曾 穎，楊 臣，李月興，潘 虹

(1.黑龍江省科學(xué)院火山與礦泉研究所，哈爾濱 150000； 2.黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱 150000)

五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬的分布特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

曾 穎1，2，楊 臣1，2，李月興1，2，潘 虹1，2

(1.黑龍江省科學(xué)院火山與礦泉研究所，哈爾濱 150000； 2.黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱 150000)

以五大連池火山堰塞湖為研究對(duì)象，測(cè)定其表層沉積物中8種重金屬元素(Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn、Pb及As)的含量，分析其分布特征并進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：各池子表層沉積物中Hg的空間分布最不均勻；藥泉湖中重金屬總含量最高，體現(xiàn)了人類活動(dòng)對(duì)湖泊生態(tài)的影響；單個(gè)及多種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)均為輕微，但其中As和Hg與我國(guó)其他類似河流湖泊相比處于中等偏上的水平，必須提高監(jiān)管力度，予以治理。

沉積物；火山堰塞湖；重金屬；分布特征；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

重金屬是指密度在4.0以上的約60種元素或密度在5.0以上的約45種元素，在自然界中廣泛存在。它通常以天然濃度廣泛分布在自然界中，但隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，環(huán)境介質(zhì)中的重金屬通過地表徑流、雨水沖刷、大氣沉降等途徑進(jìn)入自然界，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成了巨大的影響并對(duì)人類生活產(chǎn)生了嚴(yán)重危害[1]。沉積物是污染物在水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的歸宿、載體和蓄積池，往往被作為水環(huán)境中重金屬污染程度的“指示劑”。

五大連池風(fēng)景區(qū)擁有著世界上保存最完整、分布最集中的新老火山噴發(fā)遺跡，已先后獲得“世界地質(zhì)公園”、“世界生物圈保護(hù)區(qū)”、“中國(guó)礦泉城”等稱號(hào)。區(qū)內(nèi)由火山熔巖流堵塞河道形成6個(gè)較大的堰塞湖，有南至北依次為頭池、二池、三池、四池、五池、藥泉湖[1]。鑒于五大連池火山堰塞湖水體及沉積物的組分具有非常特殊的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)，火山堰塞湖非常獨(dú)特的水動(dòng)力學(xué)過程也會(huì)影響重金屬污染物在環(huán)境中的歸趨。本文開展了其中重金屬元素的分布特征分析和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以期全面了解五大連池火山堰塞湖的重金屬污染現(xiàn)狀，為其污染治理提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2016年3月，在嚴(yán)冬時(shí)節(jié)于五大連池火山堰塞湖(一池子、二池子、三池子、四池子、五池子和藥泉湖)湖面中心鑿冰洞，使用抓斗式采樣器采集6個(gè)表層沉積物樣品(標(biāo)記為Y-N，A-N，B-N，C-N，D-N，E-N)，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，冷凍干燥，研磨過篩并采用四分法至所需量，過120目尼龍網(wǎng)篩，裝入棕色廣口瓶中，以備分析。采樣點(diǎn)如圖1所示。

圖1 五大連池火山堰塞湖表層沉積物采樣位置圖Fig.1 Map of sampling sites of volcano dammed lake in Wudalianchi

1.2 樣品前處理及樣品分析

沉積物中重金屬的前處理方法：準(zhǔn)確稱取0.500 0 g樣品放入9 mL濃硝酸和3 mL氫氟酸中微波消解15 min，5.5 min時(shí)間達(dá)到180℃，9.5 min使反應(yīng)完成，冷卻后，罐內(nèi)的物質(zhì)過濾分離，趕酸并定容至10 mL，以備檢測(cè)。重金屬元素測(cè)定采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜PerkinElmer 5300DV進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬的分布特征

表1 五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬的含量 mg/kgTab.1 The content of heavy metal in sediments of volcano dammed lake in Wudalianchi mg/kg

由表1可知，五大連池6個(gè)火山堰塞湖表層沉積物中8種重金屬元素的變異系數(shù)(CV)在8%～39%，其中Hg的變異系數(shù)最大，表明Hg在五大連池火山堰塞湖表層沉積物中空間分布最不均勻，相對(duì)于其他重金屬元素離散程度較大。且6個(gè)火山堰塞湖表層沉積物中Zn和Cr的含量均是排在前兩位，Cd和Hg含量均排在最后兩位。

