方斌斌,于 洋,姜偉立,常聞捷,杜明勇,張 民

(1.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院/ 江蘇省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210036;2.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所/ 湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210008)

太湖流域水體和沉積物重金屬時(shí)空分布特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

為了研究太湖流域重金屬含量分布特征及污染現(xiàn)狀,采用ICP-MS和直接汞分析儀對(duì)2012年11月至2013年8月期間太湖流域98個(gè)點(diǎn)位水體和沉積物中Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明:水體中ρ(Cr)、ρ(Cu)、ρ(Zn)、ρ(Cd)、ρ(Pb)、ρ(As)和ρ(Hg)年平均值分別為0.88、3.21、10.96、3.29、0.019、0.07和0.021 μg·L-1,均沒(méi)有超過(guò)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,而沉積物中w(Cr)、w(Cu)、w(Zn)、w(Cd)和w(Pb)年平均值分別為102.32、65.24、185.64、0.93、45.88 mg·kg-1,這5種重金屬含量均超過(guò)GB 15618—2008《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,其中Cd含量為標(biāo)準(zhǔn)值的4.7倍。而w(As)和w(Hg)年平均值為9.87和0.107 mg·kg-1,只有標(biāo)準(zhǔn)值的65.8%和71.3%。水體和沉積物中重金屬含量的時(shí)空分布存在顯著差異。平水期水體Cr和Cu濃度高于枯水期和豐水期,豐水期Zn和As濃度最大,Cd、Pb和Hg濃度在枯水期、平水期、豐水期穩(wěn)定,無(wú)顯著變化。Cr、Cu、Zn、As、Cd、Hg 這6種重金屬濃度在運(yùn)河水系中最高,苕溪水體中最低,太湖水體中處于中等值,平水期沉積物中Cr和Cu濃度高于枯水期和豐水期。沉積物中Zn、Cd和Hg含量則以豐水期為最高,枯水期最低;As和Hg含量以枯水期為最高。運(yùn)河水系和出湖水系沉積物中Cr、Cu和Pb含量明顯超出標(biāo)準(zhǔn)值,而其他水系低于或者接近標(biāo)準(zhǔn)值。沉積物中Zn含量最高的為出湖水系和運(yùn)河水系,而Cd含量最高的為宜溧河水系和太湖。太湖流域沉積物中7種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子從大到小依次為Cd、 Hg、 Cu、 As、Pb、 Cr和 Zn。Cd是最主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)因子,其生態(tài)危害程度為強(qiáng)水平。宜溧河水系生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為278.13,屬于重生態(tài)危害,而其他水系處于中等生態(tài)危害水平。

太湖流域;重金屬;水體;沉積物;時(shí)空分布;生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

以太湖為中心的太湖流域,北臨長(zhǎng)江,南靠杭州灣,東臨東海,西接天目山、宜漂山區(qū)。湖區(qū)共有215條出入湖河流,大致分為運(yùn)河水系、苕溪水系和宜溧河水系及出湖水系。其中江蘇省占53%,浙江省占33.4%,上海市占13.5%,安徽省占0.1%,流域總面積達(dá)36 500 km2。近20 a來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,人口持續(xù)增長(zhǎng)，城市不斷擴(kuò)張,使得太湖流域水資源利用強(qiáng)度加大,同時(shí)大量的工業(yè)廢水、農(nóng)田徑流、生活污水進(jìn)入河流,向河流輸入了大量重金屬和營(yíng)養(yǎng)鹽物質(zhì),嚴(yán)重影響了流域居民的生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[1-3],太湖流域的水環(huán)境面臨空前壓力,引起社會(huì)各界的高度重視。在水環(huán)境中,重金屬元素不能被微生物降解,相反卻可能被生物富集及放大,具有隱蔽性、長(zhǎng)期性和不可逆轉(zhuǎn)性等污染特征[4-7]。目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于太湖沉積物重金屬污染特征的研究較多,但大多僅局限于湖體本身[8-11],關(guān)于整個(gè)流域重金屬分布特征的報(bào)道鮮見(jiàn)。

