張力薇，段茂慶

(1.江西水利職業(yè)學(xué)院，江西南昌 330013；2.南昌工程學(xué)院，江西南昌 330099)

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鄱陽湖五河尾閭沉積物表層重金屬分布及潛在生態(tài)評價

張力薇1，段茂慶2

(1.江西水利職業(yè)學(xué)院，江西南昌 330013；2.南昌工程學(xué)院，江西南昌 330099)

為掌握五河尾閭沉積物表層重金屬的污染特征，選取6個典型代表性區(qū)域沉積物表層樣品，并對6種重金屬進(jìn)行了測定分析。結(jié)果表明，沉積物中6種重金屬Cu、As、Pb、Cr、Cd和Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍分別為24.62～72.19、5.65～17.57、19.93～42.92、36.41～53.11、0.56～2.14、7.06～15.43 mg/kg；庫區(qū)沉積物表層重金屬存在一定程度污染，除Zn外，其余金屬元素均已超過鄱陽湖背景值。地累積指數(shù)法和污染指數(shù)法分析表明，Cu與Cd是主要污染因子，各元素污染程度：Cu>Pb>Cd>Cr>As>Zn，各重金屬元素呈正相關(guān)，具有相似遷移過程的規(guī)律與污染來源。Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價與污染程度評價結(jié)果基本一致，Cd達(dá)到較重風(fēng)險水平，其余元素在各斷面都處于中度風(fēng)險水平。

沉積物；重金屬；風(fēng)險評價

鄱陽湖是我國第1大淡水湖，鄱陽湖及贛江、撫河、信江、饒河、修河5大河流組成了鄱陽湖水系，他的一口通長江，是一個過水性吞吐型湖泊。鄱陽湖流域面積為162 225 km2，其中江西境內(nèi)有157 086 km2，占江西全省面積的94%。為江西省的工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活用水提供重要保障。近年來由于鄱陽湖礦山資源的開發(fā)利用以及水土流失，加之五河上游城市工業(yè)的發(fā)展，有害重金屬極易通過降雨徑流匯入鄱陽湖中。其污染物來源是多方面的，但主要來源于“五河”入湖河道，流域內(nèi)的生活污水、工業(yè)廢水大部分未經(jīng)過處理就直接排入河道而匯集于鄱陽湖。此外，江西省是一個農(nóng)業(yè)大省，20世紀(jì)曾大量使用六六六、滴滴涕等有機(jī)氯農(nóng)藥，用于農(nóng)作物的防蟲防害以及使用五氯酚鈉防治釘螺。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，鄱陽湖重金屬銅、鋅、鉛、鎘檢出率較高，水平質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，局部地區(qū)更是超標(biāo)嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，“五河”入湖污染負(fù)荷絕大多數(shù)占85%以上，是鄱陽湖最大的污染源。而水體沉積物能以各種形態(tài)存儲99%的水體中的重金屬，當(dāng)外界條件發(fā)生變化時，沉積物中的重金屬又會重新向水體釋放，形成二次污染。沉積物中重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布作為水體環(huán)境評價中的一個重要指標(biāo)。因此，五河入口沉積物重金屬分布及風(fēng)險預(yù)測對保障鄱陽湖流域水質(zhì)安全及今后開展相關(guān)監(jiān)測研究具有基礎(chǔ)意義。

1　材料和方法

1.1采樣點設(shè)置

2011年5月，采用全球定位系統(tǒng)定位，對鄱陽湖五河入口6個采樣斷面S1(信江，116.43°E，28.718°N)、S2(贛江西支，116.321°E，28.91°N)、S3(贛江東支，116.038°E，29.306°N)、S4(撫河口，116.298°E，28.749°N)、S5(修河口，116.043°E，29.300°N)、S6(樂安河口，116.023°E，28.893°N)進(jìn)行采樣，如圖1所示。

