張力浩,王國昌,游來勇,劉夢麗,田瑞云,寇樂勇,孫斌,周靜*
(1.中國科學(xué)院南京土壤研究所土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210008;2.河南科技學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院/河南省生物藥肥研發(fā)與協(xié)同應(yīng)用工程研究中心,河南 新鄉(xiāng) 453003;3.北京建工環(huán)境修復(fù)股份有限公司污染場地安全修復(fù)技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室,北京 100015)
長江中下游沿江地區(qū)是我國工業(yè)、資源以及人口聚集區(qū)。隨著沿江城市發(fā)展進(jìn)程的不斷加快,長江局部水體出現(xiàn)重金屬污染。據(jù)報(bào)道,長江沿岸廢水總排放量占全國總排放量的40%,其中80%的廢水未經(jīng)有效處理,從而對長江流域造成了嚴(yán)重的生態(tài)威脅[1-2]。自20 世紀(jì)50 年代以來,長江沉積物中的重金屬含量呈現(xiàn)逐年遞增趨勢,水質(zhì)質(zhì)量堪憂[3]。因此,調(diào)查并明確沿江地區(qū)水體污染源特征與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),對保護(hù)長江生態(tài)安全具有重要意義。
目前,學(xué)者們已針對長江上游(源頭)至中下游武漢段、南京段到河口處,以及部分干流流域金沙江、鄱陽湖等水體、沉積物中重金屬的空間分布、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與源解析等開展了調(diào)查研究工作[4-10]。重金屬高值區(qū)常被發(fā)現(xiàn)于長江中下游地區(qū),其中重金屬Cd 在長江武漢段的沉積物中污染程度最高并存在較大的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),其主要以人為活動為污染源,集中于工、礦企業(yè)的三廢排放以及部分生產(chǎn)和環(huán)保處理設(shè)備落后等問題,導(dǎo)致含重金屬廢水進(jìn)入并污染長江中下游水體[1]。以上研究只針對于單一的水相或者沉積相,卻鮮少關(guān)注于水體-沉積物復(fù)合體系。水和沉積物被認(rèn)為是重金屬遷移、轉(zhuǎn)運(yùn)的重要載體與存儲媒介,被吸附在懸浮物與沉積物中的重金屬受水體pH 和鹽度,以及沉積物礦物學(xué)特征、比表面積等影響會重新釋放,影響水體重金屬的地球化學(xué)循環(huán)[11]。因此,對水體-沉積物體系中重金屬污染特征進(jìn)行系統(tǒng)性分析,有助于提升對長江流域水環(huán)境中重金屬污染特征與風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識[7]。
其實(shí),咳嗽本身不是一種疾病,它是多種呼吸道疾病都會表現(xiàn)出的一種癥狀,是我們?nèi)梭w自我保護(hù)的一種方式,通過咳嗽產(chǎn)生呼氣性沖擊動作,把呼吸道內(nèi)的痰等分泌物排出體外,是一個(gè)有益的動作。幼兒咳嗽大多數(shù)時(shí)候是有痰咳嗽,如果強(qiáng)行服用止咳藥,會導(dǎo)致痰液滯留體內(nèi),反倒容易引起肺炎等更嚴(yán)重的呼吸道感染性疾病。如果寶寶感冒后的咳嗽不影響飲食、睡眠,以及其他日?;顒?,就沒必要給他用藥。
此外,識別水體重金屬污染源并結(jié)合“控源”措施被證明是保護(hù)和治理水生態(tài)環(huán)境的重要手段[12-13]。目前,以源解析方法中的正定矩陣因子分析(Positive matrix factorization,PMF)模型作為受體模型,水體、沉積物、大氣與土壤等環(huán)境中的污染區(qū)域作為研究對象,定量分析多種類型污染物(包括重金屬和有機(jī)污染物)的污染源對受體的貢獻(xiàn)值的方法被廣泛應(yīng)用[14-15]。例如:張莉等[16]運(yùn)用PMF 模型解析了九龍江流域重金屬來源,結(jié)果表明Cd、Pb 和Zn 的來源與成土母質(zhì)、地球化學(xué)作用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動密切相關(guān)。匡薈芬等[10]運(yùn)用PMF 模型對鄱陽湖沉積物中重金屬進(jìn)行源解析發(fā)現(xiàn),雖然礦業(yè)和工業(yè)活動對該湖沉積物重金屬積累貢獻(xiàn)率最大(38%),但農(nóng)業(yè)活動也有較高的貢獻(xiàn)(19%)。
本研究以長江中游地區(qū)(贛西北)某銅硫礦區(qū)周邊水系為研究對象,采用單因子評價(jià)指數(shù)法和地累積指數(shù)法分別對地表水-沉積物體系中Cu、Zn、As、Cd、Pb、Cr 與Hg 7 種重金屬元素的分布以及健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合調(diào)查和評價(jià),并基于PMF 模型對沉積物中重金屬來源進(jìn)行解析,以期為此長江中游周邊水系重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和治理提供科學(xué)依據(jù)。
