鹽城市縣域河道底泥重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析

杭慶豐 張凱奇 夏 霆

（1.江蘇省水文水資源勘測(cè)局鹽城分局，江蘇 鹽城 224002；2.南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210009）

底泥作為污染物的“匯”與“源”，是河流水環(huán)境的重要組成部分。在不同種類(lèi)的污染物中，重金屬因其持續(xù)性和毒性，顯得尤為危險(xiǎn)。它可通過(guò)大氣沉降、廢水排放、淋溶作用等進(jìn)入地表水體，再經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物和沉積過(guò)程沉降到底泥中并逐漸富集。這些與底泥沉積物結(jié)合的重金屬不僅可通過(guò)多種途徑對(duì)水生生物產(chǎn)生毒害作用，還可重新釋放出來(lái)產(chǎn)生潛在的生物毒性風(fēng)險(xiǎn)［1，2］，因此，底泥是河流中重金屬的主要蓄積庫(kù)，是河流水環(huán)境重金屬污染的指示劑，也是水體的二次污染源［3］。開(kāi)展河流底泥中重金屬元素分布及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究，可提供自然環(huán)境中重金屬轉(zhuǎn)移的信息，對(duì)河流水環(huán)境保護(hù)及河流健康維護(hù)有著重要的意義。

鹽城市地處淮河下游尾閭，河網(wǎng)密布，溝渠縱橫。區(qū)內(nèi)河流在調(diào)蓄洪水、提供水資源和生物棲息地、維護(hù)生態(tài)多樣性、凈化水質(zhì)、航運(yùn)等多方面發(fā)揮了重要功能，在促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展中起著重要作用。但是，近年來(lái)地區(qū)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)也給河流生態(tài)環(huán)境造成了巨大影響。雖然針對(duì)鹽城地區(qū)土壤及海岸潮灘重金屬的研究多有開(kāi)展［4-7］，但一直未見(jiàn)有針對(duì)各縣域河流開(kāi)展大范圍的采樣調(diào)查研究。筆者在對(duì)鹽城市9個(gè)縣（市、區(qū)）的代表性河流進(jìn)行底泥樣品采集、分析的基礎(chǔ)上，開(kāi)展河流底泥重金屬含量特征分析及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，旨在為全市河流水污染防治及河流健康維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 底泥樣品采集

針對(duì)鹽城市民生河（響水）、南八灘渠（濱海）、小中河（阜寧）、運(yùn)棉河（射陽(yáng)）、薔薇河（建湖）、朱瀝溝（鹽都）、西潮河（亭湖）、王港河（大豐）和三倉(cāng)河（東臺(tái)）9條縣域河流，于2013年10 月24～27 日對(duì)各河流進(jìn)行底泥樣品采集，各河流按照上、中、下游河段及淤積情況分別設(shè)3～4 個(gè)樣點(diǎn)，所有樣點(diǎn)均采用GPS 定位儀定位確定。采用彼得遜抓斗式采泥器采集河流表層底泥，各樣點(diǎn)均取樣3～4 次，充分混勻后帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)自然風(fēng)干研磨后過(guò)100 目篩，預(yù)處理后裝入塑料袋待檢。

圖1 河流底泥重金屬富集系數(shù)

1.2 樣品分析測(cè)定

參考地區(qū)重金屬分布特征［5-7］，本次底泥重金屬檢測(cè)與評(píng)估項(xiàng)目為Cu、Zn 和Pb，均按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定，具體方法參見(jiàn)《水和廢水檢測(cè)分析方法》（第四版）［8］，樣品測(cè)定在鹽城市水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心實(shí)驗(yàn)室完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽城市河流底泥重金屬富集特征

將各河流底泥重金屬含量（均值）與環(huán)境背景值［6］對(duì)比（見(jiàn)表1），以底泥中重金屬富集系數(shù)［9］表示其超過(guò)背景值的程度，來(lái)確定河流底泥重金屬分布特征。圖1 為鹽城市9條縣域河流底泥重金屬富集系數(shù)。9條縣域河流Cu 富集系數(shù)在1.54～3.15之間，其中，南八灘渠最小，王港河最大；Zn 富集系數(shù)在1.30～2.05 之間，西潮河最小，王港河最大；Pb 富集系數(shù)在4.32～6.63 之間，朱瀝溝最小，薔薇河最大。在9條河流中，Pb 富集系數(shù)在3 種重金屬中相對(duì)最大，Zn 富集系數(shù)相對(duì)最小。分析結(jié)果表明，不同縣域河流底泥及不同重金屬超出背景值的程度存在較為明顯的差異性。

表1 重金屬的參照值和毒性系數(shù)（

表1 重金屬的參照值和毒性系數(shù)（

2.2 鹽城市河流底泥重金屬污染程度評(píng)價(jià)

基于Muller 地質(zhì)積累指數(shù)（Igeo）［9］對(duì)9條縣域河流底泥重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。地質(zhì)積累指數(shù)是20 世紀(jì)60年代晚期在歐洲發(fā)展起來(lái)的廣泛用于研究沉積物及其它物質(zhì)中重金屬污染程度的定量分析方法，其引入背景值作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)重金屬元素進(jìn)行歸一化處理，兼顧考慮重金屬分布的自然變化特征和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響，使得對(duì)重金屬污染過(guò)程的評(píng)價(jià)更為可靠和有效。

