張俊華，盧翠玲，劉玉寒，王洪濤

（1.河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，黃河文明傳承與現(xiàn)代文明建設(shè)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 開封 475004；2.河南大學(xué)資源與環(huán)境研究所，河南 開封 475004）

開封城郊河道底泥重金屬形態(tài)垂向分布特征及風(fēng)險評價

張俊華1，2，盧翠玲1，2，劉玉寒1，2，王洪濤1，2

（1.河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，黃河文明傳承與現(xiàn)代文明建設(shè)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 開封 475004；2.河南大學(xué)資源與環(huán)境研究所，河南 開封 475004）

為了解開封河流底泥中重金屬垂直遷移與生態(tài)風(fēng)險問題，分層采集了開封城郊三條河道底泥剖面樣品，采用連續(xù)提取法測定底泥中Cd、Cr、Cu、Ni、Zn和Pb等6種重金屬的賦存形態(tài)及總量，用風(fēng)險評估編碼法進(jìn)行底泥重金屬的污染評價。結(jié)果表明，底泥樣點(diǎn)中Cd、Cu、Zn和Pb含量遠(yuǎn)高于中國水系沉積物背景值，不同采樣點(diǎn)底泥剖面中重金屬形態(tài)含量隨深度變化特征存在顯著差異，且沒有呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律性；河流下游底泥剖面樣點(diǎn)中Cd、Cr、Cu、Ni、Zn和Pb含量高于河流上游底泥中重金屬含量，Cd和Zn以弱酸可提取態(tài)與殘渣態(tài)為主，Cr、Cu、Ni和Pb以殘渣態(tài)為主。風(fēng)險評估編碼法評價結(jié)果表明，表層（0～10 cm）底泥重金屬對環(huán)境構(gòu)成的風(fēng)險大小依次為Cd＞Zn＞Cu＞Ni＞Cr＞Pb；在剖面上，Cd以高和極高風(fēng)險等級為主，Zn處于中等風(fēng)險到高風(fēng)險等級之間，Cu和Ni處于輕微到中等風(fēng)險等級之間，Cr和Pb以輕微風(fēng)險級為主。

開封城郊；底泥剖面；重金屬形態(tài)；風(fēng)險評價；資源化利用

重金屬污染具有隱蔽、不可逆、生物富集等特點(diǎn)，在大氣、水體、土壤中廣泛分布，同時重金屬可通過多種途徑危害生物及人類，其中底泥往往是重金屬的最后“歸宿”[1-2]，底泥重金屬污染已得到廣泛關(guān)注[3-5]。重金屬危害不僅與其總量有關(guān)，而且與其存在形態(tài)有密切關(guān)系，重金屬賦存形態(tài)間的組成比例及其相互關(guān)系影響著重金屬的遷移性和生物毒性等性質(zhì)[6-7]，分析重金屬賦存形態(tài)及合理評價其風(fēng)險成為底泥重金屬研究必不可少的環(huán)節(jié)。在河流水體-底泥環(huán)境體系下，隨著河流河床深度的增加，重金屬所處剖面的氧化還原環(huán)境發(fā)生變化，重金屬的遷移性和生物有效性也會隨著深度的變化而不同[8]。研究柱狀底泥中的重金屬含量及各形態(tài)垂直分布特征，可了解區(qū)域河段重金屬的污染歷史，反映不同時間段人類活動對重金屬污染的影響過程和程度等[9]。目前關(guān)于底泥重金屬的污染評價主要有內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險法、地質(zhì)累積指數(shù)法和富集系數(shù)法等[10-13]，但這些方法絕大多數(shù)都是從重金屬全量角度進(jìn)行風(fēng)險評價，較少考慮重金屬賦存形態(tài)的影響，因而其評價結(jié)論存在局限性。近年來基于重金屬形態(tài)的評價方法主要是風(fēng)險評估編碼法（Risk Assessment Code，RAC）[14]，該方法從重金屬的有效性角度出發(fā)，能較為科學(xué)、全面地評估底泥重金屬污染狀況，并在河流底泥重金屬風(fēng)險評價中得到廣泛應(yīng)用[15-17]。