研究區(qū)域位于贛西北沿江地區(qū)(九江市)某銅硫礦和金銅硫礦區(qū),該區(qū)屬于大型多金、銅屬硫化礦床,地理坐標(biāo):北緯29°43'03″~29°44'05″,東經(jīng)115°43'01″~115°44'15″。該地區(qū)地處中亞熱帶向北亞熱帶過渡濕潤季風(fēng)氣候帶,氣候溫和,日照充足,雨量充沛,2017 年降雨量為1 420.4 mm,降雨日142 d。礦區(qū)緊鄰省道,交通暢通,周邊有湖泊18座,其中較大的3座,河流21 條(大于10 km),礦區(qū)水系通過相鄰湖泊和河流直匯長江主河道,周圍居民以水稻為主要糧食作物。該礦區(qū)自20 世紀(jì)70 年代初期開始投產(chǎn)運(yùn)營,到21 世紀(jì)初期停止生產(chǎn)。在開采期間,由于缺乏相應(yīng)的環(huán)保意識和處理措施,礦渣廢石被隨意露天堆放,并形成了多個(gè)露天礦坑,表面礦渣、廢石經(jīng)風(fēng)化淋濾產(chǎn)生的礦山酸性廢水以及選礦、采礦過程產(chǎn)生的重金屬污水被直接排入附近環(huán)境中,對水體、土壤與糧食安全等造成嚴(yán)重?fù)p害,尤其對周邊居民生命安全造成了嚴(yán)重的威脅。
通過相關(guān)性分析,探究調(diào)查區(qū)域水體和沉積物中重金屬含量與pH 的關(guān)系,如圖4 所示。在沉積物中,pH 與Hg(r=0.65,P<0.05)、Zn(r=0.13,P>0.05)和Cd(r=0.17,P>0.05)呈正相關(guān),而pH 與其他重金屬之間呈顯著負(fù)相關(guān)。本地區(qū)廢水屬于酸性礦山廢水,pH 較低且含有大量重金屬,進(jìn)而造成水體、沉積物酸化與重金屬污染,同時(shí)也暗示采礦活動是造成當(dāng)?shù)厮w重金屬超標(biāo)的重要原因。此外,元素之間的相關(guān)性與其化學(xué)性質(zhì)、外界環(huán)境和污染源等因素有關(guān)。當(dāng)元素的污染來源相同或相似時(shí),各元素會表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性[30]。在沉積物中,Cu-Zn、Cu-As、Cu-Cd、Cu-Pb和Cu-Cr 等顯著正相關(guān),表明這些元素存在伴生關(guān)系。因此,結(jié)合以上結(jié)果,可推測此區(qū)域水體重金屬污染源以選礦活動為主。然而,在本研究中沉積物中重金屬含量和對應(yīng)地表水重金屬并沒有顯著相關(guān)性(數(shù)據(jù)未列出)。類似研究表明,重金屬在沉積物-水界面處于動態(tài)平衡,沉積物中重金屬的不同形態(tài)決定了它們在沉積物-水界面的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,而不是其總量,同時(shí)該過程還受到外界如季節(jié)變化、水位變化和沉積物礦物組成、有機(jī)質(zhì)分解速率及腐植酸含量等因素影響[31-33]。因此,在本研究中,以沉積物和水體中重金屬總量作為衡量標(biāo)準(zhǔn),可能是導(dǎo)致兩相重金屬含量無相關(guān)性的主要原因。
圖1 研究區(qū)域地理圖以及采樣點(diǎn)Figure 1 Geography map and sampling points in study area
采樣方法參考《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》(HJ 494—2009)。利用水樣采集器,在水系中央斷面采集表層水體混合樣品,并將其收集到500 mL 聚乙烯塑料瓶內(nèi),且在同一斷面用抓斗式采泥器采集表層沉積物至密封袋中,同時(shí)用便攜式GPS儀記錄采樣坐標(biāo)。在采樣完成后,首先用便攜式pH 計(jì)檢測水樣pH(Bante220,Bante),然后立即向樣品瓶中加入硝酸(優(yōu)級純,本實(shí)驗(yàn)所用試劑均為優(yōu)級純),使pH<2,隨后將水樣避光帶回實(shí)驗(yàn)室保存于4 ℃冰箱中,沉積物保存于-20 ℃冰箱中,待后續(xù)測定。
在實(shí)驗(yàn)室中,水樣通過0.45μm 孔徑水系濾膜過濾,Cu、Zn、As、Cd、Pb 與Cr 深度直接采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS 7700x,美國)測定,Hg 深度采用原子熒光法測定。
取-20 ℃冰箱中沉積物冷凍樣品冷凍干燥48 h。待冷凍干燥結(jié)束后,剔除其中雜根、石粒、碎屑等雜物,用研缽研磨后過100 目篩。取沉積物樣品在硝酸-氫氟酸-高氯酸體系中進(jìn)行消解,消解完畢并定容后用ICP-MS 測定重金屬含量。按照水∶土=2.5∶1比例進(jìn)行沉積物pH測定(DZS-706A,上海雷磁)。
