張艷欣，李任政，劉莎莎

（1.上海清寧環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司；2.上海市巖土地質(zhì)研究院有限公司，上海 200050；3.河南朗天環(huán)?？萍加邢薰?，鄭州 450000）

自《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》發(fā)布以來，黑臭河道整治成為一項(xiàng)重要的民生工程。底泥疏浚在清除黑臭河道內(nèi)源污染中發(fā)揮著重要作用，疏浚后底泥還田造成重金屬污染農(nóng)田時(shí)有發(fā)生，因此查明重金屬污染是河道整治的重中之重。關(guān)于底泥中重金屬污染，目前已開展較多研究。單麗麗等[1]研究了長江下游市政、港口、礦業(yè)和工業(yè)等沉積物中Cu、Zn、Cd、Pb和Cr的污染特性；王莉君等[2]研究了南京城區(qū)黑臭底泥中Cu、Zn、Ni、Pb和Cr等污染；郝達(dá)平[3]研究了白馬湖底泥中Cu、Zn、Cd和Pb等的污染特征，但多數(shù)研究關(guān)注Cu、Zn、Ni、Cd、Pb和Cr中的4～5種重金屬，對(duì)毒性更大的Hg和As探究較少。本文以上海母親河——蘇州河為例，研究底泥中8種典型重金屬的空間分布規(guī)律和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，為河道環(huán)境整治和底泥資源化利用提供理論支撐。

1 方法

1.1 樣品采集

結(jié)合污染物沉積特征和工農(nóng)業(yè)分布特征等因素，在河道彎曲處、支流匯合處等位置布設(shè)32個(gè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置2～3個(gè)采樣點(diǎn)，共布設(shè)84個(gè)采樣點(diǎn)。為研究垂向分布規(guī)律，各采樣點(diǎn)取0.6～2.5 m柱狀樣，以0.2 m為間隔分2～13層進(jìn)行連續(xù)取樣，共采集402個(gè)樣品。采樣斷面情況如圖1所示。

圖1 采樣斷面

1.2 分析方法

利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定Pb、Ni、Cu、Zn和Cr；利用原子吸收光譜法測(cè)定Cd；As和Hg的測(cè)定則利用原子熒光分光光度計(jì)。利用OriginPro 9.1軟件進(jìn)行作圖。

1.3 評(píng)價(jià)方法

重金屬污染評(píng)價(jià)基于沉積學(xué)原理提出了多種方法，分別為地累積指數(shù)法（Igeo）、潛在生態(tài)污染指數(shù)（RI）法和污染負(fù)荷指數(shù)（IPL）法等[1]。其中，地累積指數(shù)法客觀地反映重金屬污染狀況，側(cè)重評(píng)價(jià)單項(xiàng)重金屬污染；潛在生態(tài)危害指數(shù)法反映重金屬單項(xiàng)和綜合潛在生態(tài)危害程度，引入生物有效性，但毒性響應(yīng)因子比較主觀。兩種方法側(cè)重點(diǎn)不同，因此需要互相補(bǔ)充和借鑒，其評(píng)價(jià)分級(jí)如表1所示。地累積指數(shù)和潛在生態(tài)污染指數(shù)的計(jì)算公式分別為：

表1 評(píng)價(jià)分級(jí)

式中：Ci為元素i的實(shí)測(cè)值，mg/kg；為現(xiàn)代工業(yè)化前沉積物中重金屬的最高背景值，mg/kg；為元素i的單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；為元素i的毒性響應(yīng)因子，元素Zn、Cr、Ni、Cu、Pb、As、Cd和Hg的毒性響應(yīng)因子分別為1、2、5、5、5、10、30和40；為元素i的污染指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 沿程分布規(guī)律

為客觀反映沿程分布情況，采用斷面上重金屬均值繪制沿程變化圖，如圖2所示。圖2中，8種典型重金屬沿程變化較為相似，表現(xiàn)為22 km前出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)，22 km后上升，一方面是因?yàn)?2 km后的河段為市區(qū)段，受工業(yè)影響較大；另一方面是受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，該河段僅采集2～4層樣品，用于計(jì)算均值的樣本量相對(duì)較少。

圖2 沿程分布

2.2 垂向變化趨勢(shì)

