馬翔宇，魯建婷，麻 林，錢 寶，閆 峰

（1.南昌大學建筑工程學院，江西 南昌，330031；2.湖南省水利廳，湖南 長沙，410007；3.水利部長江水利委員會水文局，湖北 武漢，430010）

長江上游珍稀魚類自然保護區(qū)主要包括金沙江、岷江、赤水河等長江上游干流及部分支流，涉及云南、貴州、四川、重慶三省一市。主要保護對象為白鱘、達氏鱘、胭脂魚等。近年來，隨著社會和經(jīng)濟的迅速發(fā)展，長江上游部分河段水環(huán)境持續(xù)惡化，嚴重影響了魚類的生存和繁衍。

鎘（Cd2+為主）是一種有毒重金屬元素，也是長江上游沉積物污染最嚴重的重金屬元素之一[1]。具有高毒性、難降解、易殘留等特點，其在水生生物體內的半衰期可達10～35年[2]。大量研究證明，鎘會影響魚類胚胎的發(fā)育和仔魚的存活，還可以作用于細胞的抗氧化酶系統(tǒng)、降低細胞對氧自由基的清除，影響水生生物胚胎的發(fā)育、幼體的存活以及成體的繁殖[3，4]。同時，鎘由于能使蛋白質變性且無法通過水體的自凈作用去除，是一種會對環(huán)境、水生生物和人體健康造成潛在危害的重金屬[5]。

淡水中的鎘主要來源于工業(yè)污水直接排放、鉻礦渣、粉塵墜于地表水和鎘渣廢物的隨意傾倒。此外，水體中的重金屬主要被沉積物吸附，許多外在環(huán)境因素均可使沉積物中的重金屬再次釋放，造成“二次污染”[6，7]。早在1972年，世界衛(wèi)生組織就將鎘列為第3位優(yōu)先研究的食品污染物，美國國家環(huán)境保護局（US EPA）于1986年將鎘列為制定水質基準時的優(yōu)先控制污染物。目前，許多國家都相繼頒布了鎘的淡水水生生物水質基準[8]。但我國水質基準的研究相對滯后，缺少適合國情的鎘水生生態(tài)風險基準。長期以來，都未能對長江上游珍稀魚類保護區(qū)進行準確的生態(tài)風險評估。

水生生物基準是保護水生生物水質基準的簡稱，是指水環(huán)境中的污染物對水生生物及其使用功能不產生長期和短期不良或有害效應的最大允許濃度，它是水質基準的核心組成部分之一[9]。2020年2月，我國生態(tài)環(huán)境部頒布了《淡水水生生物水質基準-鎘》[10]。本研究將基于該生態(tài)風險基準，結合風險商模型和長江水利委員會水文局的監(jiān)測資料，對長江上游珍稀魚類保護區(qū)鎘的生態(tài)風險進行評估，從而為長江流域的生態(tài)保護提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

長江上游珍稀特有魚類國家級自然保護區(qū)跨越四川、云南、貴州、重慶三省一市，地理坐標為東經(jīng)104°9′～106°30′、北緯 27°29′～29°4′的長江上游干流及部分支流，寬度為各河流10年一遇最高水位線以下的水域和灘涂。保護區(qū)河流總長度1 162.61km，總面積33 174.213hm2。保護區(qū)水域分布有魚類189種，其中包括白鱘、達氏鱘、胭脂魚等38種國家級保護動物。

如圖1所示，本次研究的區(qū)域為金沙江段（屏山-宜賓段）、岷江段（高場-宜賓段），沱江段（富順-瀘州段），共設置金沙江段的屏山和宜賓、岷江段的高場站、沱江段的富順站和瀘州站5個監(jiān)測點。評價指標為水體總硬度和鎘（Cd），評價數(shù)據(jù)為水利部長江水利委員會水文局2018年的逐月監(jiān)測資料。

圖1 研究區(qū)域

1.2 鎘的生態(tài)風險基準

2020年2月，我國生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《淡水水生生物水質基準—鎘》和《淡水水生生物水質基準技術報告-鎘》[11]。在上述規(guī)范中，鎘的生態(tài)風險基準被劃分為短期水質基準（short-term water quality criteria，SWQC）和長期水質基準（long-term water quality criteria，LWQC），分別用于評估鎘對水生生物的急性毒性和慢性毒性。SWQC表示對95%的中國淡水水生生物及其生態(tài)功能不產生急性有害效應的水體中鎘的最大濃度。LWQC表示對95%的中國淡水水生生物及其生態(tài)功能不產生慢性有害效應的水體中鎘的最大濃度。