2014年至2017年,全省扶持的微型企業(yè)帶動社會投資分別為28.04億元、84.88億元、94.27億元、40.33億元,4年累計(jì)帶動社會投資247.51億元,已成為拉動全省民間投資增長的新生力量。從申報(bào)企業(yè)行業(yè)分類來看,全省零售業(yè)、農(nóng)業(yè)、租賃和商務(wù)服務(wù)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、餐飲業(yè)、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)、批發(fā)業(yè)、工業(yè)、信息傳輸業(yè)等重點(diǎn)行業(yè)微型企業(yè)占比達(dá)92%。涌現(xiàn)了一批以高原特色農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代特色服務(wù)業(yè)為代表的特色產(chǎn)業(yè)板塊,微型企業(yè)行業(yè)多元化、產(chǎn)業(yè)特色化趨勢逐步顯現(xiàn)。
地累積指數(shù)(Geo-accumulation index,Igeo)法是評價(jià)沉積物中重金屬污染程度的常用方法,計(jì)算方法見公式(2)[7]:
通過單因子評價(jià)指數(shù)法可以計(jì)算出多種環(huán)境中重金屬的污染等級,其公式見式(1)[7]:
“鞏固和擴(kuò)大集體林權(quán)制度改革成果,加快培育新型林業(yè)經(jīng)營主體,充分發(fā)揮集體林的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益,實(shí)現(xiàn)資源增長、生態(tài)良好,產(chǎn)業(yè)發(fā)展、農(nóng)民增收,林區(qū)和諧、社會穩(wěn)定?!痹颇鲜⊥七M(jìn)林業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革目標(biāo)明確,步履堅(jiān)實(shí)。
式中:Pi為重金屬i的污染指數(shù);Ci為重金屬i的實(shí)際測量值,水質(zhì)中為mg·L-1,沉積物中為mg·kg-1;Si為重金屬i的水質(zhì)(mg·L-1)或沉積物(mg·kg-1)標(biāo)準(zhǔn)。在本研究中,水體采用《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021),沉積物采用《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)中風(fēng)險(xiǎn)篩選值標(biāo)準(zhǔn)(pH≤5.5)。表1為污染評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
表1 水與沉積物中重金屬的污染評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[7]Table 1 Evaluation standard of heavy metal pollution in water and sediment[7]
葉片和新梢自5月中旬到8月均可出現(xiàn)新的病斑。葉片受害初期在葉背主脈兩側(cè)或支脈間出現(xiàn)圓形、橢圓形或不規(guī)則形淡黃色小點(diǎn),周圍界限不明顯,幾天后病斑上長出黑色霉層,葉正面相應(yīng)部位出現(xiàn)褪綠黃斑;也有的病斑在葉正面形成黑色霉層,葉背面相應(yīng)部位出現(xiàn)褪綠黃斑。嚴(yán)重時(shí)許多病斑相接,形成大塊霉層。葉柄受害后,出現(xiàn)黑色、橢圓形凹陷病斑,上面覆蓋黑色霉層,無論葉片還是葉柄受害,均可能造成早期落葉。
1.4.1 單因子評價(jià)指數(shù)法
式中:Cn代表沉積物中重金屬元素實(shí)測值,mg·kg-1;Bn代表該元素的環(huán)境背景值,mg·kg-1,本研究以江西省土壤背景值作為參考[17]。根據(jù)Igeo計(jì)算數(shù)值,沉積物污染程度可分為7個(gè)等級,具體見表1。
1.4.3 PMF源解析模型
PMF模型作為改進(jìn)的源分配分析的受體模型,已被報(bào)道可對水、土等環(huán)境中重金屬的來源進(jìn)行解析并給出各因子貢獻(xiàn)值[14]。由于沉積物常被認(rèn)為是污染物的重要載體,因此分析沉積物中污染物來源可為人類監(jiān)測水環(huán)境污染以及確定人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響提供有效條件。本研究采用PMF源解析方法對調(diào)查區(qū)域內(nèi)沉積物中重金屬來源解析。根據(jù)美國EPA發(fā)布的PMF 5.0用戶指南,可將樣品數(shù)據(jù)矩陣(X,濃度矩陣)分解為因子貢獻(xiàn)矩(G,源貢獻(xiàn)矩陣)、因子成分矩(F,源組合物矩陣)和殘差矩陣(E)?;驹砉綖閇18]:
1.4.2 地累積指數(shù)法
基本方程為:
