丁金英

摘要：采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和地積累指數(shù)兩種指標(biāo)相結(jié)合的方法對(duì)水庫(kù)表層底泥中重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)采用有機(jī)指數(shù)法對(duì)表層底泥的肥力狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：湯河水庫(kù)的重金屬污染主要以Cd元素為主；并依據(jù)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)將水庫(kù)分為2個(gè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)功能區(qū)。

關(guān)鍵詞：湯河水庫(kù)；底泥；營(yíng)養(yǎng)鹽；重金屬；風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

近年來(lái)，對(duì)湯河水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)的研究較多[1-3]，但是對(duì)水庫(kù)內(nèi)源污染問(wèn)題研究較少，因此，本文主要研究湯河水庫(kù)底泥污染現(xiàn)狀，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為制定湯河水庫(kù)污染綜合治理方案提供科學(xué)依據(jù)。

1樣品與方法

1.1樣品采集及預(yù)處理

首先對(duì)湯河水庫(kù)沉積物進(jìn)行了采集工作。采集回來(lái)的沉積物樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)自然風(fēng)干，除雜，研磨，過(guò)100目篩保存于棕色廣口瓶中備用。

1.2樣品消解及測(cè)定

（1）土樣中總氮及總磷：稱取0.1g土樣于50mL比色管中，加入25mL堿性過(guò)硫酸鉀溶液，在0.15～0.16MPa壓力下保持120-124℃的溫度下50分鐘左右，自然冷卻后用定性濾紙過(guò)濾，濾液定容到100mL，總氮采用紫外分光光度法、總磷采用鉬銻抗分光光度法測(cè)定，并分別換算成土樣中的總氮及總磷。

（2）土樣中的有機(jī)質(zhì)：稱取適量土樣于消解罐中，加入蒸餾水、高錳酸鉀溶液、硫酸-硫酸銀溶液各5mL，微波消解30分鐘，消解液呈橙色，冷卻后用硫酸亞鐵銨標(biāo)定，記錄滴定量，計(jì)算出土樣中的有機(jī)質(zhì)的含量。

（3）土樣中重金屬（Cu、Pb、Cd和Zn）：稱取0.1g土樣于消解罐中，加入3mL分析純HCL，1mL分析純HNO3，1mL分析純HF，利用微波消解10分鐘，取消解液采用火焰原子吸收分光光度法分別測(cè)定Cu、Pb、Cd和Zn的含量，并分別換算成土樣中的Cu、Pb、Cd和Zn。

2 結(jié)果與討論

2.1底泥營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征

通過(guò)對(duì)湯河水庫(kù)底泥中有機(jī)質(zhì)、總磷、總氮、氨氮等營(yíng)養(yǎng)鹽的測(cè)定，結(jié)果表明：湯河水庫(kù)壩左底泥中有機(jī)質(zhì)含量最高。有機(jī)質(zhì)的分布特征為：從西到東，表層底泥中有機(jī)質(zhì)含量呈增大趨勢(shì)，即東庫(kù)區(qū)有機(jī)質(zhì)濃度比西庫(kù)區(qū)高。湯河水庫(kù)東叉底泥中總氮濃度最高，湯河水庫(kù)西叉次之，二道河子最低。水庫(kù)表層底泥中有機(jī)質(zhì)的分布特征為：西庫(kù)區(qū)總氮濃度高于東庫(kù)區(qū)。湯河水庫(kù)東叉底泥中總磷濃度最高，湯河壩前次之，湯河水庫(kù)西支入庫(kù)口最小。

2.2 湯河水庫(kù)底泥肥力評(píng)價(jià)

采用有機(jī)指數(shù)法對(duì)袁河表層沉積物的肥力狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算方法如下：

