江 燦，徐竑珂，李洪彬，徐 力，宋垚彬，戴文紅，李文兵，董 鳴

(杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與恢復(fù)杭州市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310036)

余杭塘河沉積物重金屬污染現(xiàn)狀及潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

江 燦，徐竑珂，李洪彬，徐 力，宋垚彬，戴文紅，李文兵，董 鳴

(杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與恢復(fù)杭州市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310036)

為了解京杭大運(yùn)河支流余杭塘河沉積物中重金屬的污染特征及潛在危害程度，測(cè)定了83個(gè)采樣點(diǎn)枯水期和豐水期沉積物中銅(Cu)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鎘(Cd)4種重金屬元素的含量．結(jié)果表明：1)4種重金屬含量在時(shí)空上都表現(xiàn)出不同的差異性，無(wú)論是豐水期還是枯水期，余杭塘河沉積物中Cu、Zn的含量均高于浙江省土壤環(huán)境背景值，Cd的含量低于背景值，Pb在豐水期上游(第I段)高于背景值，枯水期低于背景值．2)余杭塘河沉積物中重金屬的潛在生態(tài)危害程度屬于輕微級(jí)別，Cu是對(duì)余杭塘河生態(tài)環(huán)境具有潛在影響的重金屬元素，仍需警惕．3)在枯水期階段，Pb與Cu、Zn具有顯著的相關(guān)性，在豐水期階段，Cu與Zn、Pb具有顯著的相關(guān)性，表明它們的來(lái)源可能相同．在杭州未來(lái)科技城的建設(shè)與運(yùn)行過(guò)程中，仍需要對(duì)這些重金屬污染加以防范．

重金屬；沉積物分布特征；潛在生態(tài)危害；相關(guān)性溯源；余杭塘河

0 引 言

隨著城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)的快速發(fā)展，市政建設(shè)、工業(yè)排放、交通運(yùn)輸、大氣沉降等導(dǎo)致的城市環(huán)境污染愈發(fā)嚴(yán)重[1]，河道污染也在逐步加劇[2-3].城市河道的整治是生態(tài)城市建設(shè)與城市濕地生態(tài)恢復(fù)的重要組成部分[4]，河道沉積物中重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)查與評(píng)價(jià)是治理河道重金屬污染的重要前提和關(guān)鍵．沉積物作為河道污染物的特殊載體，是入河的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、污染物聚集的主要場(chǎng)所，是重金屬的“源”與“匯”[5-6]．大量研究表明，在受重金屬污染的水體中，重金屬含量甚微且具有隨機(jī)性，而累積吸附在沉積物中的重金屬則表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，是水環(huán)境重金屬污染的指示劑與重要指標(biāo)[7-8]．評(píng)價(jià)土壤污染的指標(biāo)有很多，重金屬(如Cu、Zn、Pb)含量，是評(píng)價(jià)城市土壤污染程度的重要指標(biāo)[9-10]．此外，還可通過(guò)沉積物中重金屬的含量了解河流污染歷史[11-12]．

目前，關(guān)于重金屬污染評(píng)價(jià)方法的探討備受關(guān)注，國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別從不同角度提出了多種針對(duì)沉積物重金屬污染的評(píng)價(jià)方法．其中，Hakanson[13]提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法(potential ecological risk index)被廣泛采用[14-17]．該方法根據(jù)重金屬的性質(zhì)及其環(huán)境特點(diǎn)，基于沉積學(xué)，考慮到土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的同時(shí)，將重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與毒理學(xué)效應(yīng)聯(lián)系在一起，采用具有可比的、等價(jià)屬性指數(shù)分級(jí)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，并定量地區(qū)分出潛在生態(tài)危害程度[18]，是一種比較先進(jìn)的方法，目前為較多學(xué)者所采用[19-21]．

河流沉積物中的重金屬來(lái)源與巖石、礦物等沉積母質(zhì)有關(guān)，也與人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)[22]．在一定區(qū)域內(nèi)，沉積物中的重金屬元素具有相對(duì)穩(wěn)定性[23]，故可通過(guò)研究河流沉積物中重金屬元素的相關(guān)性來(lái)探討其是否具有同源性[24-26]．土壤的pH值和總碳(TC)、總氮(TN)、總磷(TP)等含量也會(huì)對(duì)重金屬的活性及生態(tài)毒性等起著重要影響[26]．研究表明，隨著pH值的升高，重金屬釋放速率迅速下降[2，14]；碳、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽不僅影響沉積物的營(yíng)養(yǎng)狀況，還對(duì)沉積物有一定的吸附作用，影響重金屬的遷移，如有機(jī)質(zhì)含量高的土壤或沉積物可減輕重金屬的危害[27]．