由表2 可得,調(diào)查區(qū)域內(nèi)地表水中7 種重金屬濃度檢測結(jié)果范圍為:Cu 0.001~46.96 mg·L-1,Zn 0.01~122.90 mg·L-1,As 0.001~2.56 mg·L-1,Cd ND(未達(dá)到檢測限濃度,下同)~64.97 mg·L-1,Pb 0.001~0.02 mg·L-1,Cr 0.001~0.27 mg·L-1,Hg 0.05~0.44μg·L-1。根據(jù)《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021),水體中Cd點(diǎn)位超標(biāo)率最高,為68.97%,最大超標(biāo)倍數(shù)達(dá)6 497 倍,其次是Cu 和Zn,表明該區(qū)域地表水污染嚴(yán)重,且主要受到Cd 和Cu 的污染。本調(diào)查區(qū)域?qū)儆阢~硫礦山,開采過程中產(chǎn)生的大量酸性礦山廢水中不僅含有大量Cu,同時(shí)也含有Cd、Zn 等伴生金屬元素[7]。根據(jù)此前報(bào)道,由于長江中下游區(qū)域金屬礦山開采活動頻繁、重工業(yè)興起以及生活污水排放等原因,Cu、Pb、Cd和Cr等重金屬嚴(yán)重影響了長江水質(zhì),尤其在安徽-江蘇段,其中中游安慶、銅陵段重金屬含量整體偏高[21]。結(jié)合本區(qū)域歷史生產(chǎn)背景,可以推測該區(qū)域內(nèi)廢棄礦山、露天礦渣堆砌、采選礦場等是導(dǎo)致周邊水體污染的主要因素,若不加以控制與治理,將對長江中游流域生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
水體與沉積物中Cu、Zn、As、Cd、Pb、Cr與Hg描述性統(tǒng)計(jì)分析運(yùn)用SPSS 20.0 軟件,輔助繪圖采用Origin 2021軟件。
硫化系礦山開采、選礦與冶煉過程中,在氧氣、微生物(以嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌為主)與降雨等生物、化學(xué)作用下,硫化礦物被氧化并產(chǎn)生氫離子,同時(shí)釋放出大量重金屬離子,形成酸性礦山廢水(pH<4)[19]。如圖2所示,在采樣區(qū)域內(nèi),地表水pH在2.20~8.90范圍內(nèi),中位數(shù)為4.15,沉積物pH 范圍在2.62~7.22,中位數(shù)為4.83,可見地表水與沉積物pH 整體酸化嚴(yán)重。根據(jù)《農(nóng)田灌溉水標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021),有55.17%的點(diǎn)位pH 低于規(guī)定最低限定值(5.5),表明水體呈明顯酸性特征。經(jīng)過實(shí)地調(diào)查,由于采樣區(qū)域?qū)儆诟涣虻V山,雖然已經(jīng)停產(chǎn)數(shù)十年,但依然存在大量裸露的廢棄礦石、礦渣與礦坑。其中,J1與D1作為廢棄礦山滲水區(qū)點(diǎn)(源頭點(diǎn)),地表水與沉積物pH最低,分別為2.27 與2.20,屬于強(qiáng)酸性。有研究表明,被酸性礦山廢水污染的水體與土壤均會被不同程度酸化,如酸性礦山廢水污灌稻田使得稻田土壤pH 降低,稻米產(chǎn)量顯著下降[20]。因此,本調(diào)查區(qū)域內(nèi)地表水與沉積物被酸化與這些大量裸露的廢棄礦石、礦渣與礦坑等密切相關(guān)。
圖2 研究區(qū)域水體和沉積物pHFigure 2 pH in water and sediment in the study area
2.2.1 污染程度
由電機(jī)通過齒輪帶動頂部的盤面回轉(zhuǎn),一組模子放置在盤面的邊緣;為使模子可方便地翻轉(zhuǎn)從而取出限陽極板,采用如下方式:模子兩邊各帶一個(gè)軸頭,軸頭分別裝入帶座軸承,并隨之固定在盤面上,另外設(shè)置一個(gè)不連接的支點(diǎn),這樣既可使模子保持水平,又可方便地翻轉(zhuǎn)模子。在設(shè)計(jì)過程中,還采用了其它各種措施,使得回轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)緊湊,且運(yùn)行平穩(wěn)。
式中:Uij為i個(gè)樣本中第j個(gè)重金屬元素的測量矩陣;MDL為方法檢出限值;c為化學(xué)物質(zhì)(本研究指代重金屬)的含量,mg·kg-1;δ為相對標(biāo)準(zhǔn)差。如果c不超過MDL,那么計(jì)算采用當(dāng)c≤0 時(shí)的公式,否則即用當(dāng)c>0時(shí)的公式。
表2 研究區(qū)域水體與沉積物重金屬描述統(tǒng)計(jì)Table 2 Descriptive statistics of heavy metals of water and sediment in the study area