選取太湖流域及湖體共98個(gè)采樣點(diǎn),通過(guò)測(cè)定太湖流域水體和表層沉積物中Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg 7種重金屬含量,揭示太湖流域重金屬的時(shí)期變化及空間分布。探討了不同時(shí)期各水系對(duì)湖體重金屬污染的貢獻(xiàn)作用,并分析了沉積物中這7種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù),以及沉積物與水體這7種重金屬的分配特征,評(píng)價(jià)太湖流域重金屬的潛在生態(tài)危害,旨在為太湖流域重金屬污染的綜合治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)的布設(shè)

為聚焦重金屬污染對(duì)太湖流域的貢獻(xiàn)作用,采樣點(diǎn)的布設(shè)體現(xiàn)了不同水系圈層特征(湖體-湖濱帶-上游入戶湖蕩河網(wǎng)區(qū)-水源涵養(yǎng)區(qū)等)及水生態(tài)類型的空間差異性因素。共布設(shè)98個(gè)采樣點(diǎn)位。其中太湖湖體20(TH1～TH20) 個(gè),運(yùn)河水系26(YH1～YH26) 個(gè),苕溪水系12(SX1～SX12) 個(gè),宜溧河水系10(YL1～YL10) 個(gè)，出湖水系30(CH1～CH30) 個(gè),具體采樣點(diǎn)如圖1。

1.2 樣品采集和處理

2012年11月至2013年8月在太湖流域定點(diǎn)采集了枯水期(2012年11月)、平水期(2013年4月)和豐水期(2013年8月)3個(gè)時(shí)期的樣品。各采樣點(diǎn)采集1 L水樣于聚乙烯塑料瓶中,并用彼得森采集器采集0～3 cm表層沉積物,裝入密實(shí)聚乙烯塑料袋。

水樣運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后立即進(jìn)行硝酸(pH值<2)處理,同時(shí)用0.45 μm孔徑微孔濾膜過(guò)濾,4 ℃條件下保存待進(jìn)行可溶性微量元素分析。沉積物運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后放入-20 ℃冰箱中冷凍保存,取200 g樣品冷凍干燥,剔除雜物,用研缽磨碎過(guò)0.147 mm孔徑篩后用密實(shí)袋封裝待用。樣品的采集、運(yùn)輸、保存參照《湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》。

1.3 樣品測(cè)試

沉積物樣品在硝酸-氫氟酸-高氯酸及Berghof MWS-3微波消解系統(tǒng)中反應(yīng)待測(cè)。Cr、Cu、Zn、As、Cd和Pb含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS 7700x,美國(guó))測(cè)定,Hg含量采用CVAAS方法(Hydra-C直接汞分析儀,美國(guó))測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)太湖流域沉積物重金屬污染程度[12]。Er，i為單一重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù),IR為多種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)劃分如表1所示[9]。

圖1 太湖流域水樣和沉積物采樣點(diǎn)Fig.1 Distribution of surface water and sediments sampling sites in the Lake

表1 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)劃分

Table 1 Grading of potential ecological risk indices

單一污染物潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)Er,i潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)IR閾值區(qū)間生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度閾值區(qū)間生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度Er,i<40輕微IR<150輕微40≤Er,i<80中等150≤IR<300中等80≤Er,i<160強(qiáng)300≤IR<600強(qiáng)160≤Er,i<320很強(qiáng)IR≥600很強(qiáng)Er,i≥320極強(qiáng)

Er，i和IR的計(jì)算公式如下:

Cf，i=CD，i/CR，i，

(1)

Er，i=Tr，i×Cf，i,

(2)

IR=∑Er，i。

(3)

式(1)～(3)中，Cf，i為某一金屬的污染參數(shù);CD，i為沉積物中重金屬的實(shí)測(cè)含量,mg·kg-1;CR，i為計(jì)算所需的參比值(采用江蘇省土壤重金屬背景值作為參比);Er，i為單一重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù);Tr，i為單一重金屬的毒性響應(yīng)參數(shù)(Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的毒性響應(yīng)參數(shù)分別為2、5、1、10、30、5和40);IR為多種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

采用金屬的分配系數(shù)lgKd值來(lái)評(píng)價(jià)重金屬在水相和顆粒物之間的遷移能力及可能的潛在生態(tài)危害。分配系數(shù)的表達(dá)式為:

Kd=Cs/Cw。

(4)

式(4)中,Cs和Cw分別為體系達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)固相(沉積物)和液相(溶解態(tài))中重金屬含量,mg·kg-1。

采用SPSS 20.0和Origin 8.0軟件處理分析數(shù)據(jù),用Acrgis 9.3軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 太湖流域水體重金屬的分布特征