開封是我國八大古都之一，也是河南省中原城市群和沿黃“三點(diǎn)一線”黃金旅游線路三大中心城市之一。從歷史時期看，開封城的興衰更替與黃河、淮河及其分支河流的變遷關(guān)系甚密[18]。近年來開封城市河流污染有不斷加重的趨勢，水環(huán)境一直是開封城市生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容[19-20]。作為水體內(nèi)源污染的河流底泥，已影響到水體水質(zhì)的改善，對于河流底泥的研究與治理已經(jīng)到了刻不容緩的地步。目前關(guān)于開封周邊土壤及河流水體的研究多注重土壤重金屬、河流水體的水質(zhì)特征及污染評價等[19，21-23]，對河道河床底泥剖面中重金屬的污染特性報道較少。本研究通過對開封城郊三條河流（化肥河、惠濟(jì)河和馬家河）底泥剖面分層采樣，分析樣品中Cd、Cr、Cu、Ni、Zn和Pb等6種重金屬總含量、各賦存形態(tài)含量，并評價污染風(fēng)險等級，以期為惠濟(jì)河水系污染防治提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河南開封南部及東南部附近，該區(qū)地勢平坦，平均海拔在69～78 m之間。氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年均氣溫為14℃，年均降水量為627.5 mm，流域多年平均年徑流量0.24億m3。降水四季不均，雨熱同期，四季分明。因開封地處黃河中下游地區(qū)，境內(nèi)河流眾多，曾被黃河多次淹沒。土壤質(zhì)地層次明顯，成土母質(zhì)為黃河沖積物，土壤類型主要是黃潮土，質(zhì)地偏砂，多為粉壤土和砂壤土[21]?；轁?jì)河水系作為開封的護(hù)城河，發(fā)源于開封市水稻鄉(xiāng)黑池，是渦河最大的支流，其主要功能為農(nóng)田灌溉及納污，河水主要來源為季節(jié)性引黃水、農(nóng)田退水、生活污水及工業(yè)廢水等，化肥河與馬家河均為惠濟(jì)河開封段水系重要的支流[19]。

1.2 樣品采集與分析

樣品于2015年6月采集，選擇河流上、下游距排污口較遠(yuǎn)且地勢舒緩地帶采樣，利用柱狀采樣器（HJD-T15型）在開封城郊三條河道兩側(cè)流水較緩處共采集6個底泥垂直剖面（圖1），其中HF1、HJ1和MJ1代表各河流上游采樣點(diǎn)，HF2、HJ2和MJ2代表各河流下游采樣點(diǎn)。采集時確保各層底泥較少擾動，垂直采樣剖面深度為1 m，在0～20 cm深度以10 cm間隔，在20～100 cm深度以20 cm間隔，每個剖面采集6個樣品，共計樣品36個，混合均勻后封存，所有采樣點(diǎn)均采用GPS定位。將采集的樣品帶回實驗室，置于陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干后，撿出礫石顆粒和垃圾等雜物，用瑪瑙研缽研磨后過100目尼龍篩，備用。

實驗采用石墨全自動消解儀（ST-60），用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸法[24]消解底泥樣品。重金屬賦存形態(tài)采用BCR法測定[14]，BCR方法將重金屬形態(tài)分為弱酸可提取態(tài)（F1）、可還原態(tài)（F2）、可氧化態(tài)（F3）及殘渣態(tài)（F4）四種形態(tài)。重金屬Cd、Cr、Cu、Ni、Zn和Pb含量使用電感耦合體光譜儀ICAP 6200型ICPOES（美國Thermos Scientific）測定。為保證精確度并減少隨機(jī)誤差，實驗分析過程采用超純水，利用國家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品（GSS-2）、平行樣和空白樣進(jìn)行質(zhì)量控制。所有樣品分析均重復(fù)3次，取平均值，平行樣相對偏差均小于5%，樣品加標(biāo)回收率在85.00%～115.00%之間（表1），BCR提取的重金屬不同形態(tài)含量加和與重金屬總量相比，其回收率介于82%～118%之間（表1），符合控制范圍要求。

底泥總氮（Total Nitrogen，TN）的測定采用凱氏定氮法，底泥pH值采用pH儀進(jìn)行測定，實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS 16.0，制圖采用Origin 8.0完成。