為研究垂向分布情況，采用不同深度重金屬均值繪制垂向變化圖，如圖3所示。

圖3中，8種典型重金屬在垂向上分布較為相似。0～0.5 m內(nèi)，均值較低，波動(dòng)較?。?.5～2.1 m內(nèi)，均值較高，且呈上升趨勢(shì)；2.1～2.5 m內(nèi)，均值較低，波動(dòng)較大。這種現(xiàn)象表明，經(jīng)過前三期環(huán)境綜合整治，蘇州河污染源得到控制，但0～0.5 m重金屬累積效應(yīng)明顯，切斷污染源后，該層與上覆水交互比較密切，稀釋作用較大，致使該層濃度較低；0.5～2.1 m較0～0.5 m與上覆水的交互作用弱，而較2.1～2.5 m強(qiáng)，因此，該層濃度較高；2.1～2.5 m內(nèi)，重金屬與上覆水交互作用較弱，但累積效應(yīng)亦較弱，造成該層濃度較低。

圖3 垂向分布

2.3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

考慮區(qū)域特點(diǎn)，背景值采用《中國土壤元素背景值》中上海市C層算術(shù)均值來計(jì)算地累積指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，如表2所示。

表2中，As、Cr和Pb的地累積指數(shù)均小于0，為無污染；Ni分布在小于0和0～1，為無污染和無-中污染；Cu、Zn和Cd分布在小于0、0～1和1～2，分別為無污染、無-中污染和中污染，中污染區(qū)域位于市區(qū)段；Hg分布在0～1、1～2、2～3和3～4，分別為無-中污染、中污染、中-強(qiáng)污染和強(qiáng)污染，中污染和中-強(qiáng)污染區(qū)域分別位于10 km以后河段和市區(qū)段。Cu、Zn、Cd和Hg的中污染及其以上污染程度區(qū)域多靠近市區(qū)段，說明工農(nóng)業(yè)混合區(qū)較農(nóng)業(yè)區(qū)污染嚴(yán)重。

表2 地累積指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

As、Cr、Cu、Zn、Ni和Pb的單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均值均小于40，為低風(fēng)險(xiǎn)；而Cd和Hg的均值分別為44.86和193.78，為中風(fēng)險(xiǎn)和很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)。綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)應(yīng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度分別為低、中、強(qiáng)和很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，多數(shù)河段為中風(fēng)險(xiǎn)；RI均值表明，重金屬污染程度為中風(fēng)險(xiǎn)。

為研究兩種評(píng)價(jià)方法的異同，對(duì)其均值進(jìn)行污染評(píng)級(jí)。結(jié)果表明，用地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)時(shí)，Hg為中污染，Cu、Zn為無-中污染，其余重金屬為無污染，污染程度為Hg＞Cu＞Zn＞Ni＞Cd＞Cr＞Pb＞As；用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)時(shí)，Hg為很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，Cd為中風(fēng)險(xiǎn)，其余重金屬為低風(fēng)險(xiǎn)，污染程度為Hg＞Cd＞Cu＞As＞Ni＞Pb＞Cr＞Zn。兩種評(píng)價(jià)方法存在較大差異，可能是地累積指數(shù)法主要考慮累積效應(yīng)，而潛在生態(tài)危害指數(shù)法還引入了生物有效性。As、Cd和Zn排序也存在較大差異，是因?yàn)锳s、Cd的毒性響應(yīng)因子較大、背景值較小，而Zn則相反。經(jīng)比較可知，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法因考慮生物有效性，更適合為人類健康生活提供科學(xué)參照，但該方法毒性響應(yīng)因子較為主觀，因此需要與地累積指數(shù)法對(duì)比使用。兩種評(píng)價(jià)方法中Hg的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)均為最嚴(yán)重，它是蘇州河最主要的污染因子。

3 結(jié)論

典型重金屬在郊區(qū)段出現(xiàn)較大幅波動(dòng)，市區(qū)段上升，垂向上表現(xiàn)為低-高-低的趨勢(shì)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法考慮生物有效性，更適合為人類健康生活提供科學(xué)參照，但該方法毒性響應(yīng)因子較為主觀，因此需要與地累積指數(shù)法對(duì)比使用。Hg作為蘇州河最主要的污染因子，底泥治理時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。