為積極響應(yīng)國(guó)家關(guān)于生態(tài)文明建設(shè)的號(hào)召，浙江省在杭州市區(qū)建立了浙江海外高層次人才創(chuàng)新園(簡(jiǎn)稱“海創(chuàng)園”)，余杭塘河上中游段貫穿于海創(chuàng)園，其特殊的地理位置對(duì)于“海創(chuàng)園”的建設(shè)與發(fā)展以及對(duì)杭州市“五水共治”工程的推進(jìn)具有重要作用．近年來(lái)，余杭塘河兩岸的耕地和裸地分布比例較大，與河流水體交流密切，存在著農(nóng)業(yè)面源污染等問(wèn)題；且裸地上堆積著大量生活垃圾和建筑廢料，缺乏雨污分流設(shè)施，基本上不具備污染控制能力[28]．再者，余杭塘河沿岸及周邊分布了不少無(wú)廢水處理設(shè)施的工業(yè)企業(yè)，諸如熱電廠、水泥廠、塑膠廠、五金廠和機(jī)械加工廠，城市居民的生活污水以及農(nóng)業(yè)上不合理的管理(如廢棄農(nóng)藥包的丟棄)等原因，對(duì)余杭塘河水質(zhì)與生態(tài)環(huán)境造成了一定的影響和破壞．隨著“新三河”綜合整治和保護(hù)以及“五水共治”工程的實(shí)施，余杭塘河面貌得到了改變，初步實(shí)現(xiàn)了“水清、岸綠、景美、流暢、宜居、繁榮”的美好景象[29]，但其生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀仍不容樂(lè)觀．

本文在余杭塘河河道整治成果的基礎(chǔ)上，調(diào)查河道沉積物中的重金屬污染現(xiàn)狀，進(jìn)行潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)以及污染物溯源.這既是市區(qū)河道綜保工程題中應(yīng)有之義，也成為推進(jìn)城西和諧杭州示范區(qū)建設(shè)的重要舉措；既為余杭塘河流域河道的治理與長(zhǎng)期管理提供科學(xué)建議與生態(tài)修復(fù)對(duì)策，也為政府部門(mén)管理城市河流提供科學(xué)依據(jù)．

1 方 法

1.1 研究區(qū)概況

余杭塘河(又名“運(yùn)糧河”“官塘河”)位于杭州市西北部，屬太湖流域運(yùn)河水系，為京杭大運(yùn)河支流之一，源頭為南苕溪(119°55′188″ E，30°16′788″ N)，自西向東流經(jīng)余杭街道、倉(cāng)前街道、五常街道等最終匯入京杭大運(yùn)河(120°07′58.98″ E，30°18′29.844″ N).支流自南向北流向，干流全長(zhǎng)21.7 km，河面寬度7.5～60 m(平均寬度在40 m左右)，河底高程為-2.59～1.66 m.它是余杭街道至杭州的水運(yùn)干道，連接西溪濕地、和睦水鄉(xiāng)濕地，是杭州城市生態(tài)綠化廊道[30-31]．隨著杭州城西建設(shè)的推進(jìn)，余杭塘河逐漸成為貫穿東西、輻射南北的城西發(fā)展中軸線，其本身及文化內(nèi)涵成為建設(shè)城西和諧杭州示范區(qū)的關(guān)鍵．

余杭塘河河道水質(zhì)主要受沿線農(nóng)村居民點(diǎn)、兩岸建筑工地和工業(yè)企業(yè)等污水的排放，以及大量生活、建筑垃圾，農(nóng)業(yè)面源污染等影響．同時(shí)，清水港、杜家橋港、袁家壩港、九曲港等眾多支流也存在污染與黑臭河現(xiàn)象，成為余杭塘河水質(zhì)的重要污染源之一．根據(jù)《余“五水共治”[2014] 36號(hào)》文件擬定的《余杭區(qū)余杭塘河“清水治污”方案》，余杭塘河河道水質(zhì)在2016年要穩(wěn)定達(dá)到IV類(lèi)及以上水質(zhì)的治理目標(biāo)．