沉積物重金屬總量分布范圍(表2)分別為:Cu 21.30~1 840.61 mg·kg-1,Zn 54.20~1 487.55 mg·kg-1,As 9.59~408.79 mg·kg-1,Cd 0.04~18.73 mg·kg-1,Pb 19.57~237.55 mg·kg-1,Cr 0.05~1.67 mg·kg-1,Hg ND~34.56 μg·kg-1。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)中風(fēng)險(xiǎn)篩選值標(biāo)準(zhǔn)(pH≤5.5),沉積物中Cu、Zn、As、Cd 含量點(diǎn)位超標(biāo)率較高,其最大超標(biāo)倍數(shù)分別為12.27、7.44、13.66 倍和62.40 倍,同樣以Cd 和Cu 污染最為嚴(yán)重。姜宇等[1]總結(jié)發(fā)現(xiàn),從長江源到入??诔练e物中重金屬含量大致范圍為:Cd ND~11.80 mg·kg-1,Cu 14.90~87.82 mg·kg-1,Cr ND~119.22 mg·kg-1,Pb ND~454.82 mg·kg-1,Zn ND~296.78 mg·kg-1,高峰區(qū)出現(xiàn)在中下游地區(qū)。此外,Luo 等[22]對長江中下游周邊22 個(gè)湖泊沉積物中重金屬調(diào)查發(fā)現(xiàn),Cd 和Cu 超標(biāo)率最高,平均含量分別為0.89 mg·kg-1與60.1 mg·kg-1。本區(qū)域沉積物中Cd(平均值3.06 mg·kg-1)和Cu(平均值555.70 mg·kg-1)的含量分別是Luo 等[22]調(diào)查結(jié)果的3.44 倍和9.24倍,表明本調(diào)查區(qū)域水體沉積物受重金屬污染形勢嚴(yán)峻。
2.2.2 流域性地表水與沉積物重金屬空間分布特征
如表2 所示,銅硫礦與金銅硫礦兩個(gè)區(qū)域水體重金屬變異系數(shù)均大于0.5(Hg除外),其中Cu、As、Cr與Cd 的變異系數(shù)最大。變異系數(shù)反映各樣點(diǎn)間重金屬濃度空間分布的異質(zhì)性,當(dāng)變異系數(shù)大于0.5時(shí),表明研究區(qū)域重金屬濃度在受體環(huán)境中分布不均勻,且存在外來污染源排放的問題。如高煜等[23]研究發(fā)現(xiàn),千河下游水體中重金屬變異系數(shù)均大于0.5,存在由外來影響的點(diǎn)源污染可能性,Pb、Zn 和Cu 等重金屬濃度最高值出現(xiàn)在冶煉廠和火車站附近。根據(jù)該地區(qū)采礦與選礦背景資料,同時(shí)表2 結(jié)果暗示該區(qū)域點(diǎn)源污染以及受外源污染特征明顯,說明礦山廢水排放(即人為活動影響)在很大程度上是造成當(dāng)?shù)厮w-沉積物污染的主要來源。類似的研究結(jié)果也表明,淮河流域由于受到嚴(yán)重的工業(yè)廢物排放、煤炭燃燒、汽車尾氣和農(nóng)藥噴灑等人類活動影響,導(dǎo)致其中所含的Zn、Cd、Pb 和Ni 等重金屬濃度超出長江源區(qū)域數(shù)千倍[24-25]。
淡水湖泊是陸地水網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分,其也受到了嚴(yán)重的富營養(yǎng)化和重金屬污染。根據(jù)采樣點(diǎn)分布特征,J1~J8 點(diǎn)位為具有連續(xù)性流域特征的采樣區(qū)間(源頭-湖泊)。J1為源頭區(qū)域,J2、J3為區(qū)間引導(dǎo)溝,J4~J8 為該區(qū)域低洼湖泊,其中J4 為入湖口點(diǎn)位。由圖3 可知,總體上源頭J1 點(diǎn)位,水體與沉積物中重金屬濃度最高,隨與源頭距離延長,兩相中重金屬濃度呈現(xiàn)出下降趨勢。在入湖后(J5~J8),水體中重金屬濃度顯著下降,除Cd以外,其余重金屬含量均未超過《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021)的規(guī)定[18]。以Cd 為例,J5~J8 點(diǎn)位平均Cd 濃度為0.014 mg·L-1,是臨近大型湖泊——鄱陽湖水體Cd 濃度(平均值0.337 μg·L-1)的415 倍[26-27]。據(jù)統(tǒng)計(jì),年入長江的廢污水總量達(dá)2.8×1010m3,其中工、礦業(yè)占57%,這是導(dǎo)致長江水體Cd 超標(biāo)的主要原因,尤其在長江中下游區(qū)域[22]。而本區(qū)域由于采礦生產(chǎn)的歷史原因,上游(J1)廢水未經(jīng)處理直接排入該湖中,最終導(dǎo)致水體與沉積物重金屬嚴(yán)重超標(biāo)。而此湖與長江直線距離僅5 km,其中多條水系分支直匯長江主河道,若不加以治理與防控,切斷上游污染源,其將對長江水環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
圖3 J1~J8點(diǎn)位水體和沉積物中7種重金屬分布特征Figure 3 Distribution characteristics of 7 heavy metals at J1-J8 sites in water and sediment