從圖2可知,7種重金屬濃度從大到小依次為Zn、As、Cu、Cr、Pb、Hg和Cd,均沒(méi)有超過(guò)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。平水期水體ρ(Cr)和ρ(Cu)分別達(dá)1.26和4.27 μg·L-1,均高于枯水期和豐水期。ρ(Zn)和ρ(As)則以豐水期為最大,達(dá)18.11和3.63 μg·L-1。ρ(Cd)、ρ(Pb)和ρ(Hg)穩(wěn)定,沒(méi)有顯著的時(shí)期變化。從全年均值上看,運(yùn)河水系ρ(As)、ρ(Cd)、ρ(Cr)、ρ(Cu)和ρ(Hg)均顯著高于其他水系(圖2,P<0.05),其中ρ(Cr)為其他水系的5倍以上,ρ(Cu)、ρ(As)和ρ(Cd)均為其他水系的2倍左右。苕溪水系ρ(Pb)顯著低于其他水系(P<0.01)。太湖各重金屬含量處于中等值。

在107個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中Cr濃度高于地表水環(huán)境質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)的有4個(gè)點(diǎn)位,最高超標(biāo)4.6倍,主要位于運(yùn)河水系上。Cu超標(biāo)點(diǎn)位為10個(gè),最高超標(biāo)為6.5倍,主要位于運(yùn)河水系上。Zn超標(biāo)點(diǎn)位只有4個(gè),最高超標(biāo)約2倍,主要分布于運(yùn)河水系、宜溧河水系及太湖。圖3為太湖流域水體中Cr、Cu、Zn和As這4種重金屬在枯水期、平水期及豐水期的空間分布,由于Cd、Hg和Pb含量在流域中普偏極低,未列出。從圖3明顯看出,重金屬超標(biāo)點(diǎn)位主要分布在工業(yè)發(fā)達(dá)的常州、無(wú)錫、蘇州等地。從水系劃分來(lái)看,運(yùn)河水系和出湖水系這4種重金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于宜溧河水系以及山區(qū)苕溪水系。這2條水系中發(fā)達(dá)的航運(yùn)、東部湖區(qū)的養(yǎng)殖業(yè)、北部城鎮(zhèn)和工業(yè)區(qū)的工業(yè)及生活污水,特別是金屬電鍍污水排放,對(duì)引發(fā)重金屬污染影響極大。湖泊沉積物可以通過(guò)水生植被的生物化學(xué)過(guò)程將排放到水體中的重金屬吸附,腐敗后在底泥中沉積和富集,造成持續(xù)的、潛在的危害[13-14]。

*P<0.05,**P<0.01。

2.2 太湖流域沉積物中重金屬的分布特征

沉積物中7種重金屬含量從大到小依次為Zn 、Cr、 Cu、Pb、As、Hg和Cd(圖4),這與7種重金屬元素在地殼上的豐度值相一致,說(shuō)明太湖流域沉積物中各重金屬元素的分布主要受地殼元素分布的控制。由于缺乏太湖流域沉積物中重金屬的背景值,目前也沒(méi)有明確的沉積物環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),因而把測(cè)定結(jié)果與中國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)Cr、Cu、Zn、Cd、Pb元素均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值,其中Cd超標(biāo)最為嚴(yán)重,達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的4.7倍;As和Hg只有標(biāo)準(zhǔn)值的65.8%和71.3%。

從全年均值(圖4)上看,沉積物中出湖水系和運(yùn)河水系Cu含量顯著高于其他水系(P<0.01),太湖水系和苕溪水系A(chǔ)s含量顯著高于其他水系(P<0.01)。運(yùn)河水系和出湖水系沉積物中Cr、Cu、Pb含量明顯超出標(biāo)準(zhǔn)值,而其他水系低于或者接近標(biāo)準(zhǔn)值。沉積物中Zn含量較高的為出湖水系和運(yùn)河水系,而Cd含量較高的為宜溧河水系和太湖。沉積物中Cr、Cu、Zn、Pb超標(biāo)點(diǎn)主要位于運(yùn)河水系和出湖水系(圖5),這里人口密集，工業(yè)發(fā)達(dá)。太湖西部的宜溧河水系沉積物中Cd超標(biāo),這里主要包括南京高淳、溧水,常州溧陽(yáng),無(wú)錫宜興等地。而沉積物中As和Hg含量較高,沒(méi)有明顯的水系區(qū)分,這可能主要受地殼含量的影響。太湖流域Cr、Cd、Cu、Pb含量明顯高于國(guó)內(nèi)其他流域,如巢湖、海河和遼河流域(表2[15-17])。