1.2 樣點(diǎn)分布及樣品采集

為盡可能覆蓋研究區(qū)域范圍，了解余杭塘河整個(gè)河道的污染情況，也為了知悉某一段(支流)的污染狀況，達(dá)到理想的評(píng)價(jià)效果，在綜合考慮余杭塘河沿線的土地利用方式(農(nóng)業(yè)用地、工業(yè)用地、商業(yè)用地、居民區(qū)、閑置用地等)，以及在前期對(duì)排污口的分布及數(shù)量、南北岸支流分布狀況等的考察基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌兼顧干流與支流，結(jié)合余杭塘河的水文條件以及本研究與重點(diǎn)區(qū)域“海創(chuàng)園”相結(jié)合的原則，本文重點(diǎn)研究區(qū)域范圍為源頭向東至杭州繞城高速路(20°3′04″E，30°18′0.468″N)．如圖1所示，在干流上，從源頭(南苕溪)向東至末端(京杭大運(yùn)河)共設(shè)置7段(圖中虛線劃分)38個(gè)采樣點(diǎn)．在支流上，于干流北部共選擇8條代表性支流，于干流南部共選擇7條代表性支流，每條支流分別設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)(各點(diǎn)之間相距250 m左右)，其中，本文只采用干流采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，支流采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)及其相關(guān)分析另文發(fā)表．于2016年1月(枯水期)和7月(豐水期)，使用抓斗式采泥器(1/16 m2)沿河床斷面抓取沉積物，剔除礫石、木屑、動(dòng)植物殘?bào)w與垃圾等后，充分混合，立即放入聚乙烯袋中密封，編號(hào)后存入保溫箱中帶回實(shí)驗(yàn)室．部分沉積物經(jīng)過(guò)自然風(fēng)干與研磨后，分別過(guò)20、100目篩后再次裝入密封袋中待測(cè)．

圖1 余杭塘河水系及采樣點(diǎn)分布圖

1.3 分析方法

河道沉積物中的銅(Cu)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鎘(Cd)4種重金屬含量依據(jù)《土壤質(zhì)量銅、鋅的測(cè)定火焰原子吸收分光光度法》(GB/T17138—1997)，進(jìn)行消解后用原子吸收分光光度計(jì)(AA-6300C)測(cè)定；總磷(TP)采用《土壤總磷的測(cè)定酸熔-鉬銻抗分光光度法》(HJ632—2011)測(cè)定；有效磷(AP)采用《土壤有效磷的測(cè)定碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法》(HJ704—2014)測(cè)定；總碳(TC)、總氮(TN)采用元素分析儀(variopyrocube)測(cè)定；pH值依據(jù)中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤檢測(cè)》(NY/T1121.2—2006)，采用pH計(jì)(STARTER2100)測(cè)定；電導(dǎo)率(EC)依據(jù)《土壤電導(dǎo)率的測(cè)定電極法》(HJ802—2016)采用HACH EC5測(cè)定．

1.4 重金屬評(píng)價(jià)方法

水體沉積物中重金屬污染的評(píng)價(jià)方法有很多，本文選用Hakanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法[13]進(jìn)行評(píng)價(jià)．其計(jì)算公式如下：

為進(jìn)一步反映土壤環(huán)境中不同污染物和多種污染物的綜合影響，以浙江省土壤環(huán)境背景值[32]作為參比值(表1)，運(yùn)用潛在生態(tài)危害指數(shù)法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表2)來(lái)評(píng)價(jià)余杭塘河河道沉積物重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)．

表1 重金屬的毒性系數(shù)及參比值

表2 生態(tài)危害系數(shù)和生態(tài)危害指數(shù)劃分

1.5 數(shù)據(jù)分析

為滿足統(tǒng)計(jì)分析的要求，部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以使其滿足正態(tài)分布．其中，Pb(枯水期)、TC(豐水期)、Pb(豐水期)、pH(豐水期)進(jìn)行平方根轉(zhuǎn)換，對(duì)EC(豐水期)進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換．利用Pearson相關(guān)分析計(jì)算各數(shù)據(jù)間的相關(guān)系數(shù)．