圖1 研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)分布圖Figure 1 Location and sampling points of the investigation area

表1 重金屬元素分析準(zhǔn)確度Table 1 Accuracy of heavy metal element analysis method

1.3 風(fēng)險評估編碼法

風(fēng)險評估編碼法[14]以有效態(tài)為基礎(chǔ)對底泥重金屬進(jìn)行評價，該方法將F1態(tài)視為有效態(tài)，根據(jù)其占重金屬總量的比例來評價底泥中重金屬的風(fēng)險程度，其評價等級劃分如下：Ⅰ級（F1＜1%，無風(fēng)險）；Ⅱ級（F1為1%～10%，輕微風(fēng)險）；Ⅲ級（F1為10%～30%，中等風(fēng)險）；Ⅳ級（F1為30%～50%，高風(fēng)險）；Ⅴ級（F1＞50%，極高風(fēng)險）。

2 結(jié)果與分析

2.1 底泥重金屬含量分析

底泥采樣點(diǎn)中Cd、Cr、Cu、Ni、Zn和Pb的均值含量如表2所示。3條河流底泥采樣點(diǎn)中Cd、Cr、Cu、Ni、Zn和Pb平均含量分別為25.28、65.95、197.70、26.90、1 119.70、249.46 mg·kg-1，分別是我國水系沉積物背景值[25]的180.55、1.14、9.41、1.12、16.47、9.98倍。通過與研究區(qū)周邊土壤重金屬背景值[26]比較可知，底泥樣點(diǎn)Cd和Cu全部超標(biāo)，Cr、Zn和Pb的超標(biāo)樣點(diǎn)比例均超過72%，Ni超標(biāo)率最低，表明研究區(qū)3條河流底泥存在重金屬污染。由表2可知，Cd、Cu、Zn和Pb的標(biāo)準(zhǔn)偏差（Standard Deviation，SD）較Cr和Ni的大，表明Cd、Cu、Zn和Pb的離散度相對較高。

從河流上下游空間分析可知，各河流下游采樣點(diǎn)6種重金屬均值含量均高于所對應(yīng)河流上游采樣點(diǎn)（化肥河中Ni除外上游HF1含量高于下游HF2）?；屎由舷掠蔚啄郈d、Cu、Zn和Pb含量變化極大，下游Cd含量是上游的106.85倍，下游Pb含量是上游的26.54倍?；轁?jì)河下游底泥Cu、Zn和Pb含量分別是上游含量的4.40、5.52、3.83倍。馬家河上下游重金屬含量變化幅度較小，僅下游Cu含量異常增高，其含量達(dá)到297.61 mg·kg-1，可能與馬家河下游兩岸工業(yè)活動[23]有關(guān)。

通過3條河段采樣點(diǎn)重金屬含量之間的比較分析可知，底泥中Ni含量在三條河段變化幅度較小，其標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為4.09，而化肥河底泥Cd、Cu、Zn和Pb含量明顯高于惠濟(jì)河與馬家河河段底泥重金屬含量：化肥河底泥Cd均值含量分別為惠濟(jì)河與馬家河的16.02、91.15倍；化肥河底泥Zn均值含量分別為惠濟(jì)河與馬家河的28.15、36.32倍。這說明各河流底泥重金屬分布在空間上存在較大的差異。

表2 重金屬元素均值含量（mg·kg-1）Table 2 Mean concentration of heavy metal in sediments from studied area（mg·kg-1）

2.2 底泥重金屬垂直分布特征

對重金屬總量的分布特征進(jìn)行分析，可以明確河流底泥的污染變化情況。由圖2可知，底泥中Cd、Cr、Cu、Ni、Zn和Pb總量變化范圍分別為0.45～231.10、26.25～191.52、23.88～766.98、14.20～52.25、38.43～7 009.08、18.10～2 012.05 mg·kg-1。對重金屬總量與深度做相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，Cd、Cr、Cu、Ni、Zn和Pb總量的變化與深度相關(guān)性不顯著（P＞0.05）。這與羅明科等[27]關(guān)于湖泊底泥重金屬的研究結(jié)果不同，可能與河流所處外部復(fù)雜環(huán)境有關(guān)。