此外,相比于水體重金屬濃度,底泥中蓄積了大量的重金屬,Cd 在所有入湖點(diǎn)位的檢測值均超出《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)中風(fēng)險(xiǎn)篩選值標(biāo)準(zhǔn)(pH≤5.5),表明沉積物更容易蓄積重金屬,這一結(jié)果也與前人研究結(jié)果類似[1]。沉積物是儲存重金屬的重要媒介,但同時(shí)也易受到外界環(huán)境因素影響,如水-沉積物界面理化性質(zhì)的改變,溶解氧(DO)、pH、氧化還原電位(Eh)和溶解離子等的變化將導(dǎo)致其束縛的重金屬被重新釋放進(jìn)入水體并引發(fā)二次污染[28]。此外,根據(jù)圖3b可知,沉積物中重金屬含量在入湖口位置略有上升趨勢,而進(jìn)入湖體后,其含量逐漸下降并保持穩(wěn)定。有研究表明,湖水不同區(qū)域中的重金屬具有不同的分布特征,尤其在入湖口區(qū)域,重金屬主要以沉降過程為主,而進(jìn)入湖體后,垂直方向上層水-上覆水界面的重金屬交換的頻率低于上覆水-沉積物界面物質(zhì)交換的頻率[29]。
本次調(diào)查采樣面積超過160 hm2,根據(jù)流域特征,于2020 年5 月中旬共采集水樣以及對應(yīng)沉積物樣品各29個(gè),采樣點(diǎn)分布如圖1所示。采樣區(qū)主要包括兩座大型礦山區(qū)域,即銅硫礦采選礦區(qū)(圖中字母J 標(biāo)注)和金銅硫礦采選礦區(qū)(圖中字母D 標(biāo)注),受銅硫礦采選礦區(qū)影響的水系采樣點(diǎn)為J1~J15,受金銅硫礦采選礦區(qū)影響的水系采樣點(diǎn)為D1~D14,其中共包含4條人工引導(dǎo)渠,8個(gè)坑塘,1個(gè)蓮藕種植區(qū)(水塘)和1座小型湖泊。J1 和D1 為礦區(qū)源頭排放點(diǎn)位,J2、J3、J14、J15、D2、D3 和D6~D9 為匯水點(diǎn),J9~J13、D4、D5、D10(蓮藕種植區(qū)入水口點(diǎn)位)和D11~D14 為坑塘采樣點(diǎn),J4 為入湖口點(diǎn)位,J5~J8 為湖中采樣點(diǎn)(按照沿中心線間距50 m采樣點(diǎn))。
圖4 地表水和沉積物中重金屬相關(guān)性分析Figure 4 Correlations between heavy metals in surface water and sediment
單因子評價(jià)指數(shù)法被廣泛用于水體、土壤等重金屬污染評價(jià)。在本研究中,如圖5所示,地表水中7種重金屬Pi值從大到小依次為Cd>Cu>Zn>As>Cr>Hg>Pb。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級劃分,68.96%的點(diǎn)位具有不同程度的Cd 污染風(fēng)險(xiǎn),其中48.27%的被測點(diǎn)位達(dá)到重度風(fēng)險(xiǎn),點(diǎn)位J1 的Pi值最高;55.17%的點(diǎn)位具有Cu 污染風(fēng)險(xiǎn),其中31.03%的點(diǎn)位達(dá)到重度風(fēng)險(xiǎn)等級;由于所有點(diǎn)位Hg 和Pb 的Pi值均小于1,因此本區(qū)域內(nèi)Hg和Pb無污染風(fēng)險(xiǎn)。在沉積物中,7種重金屬Pi值的排列順序依次為Cd>Cu>As>Zn>Pb>Cr>Hg。與地表水結(jié)果類似,Cd 和Cu 風(fēng)險(xiǎn)等級最高,具有不同程度污染風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位的比例分別為62.06%和58.62%。而Cr和Hg由于Pi值均小于1,進(jìn)而判定它們在本區(qū)域沉積物中無污染風(fēng)險(xiǎn)。研究表明重金屬超標(biāo)率越高,其潛在的環(huán)境危害就越大[7]。因此,通過Pi評價(jià)可知,Cd、Cu 是構(gòu)成本調(diào)查區(qū)域內(nèi)水體和沉積物潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要因子。
圖5 單因子評價(jià)指數(shù)(Pi)法評價(jià)地表水和沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)Figure 5 Ecological risk of heavy metals in surface water and sediment evaluated by Pi
根據(jù)本研究區(qū)域調(diào)查背景結(jié)合前述結(jié)果(表2)可知,Cu 和Cd 是該區(qū)域沉積物的主要污染物,因此根據(jù)這兩種重金屬含量計(jì)算其Igeo值。Igeo值將調(diào)查區(qū)域沉積物風(fēng)險(xiǎn)等級共分為7 類,即從無污染到極強(qiáng)污染。根據(jù)圖6 的Igeo分類,Cu 污染達(dá)到強(qiáng)度污染等級的點(diǎn)位超過50%,而Cd 接近50%的被測點(diǎn)位達(dá)到極強(qiáng)污染等級,尤其在J1、J4~J8、J11 和D10 點(diǎn)位,Cu 和Cd的Igeo值相對較高。喬爽等[7]發(fā)現(xiàn),成礦帶地區(qū)沉積物相對容易富集Pb、Zn 和Cd 等重金屬元素并導(dǎo)致Igeo值偏高。J1 點(diǎn)位為礦區(qū)源頭出水點(diǎn),近礦區(qū),進(jìn)而沉積物可富集更多的Cu 和Cd,導(dǎo)致源頭點(diǎn)位污染等級最高。值得注意的是湖泊采樣點(diǎn)J4~J8 和J11、D10點(diǎn)位,以上采樣區(qū)域水流過緩,且兩種重金屬的Igeo值普遍高于其他被測點(diǎn)。此前研究表明,在水-沉積物界面,水流流速影響重金屬在沉積物中的分布特征,在外力作用下沉積物中束縛的重金屬被釋放進(jìn)入水體,而當(dāng)這種外力擾動頻率較小則會蓄積大量懸浮顆粒并導(dǎo)致重金屬的積累效應(yīng)[28,31]。
