馬香菊，徐慧韜，王麗平

國家環(huán)境保護(hù)河口與海岸帶環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國環(huán)境科學(xué)研究院

濱海濕地是位于海陸交接地帶的生態(tài)敏感區(qū)[1]，除了具備濕地生態(tài)系統(tǒng)的水質(zhì)凈化、防洪調(diào)蓄、生物多樣性、旅游文化等多種服務(wù)功能[2-3]，還是濱海地區(qū)河、湖水域排放入海的紐帶。重金屬污染具有毒性大、難降解和生物富集性特點(diǎn)[4-6]，是當(dāng)前全球性的環(huán)境問題之一。雖然濕地可以通過自身的物理、化學(xué)和生物作用對(duì)重金屬等污染物進(jìn)行吸收、固定和轉(zhuǎn)化[7]，但當(dāng)環(huán)境介質(zhì)中的重金屬達(dá)到一定濃度時(shí)，仍會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重的生態(tài)毒性。簡敏菲等[8]研究了重金屬污染對(duì)鄱陽湖濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的影響，指出重金屬污染會(huì)直接影響水環(huán)境質(zhì)量，進(jìn)而影響魚產(chǎn)品質(zhì)量和漁業(yè)產(chǎn)量，重金屬在沉積物中富集會(huì)影響湖區(qū)農(nóng)作物以及牧草的產(chǎn)量和質(zhì)量，還會(huì)影響濕地自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)；Sarkar等[9]的研究指出，用于污水處理的濕地系統(tǒng)中的重金屬會(huì)在魚類和其他大型無脊椎動(dòng)物體內(nèi)富集，從而污染水生生物；Yin等[10]研究指出，重金屬污染會(huì)影響微生物的細(xì)胞器，誘導(dǎo)微生物發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)。重金屬污染危害動(dòng)物、植物、微生物乃至人體健康[11-13]，而植物、微生物的存活情況又會(huì)影響濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的有效性。因此，研究濱海濕地重金屬污染狀況并采取有效防治措施，對(duì)于保證濕地生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境安全、生物多樣性安全和濕地系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及入海水質(zhì)控制具有重要意義。

天津臨港工業(yè)園區(qū)地處海河入?？谀蟼?cè)灘涂淺海區(qū)，東依渤海灣、北靠海河口，是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)區(qū)、船舶及大型港航設(shè)備修造基地，天津臨港濱海濕地公園位于天津臨港工業(yè)園區(qū)內(nèi)，進(jìn)水為園區(qū)內(nèi)的污水處理廠尾水及雨水徑流。吳民山等[14]研究了天津臨港工業(yè)園區(qū)徑流污染特征，發(fā)現(xiàn)重金屬是區(qū)域內(nèi)特征污染物，對(duì)濕地公園生物群落具有潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，另外，污水處理廠出水中殘留的重金屬和環(huán)境中經(jīng)大氣和降水沉降過程富集的重金屬也會(huì)進(jìn)入濕地引發(fā)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因此，檢測(cè)天津近海海域常見重金屬在濕地公園的分布特征并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，可為維護(hù)濕地系統(tǒng)生物多樣性及保障濕地正常運(yùn)行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是開展重金屬污染管理、控制和治理的前提[15]。

目前評(píng)價(jià)不同環(huán)境介質(zhì)中重金屬污染的方法較多，筆者選取較成熟且在同類環(huán)境介質(zhì)研究中應(yīng)用最多的重金屬污染指數(shù)(HPI)法[16-17]、物種敏感性分布(SSD)法[18-19]和地累積指數(shù)(Igeo)法[20]、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)法[21]，從不同角度分別評(píng)價(jià)天津臨港濱海濕地公園水體和沉積物的重金屬污染狀況，分析評(píng)價(jià)結(jié)果的差異，結(jié)合天津臨港濱海濕地環(huán)境與功能特征，分析適合的評(píng)價(jià)方法，以期了解重金屬污染對(duì)該濕地生態(tài)系統(tǒng)造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，為渤海近岸海域重金屬污染治理提供支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

天津臨港濕地公園(117°41′E～117°42′E，38°55′N～38°56′N)位于臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)北區(qū)，是工業(yè)園區(qū)內(nèi)生態(tài)景觀帶的重要組成部分。區(qū)域氣候?yàn)榕瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫約12 ℃，降水多集中在7—8月。濕地公園占地面積約63萬m2，其中水體面積約17萬m2，公園內(nèi)土壤質(zhì)地黏重，含鹽量大，土壤次生鹽漬化，種植植物主要為蘆葦。