Cd和Zn總量在化肥河及惠濟(jì)河上游變化趨勢相同，均為隨深度增加其含量呈不斷減少趨勢；Cd總量在惠濟(jì)河下游表層較低，20 cm處達(dá)到最大，40～100 cm的Cd總量數(shù)值趨于穩(wěn)定狀態(tài)，變化不大。Cr總量在各河流上游變化趨勢類似，其含量趨于穩(wěn)定；Cr總量在各河流下游變化則全部不同，其中化肥河下游Cr總量最大值在表層（0～10 cm），而馬家河下游Cr總量最大值在底層（100 cm）。化肥河及惠濟(jì)河底泥中Cu總量最大值均在40～60 cm附近；馬家河底泥中Cu總量最大值在表層（0～10 cm）。Ni在3條河流底泥100 cm剖面內(nèi)變化不明顯，其含量基本在30 mg·kg-1附近波動。Pb總量在各河流下游變化趨勢類似，其含量隨深度增加而增大，且最大值在80～100 cm附近。

從圖2可以看出，Cd和Zn主要以F1態(tài)和F4態(tài)存在，Cd和Zn的F1態(tài)含量最高值均在化肥河下游，其值分別為124.69、2 568.26 mg·kg-1；在垂向分布上，Cd的F1和F4態(tài)含量垂直遷移規(guī)律不顯著，Zn的F1和F2態(tài)含量隨著深度的增加逐漸減小，F(xiàn)4態(tài)含量變化無規(guī)律。Cr、Cu、Ni和Pb以F4態(tài)為主要的存在形態(tài)，其含量變化范圍分別為17.02～185.19、19.54～513.44、11.17～48.94、16.27～1 755.56 mg·kg-1。在底泥垂向上Cr、Cu、Ni和Pb的分布具有不同的變化趨勢：Cr的F1態(tài)含量隨著深度的增加逐漸增加，F(xiàn)2和F3態(tài)含量基本不變，F(xiàn)4態(tài)含量在垂直方向上的分布規(guī)律性較差；Cu的F1和F4態(tài)含量隨著深度的增加呈現(xiàn)先逐漸增加后逐漸減少的趨勢，由于F2和F3態(tài)含量較少，其值基本不變；Ni的F1和F4態(tài)含量在垂直方向上的分布規(guī)律性不明顯，F(xiàn)1態(tài)含量在化肥河下游明顯增多，F(xiàn)2和F3態(tài)含量很少，很難看出其隨深度的變化規(guī)律；Pb的F1態(tài)含量隨著深度的增加逐漸增加，F(xiàn)2和F3態(tài)含量太少，看不出明顯規(guī)律，F(xiàn)4態(tài)含量在三條河流下游隨著深度的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。

三條河段底泥重金屬各形態(tài)含量垂向分布特征各異。在化肥河底泥中，Cd和Zn各形態(tài)含量在上下游樣點(diǎn)上基本隨著深度增加逐漸減少，Cr、Cu、Ni和Pb各形態(tài)含量無序變化；在惠濟(jì)河和馬家河底泥中，Cd、Cr、Cu、Ni、Zn和Pb各形態(tài)含量在上下游樣點(diǎn)的規(guī)律均不明顯，但馬家河底泥上游樣點(diǎn)中Cd、Cr、Cu、Ni和Pb各形態(tài)含量整體波動不大。各個河段下游底泥中Cd、Cu、Zn和Pb的F1和F4態(tài)含量高于所對應(yīng)河流上游底泥中各形態(tài)含量，同時化肥河底泥重金屬含量明顯高于惠濟(jì)河和馬家河。

2.3 底泥重金屬的污染風(fēng)險評價

運(yùn)用風(fēng)險評估編碼法進(jìn)行底泥中重金屬有效形態(tài)的風(fēng)險評價，結(jié)果如表3所示。就各個采樣點(diǎn)表層（0～10 cm）底泥重金屬而言，Cd處于中等到極高風(fēng)險等級，Cr主要處于輕微風(fēng)險等級。Cu和Ni的F1態(tài)所占比例在3%～52%之間，變化幅度較大，以輕微和中等風(fēng)險等級為主。Zn處于中等風(fēng)險到極高風(fēng)險級，Pb主要處于輕微風(fēng)險等級。采樣點(diǎn)底泥表層（0～10 cm）重金屬對環(huán)境構(gòu)成的風(fēng)險大小順序依次為Cd＞Zn＞Cu＞Ni＞Cr＞Pb。