1.2樣品處理

每個采樣點選取2個斷面，斷面處用重力式抓斗采泥器采集0～10 cm的沉積物，裝入聚乙烯袋，實驗室自然風(fēng)干，手工剔除明顯的動植物殘片，用4分法獲得樣品，置于陶瓷研缽中研磨并過100目(0.15 mm)篩后保存?zhèn)溆?。稱取0.200 0 g烘干樣品，經(jīng)HNO3-HCL體系消解后，采用原子熒光光度計測定Hg、As質(zhì)量分?jǐn)?shù)；經(jīng)HNO3-HF-HCLO4體系消解后[5]，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀ICP-MS(Aglient Elan9000)測定樣品中的Cu、Zn、Pb、Cr、Cd和As的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。沉積物中重金屬含量分析時采用GSS-14配置的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行加標(biāo)并回收，Cu、As、Pb、Cr、Cd和Zn的回收率分別為95.8%～103.4%、92.1%～97.8%、94.9%～102.3%、96.1%～102.1%、94.1%～98.5%及92.7%～97.2%。土壤樣品消解所用的濃硝酸、高氯酸均為優(yōu)級純，濃鹽酸為分析純。

1.3數(shù)據(jù)分析

圖形信息采集用MapInfo Professional 7.0軟件因具有強(qiáng)大的空間分析功能而被廣泛應(yīng)用于圖形繪制中，筆者采用該軟件對研究區(qū)域進(jìn)行數(shù)字化處理，相關(guān)圖件的制作在該軟件中完成，spass軟件因具有完整的數(shù)據(jù)分析功能而被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)數(shù)據(jù)分析處理中，本研究中化學(xué)數(shù)據(jù)及生物數(shù)據(jù)統(tǒng)計、kolmogorov-Smirnov正態(tài)分布檢驗、重金屬含量的因子分析及相關(guān)性分析采用SPSS19.0(美國)軟件處理，在Excel2003中先求出各重金屬元素含量的平均值，以平均值加減3倍為標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行異常性分析，結(jié)果表明：所測數(shù)據(jù)全部為有效數(shù)據(jù)，無異常值，判定為有效數(shù)據(jù)后進(jìn)行相關(guān)性分析等后續(xù)操作。

2　結(jié)果與討論

2.1分布特征分析

庫區(qū)表層沉積物重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分析結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，6個采樣點表層沉積物重金屬中Cd元素的變異系數(shù)較大，其他元素空間變異系數(shù)較小。除Cu以外，其他重金屬元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)都低于或略高于全國平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其中As元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)和全國平均值非常接近，而Cr、Cu元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是中國水系沉積物平均值的23.1、2.2倍，尤其是Cr元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)超過全國平均值[6-8]。其中，S1斷面處Cu、As、Pb、Cd重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均已超過研究區(qū)域的均值和全國的均值，這與此處人口與交通密集有關(guān)。

表1　五河尾閭沉積物表層重金屬元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)　(mg·kg-1)

以鄱陽湖背景值為評價標(biāo)準(zhǔn)，利用單因子污染指數(shù)對庫區(qū)沉積物中的重金屬污染進(jìn)行計算，結(jié)果如表1所示。由表1可知，除As、Zn外，其余單因子污染指數(shù)平均值均達(dá)到污染水平，Cu屬于沉積物中最重要的污染因子，污染指數(shù)為9.59，重金屬污染因子的順序為：Cu>Cd>Pb>Cr>As>Zn。

采用SPSS 19.0對各重金屬含量進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，結(jié)果如表2所示。

表2　庫區(qū)沉積物不同元素間相關(guān)關(guān)系

注：①在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；②在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

相關(guān)性分析表明，除了重金屬元素Cd以外，其他元素呈現(xiàn)正相關(guān)，其中Cu與Cr、Zn等元素的相關(guān)系數(shù)分別為0.657、0.932，反映他們的遷移過程具有相似的規(guī)律，在沉積物中他們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)具有共同的變化趨勢。從地球化學(xué)的角度看，他們之間具有相近的地球化學(xué)特性，說明其具有相似的污染來源，且主要來自于工業(yè)污染廢水排放[10-11]。