1.2 樣品采集

在天津臨港濕地公園設(shè)置A～H共8個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，于2019年10月在各采樣點(diǎn)分別采集濕地植物根系上覆水及沉積物樣品，每個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)3個(gè)平行，其中A、C、H 3個(gè)采樣點(diǎn)處為水域，只采集水樣。所采集水樣在現(xiàn)場(chǎng)用0.45 μm的醋酸纖維濾膜過濾后，加入2 mol/L的硝酸溶液將pH調(diào)至小于2，與沉積物樣品一同置于4 ℃低溫環(huán)境保存并盡快運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。采用美國哈希便攜式水質(zhì)分析儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水溫、pH、鹽度和溶解氧濃度。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)布設(shè)Fig.1 Layout of sampling points in the study area

1.3 樣品處理

運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室的沉積物樣品經(jīng)冷凍干燥機(jī)干燥1 d 后，除去其中的石子、植物等異物，用瑪瑙棒研壓，通過2 mm尼龍篩(除去2 mm以上的砂礫)，混勻；再用瑪瑙研缽將通過2 mm尼龍篩的樣品研磨至全部通過100目(孔徑0.149 mm)尼龍篩，混勻后稱取試樣0.1 g 于30 mL聚四氟乙烯坩堝中，加入8 mL 混合酸(濃硝酸∶氫氟酸∶高氯酸=3∶3∶1)，敞口250 ℃加熱至高氯酸冒盡(此時(shí)樣品已經(jīng)完全蒸干)，斷電。待溫度降到約180 ℃，趁熱加入8 mL王水、10 mL內(nèi)標(biāo)混合液，混勻后放置過夜，次日取250 μL消解液，加入5 mL 3%的硝酸溶液，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS，Agilent 7500cx型，美國)檢測(cè)重金屬濃度。運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室的水樣混勻后取10 mL，同樣采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定重金屬濃度，并用去離子水作為空白對(duì)照以消除系統(tǒng)誤差。

1.4 風(fēng)險(xiǎn)分析方法

采用重金屬污染指數(shù)法、物種敏感性分布法評(píng)價(jià)臨港濕地公園水體中重金屬的污染風(fēng)險(xiǎn)，采用地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)沉積物中重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。

1.4.1重金屬污染指數(shù)法

重金屬污染指數(shù)法是基于加權(quán)算術(shù)質(zhì)量均值方法，對(duì)水體中各重金屬產(chǎn)生的水質(zhì)污染影響進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的方法[16,22-23]。計(jì)算步驟為：

Wi=k/Si

(1)

Qi=100Ci/Si

(2)

(3)

式中：Si為水體中重金屬i的濃度標(biāo)準(zhǔn)值，μg/L；k為比例常數(shù)，取1；Ci為水體中重金屬i的實(shí)測(cè)濃度，μg/L；Qi為重金屬i的質(zhì)量等級(jí)指數(shù)；HPI為重金屬污染指數(shù)；n為參與評(píng)價(jià)的重金屬元素個(gè)數(shù)；Wi為重金屬i的權(quán)重，模型中視為與Si成反比的值。

重金屬污染程度劃分為高、中、低3個(gè)等級(jí)[24]：當(dāng)HPI>30時(shí)，污染程度為高；當(dāng)15≤HPI≤30時(shí)，污染程度為中等；當(dāng)HPI<15時(shí)，污染程度為低。

1.4.2物種敏感性分布法

借鑒杜建國等[19]已構(gòu)建的物種敏感性分布曲線，獲取水環(huán)境中重金屬對(duì)5%生物物種產(chǎn)生危害的污染濃度(HC5)，預(yù)測(cè)無效應(yīng)濃度(PNEC)為HC5與不確定因子(AF，取AF為3)的比值。根據(jù)檢測(cè)物種的數(shù)量定性和定量的毒性數(shù)據(jù)以及模型擬合優(yōu)勢(shì)度，運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)熵(risk quotient，RQ)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)表征。RQ為重金屬實(shí)測(cè)環(huán)境濃度(NEC)與PNEC的比值。計(jì)算方法如下：

PNEC=HC5/AF

(4)

RQ=NEC/PNEC

(5)