本文數(shù)據(jù)分析主要使用Microsoft excel 2016，IBM SPSS 20.0，Sigma Plot 10.0完成．

2 結(jié)果與分析

2.1 沉積物重金屬的時(shí)空分布特征

圖2 余杭塘河豐水期和枯水期沉積物重金屬的分布特征Fig. 2 Distribution characteristics of heavy metals in the sediments of the Yuhangtang River during wet and dry season

特別指出，在對(duì)余杭塘河沉積物4種重金屬Cu、Zn、Pb和Cd含量的檢測(cè)中，由于Cd含量低于檢測(cè)限，在本文圖表中均未加以列出．

由圖2可知，在豐水期階段，余杭塘河沉積物重金屬Cu、Zn的含量都高于浙江省土壤環(huán)境背景值，Pb的含量在第I段、第II段高于環(huán)境背景值．其中，Zn的變化范圍為72.24～125.19 mg·kg-1(均值為100.86 mgkg-1)，是背景值的1.21倍(按均值計(jì)算)；Cu的變化范圍為0～100.07 mgkg-1(均值為44.29 mgkg-1)，是背景值的1.96倍；Pb的變化范圍為16.04～143.49 mg·kg-1(均值為36.96 mgkg-1)，是背景值的1.04倍，最高點(diǎn)出現(xiàn)在豐水期第I段，為背景值的4.02倍，在其他河段，均低于或接近背景值．同時(shí)，Zn的含量在各個(gè)河段基本趨于一致(第I段、第II段稍高)，Cu含量在第I段與第VII均高于其他河段；Pb的含量在第I段明顯高于其他河段，自上游向下游逐漸遞減．

在枯水期階段，沉積物中重金屬Cu、Zn的含量同樣高于浙江省土壤環(huán)境背景值，Pb的含量則低于背景值．其中，Zn的變化范圍為62.01～139.68 mgkg-1(均值為105.81 mgkg-1)，是背景值的1.27倍；Cu的變化范圍為17.02～126.65 mgkg-1(均值為48.90 mgkg-1)，是背景值的2.16倍；Pb的變化范圍為0～68.68 mgkg-1(均值為10.71 mgkg-1)，低于背景值．同時(shí)，Zn在第I段、第II段高于其他河段，Cu的含量在上游(第I段)和下游(第VII)河段要比中游河段相對(duì)偏高，Pb的含量在上游河段(第Ⅰ段)比其它河段都要高，自上游向下游逐漸遞減．

此外，相對(duì)于Cu和Pb，Zn的含量在余杭塘河各河段最高；無(wú)論在豐水期還是枯水期，重金屬Cu、Zn的含量變化在各個(gè)河段基本趨于一致，但Pb含量在豐水期要明顯高于枯水期(按均值計(jì)高出4.68倍)，尤其在豐水期的第Ⅰ段達(dá)到最高(143.49 mgkg-1)，且各個(gè)采樣點(diǎn)之間的差異很大．

綜上所述，Zn和Cu在豐水期的含量均低于枯水期，Pb的含量則明顯高于枯水期．無(wú)論是豐水期還是枯水期，余杭塘河上游和下游重金屬含量均高于中游．

2.2 潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

城市河道沉積物主要受人為因素的影響，其元素含量也受到較為強(qiáng)烈的干擾，而關(guān)于城市河道沉積物重金屬的評(píng)價(jià)方法目前還尚未統(tǒng)一．本文以浙江省土壤環(huán)境背景值作為參考值，利用單項(xiàng)潛在生態(tài)危害指數(shù)來(lái)綜合評(píng)價(jià)余杭塘河干支流沉積物重金屬的潛在危害狀況，具體結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 余杭塘河沉積物重金屬元素的潛在生態(tài)危害系數(shù)和危害指數(shù)Tab. 3 Potential ecological risk factors and indexes of heavy metals in sediments of Yuhangtang River

余杭塘河干流各河段每個(gè)采樣點(diǎn)的RI值均小于90，表明余杭塘河的綜合潛在生態(tài)危害程度屬于輕微級(jí)別．在空間序列上，余杭塘河第I、VII段的RI值均比其它河段的高；在時(shí)間序列上，豐水期的RI在各個(gè)河段要略高于枯水期，兩者的均值分別為18.02和13.58.

