李平陽(yáng)，姜白楊，莫?jiǎng)?chuàng)榮，王英輝，喻澤斌，黎大榮

（廣西大學(xué)環(huán)境學(xué)院，廣西 南寧 530004）

隨著南寧市工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，含有重金屬元素的工業(yè)廢水大量排放，造成城市水體重金屬污染嚴(yán)重。重金屬污染具有潛在的和長(zhǎng)期的危害性［1］。水體沉積物是重金屬元素在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的主要載體、歸宿地和積蓄庫(kù)，是水環(huán)境重金屬污染的指示劑［2］。沉積物中的重金屬通過(guò)再懸浮等過(guò)程可重新進(jìn)入上覆水，使上覆水中溶解態(tài)重金屬的濃度大幅提高，造成二次污染［3］。邕江是南寧市最重要的飲用水源水體，其水質(zhì)直接關(guān)系廣大市民的身體健康，因此研究邕江水體沉積物中重金屬的污染現(xiàn)狀具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［4—5］。但目前關(guān)于邕江水體沉積物中重金屬污染的研究尚無(wú)報(bào)道，鑒于此，本文以邕江表層沉積物為研究對(duì)象，對(duì)表層沉積物中重金屬的濃度水平和分布特征進(jìn)行了研究，并采用地質(zhì)累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)其污染狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以期為南寧市邕江水體沉積物中重金屬的污染預(yù)防及整治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

邕江，位于我國(guó)廣西壯族自治區(qū)南部，是珠江流域西江水系的支流，流經(jīng)廣西首府南寧市市區(qū)，其上游分別是右江（發(fā)源于云南省廣南縣境內(nèi)）和左江（發(fā)源于越南境內(nèi)），下游匯入郁江，直下廣東、港澳而入海。邕江是南寧市的主要河流，也是南寧市重要飲用水水源，其上起江西鄉(xiāng)宋村的左、右江匯合點(diǎn)，下止邕寧區(qū)與橫縣交界的六景鄉(xiāng)道莊村，全長(zhǎng)133.8km，上游總集水面積為73 728km2，年均流量為1 292m3／s。

1.2 樣品采集與處理

本研究于2011年6月在邕江南寧市區(qū)段布設(shè)了10個(gè)采樣點(diǎn)（從上游至下游依次為S1～S10，見(jiàn)圖1），采用抓斗式污泥采集器采集邕江河底0～10cm表層沉積物樣品，用聚乙烯密封袋分裝并貼上標(biāo)簽，放在塑料桶內(nèi)保存。運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后將沉積物樣品在室溫下自然風(fēng)干，研磨粉碎，過(guò)100目塑料尼龍篩后儲(chǔ)存于潔凈的聚乙烯密封袋中，待測(cè)。

使用WX-4000溫壓雙控密閉微波消解儀對(duì)采集的沉積物樣品進(jìn)行HNO3-HF-H2O2酸式消解，然后采用ICP-OES儀（型號(hào)Optima 5300DV 美國(guó)珀金埃爾默公司生產(chǎn)）測(cè)定Cu、Zn、Cr、Cd、As、Pb和Hg 7種重金屬的含量。其中Hg未被檢出，因此本文在此不做討論。所用測(cè)試軟件為WinLab32 for ICP，版本為3.0.0.0103。

圖1 采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Location map of sampling sites

1.3 評(píng)價(jià)方法

依據(jù)重金屬性質(zhì)及其環(huán)境行為特點(diǎn)，前人提出了多種重金屬污染評(píng)價(jià)方法，但單一的評(píng)價(jià)方法很難準(zhǔn)確地反映沉積物的污染狀況及程度［6］。因此，本文選用常見(jiàn)的地質(zhì)累積指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)邕江表層沉積物中重金屬的污染水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1.3.1 地質(zhì)累積指數(shù)法

地質(zhì)累積指數(shù)法［7］由德國(guó)海德堡大學(xué)沉積物研究所的Muller于1969年提出，是一種研究水體沉積物中重金屬污染的定量指標(biāo)，被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)水體沉積物中重金屬的污染程度，其計(jì)算公式如下：

式中：Igeo為地質(zhì)累積指數(shù)；Ci為元素i 在沉積物中的實(shí)測(cè)值；Bi為沉積巖（即普通頁(yè)巖）中元素i的地球化學(xué)背景值；1.5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)。

本文采用魏復(fù)盛等［8］提出的中國(guó)土壤元素環(huán)境背景值（見(jiàn)表1）作為地球化學(xué)背景值對(duì)邕江表層沉積物中重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)。Igeo值與重金屬污染程度的分級(jí)詳見(jiàn)表2。

表1 中國(guó)土壤元素環(huán)境背景值（mg／kg）Table 1 Environmental background values of some soil elements in China