有機(jī)指數(shù)=有機(jī)碳（℅）×有機(jī)氮（℅） （1）

式中：有機(jī)碳（℅）=有機(jī)質(zhì)（℅）/1.724；有機(jī)氮（℅）=總氮（℅）×0.95

結(jié)合湯河底泥的實(shí)際情況，并參考洋河水庫(kù)底泥肥力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4]，制定湯河水庫(kù)底泥肥力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，湯河水庫(kù)沉積物中有機(jī)碳，有機(jī)氮含量和有機(jī)指數(shù)列入表2。

底泥C/N在某種程度上可反映有機(jī)質(zhì)來(lái)源，因?yàn)樯锓N類不同，C/N比值不同。高等植物的C/N為14～23，水生生物為2.8～3.4，浮游動(dòng)物與浮游植物為6～13，藻類為5～14[5-7]。湯河水庫(kù)底泥C/N比值多數(shù)小于15，普遍偏低，說(shuō)明表層底泥中有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)鹽多數(shù)來(lái)自河水中的水生生物和高等植物、浮游動(dòng)物和藻類等，而湯河水庫(kù)東叉C/N比值為47.2，相對(duì)偏高，說(shuō)明這個(gè)地方沉積物中有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)鹽除來(lái)自河水中的藻類和高等植物外，多數(shù)來(lái)源于河流周圍環(huán)境。

底泥N/P比值在某種程度上反映了河流的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，N/P比值的高低與水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度有著密切的關(guān)系[6]。湯河水庫(kù)底泥中N/P平均值為14.4，最大值為24.0（湯河水庫(kù)東叉），最小值為1.9（二道河子），差異較大，但在局部區(qū)域如湯河水庫(kù)西叉N/P比值為19.5，湯河水庫(kù)東支入庫(kù)口N/P比值為18.5相對(duì)偏高，說(shuō)明這兩個(gè)斷面水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度可能比其它河段嚴(yán)重。

從表2可以看出，湯河水庫(kù)表層底泥的平均有機(jī)指數(shù)為0.16，整個(gè)水庫(kù)底泥大部分都處于Ⅲ級(jí)肥（污染）狀態(tài)，但郝家店（1）和二道河子（4）有機(jī)指數(shù)較低，底泥處于尚清潔狀態(tài)。

2.3 重金屬污染評(píng)價(jià)

目前國(guó)內(nèi)外常用的水體沉積物重金屬污染的評(píng)價(jià)方法有污染指數(shù)法、地積累指數(shù)（Igeo）法、污染負(fù)荷指數(shù)（PLI）法、回歸過(guò)量分析（ERA）法、Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法及臉譜圖法。本文應(yīng)用地積累指數(shù)法及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)湯河水庫(kù)底泥重金屬進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.3.1 地積累指數(shù)法評(píng)價(jià)

地積累指數(shù)法是德國(guó)海德堡大學(xué)沉積物研究所的Muller教授提出的。是一種研究水環(huán)境沉積物中重金屬污染的定量指標(biāo)。其計(jì)算公式如下：

（2）

式中：Cn為元素n在沉積物中的實(shí)測(cè)濃度，Bn為沉積物中元素的地球化學(xué)背景值，單位都為mg·kg-1；K為考慮各地巖石差異可能會(huì)引起背景值變動(dòng)而取的系數(shù)（一般取值為1.5）。 湯河水庫(kù)表層底泥中Cu、Pb的地積累指數(shù)均等于0，基本沒(méi)有受到污染。Zn的地積累指數(shù)分級(jí)R≦1，屬于輕度污染；而Cd的地積累指數(shù)普遍偏大，R>2～3，屬于中度污染，由此可見(jiàn)，湯河水庫(kù)表層底泥中4種重金屬元素的污染順序?yàn)镃d>Zn>Cu=Pb。

2.3.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的指標(biāo)包括：某一金屬污染系數(shù)Cif，某一金屬生物毒性響應(yīng)因子Tif，某一金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子Eif，多金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI，其關(guān)系如下：