Igeo計(jì)算方法為：

式中：

Ci—金屬i 的實(shí)測(cè)濃度；

K—修正系數(shù)，一般k=1.5，通常用來(lái)表征沉積特征、巖石地質(zhì)及其它影響。

按Igeo值的大小，可以將沉積物中重金屬污染程度分為7 個(gè)等級(jí)（0～6 級(jí)），見(jiàn)表2。

表3 為鹽城市9條縣域河流底泥重金屬I(mǎi)geo指數(shù)計(jì)算值及污染程度分級(jí)。從評(píng)價(jià)結(jié)果看，9條河流Cu 為0～2 級(jí)，除王港河為偏中度污染外，其余河流為無(wú)污染或輕度污染；Zn為0～1 級(jí)，均處于無(wú)污染或輕度污染狀態(tài)；Pb 為2～3 級(jí)，體現(xiàn)為偏中度-中度污染。3 種元素相比較，總體上各河流Cu 和Zn 污染輕微，Pb 污染相對(duì)較重。

2.3 鹽城市河流底泥重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法［10］對(duì)9條縣域河流底泥重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。潛在生態(tài)危害指數(shù)法是瑞典科學(xué)家Hakanson 根據(jù)重金屬性質(zhì)及其環(huán)境行為特點(diǎn)，從沉積學(xué)角度提出來(lái)的對(duì)土壤或沉積物中重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。該方法不僅考慮土壤重金屬含量，而且將重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與毒理學(xué)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)，并定量分出地區(qū)潛在生態(tài)危害程度。該方法既可評(píng)價(jià)多種金屬元素的協(xié)同作用，又考慮了單個(gè)金屬的毒性危害。評(píng)價(jià)方法為：

表2 Igeo指數(shù)污染程度分級(jí)

表3 河流Igeo指數(shù)值與污染等級(jí)

表4 重金屬生態(tài)危害程度等級(jí)劃分

（1）單項(xiàng)重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

式中：

（2）多項(xiàng)重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

根據(jù)本次調(diào)查考慮的底泥重金屬情況，單項(xiàng)重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及多項(xiàng)重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)劃分關(guān)系見(jiàn)表4。

根據(jù)以上方法計(jì)算出鹽城市9條縣域河流底泥潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)結(jié)果如表5 所示。利用單項(xiàng)潛在生態(tài)危害指數(shù)分析重金屬的污染，可以知道重金屬的毒性水平和生物對(duì)重金屬的敏感程度。從表3可以看出，鹽城市9條縣域河流底泥Cu 和Zn 形成的生態(tài)危害等級(jí)均為輕微；西潮河、小中河、民生河和薔薇河Pb 生態(tài)危害等級(jí)為中等，其余河流均為輕微。綜合生態(tài)危害指數(shù)RI 反映了各考察重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的綜合危害程度?；诒? 結(jié)果，可知9條河流中，Cu、Zn 和Pb 所形成的生態(tài)綜合危害風(fēng)險(xiǎn)均為輕微等級(jí)。

3 結(jié)論

（1）鹽城市縣域河流底泥重金屬Cu、Zn 和Pb 含量均高于土壤背景值，均存在富集累積趨勢(shì)；不同元素在不同河流中重金屬富集程度不同，其中，Pb 富集程度相對(duì)最大，Zn 相對(duì)最小。

表5 河流底泥重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

（2）河流底泥重金屬Cu、Zn 和Pb地質(zhì)積累指數(shù)分級(jí)在0～3 級(jí)之間，其中，Cu 和Zn 均污染程度相對(duì)較輕，各河流Pb 均表現(xiàn)為偏中度-中度污染，污染范圍分布廣。

（3）重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明，河流底泥Cu 和Zn 形成的生態(tài)危害等級(jí)均為輕微，Pb 在西潮河、小中河、民生河和薔薇河的生態(tài)危害等級(jí)為中等，其余河流均為輕微。總體上，Cu、Zn 和Pb 這3 種金屬元素所形成的生態(tài)綜合危害風(fēng)險(xiǎn)在9條縣域河流中均較為輕微。

［1］范文宏，張博，陳靜生，等.錦州灣沉積物中重金屬污染的潛在生物毒性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26（6）：1000-1005.

［2］Brekhovskikh V F，Volkova Z V，Kocharyan A G.Heavy metals in the Ivan’kovo Reservoir bottom sediments［J］.Water Resources，2001（28）：278-287.

［3］Damian S.Development sediment quality criteria［J］.Environmental Sciences&Technology，1988，22（11）：1256-1261.

［4］仇其源.鹽城地區(qū)土壤及大米重金屬污染情況調(diào)查研究［D］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

［5］方淑波，賈曉波，安樹(shù)青，等.鹽城海岸帶土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制優(yōu)先格局［J］.地理學(xué)報(bào)，2012，67（1）：27-35.

［6］喬磊，袁旭音，李阿梅.江蘇海岸帶的重金屬特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24（增刊）：178-182.

［7］于文金，鄒欣慶.王港潮灘重金屬Pb、Zn 和Cu 積累規(guī)律及污染評(píng)價(jià)［J］.地理研究，2007，26（4）：809-820.

［8］國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局水和廢水監(jiān)測(cè)編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［9］賈振邦，周華.應(yīng)用地積累指數(shù)法評(píng)價(jià)河流沉積中重金屬污染研究［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，36（4）：525-530.

［10］寧建鳳，鄒獻(xiàn)中，楊少海，等.廣東大中型水庫(kù)底泥重金屬含量特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29（11）：6059-6067.