2.3 太湖流域重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.3.1 太湖流域沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

太湖流域沉積物中重金屬超標(biāo)會(huì)引發(fā)潛在的生態(tài)危險(xiǎn),通過(guò)計(jì)算單一元素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(Er，i)和綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(IR)可以評(píng)價(jià)太湖流域沉積物重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。如表3所示，太湖流域沉積物中7種重金屬的Er，i值大小順序?yàn)镃d> Hg> Cu> As>Pb> Cr> Zn,其中Cd是最主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)因子,太湖水系和宜溧河水系Cd的Er，i值分別達(dá)169.06和225.17,風(fēng)險(xiǎn)程度為生態(tài)危害很強(qiáng),出湖水系、苕溪水系和運(yùn)河水系為生態(tài)危害中等。盡管太湖流域沉積物中Cr、Zn、Pb、Cu均超標(biāo),但生態(tài)危害較低,不是主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。Hg雖然沒(méi)有超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值,但其生態(tài)影響較強(qiáng),成為太湖流域僅次于Cd的主要生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)因子。

**P<0.01。

宜溧河IR值為278.13,屬于重生態(tài)危害。出湖水系、太湖、苕溪水系和運(yùn)河水系均為中等生態(tài)危害,IR值分別為175.54、211.75、146.24和166.88。對(duì)比邴海健等[18]對(duì)西氿、毛志剛等[9]對(duì)東太湖進(jìn)行的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn),2010年西氿各重金屬的Er，i值均大于該研究中的宜溧河水系,說(shuō)明經(jīng)過(guò)多年的治理,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)確呈下降趨勢(shì)。2014年?yáng)|太湖Cr、Cd、Pb、Hg的Er，i值均明顯低于該研究結(jié)果,說(shuō)明草型湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的完善將有助于降低水環(huán)境的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[9]。

2.3.2 太湖流域沉積物與水體重金屬的分配系數(shù)

污染物質(zhì)在顆粒物-水相間的分配系數(shù)指在水-顆粒物兩相體系達(dá)平衡狀態(tài)時(shí),污染物在顆粒物和水中濃度的比值是描述污染物質(zhì)在水環(huán)境中行為的重要物理化學(xué)特征參數(shù)。直接計(jì)算天然水體物理化學(xué)條件下污染物在沉積物-水間的分配系數(shù),更能反映污染物質(zhì)在水相和顆粒物相間的遷移能力及可能的潛在生態(tài)危害[19]。表4和圖6統(tǒng)計(jì)了不同時(shí)期太湖流域及各水系中7種重金屬在固-水兩相中的分配系數(shù)。

圖5 沉積物中7種重金屬含量的時(shí)空分布特征Fig.5 Temporal and spatial distribution of the seven heavy metal concentrations in the sediments

分析結(jié)果表明,各重金屬在水體和沉積物中的分配系數(shù)均不相同,原因可能是各元素化學(xué)性質(zhì)和吸附特征各不相同,從而造成各污染物在兩相中分配的差異。平水期時(shí),Cr、Cu分配系數(shù)明顯低于枯水期和豐水期,Zn、As、Cd、Pb在豐水期時(shí)分配系數(shù)低于枯水期和平水期,因而存在較大的生態(tài)危害。Cr、As、Cd、Hg這4種重金屬的分配系數(shù)在運(yùn)河水系最低,而Cr、Cu、As、Pb這4種重金屬分配系數(shù)在太湖西南部山區(qū)的苕溪水系中最大。相比太湖流域其他水系,苕溪水系受人為干擾較少,水體擾動(dòng)較小,而運(yùn)河水系承擔(dān)著水利運(yùn)輸功能,受人類活動(dòng)影響較大,水體擾動(dòng)明顯增大,這導(dǎo)致重金屬分配系數(shù)的改變?？傮w上,各重金屬的分配系數(shù)與水量及水體擾動(dòng)存在明顯關(guān)系,豐水期水量充足,使得重金屬分配系數(shù)降低,同時(shí)人為擾動(dòng)的增加加強(qiáng)了重金屬潛在的生態(tài)危害。