盡管水體硬度減緩重金屬生物毒性的作用機制存在爭議[12，13，14]，水體硬度對重金屬生物毒性的減緩作用已被廣為認可。生態(tài)環(huán)境部通過大量毒理學實驗表明：鎘的淡水水生生物水質基準和水體總硬度成正相關關系。如表1所示，生態(tài)環(huán)境部在《淡水水生生物水質基準—鎘》給出了部分有限離散水體總硬度下的鎘生態(tài)風險基準。本研究將基于MATLAB中的interp1函數(shù)進行插值，從而得到其他水體總硬度下鎘的生態(tài)風險基準值。

表1 淡水水生生物水質基準—鎘

1.3 風險商模型

風險商值模型[15，16]是應用最為廣泛的生態(tài)風險評估模型之一，計算方法為：

式中：RQ為風險商值，EEC為環(huán)境濃度，mg/L；WQC為生態(tài)風險基準，mg/L。大量研究表明：風險商值可判別風險等級[17]，當0.01≤RQ20.1時為低風險；0.1≤RQ21為中風險；RQ≥1為高風險。

需要指出的是，由于鎘的生態(tài)風險基準被劃分為SWQC和LWQC；相應的，根據(jù)評價基準的不同，鎘的風險商被分為短期風險商（short-term risk quotient，SRQ）和長期風險商（long-term risk quotient，LRQ），分別用于評估鎘的急性毒性和慢性毒性。

2 結果與討論

2.1 水體硬度的特征

水的硬度（也叫礦化度）是指溶解在水中的鈣鹽和鎂鹽含量的多少，含量多的硬度大，反之則小。大量研究表明，當水體硬度[18]較高時，鈣鎂離子可以與鎘離子等重金屬離子產生拮抗作用，減少水生生物對金屬離子的吸收，從而降低鎘離子的毒性[19]，提高水體的SWQC和LWQC。

根據(jù)長江水利委員會水文局的監(jiān)測資料，各測站的水體硬度的時空分布如圖2所示。

圖2 長江上游珍稀魚類保護區(qū)各測站的水體硬度的時空分布

各測站的水體硬度范圍和均值如表2所示。

由表2可知，富順站是水體硬度最高的測站，其水體硬度的范圍為182.7～299.2mg/L，均值為239.68mg/L。高場站是水體硬度最低的測站，其水體硬度的范圍為117.3～176mg/L，均值為 145.07mg/L。屏山站、宜賓站、瀘州站的水體硬度范圍分別為136.3～194.2mg/L，126.8～185.8mg/L，132.1～170.4mg/L。均值分別為 158.93mg/L，154.39mg/L，150.39mg/L。

表2 各測站水體硬度范圍及均值 mg/L

根據(jù)資料可知，富順站位于有“鹽都”之稱的四川自貢市[20]富順縣。該地區(qū)鹽礦資源豐富，因此水體中溶有大量的鈣鹽和鎂鹽。這直接導致該測站水體硬度遠高于其他四個測站。其他四個測站的水體硬度相近，未表現(xiàn)出明確的季節(jié)性和地域性規(guī)律。這主要是鈣鎂離子的濃度受眾多因素的影響導致。

2.2 生態(tài)風險基準的特征

根據(jù)《淡水水生生物水質基準-鎘》中提供的部分有限離散水體總硬度下的鎘生態(tài)風險基準，使用MATLAB中的interp1函數(shù)進行插值，得到長江上游珍稀魚類保護區(qū)各測站的SWQC和LWQC的時空分布如圖3、圖4所示。

圖3 長江上游珍稀魚類保護區(qū)各測站的SWQC的時空分布

圖4 長江上游珍稀魚類保護區(qū)各測站的LWQC的時空分布

各測站的SWQC和LWQC的范圍和均值如表3、表4所示。

由表3、表4所示，富順站是長江上游珍稀魚類保護區(qū)中基準值最高的的測站。它的SWQC和LWQC范圍分別是 7.93～12.97μg/L 和 0.33～0.44μg/L，年均值分別為10.49μg/L和0.38μg/L。高場站是長江上游珍稀魚類保護區(qū)中基準值最低的的測站。它的SWQC和LWQC 范圍分別是 6.94～7.64μg/L 和 0.30～0.32μg/L，年均值分別為6.26μg/L和0.28μg/L。此外，屏山站的SWQC和 LWQC范圍分別是 5.87～8.45μg/L和 0.27～0.34μg/L，年均值分別為 6.89μg/L 和 0.30μg/L。宜賓站的SWQC和LWQC范圍分別是5.43～8.08μg/L和0.26～0.33μg/L，年均值分別為 6.68μg/L和 0.30μg/L。瀘州站的SWQC和LWQC范圍分別是5.68～7.40μg/L和0.27～0.31μg/L，年均值分別為 6.51μg/L和 0.29μg/L。

表3 各測站SWQC范圍和均值 μg/L

表4 各測站LWQC范圍和均值 μg/L

由《淡水水生生物水質基準-鎘》可知，鎘的淡水水生生物水質基準和水體總硬度成正相關關系。由于富順站的水體硬度相對較高，其SWQC和LWQC相較其他測站偏高。同理，由于高場站的水體硬度相對較低，其SWQC和LWQC均低于其他測站。

