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        七星濕地Pb、Cd污染的空間特征和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

        2021-10-08 05:48:50劉晏伶
        遼寧化工 2021年9期
        關(guān)鍵詞:七星長河重金屬

        劉晏伶

        (沈陽建筑大學(xué),遼寧 沈陽 110168)

        重金屬對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性有很大影響,同時(shí)長期使用重金屬含量超標(biāo)的水質(zhì),也對(duì)人類身體健康有損傷。例如,Pb 超標(biāo)會(huì)對(duì)人體神經(jīng)、心血管造成損傷,Cd 超量會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)生毒性,使得人體腎臟中毒[1]。七星濕地中根據(jù)采樣點(diǎn)土壤Pb、Cd 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)判斷,污染物主要來源于匯入其中的上游3 條支流和中游匯入的長河支流,上游排放的河水隨河水流動(dòng)進(jìn)入濕地,由于濕地內(nèi)底泥介質(zhì)、微生物以及植物的吸附固定作用,水中的重金屬Pb、Cd 被沉積下來。因此選取上中下游的4 個(gè)采樣點(diǎn),并測定其中的Pb、Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù),進(jìn)行Pb、Cd污染評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。沉積學(xué)中有多種重金屬污染評(píng)價(jià)方法,本文選取的是潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法[2-4]。

        1 濕地概況與采樣點(diǎn)方位

        七星濕地位于遼寧省沈陽市遼河保護(hù)區(qū),有西小河、萬泉河、羊腸河及長河4 條支流自東向西匯入,因此分別在濕地上游3 條河流匯入后、濕地中游、長河匯入口斷面和濕地下游斷面設(shè)置采樣點(diǎn),具體方位信息如表1 所示。

        表1 濕地內(nèi)采樣點(diǎn)方位信息

        2 重金屬Pb、Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定

        根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),七星濕地為國家自然保護(hù)區(qū),適用Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。其中 Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.2 mg·kg-1,Pb 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤35 mg·kg-1。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—2018),土壤經(jīng)過鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解后,采用石墨爐原子吸收分光光度法對(duì)土壤樣本中Pb、Cd 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測量。在此過程中如果樣品中濃度過高,可以先用超純水稀釋再進(jìn)行測量;如果土壤消解不完全,可慢慢增加HClO4直到樣品澄澈。所得數(shù)據(jù)如表2 所示。

        表2 各點(diǎn)位Pb、Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)

        3 七星濕地Pb、Cd 污染評(píng)價(jià)及潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

        采用內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)濕地內(nèi)Pb、Cd 污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià),用單項(xiàng)潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)濕地內(nèi)Pb、Cd 兩種重金屬的潛在污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估計(jì)算。將遼河區(qū)域、遼寧省、全國土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值作為土壤重金屬背景值參考值,如表3所示[5-6]。

        表3 土壤中Pb、Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)和相應(yīng)背景值

        3.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法

        內(nèi)梅羅法分為單因子和綜合指數(shù)法,以此來判斷區(qū)域內(nèi)污染程度。根據(jù)P值判斷污染程度,P≤1時(shí),污染情況為非污染;1<P≤2 為輕污染;2<P≤3 為中污染;P>3 為重污染。

        3.1.1 單因子指數(shù)法

        單因子評(píng)價(jià)重金屬危害程度,以污染指數(shù)P來表示,公式如下:

        式中:P—重金屬污染指數(shù);

        C—各采樣點(diǎn)重金屬實(shí)測值;

        S—重金屬背景值。

        土壤中Pb、Cd 污染指數(shù)與程度如表4 所示。經(jīng)對(duì)比,Pb、Cd 的遼寧土壤質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低,因此被選為本次評(píng)估的重金屬背景值。Cd 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值S=0.11 mg·kg-1,Pb 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值S=21.4 mg·kg-1。

        表4 土壤中Pb、Cd 污染指數(shù)與程度

        3.1.2 綜合指數(shù)法

        單因子指數(shù)法能夠反映出的重金屬Pb、Cd 在濕地內(nèi)某點(diǎn)的污染程度,綜合污染指數(shù)法包括了單因子污染指數(shù)平均值和最高值,能夠反映出重金屬在七星濕地區(qū)域內(nèi)綜合污染程度。綜合指數(shù)法計(jì)算公式如下:

        式中:P綜—重金屬綜合污染指數(shù);

        Pmax—重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值。

        得出PPb=2.06,Pb 在七星濕地內(nèi)為中度污染情況,污染來源主要集中在4 條支流匯入后斷面處,說明在上游的每一條匯入濕地的支流中都可能遭受Pb 的污染;PCd=1.10,在濕地內(nèi)Cd 污染為輕度污染,污染來源集中在長河匯入處。

        3.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

        潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法是表示沉積物中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方法,這里用來預(yù)測Pb、Cd 的潛在污染風(fēng)險(xiǎn),公式如下:

        式中:E—潛在生態(tài)危害指數(shù);

        C—采樣點(diǎn)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測值;

        C0—重金屬的背景值;

        T—毒性系數(shù),重金屬鉛的毒性系數(shù)TPb=5,重金屬鎘的毒性系數(shù)TCd=30[7-9]。

        此污染風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測方法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)為:E<40 為輕度風(fēng)險(xiǎn),40≤E<80 為中度風(fēng)險(xiǎn),80≤E<160 為強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn),160≤E<320 潛在污染風(fēng)險(xiǎn)很強(qiáng),當(dāng)E≥320 時(shí)則為極度風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)上文計(jì)算得到的潛在生態(tài)危害指數(shù)對(duì)七星濕地中重金屬Pb、Cd 進(jìn)行污染程度的分類(如表5、表6 所示),根據(jù)受污染的級(jí)別選擇合適的控制預(yù)防重金屬Pb、Cd 污染的方法,阻止重金屬對(duì)地下水的污染。

        表5 Pb 污染指數(shù)與污染程度分級(jí)

        表6 Cd 污染指數(shù)與污染程度分級(jí)

        根據(jù)上表中得到的潛在生態(tài)危害指數(shù)可以看出,雖然Pb 質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過了遼寧省土壤中Pb 的背景值,但是風(fēng)險(xiǎn)程度為輕度,可以依靠濕地內(nèi)的微生物以及種植在濕地中能夠富集重金屬的植物進(jìn)行系統(tǒng)自凈[10-12]。

        Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的污染風(fēng)險(xiǎn)仍在可控范圍內(nèi),但是長河匯入處斷面的危害指數(shù)較大[13-14],經(jīng)評(píng)估污染風(fēng)險(xiǎn)程度為中度,說明濕地系統(tǒng)對(duì)Cd 污染有一定凈化控制效果,應(yīng)該注意檢測長河匯入處的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù),把控風(fēng)險(xiǎn),并對(duì)長河的Cd 污染進(jìn)行治理。

        4 結(jié) 論

        在七星濕地內(nèi),Pb 為中度污染情況,污染來源集中在4 條支流匯入后斷面處;Cd 為輕度污染,污染來源主要集中在長河匯入處。根據(jù)單項(xiàng)潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,Pb 和Cd 仍存在輕度到中度的污染風(fēng)險(xiǎn)。建議在濕地內(nèi)種植適宜當(dāng)?shù)厮臍庀蟮母患灾参?,將重金屬吸收轉(zhuǎn)移到地上部分,可通過人工收割等方式去除沉積在濕地區(qū)域內(nèi)的重金屬Pb、Cd 污染物,控制Pb、Cd 的污染情況,同時(shí)應(yīng)該嚴(yán)加管控上游河流的污染排放。

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