2.3 沉積物各指標(biāo)的相關(guān)性分析

余杭塘河干流沿線各段和南北支流存在著不同的土地利用類(lèi)型，經(jīng)濟(jì)和自然環(huán)境各異，工業(yè)污水、生活污水及垃圾等的排放，是其沉積物重金屬及營(yíng)養(yǎng)鹽的可能來(lái)源．

在枯水期階段，Pb與Cu、Zn有著顯著的相關(guān)性(r=0.697,P<0.01;r=0.742,P<0.01)，同時(shí)，從時(shí)空分布特征來(lái)看，Pb與Cu、Zn的含量均在上游河段較高，表明Pb與Cu、Zn同源性很高.由表4可 見(jiàn)，Cu與TN、TC、TP的相關(guān)性不高(r=0.378,P<0.001;r=0.310,P<0.05;r=0.345,P<0.05)，Cu與AP、pH、EC沒(méi)有相關(guān)性(r=0.128;r=-0.095;r=0.223)；TN與TC、TP與TC、TP與Zn之間有著高度的相關(guān)性(r=0.867,P<0.01;r=0.808,P<0.05;r=0.800,P<0.01)，表明沉積物在受到Zn污染過(guò)程中，伴隨著碳、氮、磷的污染，可能主要來(lái)源于生活污水的排放．在豐水期階段，Cu與Zn、Pb有著顯著的相關(guān)性(r=0.593,P<0.01;r=0.457,P<0.01).Cu與AP、pH的相關(guān)性不高(r=0.324,P<0.05;r=-0.350,P<0.05)．需要特別指出的是，枯水期和豐水期沉積物的pH與重金屬Cu、Zn、Pb和TN、TC、TP、EC呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性．

表4 余杭塘河沉積物理化指標(biāo)與重金屬含量的Pearson相關(guān)系數(shù)

注：*，P<0.05；**，P<0.01；?，數(shù)據(jù)進(jìn)行平方根轉(zhuǎn)換；，數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換.

3 討論

3.1 余杭塘河重金屬污染現(xiàn)狀

余杭塘河沉積物中Cu和Zn的含量在豐水期與枯水期均高于浙江省土壤環(huán)境背景值，Pb的含量在豐水期的第I段也高于背景值．這說(shuō)明余杭塘河沉積物中Cu、Zn和Pb的含量隨著時(shí)間的推移、自然環(huán)境和人類(lèi)活動(dòng)的變化而發(fā)生著累積的過(guò)程.其中，Pb的含量自上游向下游逐漸減少，差異較大，這可能是上游(源頭)存在唯一的污染源，并隨著流向逐漸稀釋的結(jié)果．同時(shí)，上游河段(第I段、第II段)和下游河段(第VII段)Cu、Zn和Pb含量高于其他河段，這不僅與余杭塘河上、下游沿岸建筑密集、人口稠密、經(jīng)濟(jì)發(fā)展有關(guān)，也與下游河段接納了上游的天然堆積物與人為污染物，以及干支流沿線匯集的工業(yè)企業(yè)污染物與農(nóng)業(yè)污染有關(guān)．Pb的含量在豐水期要高于枯水期，一般而言，夏季降雨量大，對(duì)人類(lèi)陸地活動(dòng)區(qū)域的沖刷，使得夏季水體中重金屬含量較冬季高，最終夏季沉積物中重金屬含量也較冬季高[33]．

3.2 余杭塘河重金屬污染潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

從空間上看，余杭塘河第I、VII段的RI值均高于其它河段，這與余杭塘河上、下游的地理環(huán)境、人為活動(dòng)及水文條件有著非常緊密的聯(lián)系，也與現(xiàn)場(chǎng)采樣調(diào)研的實(shí)際情況相符．在余杭塘河第Ⅰ段，大量的排污口存在雨污混接現(xiàn)象，在南北渠路的步行街沿線、河道底部存在污水偷排等現(xiàn)象，這都使得河道中重金屬污染加重．在時(shí)間上，豐水期的RI值高于枯水期，這可能與豐水期清淤船只等人為擾動(dòng)和地表徑流等因素有關(guān)．