式中：CiD為樣品實(shí)測(cè)濃度；CiR為沉積物背景參考值；Tif為金屬在水相、沉積固相和生物相之間的響應(yīng)關(guān)系，即生物毒性加權(quán)系數(shù)；Eif為單一金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子；RI為多種金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，L.Hakanson給出7種重金屬的毒性加權(quán)系數(shù)的順序?yàn)椋篐g（40）>Cd（30）>As（10）>Pb=Cu（5）>Cr（2）>Zn（1）。

從表可以看出，湯河水庫(kù)表層底泥中Cu、Zn、Pb等元素的單一元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子均小于40，屬于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)元素。而Cd 的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子值最高，其平均值為133.6，最高值為湯河水庫(kù)東支入庫(kù)口處的225.2，最小值為湯河水庫(kù)壩左處的79.2。由此可見(jiàn)，底泥中Cd元素是水庫(kù)的高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)元素，也是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)增高的主要因子。湯河水庫(kù)表層底泥中4種金屬的潛在生態(tài)危害順序是：Cd >Pb >Cu > Zn。

根據(jù)RI值與污染等級(jí)來(lái)看，湯河水庫(kù)底泥重金屬污染等級(jí)大致可分為兩個(gè)階段：湯河水庫(kù)西叉、湯河水庫(kù)壩右、湯河水庫(kù)壩左和湯河水庫(kù)壩前污染相對(duì)較輕，屬于輕污染區(qū)；湯河水庫(kù)西支入庫(kù)口、二道河子、湯河水庫(kù)東支入庫(kù)口和湯河水庫(kù)東叉屬于中等污染區(qū)。

3.結(jié)論與建議

（1）湯河水庫(kù)底泥C/N比值多數(shù)小于15，普遍偏低，說(shuō)明表層底泥中有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)鹽多數(shù)來(lái)自河水中的水生生物和高等植物、浮游動(dòng)物和藻類等，而湯河水庫(kù)東叉（斷面6）C/N比值為47.2，相對(duì)偏高，說(shuō)明這個(gè)地方沉積物中有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)鹽除來(lái)自河水中的藻類和高等植物外，多數(shù)來(lái)源于河流周圍環(huán)境；N/P比值表明湯河水庫(kù)東叉和湯河水庫(kù)西叉斷面富營(yíng)養(yǎng)化比較嚴(yán)重。

（2）底泥肥力的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，湯河水庫(kù)表層底泥平均有機(jī)指數(shù)為0.16，整個(gè)水庫(kù)的底泥大部分都處于Ⅲ級(jí)肥（污染）狀態(tài)，但郝家店（斷面1）和二道河子（斷面4）有機(jī)指數(shù)較低，底泥處于尚清潔狀態(tài)。

（3）重金屬評(píng)價(jià)結(jié)果表明：湯河水庫(kù)表層底泥中4種金屬的潛在生態(tài)危害順序是：Cd >Pb >Cu > Zn；根據(jù)根據(jù)RI值與污染等級(jí)，湯河水庫(kù)底泥重金屬的污染等級(jí)大致可分為兩個(gè)區(qū)段，即湯河水庫(kù)西叉、湯河水庫(kù)壩右、湯河水庫(kù)壩左和湯河水庫(kù)壩前屬于輕污染區(qū)；湯河水庫(kù)西支入庫(kù)口、二道河子、湯河水庫(kù)東支入庫(kù)口和湯河水庫(kù)東叉屬于中等污染區(qū)。

（4）加強(qiáng)湯河水庫(kù)底泥治理的重點(diǎn)應(yīng)放在湯河?xùn)|叉和湯河西叉等斷面，首先應(yīng)該消減營(yíng)養(yǎng)鹽外負(fù)荷，控制污染物入庫(kù)總量；其次，可以有計(jì)劃清除淤泥，以減少底泥中營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬喜峰.湯河水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)分析[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2009，29（1）：87-90.

[2]馬春明，曲延波。遼陽(yáng)市湯河水庫(kù)飲用水源水質(zhì)現(xiàn)狀分析[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2006，32（1）：34-36.