吳剛剛 吳曉霞 陳昌云

南京曉莊學(xué)院生物化工與環(huán)境工程學(xué)院 南京 211171

莫愁湖底泥重金屬污染評(píng)價(jià)*

吳剛剛 吳曉霞 陳昌云

南京曉莊學(xué)院生物化工與環(huán)境工程學(xué)院 南京 211171

通過對(duì)莫愁湖底泥中銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、鎘（Cd）5種重金屬元素的含量分析，并運(yùn)用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)其污染程度和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，5種重金屬中，只有Pb為無-中度污染，其余4種均未構(gòu)成污染；莫愁湖底泥中重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)為極輕微的程度，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)順序是：Cd＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。

莫愁湖；底泥；重金屬污染；地累積指數(shù)法；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

Abstract In this paper, the sediments of Mochou Lake were sampled and analyzed for the contents of 5 kinds of heavy metals (Cu, Pb, Zn, Cr and Cd) and evaluated by the Index of Geoaccumulation and the Index of the Potential Ecological Rick. The results showed that the Pollution by Pb was 0-1 degree while that of the other 4 were free of pollution. Generally, Mochou Lake was exposed to a light potential ecological risk, the degree ranked as follows: Cd＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn.

Key words Mochou Lake; sediment; heavy metal pollution; index of geoaccumulation; potential ecological risk

莫愁湖是金陵名勝古跡之一，已有1 500多年歷史，其美麗的風(fēng)景與豐富的人文景觀享譽(yù)于世。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市的擴(kuò)張，原本地處郊區(qū)的莫愁湖越來越繁華喧囂了。與公園美景相伴的是周邊繁華的商業(yè)區(qū)和住宅小區(qū)，高樓越來越多，人流越來越密集，使得莫愁湖原本靜謐優(yōu)雅的生態(tài)環(huán)境日益受到破壞。

重金屬元素是主要的環(huán)境污染物之一，具有難降解、易積累、毒性大等特點(diǎn)，且能通過食物鏈危害人類的健康[1]。重金屬污染物一旦進(jìn)入水體，絕大部分遷移至底泥中，具有極強(qiáng)的累積作用，在一定的條件下又重新釋放出來，成為二次污染源[2]。為了清晰地了解莫愁湖底泥中重金屬的污染現(xiàn)狀及其潛在生態(tài)危害程度，本文對(duì)莫愁湖底泥中的重金屬元素進(jìn)行分析，并采用地累積指數(shù)法和Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以便更全面地了解莫愁湖水污染的歷史和現(xiàn)狀，為湖泊水環(huán)境的治理提供借鑒。

1 樣品的采集和分析

1.1 樣品采集

莫愁湖水面區(qū)域大部分開放給游客作水上游樂場，主要功能是景觀水域和非直接接觸的娛樂用水，湖的北岸和南岸人流較為密集，湖的東北角有兩處雨水排放口。采樣點(diǎn)分布在正東、正南、正西、正北岸近岸處和湖心位置（圖1中黑點(diǎn)標(biāo)記位置），用手提式抓斗采泥器采集表層沉積物，裝入聚乙烯塑料袋中帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

1.2 樣品分析

將采集的底泥樣品于陰涼處風(fēng)干，用玻璃棒壓碎，剔除其中的雜物及碎石塊后，經(jīng)磨碎、混勻后全部過100目尼龍篩，貯存?zhèn)溆肹3-4]。

樣品經(jīng)過HCl-HNO3-HF-HClO4消解后，用TAS-986原子吸收分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司生產(chǎn)）測定底泥中重金屬銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、鎘（Cd）的含量，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。所用器皿均用稀HNO3處理，二次去離子水洗凈后烘干[3-4]。

2 結(jié)果與評(píng)價(jià)

2.1 莫愁湖底泥中重金屬的含量及分布

表1列出各采樣點(diǎn)Cu、Pb、Zn、Cr、Cd等5種元素的分析結(jié)果。從表1可看出，莫愁湖底泥中的重金屬的空間分布差異性并不十分明顯，湖四周略比湖心高一些，北岸和南岸又比東岸要高些。原因是東岸人流量相對(duì)少一些，加上莫愁湖的水體流動(dòng)性不大，水體中的金屬污染物的橫向擴(kuò)散比較小。與南京市土壤背景值相比，各種重金屬含量略有超過背景值，除Cd外其他金屬含量均符合土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（Cd的背景值本身就高于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）。