當(dāng)RQ≥1.0時(shí)，為高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)0.1

1.4.3地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法最先由德國科學(xué)家Müller在19世紀(jì)60年代提出[20]，其依據(jù)沉積物中重金屬濃度與土壤環(huán)境背景值的關(guān)系判定污染程度，反映重金屬在沉積物中的富集程度，計(jì)算公式如下：

Igeo=log2[ωi/(1.5Bi)]

(6)

式中：Igeo為地累積指數(shù)；ωi為重金屬i在沉積物中的濃度，mg/kg；Bi為重金屬i的土壤環(huán)境背景值，Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb的背景值分別為61.0、22.6、74.2、11.2、0.097、26.0 mg/kg[25-26]?；贗geo將沉積物中重金屬的污染程度分為7個(gè)等級(jí)：Igeo<0，為無污染；Igeo處于0～1，為輕度污染；Igeo處于1～2，為偏中度污染；Igeo處于2～3，為中度污染；Igeo處于3～4，為偏重度污染；Igeo處于4～5，為重度污染；Igeo>5，為嚴(yán)重污染。

1.4.4潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法于1980年由瑞典地球化學(xué)家Hakanson提出，是目前最常用的評(píng)價(jià)沉積物重金屬污染的方法之一，計(jì)算公式如下：

(7)

表1 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for potential ecological risk of heavy metals

2 結(jié)果與分析

2.1 水體和沉積物中重金屬污染特征

采樣期間研究區(qū)水溫為17.8～25.5 ℃，pH為8.62～9.68，鹽度為0.2‰～4‰，溶解氧濃度為5.45～11.79 mg/L。研究區(qū)水體和沉積物中重金屬濃度分布如圖2所示。臨港濕地公園水體按照GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行管理。由圖2可知，A～H采樣點(diǎn)水體中Cr濃度分別為45.32、44.92、51.67、56.59、57.51、49.10、51.49、50.87 μg/L，均值為50.93 μg/L，其中C、D、E、G、H采樣點(diǎn)超標(biāo)；各采樣點(diǎn)Cu、Zn和As濃度均值分別為2.56、38.21和8.67 μg/L，均未超標(biāo)；而Cd、Pb在各采樣點(diǎn)均未檢出。因此，僅對(duì)Cr、Cu、Zn和As 4種檢出重金屬進(jìn)行水體重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。B、D、E、F、G采樣點(diǎn)沉積物中Cr濃度分別為68.89、65.41、68.79、63.78、64.54 mg/kg，均超出我國土壤環(huán)境背景值[25-26]；Cu濃度分別為24.58、22.43、26.94、24.40、22.24 mg/kg，B、E、F采樣點(diǎn)超標(biāo)；Zn濃度分別為135.99、79.98、84.67、88.15、68.08 mg/kg，B、D、E、F采樣點(diǎn)超標(biāo)；As濃度分別為9.86、8.69、11.48、10.74、8.35 mg/kg，E采樣點(diǎn)超標(biāo)；Cd濃度分別為0.86、0.93、0.86、0.87、0.90 mg/kg，各采樣點(diǎn)均超標(biāo)；Pb濃度分別為20.45、19.69、21.72、20.90、19.13 mg/kg，各采樣點(diǎn)均未超標(biāo)。

圖2 各采樣點(diǎn)水體和沉積物中不同重金屬濃度Fig.2 Concentrations of different heavy metals in water and sediments at each sampling point

2.2 水體中重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用污染指數(shù)法對(duì)研究區(qū)水體中重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，獲得各采樣點(diǎn)的HPI變化及不同重金屬HPI占比，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，各采樣點(diǎn)HPI為7.41～9.63，均小于15，判定整體為低污染。其中，各采樣點(diǎn)的重金屬污染程度為E>D>C>G>H>F>A>B，造成各采樣點(diǎn)重金屬污染程度差異的主要重金屬均為Cr。

圖3 水體不同采樣點(diǎn)HPI變化及不同重金屬HPI占比Fig.3 Variations of HPI at different sampling points and proportions of HPI of different heavy metals

采用物種敏感性分布法對(duì)水體中Cr、Zn、Cu和As進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，Cr在各采樣點(diǎn)的RQ為5.3～6.8，Cu為2.0～2.8，Zn為0.8～12.4，As為38.8～72.0。僅Zn在G采樣點(diǎn)的RQ為0.8，處于中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其余各采樣點(diǎn)4種重金屬均處于高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，且As在各采樣點(diǎn)的RQ遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過臨界值(1.0)，具有對(duì)生物物種極高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。綜上，4種重金屬引起的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大小為As>Cr>Zn>Cu。