2.3 生態(tài)風險評價

根據(jù)風險商模式，結合各測站鎘的濃度和生態(tài)基準數(shù)據(jù)，評估長江上游珍稀魚類保護區(qū)各測站的SRQ和LRQ分別如圖5、圖6所示。

圖5 長江上游珍稀魚類保護區(qū)各測站的SRQ的時空分布

圖6 長江上游珍稀魚類保護區(qū)各測站的LRQ的時空分布

各測站的SRQ和LRQ風險商范圍、均值和風險等級如表5、表6所示。

如表5、表6所示，高場站是長江上游珍稀魚類保護區(qū)中鎘風險最高的測站。它的SRQ和LRQ風險商范圍分別為0.14～0.50和3.31～9.97，均值分別為0.37和7.99。其短期風險為“中”等級，長期風險為“高”等級。瀘州站的鎘風險最低，它的SRQ和LRQ風險商范圍分別為0.03～0.11和0.79～2.23，均值分別為0.05和1.06。其短期風險為“低”等級，長期風險為“高”等級。屏山站，宜賓站，富順站的SRQ風險商范圍分別為 0.11～0.43，0.19～0.46，0.11～0.31。均值分別為0.31，0.35，0.23。短期風險均為“中”等級。LRQ 風險商的范圍分別為 2.50～9.13，4.34～9.53，3.34～7.59。均值分別為7.14，7.76，6.34。長期風險均為“高”等級。

表5 各測站SRQ風險商的范圍和均值

表6 各測站LRQ風險商的范圍和均值

通過比較表5和表6中各測站的風險等級可見，各測站均存在短期風險等級和長期風險等級不同的問題，這主要是因為SRQ和LRQ使用SWQC和LWQC兩種不同的基準導致。由SWQC和LWQC的定義可知：SWQC和LWQC分別表示對95%的中國淡水水生生物及其生態(tài)功能不產生急性有害效應的水體中鎘的最大濃度和對95%的中國淡水水生生物及其生態(tài)功能不產生慢性有害效應的水體中鎘的最大濃度。這表明：研究區(qū)域內各代表性測站水體的鎘含量均具有相對較低的急性有害效應，表現(xiàn)為“低”“中”風險等級；但各代表性測站水體的鎘含量均具有相對較高的慢性有害效應，因此均表現(xiàn)為“高”風險等級。

總的來看，本次研究的各測站均存在鎘風險較高的問題。這主要是因為川南和川西南各類金屬資源集中分布，礦產的開采和冶煉企業(yè)比較集中，有大量含鎘廢水排放至金沙江、岷江和沱江導致。同時，鎘渣廢物的隨意傾倒，鎘離子會隨著地表徑流匯入河流中，同樣會導致長江上游珍稀魚類保護區(qū)的鎘含量增加，進而導致鎘的生態(tài)風險升高。

結合式（1）所示，生物安全基準高，意味著同等暴露濃度下，生態(tài)風險商更低。位于沱江下游的富順站的SWQC和LWQC均較高，但其短期風險為“中”等級，長期風險為“高”等級。這表明該站所在位置的水體鎘含量遠大于其他四個測站。

因此，對金沙江、岷江和沱江中上游采礦和冶煉行業(yè)的綜合治理已是刻不容緩。其中，對沱江的綜合治理更應是重中之重。

3 結 論

屏山站、宜賓站、高場站、瀘州站、富順站的SWQC年均值分別為 6.89μg/l、6.68μg/l、6.26μg/l、6.51μg/l、10.49μg/l；LWQC 年均值分別為 0.30μg/l、0.30μg/l、0.28μg/l、0.29μg/l、0.38μg/l。其中岷江的生態(tài)風險基準值低于金沙江段、川江段和沱江段，這是因為它的水體總硬度相對其他三者較低所致。

高場站是所有測站中鎘風險最高的測站，它的SRQ 為 0.37，屬于“中”風險級，LRQ 為 7.99，屬于“高”風險級。鎘風險最低的測站為瀘州，它的SRQ為0.05，屬于“低”風險級，LRQ為1.06，為“高”風險級。屏山站、宜賓站、富順站的SRQ分別為0.31、0.35、0.23，均為“中”風險級；LRQ 為 7.14、7.78、6.34，均為“高”風險級。

長江上游珍稀魚類保護區(qū)中，各測站普遍存在鎘風險較高的問題。加強對川西南、川南采礦和冶煉行業(yè)的治理應作為金沙江、岷江和沱江中上游各級環(huán)保部門的重點工作之一。同時，加強對長江上游珍稀魚類保護區(qū)鎘含量和水體總硬度的監(jiān)測和預警應當作為保護區(qū)今后水資源管理的重點之一。