表2 國(guó)內(nèi)主要流域重金屬含量

Table 2 Contents of studied metals in major basins of China

流域w/(mg·kg-1)CrCuZnAsCdPbHg太湖流域 102.3265.24185.649.870.9345.880.11巢湖流域[15]66.1060.10292.5014.900.5036.600.20海河流域[16]62.7030.93102.930.2428.29遼河流域[17]48.8416.58139.675.560.1639.920.14

表3 太湖流域沉積物單一元素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(Er，i)和綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(IR)

Table 3 Potential ecological risk factor, and integrated ecological risk index of each individual heavy metal element in the sediment of the Lake Taihu Basin

水系Er,iCrCuZnAsCdPbHgIR出湖水系2.3612.422.295.33114.006.9032.24175.54太湖1.874.751.168.94169.044.9121.07211.75苕溪水系2.104.911.608.3993.586.5529.16146.24宜溧河水系1.484.981.615.63225.176.3332.96278.13運(yùn)河水系2.7211.001.996.22110.987.2126.77166.88平均值2.258.951.856.63132.256.5128.40186.84東太湖[9]1.694.961.2211.1071.504.7911.90西氿[19]2.1011.103.408.00

表4 太湖流域不同時(shí)期水體沉積物中重金屬分配系數(shù)

Table 4 Partition coefficients (lgKd) of the heavy metals between water and sediment of the Lake Taihu Basin relative to water season

重金屬枯水期范圍枯水期平均值平水期范圍平水期平均值豐水期范圍豐水期平均值常年均值Cr3.49～6.185.384.00～6.115.323.82～6.065.485.32Cu3.32～5.364.43.14～5.534.163.59～5.554.34.26Zn3.59～5.374.443.19～6.314.532.81～5.514.044.23As2.76～4.503.732.29～4.613.432.90～4.213.413.51Cd3.56～5.844.653.59～6.224.643.42～6.554.554.56Pb5.12～7.126.064.83～7.035.994.56～6.945.925.88Hg2.85～4.253.622.83～4.413.622.91～4.543.653.65

3 結(jié)論

(1)太湖流域7種重金屬含量年均值均未超過(guò)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》一類標(biāo)準(zhǔn),水環(huán)境質(zhì)量較好。不同水期偶有超標(biāo)現(xiàn)象,超標(biāo)點(diǎn)位主要分布在工業(yè)發(fā)達(dá)的常州、無(wú)錫、蘇州等區(qū)域。從水系劃分來(lái)看,運(yùn)河水系和出湖水系Cr、Cu、Zn和As 4種重金屬含量遠(yuǎn)高于宜溧河水系以及山區(qū)苕溪水系,這與水系發(fā)達(dá)的航運(yùn),東部湖區(qū)的養(yǎng)殖業(yè),北部城鎮(zhèn)和工業(yè)區(qū)的工業(yè)及生活污水,特別是金屬電鍍污水排放等因素息息相關(guān)。

(2)太湖流域沉積物Cr、Cu、Zn、Cd、Pb含量年均值均超出GB 15618—1995 《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》一類標(biāo)準(zhǔn)。其中Cd超標(biāo)最嚴(yán)重,為標(biāo)準(zhǔn)值的4.7倍。Cr、Cu、Zn、Pb超標(biāo)點(diǎn)位主要位于運(yùn)河水系和出湖水系;Cd超標(biāo)點(diǎn)位主要位于太湖西部的宜溧河水系;As和Hg含量普遍較高。此外,太湖流域Cr、Cd、Cu、Pb含量常年均值明顯高于巢湖、海河和遼河等流域。

(3)太湖流域沉積物中7種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子從大到小依次為Cd、Hg、Cu、As、Pb、Cr和Zn。Cd是最主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)因子,這與其嚴(yán)重超出標(biāo)準(zhǔn)值密切相關(guān),在太湖流域各水系中,其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)極高,存在較高的生態(tài)危害。盡管太湖流域沉積物中Cr、Zn、Pb、Cu均超標(biāo),但由于其相對(duì)低的生態(tài)影響使其在太湖流域沉積物中并不是主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。而沉積物中Hg含量沒(méi)有超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值,但其較強(qiáng)的生態(tài)影響,使其成為太湖流域沉積物中僅次于Cd的主要生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)因子。從多種金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來(lái)看,宜溧河水系生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為278.13,屬于重生態(tài)危害,而其他水系處于中等生態(tài)危害水平。

重金屬箱體上、中、下線分別為上四分位數(shù)、中位數(shù)和下四分位數(shù)，圓點(diǎn)代表異常值。

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(責(zé)任編輯： 陳 昕)

Spatio-Temporal Distribution of Heavy Metals in the Surface Water and Sediment of the Lake Taihu Basin and Assessment of Their Potential Ecological Risks.