表2 地質(zhì)累積指數(shù)（Igeo）與重金屬污染程度的分級(jí)［7］Table 2 Grading standards of geoaccumulation index（Igeo）and heavy metal pollution extent

1.3.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法［9］是瑞典學(xué)者H?kanson于l980年建立的一套應(yīng)用沉積學(xué)原理評(píng)價(jià)重金屬污染程度及其生態(tài)危害的方法。該方法考慮了重金屬的毒性及其在沉積物中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、評(píng)價(jià)區(qū)域?qū)χ亟饘傥廴镜拿舾行砸约爸亟饘賲^(qū)域背景值的差異，從而消除了區(qū)域差異和異源污染的影響［10］，給出了潛在生態(tài)危害程度的定量劃分方法，目前已成為國(guó)內(nèi)外沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)中應(yīng)用最為廣泛的方法之一［11—12］，其計(jì)算公式為

Cd、As、Pb、Cu、Cr和Zn 6種重金屬元素的毒性系數(shù)值分別為30、10、5、5、2、1［9，10，13］，重金屬生態(tài)危害程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 重金屬污染指數(shù)值與污染程度的分級(jí)［9］Table 3 Grading standards of the pollution indexes and pollution extent of heavy metals

2 結(jié)果與分析

2.1 邕江表層沉積物中重金屬的含量特征

邕江表層沉積物中6種重金屬含量的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可以看出：6種重金屬元素的平均含量依次為Zn＞Cu＞Cr＞As＞Pb＞Cd；與《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）中的標(biāo)準(zhǔn)值［14］相比，As和Cd的平均含量高于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，分別為標(biāo)準(zhǔn)值的1.2倍和3.85倍，其他4種重金屬元素的平均含量均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值；除Cr和Pb兩種重金屬元素外，Cu、As、Cd和Zn的平均含量均高于廣西土壤元素背景值，分別為背景值的2.6倍、1.2倍、8.7倍和1.7倍。

為了使評(píng)價(jià)分析更全面，本文引用加拿大淡水沉積物重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)［15］：臨界效應(yīng)濃度值（Threshold Effect Level，TEL）和必然效應(yīng)濃度值（Probable Effect Level，PEL），來(lái)說(shuō)明沉積物中重金屬的污染水平。由表4可見(jiàn)：As平均含量已超過(guò)PEL，其污染較嚴(yán)重；Cu、Cd 和Zn 平均含量介于TEL和PEL之間，污染較輕；而Cr、Pb平均含量略小于TEL，污染程度最輕。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差是標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值，它可以反映各重金屬含量的離散程度。由表4可見(jiàn)：Cu的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差最大，其分布最不均勻；其他5種重金屬元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差較小，分布較為均勻。此外，從超標(biāo)率來(lái)看，Cd的超標(biāo)率為100%，As的超標(biāo)率為60%，Cu的超標(biāo)率為10%，其他重金屬元素未超標(biāo)。綜上分析可見(jiàn)，邕江表層沉積物主要受到重金屬元素Cd和As的污染。

表4 邕江表層沉積物中6種重金屬元素的含量（mg／kg）Table 4 Contents of heavy metals in the surface sediments of the Yongjiang River

2.2 重金屬污染的來(lái)源解析

不同重金屬的主要來(lái)源各不相同：Cu被廣泛應(yīng)用于電器制造、化學(xué)、制糖、釀酒等工業(yè)，這些工業(yè)產(chǎn)生的廢水可能造成Cu污染，此外養(yǎng)殖場(chǎng)使用的添加了大量Cu元素的飼料也是其重要來(lái)源之一，禽畜排泄物排入水體可直接導(dǎo)致沉積物受到Cu 污染［16］；As的可能來(lái)源包括鍋爐、焚化爐、玻璃加工及采礦冶煉的廢水排放；Cr污染主要來(lái)自電池、玻璃、瓷器、合成染料、制革、紡織等行業(yè)；Pb污染的來(lái)源廣泛，包括蓄電池工業(yè)、玻璃制造業(yè)、涂料、顏料、醫(yī)藥、化妝品、農(nóng)藥和化肥等；Cd的污染源主要包括磷肥的施用以及電鍍、電池、顏料等工業(yè)；Zn污染的來(lái)源主要包括鍍鋅、干電池、印刷、電子、制革、紡織、醫(yī)藥、陶瓷等工業(yè)。