6個(gè)火山堰塞湖表層沉積物中8種重金屬元素總含量統(tǒng)計(jì)如圖2所示。呈現(xiàn)藥泉湖gt;一池子gt;五池子gt;四池子gt;二池子gt;三池子的分布規(guī)律。其中藥泉湖含量最高與其位于五大連池風(fēng)景區(qū)旅游集中區(qū)有關(guān)，湖周邊生活垃圾和建筑垃圾傾倒點(diǎn)較多，其中的重金屬元素隨著雨水淋濾等途徑進(jìn)入湖水中并匯集在表層沉積物中，導(dǎo)致其中重金屬總含量最高。其他相連的五個(gè)池子中重金屬的含量沒有大的起伏，一池子表層沉積物中重金屬總含量最高，可能與一池子位于五個(gè)池子的最下游，重金屬隨著湖水的流動(dòng)沉降導(dǎo)致輸入不斷增加。

圖2 五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬總含量分布圖Fig.2 Distribution map of total content of heavy metal in sediments of volcano dammed lake in Wudalianchi

2.2 五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

表2 五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)和危害指數(shù)RITab.2 and RI of heavy metal in sediments of volcano dammed lake in Wudalianchi

為了了解6個(gè)火山堰塞湖表層沉積物中重金屬的污染程度，將其與我國(guó)具有類似功能的河流湖泊表層沉積物中重金屬的污染狀況進(jìn)行對(duì)比[4-6]。結(jié)果顯示：6個(gè)五大連池火山堰塞湖表層沉積物中As和Hg的含量處于中等偏上的水平，其余6種重金屬元素的含量處于中等偏低水平。

3 結(jié)論

8種重金屬元素在6個(gè)五大連池火山堰塞湖表層沉積物的空間分布呈現(xiàn)不同程度的差異性，其中Hg的分布最不均勻；6個(gè)火山堰塞湖中重金屬總含量最高的為藥泉湖，體現(xiàn)了人類活動(dòng)對(duì)湖泊生態(tài)的影響，而相連的五個(gè)池子中總含量最高的為一池子，推斷可能與河流走向?qū)е碌妮斎肜奂酉嚓P(guān)；單個(gè)及多種重金屬元素的潛在生態(tài)危害均為輕微，但其中As和Hg與我國(guó)具有類似功能的河流湖泊相比處于中等偏上的水平。鑒于五大連池火山堰塞湖是當(dāng)?shù)刈钪匾按硇缘穆糜尉包c(diǎn)之一，其水質(zhì)況狀將直接影響地下礦泉水帶的水質(zhì)及其中養(yǎng)殖的礦泉魚的品質(zhì)，因此對(duì)其污染狀況的評(píng)價(jià)必須更加嚴(yán)格。本次研究反映出的重金屬污染狀況不容忽視，相關(guān)管理機(jī)構(gòu)應(yīng)該給予重視，提高監(jiān)管力度，迅速制定防治措施。

[1] 曾穎，楊臣，王希英，等. 運(yùn)用主成分分析法解析五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬元素的來源[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(2)：168-170.

[2] 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(píng)價(jià)[J]. 地球與環(huán)境，2013，41(6)：647-655.

[3] 毛志剛，谷孝鴻，陸小明，等．太湖東部不同類型湖區(qū)疏浚后沉積物重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境科學(xué)，2014，35(1)：186-193．

[4] 劉強(qiáng). 遼河干流河岸帶沉積物重金屬污染特征研究[D]. 沈陽：遼寧大學(xué)，2013．

[5] 王曉君，劉玉青，佘中盛. 鏡泊湖沉積物中重金屬的研究[J]. 環(huán)境科學(xué)叢刊，1990，11(1)：46-51.

[6] 丁佳佳，蔡慶，李江華. 玉灘湖表層沉積物重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 四川環(huán)境，2016，35(4)：107-112.

DistributionandpotentialecologicalriskassessmentofheavymetalpollutioninsedimentsofvolcanodammedlakeinWudalianchi

ZENG Ying1,2, YANG Chen1,2, LI Yue-xing1,2, PAN Hong1,2

(1.Institute of Volcano and Spring, Heilongjiang Academy of sciences, Harbin 150000, China; 2.Institute of Advanced Technology, Heilongjiang Academy of sciences, Harbin 150000, China)

The content of heavy metals (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Zn, Pb and As) in sediments of volcano dammed lake in Wudalianchi was researched and their distribution characteristics and ecological risk assessment was analyzed. The results show that the distribution of Hg was the most scattered. The total content of heavy metal in sediments of Drug Spring Lake was the highest, which reflected the influence of human activities on it. Potential ecological index of both the single and multiple heavy metal was slight, but the content of As and Hg in comparison with other similar rivers and lakes in our country was over the average level, which must be given vigilant and governance.

Sediments; Volcano dammed lake; Heavy metal; Distribution; Potential ecological risk assessment

X524

A

1674-8646(2017)21-0013-03

2017-08-27

黑龍江省科學(xué)院科學(xué)基金項(xiàng)目(KY2016HS01)

曾穎(1982-)，女，碩士，助理研究員。