FANGBin-bin1,YUYang2,JIANGWei-li1,CHANGWen-jie1,DUMing-yong2,ZHANGMin2

(1.Jiangsu Provincial Academy of Environmental Science, Jiangsu Provincial Key Laboratory of Environmental Engineering, Nanjing 210036, China;2.Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences/ State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing 210008, China)

A total of 98 monitoring sites were set up in the Lake Taihu Basin and water and sediment samples were collected routinely from these sites during the period from November 2012 to August 2013 for analysis of heavy metals (Cr, Cu, Zn, As, Cd, Pb and Hg) with the Inductively Coupled Plasma-Mass Spectromtry (ICP-MS) and a Direct Mercury Analyzer, to explore content distribution characteristics of the heavy metals and status quo of heavy metals pollution of the region. Results show that: the seven heavy metals (Cr, Cu, Zn, As, Cd, Pb and Hg) in the surface water did not exceed the criteria set in the National Environmental Quality Standards for Surface Water in content, being 0.88, 3.21, 10.96, 3.29, 0.019, 0.07 and 0.021 μg·L-1, on average, while the content of Cr, Cu, Zn, Cd and Pb in the sediment was 102.32, 65.24, 185.64, 0.93 and 45.88 mg·kg-1, on average, all exceeding the criteria set in the standard, especially the content of Cd, being 4.7 times as high as the criterion in the standard. However, the content of As and Hg was only 9.87 and 0.107 mg·kg-1on average, respectively, or 65.8% and 71.3% of their respective criterion in the standard. Contents of the seven heavy metals in the surface water and sediment varied significantly in temporal and spatial distribution. The concentrations of Cr and Cu in the surface water were higher during the normal water seasons than during the high or low water seasons, and the concentrations of Zn and As the highest during the high water season, whereas the concentrations of Cd, Pb and Hg relatively unchanged throughout all the three seasons. Cr, Cu, Zn, As, Cd and Hg were the highest in concentration in the Canal water system area, the lowest in the water body of Shaoxi and moderate in the water body of Lake Taihu. In the sediments, the concentrations of Cr and Cu were higher during the normal water season than during the high or low water seasons; the concentrations of Zn, Cd and Hg were the highest during the high water seasons and the lowest during the low water season; and the concentrations of As and Hg were the highest during the low water seasons in the sediments of the Canal water system and the effluent system, the concentrations of Cr, Cu and Pb were significantly higher than the criteria in the standard, while in the sediments of the other water system, their concentrations were lower or approximate to the criteria in the standard. Zn content in the sediments was the highest in the effluent water system and the Canal water system, while Cd content was in the Yili water system and the Taihu Lake water system. In the sediments of the Taihu Lake Basin, the 7 heavy metals followed a decreasing order of Cd > Hg > Cu > As > Pb > Cr > Zn as potential ecological risk factor, among which Cd was the paramount one, reaching the heavy level in ecological hazard degree. Of the heavy metals, the ecological risk index in the Yixi River water system was rated as heavy ecological hazard, being 278.13, while the indices in the other areas as moderate ecological hazard.

Lake Taihu Basin； heavy metal; water body； sediment； spatial and temporal distribution； ecological risk

2016-06-23

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07506-008)

方斌斌1,于 洋2,姜偉立1,常聞捷1,杜明勇2,張 民2

(1.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院/ 江蘇省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210036;2.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所/ 湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210008)

X52

A

1673-4831(2017)03-0215-10

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.03.004

方斌斌(1969—),男,江蘇鹽城人,高級(jí)工程師,碩士,主要從事水污染防治、環(huán)境規(guī)劃與戰(zhàn)略以及生態(tài)環(huán)境管理等方面的研究。E-mail: fbb@jshb.gov.cn