可能來源于毗鄰地區(qū)工業(yè)廢水排放。

3.3 沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險

撫仙湖表層沉積物中重金屬的Er值依次為：Cr>Pb>Ni>Cu>Zn.除了個別樣點(diǎn)Cr之外，其余重金屬Er值均小于40，屬于低生態(tài)風(fēng)險程度(圖7)，這與王小雷等的研究結(jié)果一致[7]，Cr相對較高的生態(tài)風(fēng)險與其較高的生態(tài)毒性有關(guān)[12].撫仙湖表層沉積物6種重金屬的RI值為43～66(圖7)，根據(jù)生態(tài)風(fēng)險閾值標(biāo)準(zhǔn)(表1)，表層沉積物重金屬具有中等程度的潛在生態(tài)風(fēng)險，且生態(tài)風(fēng)險總體由北部湖區(qū)向南部湖區(qū)降低，這與北部湖區(qū)污染程度相對較高有關(guān)。

撫仙湖表層沉積物幾乎所有采樣點(diǎn)中重金屬含量均介于TEC與PEC值之間(表2，圖4)，說明絕大部分湖區(qū)重金屬具有發(fā)生生態(tài)毒性效應(yīng)的可能性，北湖湖區(qū)部分近岸區(qū)域Cr含量超過了PEC值(圖4)，發(fā)生潛在生態(tài)風(fēng)險的概率較高.根據(jù)綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)與沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)評價得到撫仙湖表層沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險結(jié)果基本一致，但均高于重金屬的單項(xiàng)生態(tài)風(fēng)險。

沉積物重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)考慮了重金屬含量、毒性效應(yīng)以及環(huán)境因子等[11]，而重金屬生態(tài)風(fēng)險指數(shù)不僅與重金屬含量與毒性效應(yīng)有關(guān)，還受到重金屬背景的影響[12].基于單項(xiàng)生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果得到的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險偏低，可能與撫仙湖較高的重金屬背景值有關(guān).總體而言，撫仙湖表層沉積物中Cr、Cu、Ni、Pb、Zn具有中-低程度的潛在生態(tài)風(fēng)險.雖然Zn、Pb污染程度相對較高，但由于其較低的生態(tài)毒性[12]，潛在生態(tài)風(fēng)險相對較低；而Cr由于其較高的生態(tài)毒性，雖然其污染程度較低，其潛在生態(tài)風(fēng)險明顯大于其他重金屬。

圖7 撫仙湖表層沉積物重金屬單項(xiàng)生態(tài)風(fēng)險指數(shù)及綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)Fig.7 Spatial features of the potential ecological risk factor and the potential ecological risk index of metals in the surface sediments from Lake Fuxian

4 結(jié)論

撫仙湖表層沉積物中金屬元素含量總體表現(xiàn)為近岸湖區(qū)高于湖心區(qū)，北部湖區(qū)高于南部湖區(qū).除Pb、Zn之外，其余重金屬含量近200年來總體呈逐漸降低趨勢；而1980s中期以來，Pb與Zn含量快速增加.重金屬富集系數(shù)與聚類分析結(jié)果較好地反映了其人為污染特征，撫仙湖沉積物中主要重金屬污染元素為Pb、Zn，污染開始于1980s中期，其中表層沉積物為弱-中等程度污染；Ni、Cu基本未受人為污染的影響，而北部湖區(qū)近岸地區(qū)Cr受一定程度人為污染的影響.除了大氣沉降之外，徑流輸入也是撫仙湖重金屬污染的主要輸入途徑.總體而言，撫仙湖表層沉積物中Cr、Cu、Ni、Pb、Zn具有中-低程度的潛在生態(tài)風(fēng)險，風(fēng)險程度北部湖區(qū)高于南部湖區(qū)。

致謝：肖霞云副研究員、蔣慶豐副教授、紀(jì)明博士等協(xié)助完成野外采樣，朱育新副研究員與蔡艷杰協(xié)助完成金屬元素測定、夏威嵐高級工程師完成沉積巖芯年代測定，在此深表感謝。

參考文獻(xiàn)5

[1]Vicente-Martorell JJ, Galindo-Riao MD, García-Vargas Metal. Bioavailability of heavy metals monitoring water, sediments and fish species from a polluted estuary.JournalofHazardousMaterials, 2009, 162(2/3): 823-836。

[2]Stankovic S, Kalaba P, Stankovic AR. Biota as toxic metal indicators.EnvironmentalChemistryLetters, 2014, 12(1): 63-84。