圖2 底泥重金屬各形態(tài)含量垂直分布Figure 2 Vertical distributions of heavy metal fractions in the sediment profiles

續(xù)圖2 底泥重金屬各形態(tài)含量垂直分布Continued figure 2 Vertical distributions of heavy metal fractions in the sediment profiles

續(xù)圖2 底泥重金屬各形態(tài)含量垂直分布Continued figure 2 Vertical distributions of heavy metal fractions in the sediment profiles

在各個河段采樣點(diǎn)上，Cd以高和極高風(fēng)險等級為主，Cr以輕微風(fēng)險等級為主，Cu和Ni處于輕微到中等風(fēng)險等級之間，Zn處于中等風(fēng)險到高風(fēng)險等級之間，Pb以輕微風(fēng)險級為主。從各個河段底泥的風(fēng)險程度來看，6種重金屬風(fēng)險程度大小順序為化肥河＞惠濟(jì)河＞馬家河，且下游采樣點(diǎn)底泥的風(fēng)險等級略高于上游。

雖然Cd、Cr、Cu、Ni、Zn和Pb在樣點(diǎn)上隨著深度的增加，總量變化幅度較大（圖2），但其在樣點(diǎn)上的風(fēng)險級別變化較小，可知基于重金屬形態(tài)的風(fēng)險評估編碼法與重金屬絕對含量污染等級結(jié)果并不完全相同。這主要是由于風(fēng)險評估編碼法是針對重金屬的生物有效性及F1態(tài)在重金屬總量中所占比例做出的評價。

表3 基于風(fēng)險評估編碼法的重金屬污染評價結(jié)果Table 3 Assessment of heavy metal pollution based on risk assessment code

2.4 重金屬有效態(tài)含量的影響因素分析

相關(guān)研究表明，底泥有機(jī)碳、總氮含量等底泥自身特性是底泥中重金屬含量的重要影響因素[28]，同時底泥所處外部環(huán)境也影響金屬離子的形態(tài)及其在水體與底泥間的遷移動向。本研究就重金屬總量、總氮及其pH對底泥重金屬有效態(tài)（F1態(tài)）進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示。

由表4可見，F(xiàn)1Cd（Cd有效態(tài)）、F1Cu（Cu有效態(tài)）、F1Zn（Zn有效態(tài)）、F1Pb（Pb有效態(tài)）與其全量在0.01水平上呈顯著正相關(guān)，而F1Cr（Cr有效態(tài)）、F1Ni（Ni有效態(tài)）與其全量相關(guān)性不明顯。這可能與Cr和Ni的F1態(tài)含量高低有關(guān)，與嚴(yán)明書等[29]的研究結(jié)果相類似。

表4 重金屬有效態(tài)與總量、總氮和pH的相關(guān)性Table 4 The correlation of the heavy metal speciation with the total quantity，TN and pH

F1Zn與總氮在0.05水平上呈顯著正相關(guān)，但其他重金屬與總氮相關(guān)性均不明顯，表明底泥中隨著總氮的增加可顯著提升Zn有效態(tài)的含量，對Cd、Cr、Cu、Ni及Pb有效態(tài)含量作用不大。這與王欽等[30]研究結(jié)果不同，可能與底泥所處中性及微堿性環(huán)境[23]有關(guān)。

Cd、Cr、Cu和Zn有效態(tài)與pH值之間存在正相關(guān)，Ni和Pb有效態(tài)與pH值之間存在負(fù)相關(guān)，但它們之間的相關(guān)性不顯著，表明底泥pH值對底泥重金屬有效態(tài)含量影響較小。