3.3 余杭塘河重金屬污染來(lái)源探析

余杭塘河干流沿線各段和南北支流存在著不同的土地利用類(lèi)型，經(jīng)濟(jì)和自然環(huán)境各異，工業(yè)污水、生活污水排放及建筑垃圾堆放等是其沉積物重金屬及營(yíng)養(yǎng)鹽的可能來(lái)源．其中，農(nóng)業(yè)污水灌溉、化肥、有機(jī)肥、塑料薄膜、城市廢棄物和農(nóng)藥的不合理施用等，都可能造成土壤重金屬污染．以磷肥為例，磷肥中含Pb約10 mgkg-1，因此長(zhǎng)期施用磷肥可引起土壤重金屬Pb的積累[34].有機(jī)肥也是重金屬的一個(gè)重要來(lái)源，主要來(lái)自于集約化養(yǎng)殖場(chǎng)中飼料添加劑的大量使用，如杭州城郊豬糞中含Cu、Zn量分別高達(dá)437.71，1 356.30 mg·kg-1，與我國(guó)農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)(GB4284—1984)相比，其超標(biāo)率均為70%；雞糞中含Cu、Zn量分別為75.16，287.06 mg·kg-1，Zn超標(biāo)率為14.28%[35]．

由相關(guān)性分析可知，在枯水期，余杭塘河Pb與Cu、Zn有著顯著的相關(guān)性，表明Pb與Cu、Zn同源性很高，而其沿線存在家禽養(yǎng)殖、養(yǎng)魚(yú)等現(xiàn)象，河邊圈養(yǎng)，管理粗放；再者，道路兩側(cè)因汽車(chē)尾氣排放及輪胎磨損而產(chǎn)生大量含有重金屬的有害氣體和粉塵的沉降[36]．汽車(chē)尾氣中含有5種重金屬(Pb、Ni、Cr、Cd和Mn)，其中Pb占37%[37]．余杭塘河與余杭塘路相依，且河道常有大量貨輪運(yùn)輸，在一定程度上加劇了河流的污染．TN與TC、TP與TC、TP與Zn之間有著高度的相關(guān)性，表明沉積物在受到Zn污染過(guò)程中，伴隨著碳、氮、磷的污染，可能主要來(lái)源于生活污水的排放，余杭塘河沿線的土地類(lèi)型多樣，工業(yè)污水、生活污水等的隨意排放加劇了河道沉積物重金屬污染．需要特別指出的是，枯水期和豐水期的pH值與重金屬Cu、Zn、Pb和TN、TC、TP、EC呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性，這可能是因?yàn)閜H值降低，促進(jìn)了碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬及金屬氫氧化物的溶解進(jìn)而加速了重金屬元素的釋放，同時(shí)pH影響了N、P在水體中的吸附過(guò)程[38]．

3.4 余杭塘河重金屬污染生態(tài)維持措施建議

無(wú)論是豐水期還是枯水期，余杭塘河的上游河段水量都較少甚至處于無(wú)水狀態(tài)(源頭至古運(yùn)河段)，加之上游河道較為狹窄，無(wú)法采用船只進(jìn)行清淤工作，故需要進(jìn)行人工挖掘清淤(如直接挖除、水力沖刷等)；同時(shí)，上游河段沿岸住宅用地密集、小型企業(yè)工廠居多，排污管道組織設(shè)計(jì)不合理，存在私接偷排的行為，故需對(duì)其進(jìn)行重新規(guī)劃，統(tǒng)一集中凈化處理；采用經(jīng)濟(jì)、行政等手段，加強(qiáng)對(duì)企業(yè)污水偷排行為的管理與生活污水截污納管、雨污管道分流措施；南北支流沉積物中重金屬含量存在一定差異，對(duì)其干流污染均有一定的貢獻(xiàn)率，故在保護(hù)干流河道的同時(shí)，也需加強(qiáng)對(duì)其支流河道的保護(hù)與管理，全局控制污染源的數(shù)量．

對(duì)余杭塘河生態(tài)環(huán)境具有潛在生態(tài)危害的重金屬為Cu，這可能與其沿岸存在五金等工業(yè)企業(yè)以及農(nóng)業(yè)管理中農(nóng)藥包的廢棄有關(guān)．余杭塘河沉積物重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)在時(shí)間上豐水期要高于枯水期，在空間上為上游和下游的污染程度要高于中游，故在進(jìn)行治理與管理時(shí)，要注重時(shí)間和空間的差異性，如在現(xiàn)有河道綜合整治的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)上游和下游河段的重點(diǎn)治理，在豐水期水量較多時(shí)通過(guò)余杭閘等工程調(diào)用苕溪水，引清調(diào)水，快速改善河道水質(zhì)[39]，定期排查污染源．