2.2污染程度分析2.2.1地累積指數(shù)法評價

地累積指數(shù)法詳見參考文獻(xiàn)[12]。通常依據(jù)Geo-accumulation index (Igeo)將污染程度分為7個等級：等級 0(Igeo<0，清潔)、等級1(0Pb>Cd>Cr>As>Zn。

表3　調(diào)查區(qū)域表層沉積物重金屬的地累積指數(shù)

2.2.2污染指數(shù)法評價

污染指數(shù)法公式為[13]：

(1)

各評價指標(biāo)的污染程度分級如表4所示。

表4　污染指數(shù)等級表

為避免采用大尺度平均值產(chǎn)生的偏差，筆者選取江西省地區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量作為背景值評價重金屬的污染情況[14-16]，結(jié)果如表5所示。

表5　重金屬的背景濃度值及毒性響應(yīng)系數(shù)

表6　重金屬污染單因子評價結(jié)果

2.3潛在生態(tài)風(fēng)險法評價

采用瑞典學(xué)者Hakanson提出的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法對庫區(qū)各監(jiān)測斷面重金屬的生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評價：

(2)

表7　重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)及風(fēng)險指數(shù)

3　結(jié)論

通過對五河口沉積物中Cu、As、Pb、Cr、Cd和Zn共6種重金屬的相關(guān)性分析、污染分布特征分析及潛在生態(tài)分析評價可得出以下結(jié)論：

(1)五河口沉積物表層已受一定程度重金屬的污染，除As外，其余金屬元素質(zhì)量均已經(jīng)超過鄱陽湖各重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)背景值。與全國水系沉積物重金屬平均水平比較，As、Pb元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)和全國平均值非常接近，而Cu、Cd元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過中國水系沉積物平均值水平。

(2)污染程度評價表明，Cd與Cu是主要的污染因子，污染程度較高；As、Zn屬于低污染水平；Pb、Cr元素介于兩者之間；Cu與Cr、Zn重金屬元素呈正相關(guān)，具有相似遷移過程的規(guī)律與污染來源，且主要來自于工業(yè)污染廢水排放。

(3)不同斷面沉積物中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布差別較大，污染最重為S1與S3，周圍無污染源的S6斷面污染較輕；生態(tài)風(fēng)險評價與污染程度評價結(jié)果基本一致，鑒于研究區(qū)域印染等工業(yè)廢水不達(dá)標(biāo)排放，建議應(yīng)加強(qiáng)對當(dāng)?shù)剡@些企業(yè)排放的監(jiān)控和管理。

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Distribution of Heavy Metals in Surface Sediments and Risk Assessment in 5 Main Rivers of Poyang Lake

ZHANG Li-wei1, DUAN Mao-qing2

(1.Jiangxi Water Resources Institute, Nanchang 330013， China; 2.Nanchang institute of technology， Nanchang 330099, China)

To master the five river pollution characteristics of heavy metals in the surface sediments Tail, selected six typical regional representative sample surface sediments, and six kinds of heavy metals were determined and analyzed. The results show that the content ranges of six kinds of heavy metals in sediment Cu, As, Pb, Cr, Cd and Zn are 24.62～72.19,5.65～17.57,19.93～42.92,36.41～53.11,0.56～2.14,7.06～15.43 mg/kg. There is a certain degree of pollution inreservoir sediments of heavy metals in the surface.In addition to Zn, other metal elements hasalready exceeded the background values of Poyang Lake. Accumulates index and pollution index show that Cu and Cd arethe main pollution factors. Each element contamination sort is as follows: Cu>Pb>Cd>Cr>As>Zn. Each heavy metal element is positively correlated with similar migration laws and pollution source. Hakanson potential ecological risk index assessment and evaluation results are basically in the same degree of contamination. Cd reachesthe relatively highlevel of risk, and the remaining elements in each section are at a moderate risk level.

sediment; heavy metals; risk assessment

2015-02-18

張力薇(1991—)，碩士，研究方向為水資源與生態(tài)修復(fù)，E-mail:1341178296@qq.com。

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