由表4還可見(jiàn)，6種重金屬含量最高點(diǎn)的分布情況如下：Cu元素含量最高點(diǎn)為S3（西明江），其含量為358.74mg／kg；As元素含量最高點(diǎn)為S6（心圩江），其含量為36.01mg／kg；Cr、Pb、Cd和Zn元素含量最高點(diǎn)為S9（朝陽(yáng)溪），其含量分別為36.78 mg／kg、35.64 mg／kg、2.74 mg／kg 和209.92 mg／kg。分析其原因是：采樣點(diǎn)S3（西明江）附近分布著較多的養(yǎng)豬場(chǎng)，其沉積物中高含量的Cu元素很可能來(lái)源于養(yǎng)豬廠所使用的豬飼料；采樣點(diǎn)S6（心圩江）為心圩江與邕江干流交匯處，而心圩江流經(jīng)南寧主要工業(yè)園區(qū)，沿岸的工業(yè)排污是該處重金屬污染的主要原因；采樣點(diǎn)S9（朝陽(yáng)溪）為朝陽(yáng)溪與邕江干流交匯處，而朝陽(yáng)溪流經(jīng)南寧市中心，其重金屬污染的可能來(lái)源包括沿岸分布的印刷廠、涂料廠和醫(yī)院排放的廢水，以及廢舊電池等電子垃圾。

2.3 地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果分析

邕江表層沉積物中重金屬污染的地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可以看出：6種重金屬污染Igeo值的平均值大小依次為Cd＞As＞Cu＞Zn＞Pb＞Cr。其中Cd是污染風(fēng)險(xiǎn)最高的重金屬，多數(shù)采樣點(diǎn)已達(dá)到強(qiáng)—極強(qiáng)污染程度，應(yīng)作為風(fēng)險(xiǎn)決策管理的重點(diǎn)對(duì)象；As和Cu次之，屬于中度污染，應(yīng)引起相關(guān)部門的注意；其他3種重金屬為無(wú)—中度污染。采樣點(diǎn)S9（朝陽(yáng)溪）和S3（西明江）為各重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)較高的地段?？傮w上看，邕江表層沉積物中重金屬污染等級(jí)為中度污染。

表5 邕江表層沉積物中重金屬地質(zhì)累積指數(shù)與污染程度分級(jí)Table 5 Grading standards of geo-accumulation index（Igeo）and heavy metal pollution level in the surface sediments of the Yongjiang River

2.4 潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果分析

邕江表層沉積物中重金屬污染的潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可以看出：從單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)來(lái)看，6種重金屬污染值的平均值大小依次為Cd＞As＞Cu＞Pb＞Cr＞Zn，這與地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果相似。其中Cd元素污染值的平均值達(dá)到171.68，達(dá)到較重生態(tài)危害程度；As元素污染的平均值為40.59，為中等生態(tài)危害程度；其他4種重金屬元素的污染均為低等生態(tài)危害程度。此外，從6種重金屬污染的總體潛在生態(tài)危害指數(shù)RI 來(lái)看，位于邕江上游的采樣點(diǎn)S1的值較低，為低度潛在生態(tài)危害，其他9個(gè)采樣點(diǎn)均達(dá)到中度潛在生態(tài)危害。其中采樣點(diǎn)S3（西明江）的RI值最高，超過(guò)了200，采樣點(diǎn)S9（朝陽(yáng)溪）次之，為195.21。因此，邕江表層沉積物中重金屬污染總體上屬于中等潛在生態(tài)危害程度，其中Cd元素污染達(dá)到較重生態(tài)危害程度，As元素污染達(dá)到中等生態(tài)危害程度，應(yīng)將Cd和As污染視為該區(qū)的重點(diǎn)預(yù)防和整治對(duì)象。

表6 邕江表層沉積物中重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)與危害程度分級(jí)Table 6 RI，and grading standards of heavy-metal hazardous effect in the surface sediments of the Yongjiang River

表6 邕江表層沉積物中重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)與危害程度分級(jí)Table 6 RI，and grading standards of heavy-metal hazardous effect in the surface sediments of the Yongjiang River

3 結(jié)論

（1）邕江表層沉積物中6種重金屬元素的平均含量大小順序依次為：Zn＞Cu＞Cr＞As＞Pb＞Cd。沉積物主要受到Cd和As元素的污染，這兩種重金屬元素的平均含量均高于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）地質(zhì)累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，邕江表層沉積物中重金屬屬于中度污染，其中Cd污染最為嚴(yán)重，為強(qiáng)—極強(qiáng)污染，Cu、As和Zn為無(wú)—中等污染，Pb和Cr為無(wú)污染。潛在生態(tài)危害法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，邕江表層沉積物中重金屬總體上屬于中等潛在生態(tài)危害程度，其中Cd元素污染達(dá)到較重生態(tài)危害程度，As元素污染達(dá)到中等生態(tài)危害程度。因此，應(yīng)將Cd和As污染作為邕江南寧市區(qū)段表層沉積物重金屬污染的重點(diǎn)預(yù)防和整治對(duì)象。

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