[3]Heim S, Schwarzbauer J. Pollution history revealed by sedimentary records: a review.EnvironmentalChemistryLetters, 2013, 11(3): 255-270。

[4]Chon HS, Ohandja DG, Voulvoulis N. The role of sediments as a source of metals in river catchments.Chemosphere, 2012, 88(10): 1250-1256。

[5]Yin H, Cai Y, Duan Hetal. Use of DGT and conventional methods to predict sediment metal bioavailability to a field inhabitant freshwater snail (Bellamyaaeruginosa) from Chinese eutrophic lakes.JournalofHazardousMaterials, 2014, 264: 184-194。

[6]曾海鰲, 吳敬祿. 近50年來撫仙湖重金屬污染的沉積記錄. 第四紀(jì)研究, 2007, 27(1): 128-132。

[7]王小雷, 楊浩, 顧祝軍等. 撫仙湖沉積物重金屬垂向分布及潛在生態(tài)風(fēng)險評價. 地球與環(huán)境, 2014, 42(6): 764-772。

[8]Liu EF, Shen J, Yang XDetal. Spatial distribution and human contamination quantification of trace metals and phosphorus in the sediments of Chaohu Lake, a eutrophic shallow lake, China.EnvironmentalMonitoringandAssessment, 2012, 184(4): 2105-2118。

[9]Dung TTT, Cappuyns V, Swennen Retal. From geochemical background determination to pollution assessment of heavy metals in sediments and soils.ReviewsinEnvironmentalScienceandBio-Technology, 2013, 12(4): 335-353。

[10]Yalcin MG, Simsek G, Ocak SBetal. Multivariate statistics and heavy metals contamination in beach sediments from the Sakarya Canyon, Turkey.AsianJournalofChemistry, 2013, 25(4): 2059-2066。

[11]MacDonald DD, Ingersoll CG, Berger TA. Development and evaluation of consensus-based sediment quality guidelines for freshwater ecosystems.ArchivesofEnvironmentalContaminationandToxicology, 2000, 39(1): 20-31。

[12]H?kanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control: a sedimentological approach.WaterResearch, 1980, 14(8): 975-1001。

[13]張杰, 陳熙, 劉倩純等. 鄱陽湖主要入湖口重金屬的分布及潛在風(fēng)險評價. 長江流域資源與環(huán)境, 2014, 23(1): 95-100。

[14]Zeng J, Yang LY, Chen XFetal. Spatial distribution and seasonal variation of heavy metals in water and sediments of Taihu Lake.PolishJournalofEnvironmentalStudies, 2012, 21(5): 1489-1496。

[15]Zhao ZQ, Liu CQ, Zhang Wetal. Historical lead pollution in the central region of Guizhou province, China: A record of lead stable isotopes of lake sediments.AppliedGeochemistry, 2011, 26: S267-S270。

[16]Zhang EL, Liu EF, Shen Jetal. One century sedimentary record of Lead and Zinc pollution in Yangzong Lake, a highland lake in southwestern China.JournalofEnvironmentalSciences, 2012, 24(7): 1189-1196。

[17]李曉銘, 趙世民, 王道瑋等. 滇池表層沉積物中重金屬污染特征及評價. 地球與環(huán)境, 2013, 41(6): 647-655。

[18]王小雷, 楊浩, 趙其國等. 云南撫仙湖近現(xiàn)代環(huán)境變化的沉積物粒度記錄. 沉積學(xué)報, 2010, 28(4): 776-782。

[19]龔墀, 張立仁. 撫仙湖沉積物粒度特征. 沉積學(xué)報, 1983, 1(1): 50-62。

[20]Sany SBT, Hashim R, Rezayi Metal. A review of strategies to monitor water and sediment quality for a sustainability assessment of marine environment.EnvironmentalScienceandPollutionResearch, 2014, 21(2): 813-833。

[21]王蘇民, 竇鴻身. 中國湖泊志. 北京: 科學(xué)出版社, 1998。

[22]宋媛媛, 馮慕華, 蘇爭光等. 撫仙湖不同來源沉積物磷形態(tài)垂向分布特征. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2013, 33(9): 2579-2589。

[23]玉溪市環(huán)境保護(hù)局. 撫仙湖流域水污染綜合防治“十一五”規(guī)劃. 玉溪市環(huán)境保護(hù)局, 2006。

[24]高偉, 陳巖, 徐敏等. 撫仙湖水質(zhì)變化(1980-2011年)趨勢與驅(qū)動力分析. 湖泊科學(xué), 2013, 25(5): 635-642. DOI 10. 18307/2013. 0503。