3 討論

根據(jù)底泥重金屬污染風(fēng)險評價結(jié)果來看，開封城郊3條河流底泥重金屬污染程度的大小順序為化肥河＞惠濟(jì)河＞馬家河?；屎游挥陂_封東南老工業(yè)區(qū)，自上游至下游河流兩岸依次有開抗藥廠、化肥廠、煉鋅廠等，這些工廠排放的污水雖然經(jīng)過處理，但依然富含Cd、Zn等重金屬元素，長時間的聚集造成底泥重金屬積累，同時化肥河附近工業(yè)粉塵降落、固體生活垃圾、河流流速緩慢等因素也可能是導(dǎo)致該河段底泥重金屬含量極高的原因[19，22]。這與李一蒙等[22]研究開封城市土壤重金屬高污染區(qū)分布在東南部工業(yè)區(qū)和老城區(qū)的分析結(jié)果一致，可知化肥河底泥重金屬污染來源與其城市土壤重金屬污染來源關(guān)系密切。惠濟(jì)河下游底泥中Cd、Cu、Zn和Pb較上游有顯著增多趨勢，惠濟(jì)河下游眾多汽修廠聚集，且緊鄰國道省道，道路貨物運(yùn)輸量大，汽油燃燒、機(jī)械磨損等交通活動污染使底泥重金屬含量不斷累積，同時其底泥重金屬含量也可能與其支流化肥河的匯入有關(guān)。馬家河位于開封南郊，流經(jīng)區(qū)域廣闊，其上游底泥中重金屬Cu含量（67.31 mg·kg-1）明顯低于下游底泥中Cu含量（297.61 mg·kg-1）。化工機(jī)械等工廠分布在河流下游采樣點(diǎn)MJ2周圍，可能是馬家河下游底泥中Cu含量明顯增多的重要因素之一。

相關(guān)研究[27，31]表明，BCR方法中重金屬各形態(tài)的生物遷移能力由高到低順序為弱酸可提取態(tài)（F1）＞可還原態(tài)（F2）＞可氧化態(tài)（F3）＞殘渣態(tài)（F4）。重金屬F1態(tài)對環(huán)境變化反應(yīng)靈敏，可交換態(tài)形式的金屬在中性左右水環(huán)境條件下，能被植物吸收利用，最容易對環(huán)境造成影響；F2態(tài)在水環(huán)境變化不大情況下不易釋放，但當(dāng)水體缺氧時，可還原態(tài)的重金屬易轉(zhuǎn)化為生物有效利用形態(tài)，其危害也將增大[32]；F3態(tài)較可還原態(tài)更趨穩(wěn)定，對水環(huán)境危害性較低；F4態(tài)的性質(zhì)最穩(wěn)定，不參與水-底泥重金屬的水系動態(tài)分配，對底泥重金屬的毒性及遷移性作用很小[33]。經(jīng)計算，開封城郊3條河道底泥重金屬中Cd、Cr、Cu、Ni、Zn和Pb的F1態(tài)平均比例依次為38.13%、5.59%、13.86%、9.89%、26.08%和5.07%。殘渣態(tài)（F4）在所測金屬形態(tài)含量中比例均為最高，Cr、Cu、Ni和Pb等殘渣態(tài)的含量超過80%。因此，在惠濟(jì)河水系底泥的中性至微弱堿性的條件[23]下，Cd、Cu和Zn潛在遷移性最大。這與Hlavay等[34]研究結(jié)果不同，可能與開封河流底泥所處中性至微弱堿性的條件[23]以及垂直剖面污染源復(fù)雜有關(guān)。

針對化肥河下游河道底泥中Cd、Zn總量和弱酸可提取態(tài)（F1）含量高的河段，可采取工程疏浚[35]進(jìn)行異位處理，后期可利用異位鈍化修復(fù)[36]和植物修復(fù)手段，以降低重金屬的生物有效性和遷移性，也可兼顧底泥用作填方材料、輕質(zhì)陶粒建筑材料等資源化利用[37-38]途徑。針對底泥重金屬污染較低的馬家河河段，在進(jìn)行污染工程防御的同時，可采取原位穩(wěn)定化修復(fù)，同時不能排除開封近年來的酸性降雨[39]以及某些酸性鈍化劑導(dǎo)致河流pH值降低引起的碳酸鹽結(jié)合態(tài)金屬釋放的可能性[31]，防止水體二次污染，從而確保城市河流水環(huán)境安全。