余杭塘河沉積物中重金屬目前雖屬于輕度污染，但土壤重金屬污染具有長(zhǎng)期性、隱蔽性、不可逆性和易被富集等特點(diǎn)[36,40]，重金屬污染的修復(fù)，尤其是植物修復(fù)(植物積累)是治理沉積物污染的最重要手段之一[24]．為實(shí)現(xiàn)對(duì)余杭塘河全方位、多層次、多手段的治理保護(hù)及預(yù)防未來(lái)可能發(fā)生的潛在重金屬污染，應(yīng)結(jié)合水生植物與微生物耦合技術(shù)，構(gòu)建多品種的水生動(dòng)植物群落，形成濕地生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)；采用生態(tài)浮島技術(shù)，種植對(duì)水體中Pb、Zn、Cu、Cd、As具有很好吸收能力的植物[41-42]．

4 結(jié)論

無(wú)論是豐水期還是枯水期，余杭塘河沉積物中Cu、Zn的含量均高于浙江省土壤環(huán)境背景值，Cd的含量低于背景值，Pb在豐水期第I段高于背景值，枯水期則低于背景值；4種重金屬在時(shí)間上和空間上都呈現(xiàn)不同的差異性．

通過(guò)相關(guān)性分析可知，在枯水期階段，Pb與Cu、Zn有著顯著的相關(guān)性，表明Pb與Cu、Zn同源性很高；TN與TC、TP與TC、TP與Zn之間有著高度的相關(guān)性，表明沉積物在受到Zn污染過(guò)程中，伴隨著碳、氮、磷的污染，可能主要來(lái)源于生活污水的排放；在豐水期階段，Cu與Zn、Pb有著顯著的相關(guān)性．枯水期和豐水期沉積物的pH值與重金屬Cu、Zn、Pb和TN、TC、TP、EC呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性，這是因?yàn)殡S著pH值的升高，重金屬釋放速率迅速下降．

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PollutionStatusandPotentialEcologicalRiskAssessmentofHeavyMetalsintheSedimentofYuhangtangRiver

JIANG Can, XU Hongke, LI Hongbin, XU Li, SONG Yaobin, DAI Wenhong, LI Wenbing, DONG Ming

(Key Lab of Hangzhou City for Ecosystem Protection and Restoration, College of Life and Environmental Sciences, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036, China)

In order to understand the pollution characteristics and potential ecological risk of heavy metals in the sediments of Yuhangtang River, copper (Cu), zinc (Zn), lead (Pb), cadmium (Cd) in 83 sediments samples were measured in the dry season (January) and the wet season (July). The results showed that spatiotemporal differences were found for the concentrations of all the four heavy metals. The concentrations of Cu and Zn in the sediments of Yuhangtang River were higher than the values of soil environmental background of Zhejiang Province both in wet and dry season. Cd concentration was lower than the background value, while Pb concentration (upstream) was higher than the background value in the wet season and lower in the dry season. There was a light potential ecological risk for heavy metals in the sediments of Yuhangtang River, and Cu was the element with potential ecological risk to Yuhangtang River. According to the correlation analysis, Pb, Cu and Zn concentrations were correlated to each other in the dry season, while Cu, Zn and Pb had a significant correlation in the wet season, indicating that these heavy metals came from the same source likely. It was necessary to prevent these heavy metals pollution in the construction and operation of Hangzhou Future Sci-Tech City.

heavy metals; distribution characteristics in sediments; potential ecological risk; correlation-traceability; Yuhangtang River

2016-12-08

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31261120580，41401556)；杭州師范大學(xué)攀登工程項(xiàng)目(201203)；杭州師范大學(xué)產(chǎn)學(xué)研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(杭州市海創(chuàng)園區(qū)域河道污染源解析與評(píng)價(jià)).

李文兵(1981-)，男，講師，博士，主要從事生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)研究．E-mail：iamlwb@163.com；董 鳴(1957-)，男，教授，博士，主要從事生態(tài)學(xué)研究．E-mail:dongming@hznu.edu.cn

10.3969/j.issn.1674-232X.2016.06.007

Q948.1

A

1674-232X(2017)06-0604-09