圖4 4種重金屬的RQFig.4 RQ values of four heavy metals

2.3 沉積物中重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

采用地累積指數(shù)法對(duì)沉積物中重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如表2所示。由表2可知，Cr、Cu、As、Pb 4種重金屬的Igeo分別為-0.52～-0.41、-0.61～-0.33、-1.01～-0.55和-1.03～-0.84，均小于0，為無污染；Zn的Igeo為-0.71～0.29，在B采樣點(diǎn)為輕度污染(0.29)，在其他采樣點(diǎn)均為無污染；Cd的Igeo為2.56～2.68，均為中度污染。

表2 各采樣點(diǎn)沉積物中不同重金屬的IgeoTable 2 Igeo values of different heavy metals in sediments at each sampling point

表3 各采樣點(diǎn)沉積物中不同重金屬的RITable 3 RI value of different heavy metals in sediments at each sampling site

3 討論

3.1 濕地中重金屬污染特征

環(huán)境中適量的Cu、Zn等金屬對(duì)于微生物生長來說是必要的[29]，但有些重金屬即使微量也會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生危害，如Cd的二價(jià)離子態(tài)可通過置換作用取代原本結(jié)合位點(diǎn)上的必需金屬離子進(jìn)而對(duì)微生物造成危害[30-31]。但不管是對(duì)微生物生長有利還是有害的金屬元素，當(dāng)其在環(huán)境介質(zhì)中超過一定濃度時(shí)，都會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生毒害作用[32]。本研究中物種敏感性分布法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，研究區(qū)中Cr、Zn、Cu和As都已在各采樣點(diǎn)引起了高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，尤其是As。

As污染具有高毒性、高穩(wěn)定性、污染范圍大、難以治理等特點(diǎn)[33]，即使在低濃度時(shí)也會(huì)對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生危害，長期過量接觸As，則會(huì)導(dǎo)致慢性或急性中毒，甚至發(fā)生癌癥[34-35]。因此，需要重視該區(qū)域水體重金屬污染，追溯其污染源并加以控制，以降低其對(duì)水生植物、動(dòng)物、微生物的毒害效應(yīng)。

為比較我國不同地區(qū)濕地沉積物中重金屬主要污染元素及污染風(fēng)險(xiǎn)，收集與梳理了我國其他濱?；蜞徑貐^(qū)濕地中重金屬污染與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，結(jié)果如表4所示。由表4可知，相較劉凡惠等[36]對(duì)天津?qū)氎嫒斯竦氐难芯浚狙芯恐蠧d的濃度更高，而Cr、Cu、Zn、As、Pb的濃度較低；相較天津北大港濱海自然濕地，本研究中Cr、Cd的濃度更高，而Cu、Zn、As、Pb濃度較低。可見，相較天津地區(qū)的人工濕地和其他地區(qū)的濱海自然濕地，本研究區(qū)中能引發(fā)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重金屬元素?cái)?shù)量較少，濕地生態(tài)系統(tǒng)主要受重金屬Cd污染，且污染程度相對(duì)嚴(yán)重。相較表4中各濱海濕地沉積物中6種重金屬濃度(Cr為64.8～101 mg/kg、Cu為14.4～47.1 mg/kg、Zn為67.7～118 mg/kg、As為7.92～12.0 mg/kg、Cd為0.17～1.44 mg/kg、Pb為16.2～88.9 mg/kg)，本研究中各重金屬濃度均處于中間范圍，且Cr、Cu、Zn、As、Pb 5種重金屬均處于相對(duì)較低的濃度，只有Cd處于相對(duì)較高的濃度。由表4中RI可知，引起黃河三角洲濕地、閩東濱海濕地、黃河三角洲濱海濕地、長江口鹽沼濕地、天津?qū)氎嫒斯竦?、北大港濱海濕地高污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重金屬元素均為Cd，且在黃河三角洲濕地Cd的Eri高達(dá)513，污染程度為極強(qiáng)(≥320)[37]。可見，Cd已成為我國濱海濕地重金屬污染的主要生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子[38-41]。此外，也有研究指出，Cd同樣為長江口沉積物中增加速度最快的重金屬元素[43-46]和膠州灣潮間帶沉積物中富集速度最快的元素[47]。Cd毒性較大、遷移性強(qiáng)，易被動(dòng)植物富集，并可通過食物鏈進(jìn)入人體進(jìn)而危害人類健康[48]。因此，濱海濕地中Cd污染不容忽視，需進(jìn)一步追溯其源頭，從源頭進(jìn)行治理并強(qiáng)化污染修復(fù)。