4 結(jié)論

（1）開封城郊三條河道底泥樣點(diǎn)中Cd、Cu、Zn和Pb含量遠(yuǎn)高于我國水系沉積物背景值，而Cr與Ni含量超標(biāo)較少。各河流下游底泥樣點(diǎn)中Cd、Cr、Cu、Ni、Zn和Pb含量高于相對應(yīng)的各河流上游底泥樣點(diǎn)中重金屬含量，其中Cd、Zn以弱酸可提取態(tài)與殘渣態(tài)為主，Cr、Cu、Ni和Pb以殘渣態(tài)為主。各樣點(diǎn)不同重金屬形態(tài)含量垂直變化特征均不相同，且沒有呈現(xiàn)一定的分布規(guī)律性。

（2）底泥中Cd、Cu、Zn和Pb總量對其弱酸可提取態(tài)含量有一定影響，而底泥總氮與重金屬弱酸可提取態(tài)含量關(guān)系不大。風(fēng)險評估編碼法評價結(jié)果顯示，Cd以高和極高風(fēng)險等級為主，Cr以輕微風(fēng)險等級為主，Cu和Ni處于輕微到中等風(fēng)險等級之間，Zn主要處于中等風(fēng)險和高風(fēng)險等級，Pb以輕微風(fēng)險級為主。從各個河段底泥的風(fēng)險程度來看，6種重金屬風(fēng)險程度大小順序為化肥河＞惠濟(jì)河＞馬家河，且下游采樣點(diǎn)底泥的風(fēng)險等級略高于上游。

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Vertical distribution characteristics and risk assessment of heavy metals in core sediments from Kaifeng suburban rivers

ZHANG Jun-hua1,2,LU Cui-ling1,2,LIU Yu-han1,2,WANG Hong-tao1,2
（1.School of Environment and Planning,Collaborative Innovation Center on Yellow River Civilization of Henan Province,Kaifeng 475004, China;2.Institute of Nature Resources and Environmental Science Research,Kaifeng 475004,China）

To understand the migration characteristics and ecological risk problems of heavy metals in sediments of Kaifeng suburban rivers, vertical sediments from three rivers were collected and analyzed for total concentrations and speciation of heavy metals by using the sequential extraction procedure,and risks from exposure to heavy metals in sediments were evaluated using the risk assessment code method.The results indicated that the mean contents of Cd,Cu,Zn,and Pb were higher than the China Stream Sediment Background Values.There were significant differences in vertical distributions of total concentrations and different species concentrations of heavy metals in the sediment cores from six sampling sites,however there was no distribution regularity.Sediment profiles from the lower section of each river showed significantly higher total concentrations of Cd,Cr,Cu,Ni,Zn,and Pb than those from the upper sectin.Cd and Zn existed mainly in the exchangeable fraction and residual fraction,whereas Cr,Ni,Cu,and Pb existed mainly in the residual fraction.Based on the results from the RAC method,the risks from exposure to heavy metals in the surface sediments were in the following order：Cd＞Zn＞Cu＞Ni＞Cr＞Pb.In the vertical sediments,Cd mainly posed high to extremely high risk to the environment,Zn a medium to high risk,Cu and Ni a slight to medium risk,and Cr and Pb slight risk.

Kaifeng suburb;sediment profile;heavy metals speciation;risk assessment;resource utilization

X820.4

A

1672-2043（2017）06-1192-10

10.11654/jaes.2016-1529

2016-11-30

張俊華（1975—），女，博士，從事污染物行為過程研究。E-mail：oklgd@163.com

國家自然科學(xué)基金（U1404401，41101088）；河南省高校科技創(chuàng)新團(tuán)隊支持計劃項目（161RTSTHN012）

Project supported：The National Natural Science Foundation of China（U1404401，41101088）；Program for Innovative Research Team（in Science and Technology）in Universities of Henan Province(161RTSTHN012)”

張俊華，盧翠玲，劉玉寒，等.開封城郊河道底泥重金屬形態(tài)垂向分布特征及風(fēng)險評價[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2017,36（6）：1192-1201.

ZHANG Jun-hua,LU Cui-ling,LIU Yu-han,et al.Vertical distribution characteristics and risk assessment of heavy metals in core sediments from Kaifeng suburban rivers[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（6）:1192-1201.