[25]潘繼征, 熊飛, 李文朝等. 云南撫仙湖透明度的時空變化及影響因子分析. 湖泊科學(xué), 2008, 20(5): 681-686. DOI 10. 18307/2008. 0519。

[26]Smith VH, Tilman GD, Nekola JC. Eutrophication: impacts of excess nutrient inputs on freshwater, marine, and terrestrial ecosystems.EnvironmentalPollution, 1999, 100(1/2/3): 179-196。

[27]Appleby PG. Chronostratigraphic techniques in recent sediments. In: Last WM, Smol JP eds. Tracking environmental change using lake sediments. Dordrecht: Springer Netherlands, 2001: 171-203。

[28]Bo?s X, Rydberg J, Martinez-Cortizas Aetal. Evaluation of conservative lithogenic elements (Ti, Zr, Al, and Rb) to study anthropogenic element enrichments in lake sediments.JournalofPaleolimnology, 2011, 46(1): 75-87。

[29]Zhang J, Deng H, Wang Detal. Toxic heavy metal contamination and risk assessment of street dust in small towns of Shanghai suburban area, China.EnvironmentalScienceandPollutionResearch, 2013, 20(1): 323-332。

[30]Liu G, Liu Z, Li Yetal. Effects of fish introduction and eutrophication on the cladoceran community in Lake Fuxian, a deep oligotrophic lake in southwest China.JournalofPaleolimnology, 2009, 42(3): 427-435。

[31]劉恩峰, 薛濱, 羊向東等. 基于210Pb與137Cs分布的近代沉積物定年方法——以巢湖、太白湖為例. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 2009, 29(6): 89-94。

[32]杜臣昌, 劉恩峰, 羊向東等. 巢湖沉積物重金屬富集特征與人為污染評價. 湖泊科學(xué), 2012, 24(1): 59-66. DOI 10. 18307/2012. 0108。

[33]Sutherland RA. Bed sediment-associated trace metals in an urban stream, Oahu, Hawaii.EnvironmentalGeology, 2000, 39(6): 611-627。

J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2016， 28(1)： 50-58

?2016 byJournalofLakeSciences

The spatio-temporal variations of heavy metals in the sediment of Lake Fuxian and the contamination assessment

YAN Ting1，2， LIU Enfeng1**， ZHANG Enlou1， LI Yanling1& SHEN Ji1

(1：StateKeyLaboratoryofLakeScienceandEnvironment，NanjingInstituteofGeographyandLimnology，ChineseAcademyofSciences，Nanjing210008，P.R.China)

(2：UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，P.R.China)

Abstract：Concentrations of metals in the surface and core sediments of Lake Fuxian were determined. The spatio-temporal features of contaminations Cr， Cu， Ni， Pb and Zn were discussed， referencing to the enrichment factor method and the chronology of the sediment core. Potential eco-risks of the heavy metals in the surface sediments were discussed on base of combining the potential ecological risk index and sediment quality guideline assessments. The results showed that metal concentrations exhibited some spatial variations with general higher concentrations in the near shore area than in the lake center. Concentrations of Pb and Zn have increased typically since the mid-1980s， whereas concentrations of Cr， Cu and Ni have decreased. Pb and Zn should be influenced by human contamination as indicated by the hierarchical analysis and the enrichment factors.The metal contamination began at the mid-1980s and showed an increasing trend. Enrichment factors of Pb were between 1.6-4.1 and Zn between 1.4-2.6 in the surface sediments， reflecting minimal to moderate contamination levels， where the values were decreased from the north lake to the south. Moreover， the sediment in the near shore region of the north lake was also contaminated with Cr. The riverine input should be also a reason for the heavy metal contaminations in the sediment of Lake Fuxian， additionally the atmospheric deposition. Metals Cr， Cu， Ni， Pb and Zn in the surface sediments may have low potential eco-risk estimated on the potential ecological risk factor. However， the metals may be of a moderate potential eco-risk according to the potential ecological risk index， which is consitent with that from a baseline of the sediment quality assessment。

Keywords：Lake Fuxian； sediment； heavy metal； contamination； spatio-temporal variations； potential eco-risk

通信作者燕婷1，2，劉恩峰1*；E-mail：efliu@niglas.ac.cn.，張恩樓1，李艷玲1，沈吉1

基金項(xiàng)目收修改稿.燕婷(1989～)，女，碩士研究生；E-mail：yanting4022@126.com。

DOI10.18307/2016.0106