近年來,由于各個(gè)地區(qū)電網(wǎng)規(guī)模的不斷壯大,無人值班站越來越多,調(diào)度人員對電網(wǎng)的監(jiān)控都是通過調(diào)度自動化系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。如果調(diào)度自動化系統(tǒng)因?yàn)槟承┰虬c瘓,則調(diào)度人員就失去了對整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行狀況的控制,這時(shí)只能通過派人到各個(gè)變電站現(xiàn)場進(jìn)行值班監(jiān)視。這樣有兩個(gè)弊端:一是由于變電站實(shí)行無人值班后很多電力公司都進(jìn)行了減人增效,臨時(shí)很難找到足夠熟練的值班人員駐站值班。二是當(dāng)派人到變電站值班時(shí),由于各個(gè)變電站值班員只掌握本站的運(yùn)行情況,對整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行狀況缺乏監(jiān)控經(jīng)驗(yàn),當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)事故時(shí),必然會浪費(fèi)寶貴的事故處理時(shí)間,危害電網(wǎng)的安全,甚至造成電網(wǎng)解列事故。
所謂自主閱讀,就是充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性,讓學(xué)生帶著一定的閱讀目的,運(yùn)用一定的閱讀方法,讓學(xué)生通過探索、實(shí)踐、質(zhì)疑、創(chuàng)造等方法獨(dú)立提出問題,分析問題和解決問題,從而實(shí)現(xiàn)閱讀目標(biāo)。
過量白蛋白通過近端小管細(xì)胞再攝取并激活一系列信號通路引起腎小管間質(zhì)炎癥、氧化應(yīng)激、纖維化和腎小管細(xì)胞損傷和死亡[58]。因此,腎小管上皮細(xì)胞在協(xié)調(diào)蛋白尿誘導(dǎo)的腎損傷和纖維化進(jìn)展中起重要作用。另外,腎小管細(xì)胞凋亡可能導(dǎo)致腎小管形態(tài)學(xué)改變,進(jìn)一步導(dǎo)致腎小管萎縮[59]。
圖6 調(diào)查區(qū)域沉積物中Cu和Cd的Igeo分布Figure 6 Cu and Cd of Igeo of sediment in the area
根據(jù)PMF 分析模型,結(jié)合研究區(qū)域采樣點(diǎn)重金屬含量與檢出限計(jì)算重金屬的不確定度,通過PMF 5.0軟件進(jìn)行源解析運(yùn)算。本地區(qū)的實(shí)際情況是主要以礦冶活動為主。由于該礦已經(jīng)停止運(yùn)營多年,但是大部分采樣點(diǎn)地表水重金屬濃度依舊超標(biāo),且存在較大的空間變異性(表2),因此考慮本地區(qū)可能存在其他污染源。本地區(qū)緊鄰交通要道,運(yùn)輸業(yè)較為發(fā)達(dá),礦區(qū)周邊有較頻繁的農(nóng)業(yè)活動。因此,本研究共設(shè)置3個(gè)PMF來源因子進(jìn)行迭代。
如圖7所示,從源解析結(jié)果可知,因子1中所測重金屬載荷順序依次為Cu、Cd、Zn、Cr、Pb、Hg 和As,其中Cu 和Cd 載荷比最大,分別為91.90%與52.50%。本區(qū)域地處銅硫礦山,在采、選礦過程中,大量的Cu、Cd 和Zn 離子會隨采礦廢水流入當(dāng)?shù)厮w并蓄積在沉積物中。根據(jù)Person 相關(guān)性分析結(jié)果,Cu 與Cd(r=0.55)和Zn(r=0.58)存在顯著正相關(guān)(圖4b)??锼C芬等[10]利用PMF方法發(fā)現(xiàn),臨近鄱陽湖沉積物中重金屬主要來源于周邊礦冶和工業(yè)活動。因此,結(jié)合本地背景與以往報(bào)道,因子1 主要被描述為采、選礦工業(yè)以及露天礦坑、礦渣的堆砌等活動污染。
圖7 沉積物中7種重金屬的源成分譜圖Figure 7 Heavy metals profiles in sediment
因子2 中重金屬載荷順序依次為Hg、Pb、Cr、Cd、Zn、As 和Cu,其中Hg 和Pb 貢獻(xiàn)率最高,分別為78.10%和73.40%。有研究表明,Hg 主要來源于燃煤等化石燃料燃燒,而Cr 也被認(rèn)為與燃煤釋放有關(guān)[23]。此外,Hg、Pb易與大氣顆粒物結(jié)合、轉(zhuǎn)運(yùn),并沉降至水體、土壤中[34]。在礦區(qū),采礦過程中采、選機(jī)械及運(yùn)輸機(jī)械油類的泄漏,以及汽車尾氣和輪胎磨損等都是造成Hg 與Pb 污染的主要來源[35]。劉楠濤等[13]發(fā)現(xiàn)Pb和Hg可以通過遠(yuǎn)距離干濕沉降進(jìn)入到長江與黃河源頭水體。Person 相關(guān)性分析表明,Pb 與Cr 具有顯著正相關(guān)(r=0.88,圖4b)。一方面調(diào)查區(qū)域緊鄰居民生活區(qū),燃煤仍是該地區(qū)生活的主要方式,另一方面該地區(qū)緊鄰省道,交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)達(dá),結(jié)合之前采、選礦等運(yùn)輸背景,可以推斷因子2 主要來源于燃煤、交通運(yùn)輸業(yè)等產(chǎn)生的污染。