表1 莫愁湖底泥中重金屬的實(shí)測值及南京地區(qū)土壤重金屬背景值（mg/Kg）

2.2 重金屬污染評(píng)價(jià)

目前常用的水體沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)方法有污染指數(shù)法、地累積指數(shù)（Igeo）法、污染負(fù)荷指數(shù)（PLI）法、回歸過量分析（ERA）法、Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法等。本文采用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1）地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)。地累積指數(shù)法[5]是德國學(xué)者M(jìn)uller和Suess于1979年提出的。地累積指數(shù)（Index of Geoaccumulation）的計(jì)算式為：式中：Ci是底泥中元素i的實(shí)際濃度（mg/Kg）；Bn為當(dāng)?shù)貛r石中該元素的地球化學(xué)背景值（本文取南京當(dāng)?shù)赝寥涝撛氐谋尘爸担?；K為考慮各地巖石差異可能會(huì)引起的背景值的變動(dòng)而取的系數(shù)（一般取值為1.5）。

Forstner等人提出地累積指數(shù)Igeo與重金屬污染程度對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示，表3給出莫愁湖底泥中重金屬地累積指數(shù)。對(duì)照表2、表3可知，莫愁湖底泥中重金屬污染只有Pb為無-中度污染，其余Cu、Zn、Cr、Cd均未構(gòu)成污染。

2）潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）評(píng)價(jià)。該評(píng)價(jià)方法是由瑞典科學(xué)家Hakanson于1980年提出的關(guān)于沉積學(xué)的方案，已應(yīng)用于世界各地多條河流的生態(tài)危害影響評(píng)價(jià)。

式中：RI為底泥中多種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Ei為第i種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)（The Potential Ecological Risk Factor）；Ti為第i種重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)（Toxic Response Factor），此值被用來反映重金屬的毒性水平及水體對(duì)重金屬污染的敏感程度（Hakanson指出幾種重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)值：Cd=30，Cu=Pb=5，Cr=2，Zn=1）；Ci為底泥中重金屬濃度的實(shí)測值，Ci0為參比值，此處以南京土壤重金屬背景值Bn作參比值（見表1）。

表2 地累積指數(shù)與污染程度分級(jí)

表3 莫愁湖底泥中重金屬地累積指數(shù)

表4 生態(tài)危害指數(shù)、系數(shù)與危害程度分級(jí)

表5 莫愁湖底泥中重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)和指數(shù)

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI、Ei值與生態(tài)危害程度分級(jí)見表4。

將各重金屬含量實(shí)測值代入①式，計(jì)算得莫愁湖底泥中重金屬元素的潛在生態(tài)危害系數(shù)和指數(shù)，見表5。

由表5可以看出，5種元素的Ei值均小于40，屬于低生態(tài)危害，它們的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)順序是：Cd＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn?？傮w上莫愁湖底泥中重金屬污染表現(xiàn)為極輕微的程度，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI遠(yuǎn)小于150。

3 結(jié)論

1）莫愁湖底泥中的重金屬污染物的空間分布較為均衡，湖心濃度略低于湖周邊。5種重金屬中，只有Pb為無-中度污染，其余Cu、Zn、Cr、Cd均未構(gòu)成污染。

2）莫愁湖底泥中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI遠(yuǎn)小于150，表現(xiàn)為極輕微的污染程度，5種元素均屬于低生態(tài)危害，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)順序是：Cd＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。

[1]程杰,李學(xué)德,花日茂,等.巢湖水體沉積物重金屬分布及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,27(4):1403-1408

[2]陳靜生.水環(huán)境化學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1987:175-176

[3]奚旦立,孫裕生,劉秀英.環(huán)境監(jiān)測[M].3版.北京:高等教育出版社,2004:135-137

[4]HJ/T 166-2004 土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2005

[5]Forstner U, Ahlf W, Calmano W. Sediment quality objectives and criteria development in Germany[J].Water Sci Technol,1993,28(8):307-316

Evaluation on Pollution of Heavy Metal in Mochou Lake/

/Wu Ganggang, Wu Xiaoxia, Chen Changyun

X524

B

1671-489X(2011)09-0104-02

10.3969/j.issn.1671-489X.2011.09.104

Author’s address School of Biochemical and Environmental Engineering, Nanjing Xiaozhuang University, Nanjing, China 211171

2008年江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目。