表4 我國其他濱海或鄰近地區(qū)濕地中重金屬污染狀況Table 4 Heavy metal pollution in other coastal or adjacent wetlands in China

3.2 不同評(píng)價(jià)方法結(jié)果的差異

采用2種不同評(píng)價(jià)方法對(duì)研究區(qū)水體中重金屬進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：Cr、Cu、Zn、As的重金屬污染指數(shù)法評(píng)估結(jié)果均為低污染程度，Cr是研究區(qū)重金屬污染的主要因素；而物種敏感性分布法評(píng)估結(jié)果為中高風(fēng)險(xiǎn)，且As是導(dǎo)致高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的最主要因素。2種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果具有明顯差異，這是因?yàn)?種評(píng)價(jià)方法的分析方法不同，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)保護(hù)的最終受體也明顯不同。重金屬污染指數(shù)法是以研究區(qū)水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)為基準(zhǔn)進(jìn)行的評(píng)價(jià)，由于天津臨港濱海濕地公園水體按照GB 3838—2002中Ⅳ類水質(zhì)目標(biāo)進(jìn)行管理或保護(hù)，因此根據(jù)重金屬實(shí)測(cè)濃度與標(biāo)準(zhǔn)值評(píng)價(jià)污染程度。而物種敏感性分布法則是以急性或慢性毒理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于不同物種對(duì)污染物敏感性的差異構(gòu)建統(tǒng)計(jì)分布模型，進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[49]。該方法可以用來確定某個(gè)環(huán)境中大部分物種的污染物濃度危害水平，一般使用HC5來表示以保護(hù)研究區(qū)95%物種為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

采用2種不同評(píng)價(jià)方法對(duì)研究區(qū)沉積物中重金屬的污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示Cd為中度污染，Zn在部分采樣點(diǎn)為輕度污染，其他4種重金屬呈無污染狀態(tài)；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，Cd為很強(qiáng)污染，Zn在4個(gè)采樣點(diǎn)為中度污染，在1個(gè)采樣點(diǎn)為輕微污染，其他4種重金屬也呈現(xiàn)從輕微到中度程度不等的污染狀況。對(duì)比2種評(píng)價(jià)方法，一致性體現(xiàn)在Cd是研究區(qū)污染程度最嚴(yán)重的重金屬，其次為Zn；差異性體現(xiàn)在Cd、Zn、Cu、Cr、As和Pb的污染程度不同。2種評(píng)價(jià)方法雖然都是基于與土壤環(huán)境背景值的比較進(jìn)行計(jì)算的，但地累積指數(shù)法從環(huán)境地球化學(xué)的角度出發(fā)，綜合了人為污染因素、環(huán)境地球化學(xué)背景值以及由于自然成巖作用可能引起背景值變動(dòng)的因素，計(jì)算結(jié)果側(cè)重反映人類活動(dòng)對(duì)重金屬的污染程度；而潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是從重金屬可能產(chǎn)生的生物毒性角度出發(fā)，根據(jù)所評(píng)價(jià)重金屬元素的生物毒性因子，計(jì)算單一重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子，最后將不同重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子加和得到RI[50-51]。以Cd為例，Cd在研究區(qū)沉積物中的濃度并不高，但其生物毒性較強(qiáng)，毒性系數(shù)為其他重金屬的3～30倍，低濃度便可對(duì)生物健康產(chǎn)生極大危害。因此毒性系數(shù)的差異很大程度上影響了評(píng)價(jià)結(jié)果，從而導(dǎo)致2種方法評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)明顯差異。許多研究也發(fā)現(xiàn)同時(shí)應(yīng)用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)結(jié)果存在明顯差異，如高秋生等[52]在評(píng)價(jià)白洋淀沉積物重金屬污染時(shí)，地累積指數(shù)法結(jié)果表明As為中度污染水平，Cu、Zn、Ni、Cr污染等級(jí)為清潔狀態(tài)；而潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法表明As為較重污染水平，Cu、Zn、Ni、Cr為較低污染水平。鐘震等[53]采用地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)嫩江干流表層沉積物中Pb、Cd、Cr、Cu的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)指出，不同重金屬污染程度大小關(guān)系為Pb>Cd>Cr>Cu；而潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，不同重金屬污染程度大小關(guān)系為Cd>Pb>Cu>Cr。