當(dāng)下,在電視媒體與新媒體融合發(fā)展的過程中,片面否定電視媒體所具有的一些能力與優(yōu)勢。誤以為電視媒體與新媒體的融合發(fā)展就是以新媒體作為支撐,不斷地發(fā)展新媒體。但是,二者的融合發(fā)展要充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢,避免二者的弱勢,從而找準(zhǔn)二者的自身定位,尋求適合的發(fā)展模式,這樣才能夠促進(jìn)二者的發(fā)展。新媒體的優(yōu)勢是能夠獲取更多的信息,能夠?qū)崿F(xiàn)信息的快速、隨時(shí)隨地的傳播,宣傳面更廣;而電視媒體能夠保證傳播信息的真實(shí)有效性,這是新媒體所不具備的,因此,二者結(jié)合發(fā)展,能夠保證傳播信息的全面、高效,還能夠保證信息的真實(shí)可靠,從而更好地發(fā)展媒體行業(yè)。
因子3 中各重金屬載荷順序依次為As、Zn、Cd、Cr、Cu、Hg 和Pb,其中As 和Zn 載荷最大,分別為88.20%和52.40%。本研究區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)活動頻繁,且種植作物品種多樣,主要以水稻、玉米和蓮藕為主。耿雅妮等[36]發(fā)現(xiàn),渭河及其支流周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所使用的農(nóng)藥和化肥等進(jìn)入河流,是導(dǎo)致水體As 積累的主要原因。此外,在施肥過程中,也常伴隨Zn 和Cd 的流入[15],如磷肥施用量過高導(dǎo)致土壤Cd 超標(biāo)。在本研究中,沉積物中Cd 和Zn 顯著正相關(guān)(r=0.82,圖4b)。本地區(qū)農(nóng)田范圍廣、降雨充沛,且化肥使用率高,因此未被利用的化肥極易隨地表徑流進(jìn)入到當(dāng)?shù)厮w,對水體造成污染。因此因子3 被判定為農(nóng)業(yè)污染源。
(1)研究區(qū)域55.17%的點(diǎn)位pH 低于限定值5.5,水體酸化嚴(yán)重。地表水所測重金屬平均濃度順序?yàn)閆n>Cu>Cd>As>Cr>Hg>Pb,依據(jù)我國《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021),該區(qū)域內(nèi)Cd 超標(biāo)率高,點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)到68.97%,Cd最大超標(biāo)倍數(shù)達(dá)6 497倍。沉積物中所測重金屬平均含量順序?yàn)镃u>Zn>As>Pb>Hg>Cd>Cr,根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)中風(fēng)險(xiǎn)篩選值標(biāo)準(zhǔn)(pH≤5.5),同樣以Cd 污染最為嚴(yán)重,最大超標(biāo)倍數(shù)為62.40倍。
優(yōu)質(zhì)旅游作為一種多模式、多投資主體、多文化主體的經(jīng)營業(yè)態(tài),對人才的配備具有三方面要求:一是能夠運(yùn)用高智能和現(xiàn)代化設(shè)備設(shè)施運(yùn)營手段來經(jīng)營管理酒店的人才;二是具有系統(tǒng)專業(yè)知識和職業(yè)素養(yǎng)的專業(yè)人才;三是具有創(chuàng)新精神、創(chuàng)造能力、綜合性管理能力且懂得經(jīng)濟(jì)學(xué)、公關(guān)學(xué)等學(xué)科的復(fù)合型管理人才。
(2)根據(jù)單因子評價(jià)指數(shù)和地累積指數(shù)的綜合評價(jià),地表水和沉積物中Cd 和Cu 的污染風(fēng)險(xiǎn)等級最高。尤其在沉積物中,超過50%的被測點(diǎn)位Cd 和Cu污染達(dá)到強(qiáng)度污染等級,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度極高。
(3)正定矩陣因子分析結(jié)果顯示,沉積物中Cu和Cd 主要來源于采礦與選礦活動所產(chǎn)生的廢水等。此外,由于調(diào)查區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)活動頻繁,18.70%的Cd 被解析來源于農(nóng)業(yè)活動。
農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)2023年9期