3.3 濕地重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的選擇

由于評(píng)價(jià)方法的參照狀態(tài)、風(fēng)險(xiǎn)受體或保護(hù)目標(biāo)不同，采用不同評(píng)價(jià)方法對(duì)水體和沉積物重金屬進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，評(píng)價(jià)結(jié)果存在明顯差異。梳理了本研究中水體和底泥重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的特點(diǎn)，結(jié)果如表5所示。由表5可知，從保護(hù)濕地生物多樣性的角度出發(fā)，水體推薦采用物種敏感度分布法進(jìn)行評(píng)價(jià)，沉積物推薦選擇潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。當(dāng)采用多種方法進(jìn)行多角度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，而評(píng)價(jià)結(jié)果存在明顯差異時(shí)，要盡量根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)高的結(jié)果采取防治措施，從而更嚴(yán)格地保護(hù)濕地多樣性，維護(hù)其生態(tài)系統(tǒng)功能。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)不同風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估目的，有針對(duì)性地選擇評(píng)價(jià)方法。

表5 不同重金屬污染評(píng)價(jià)方法特點(diǎn)Table 5 Characteristics of different heavy metal pollution assessment methods

對(duì)于水體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，若是基于水質(zhì)保護(hù)的目標(biāo)，在了解多種重金屬對(duì)水體產(chǎn)生的綜合污染狀況的基礎(chǔ)上，建議選擇重金屬污染指數(shù)法，參比環(huán)境分類標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行評(píng)價(jià)，如楊學(xué)福等[56]選用該方法評(píng)價(jià)渭河西安段水體重金屬污染現(xiàn)狀，根據(jù)HPI指出污染處于可接受水平；若是基于生物多樣性保護(hù)的目標(biāo)，確定重金屬濃度對(duì)水生生物群落的危害水平，建議選擇物種敏感性分布法，如劉昔等[57]采用該方法分析了我國18個(gè)湖泊或水域中Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn對(duì)水生生物群落的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，指出對(duì)淡水水生生物具有最大生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重金屬為Cu，具有最小生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的為Zn。對(duì)于沉積物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，若是基于土壤環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)，判斷人類活動(dòng)導(dǎo)致的重金屬富集程度，建議選擇地累積指數(shù)法，如Ochiagha等[58]選用該方法分析奧尼沙南部地方政府區(qū)土壤中Mn、Ni、Zn、Cd、Cr、Fe、Cu、Pb的濃度，指出Mn、Cr、Zn、Ni富集均已達(dá)到不同等級(jí)的污染水平，其他4種重金屬為無污染水平；若是基于生態(tài)系統(tǒng)功能維護(hù)的目標(biāo)，了解重金屬對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，建議選擇潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，如Pan等[51]選用該方法分析了焦化行業(yè)大量存在的襄汾縣的土壤中As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn、Hg的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，指出Cd和Hg的濃度水平已經(jīng)對(duì)研究區(qū)產(chǎn)生了較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)這2種重金屬進(jìn)行重點(diǎn)防控。

4 結(jié)論

(1)天津臨港濱海濕地公園水體中重金屬Cr、Cu、Zn、As濃度分別為44.92～57.51、2.30～3.21、6.71～105.28和6.47～11.99 μg/L，平均值分別為50.93、2.56、38.21和8.67 μg/L，Cd、Pb在各采樣點(diǎn)水體中均未檢出；沉積物中重金屬Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb濃度分別為63.78～68.89、22.24～26.94、68.08～135.99、8.35～11.48、0.86～0.93和19.13～21.72 mg/kg，平均值分別為66.28、24.12、91.37、9.83、0.88和20.38 mg/kg。

(2)對(duì)水體重金屬的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，重金屬污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果為低污染，主要污染重金屬為Cr；物種敏感度分布法評(píng)價(jià)結(jié)果為中～高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，As為導(dǎo)致高風(fēng)險(xiǎn)的主要元素。對(duì)沉積物重金屬的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，Cd呈中度污染，其他重金屬為無污染或輕度污染，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果為中～高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

(3)對(duì)濕地重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，建議基于濕地本身特征及生物多樣性的重要性，從保護(hù)生物多樣性、維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)功能出發(fā)，采用物種敏感度分布法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法分別對(duì)水體和沉積物重金屬進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。