周 峰,李 朋,翁茂芝,邢新麗,劉 力,張 雅,朱晛亭,羅 紅
武漢龍陽湖、墨水湖沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險評價
周 峰1,2*,李 朋1,3,翁茂芝1,2,邢新麗3,劉 力1,2,張 雅1,2,朱晛亭1,2,羅 紅1,2
(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034;2.資源與生態(tài)環(huán)境地質(zhì)湖北省重點實驗室,湖北 武漢 430034;3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院,湖北 武漢 430074)
為探明城市湖泊濕地的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀,采用數(shù)理統(tǒng)計、地累積指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)等方法,對武漢市龍陽湖、墨水湖表層沉積物中的氮、磷和重金屬的富集程度、空間分布及生態(tài)風(fēng)險進行了評價.結(jié)果顯示,來自龍陽湖的表層沉積物中TN濃度為265.03~729.68mg/kg、TP濃度為888.64~1694.86mg/kg;來自墨水湖的表層沉積物TN濃度為306.14~857.27mg/kg、TP濃度為671.48~2674.39mg/kg.總的來說,墨水湖沉積物受污染程度比龍陽湖較高.與國內(nèi)典型城市湖泊相比,本研究的兩個湖泊中TN含量較低,TP含量較高.重金屬元素As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn在龍陽湖中分別為14.27,0.58,59.20,55.61,33.20,176.94mg/kg,在墨水湖中分別為19.26,0.62,85.53,53.67,41.69,266.64mg/kg.除Cr外,沉積物中其它重金屬平均含量均高于武漢市土壤背景值,且龍陽湖、墨水湖Cd含量分別是背景值的4.83和5.17倍.與20年前相比,除Cd以外,墨水湖沉積物重金屬含量均有減少,表明淤泥清理對改善湖泊沉積物環(huán)境有一定效果,但未從根本上消除污染問題.重金屬地累積指數(shù)顯示,兩湖泊中Cd含量均處于偏中度至中度污染狀態(tài);Cu、Pb、Zn、As總體上處于輕度污染狀態(tài);Cr處于清潔狀態(tài).潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)顯示,兩湖泊Cd含量均處于中度至重度潛在生態(tài)風(fēng)險水平,綜合潛在生態(tài)風(fēng)險為低風(fēng)險至中風(fēng)險.研究區(qū)湖泊中的重金屬污染物來源可能為早期工業(yè)排放、漁業(yè)養(yǎng)殖、動物糞便及人類生活污水的排放等綜合因素所致.
湖泊沉積物;重金屬元素;生態(tài)風(fēng)險評價;龍陽湖;墨水湖
城市湖泊作為城市重要的地表水資源,在涵養(yǎng)水源、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡、為人類提供休閑游憩場所等方面起著重要作用[1-2].武漢市被稱為“百湖之市”,也是全球唯一人口超千萬的“國際濕地城市”.近年來,隨著城市化進程的加快,城市湖泊作為地表徑流的受納水體,受到人為活動的影響較大,污染問題也隨之累積.大量研究表明,城市湖泊的重金屬污染與其周邊人為活動密切相關(guān)[3-6].重金屬是一種生物毒性強、易累積、難降解的持久性污染物[7],研究發(fā)現(xiàn),進入湖泊的重金屬通過絮凝作用或沉淀作用,多數(shù)進入沉積物中,是重金屬的“匯”,同時一定條件下重金屬從沉積物中會重新釋放進入水體而成為潛在污染源[8-9].有研究認為湖泊水體富營養(yǎng)化與湖泊沉積物存在顯著的相關(guān)關(guān)系[10],沉積物中污染物的釋放是城市湖泊水質(zhì)惡化的根本原因.因此,沉積物重金屬是湖泊水環(huán)境的重要“指示劑”,能夠客觀反映湖泊的污染狀況和生態(tài)風(fēng)險,目前絕大多數(shù)國家環(huán)保部門已將Cu、Pb、Zn、As、Cd等重金屬列為優(yōu)先控制污染物[11-13].因此,查清湖泊沉積物的重金屬污染特征對于城市湖泊的保護修復(fù)具有重要意義.
龍陽湖、墨水湖位于武漢漢陽區(qū)南郊,屬漢陽東湖水系,均為武漢城區(qū)內(nèi)中小型淺水湖泊.早期的漢陽城區(qū)是中國近現(xiàn)代工業(yè)的搖籃,在快速工業(yè)化和城市化進程中,墨水湖等湖泊遭受了明顯的污染[15-17],這在我國城市湖泊中具有代表性.“十一五”期間國家科技部實施了“武漢水專項”,諸多學(xué)者對漢陽湖泊水質(zhì)和沉積物污染進行評估并提出防治措施[18-22],武漢市政府實施漢陽“六湖連通”工程,通過截污控排、清淤及水系連通等措施改善湖泊水環(huán)境,但目前修復(fù)情況尚不清楚.因此,本文時隔近20a對龍陽湖、墨水湖開展詳細調(diào)查研究,全面摸清沉積物氮磷、有機質(zhì)及重金屬等關(guān)鍵環(huán)境指標特征,科學(xué)評價其環(huán)境演變情況、生態(tài)風(fēng)險水平及與人類活動的關(guān)系,為湖泊保護與流域綜合治理提供依據(jù).
圖1 龍陽湖、墨水湖表層沉積物采樣點位
使用抓斗式采樣器于2021年11月對龍陽湖、墨水湖表層(0~10cm深度)的沉積物進行采集,根據(jù)總體均勻式、局部人類活動密集區(qū)(武漢動物園周邊)加密的原則,在兩個湖泊中共采集表層沉積物25件(圖1),將沉積物樣品(去除垃圾雜物)裝入聚乙烯自封袋密封,低溫保存至實驗室分析.
湖泊沉積物樣品經(jīng)過冷凍干燥,研磨、過200目篩,保存于陰涼干燥處備用.采用混合酸(HCl、HNO3、HF和HClO4)消解后,使用電感耦合等離子體發(fā)射質(zhì)譜儀(ICP-OES,Agilent 5110)測定Cr、Cu、Pb和Zn;電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP- MS,Agilent 8900)測定Cd;As采用王水沸水浴消解,采用原子熒光儀測定.總磷、總氮和有機質(zhì)采用容量法測定,樣品經(jīng)無二氧化碳蒸餾水浸溶后用離子選擇電極測定pH值.利用SPSS22.0軟件進行主成分分析和Pearson相關(guān)性分析,ArcGIS 10.8繪制重金屬含量的空間分布圖,Origin、Excel繪制統(tǒng)計圖表.
1.3.1 地積累指數(shù)法 地積累指數(shù)由德國科學(xué)家Muller提出[22],能夠充分反映自然條件和人類活動對沉積物及土壤的影響,可以直觀反映重金屬的累積程度.計算公式如下:
式中:geo為地累積指數(shù);C為沉積物重金屬含量的實際測量值;B為重金屬的地球化學(xué)背景值;為由于各地區(qū)差異可能引起背景值波動引入的常數(shù),通常=1.5.重金屬地積累指數(shù)分級見表1.
表1 地積累指數(shù)Igeo的污染分級
1.3.2 潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法 用潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法來評價重金屬生態(tài)危害狀況.該方法從重金屬的生物毒性角度出發(fā),定量劃分出潛在生態(tài)危害等級.該方法由瑞典學(xué)者Hakanson提出[23],計算公式如下:
式中:RI為多種重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù);E為重金屬元素的單項潛在生態(tài)危害指數(shù);T為重金屬元素的毒性系數(shù);C為重金屬元素的實測含量;C為重金屬元素的土壤背景值,參考武漢市土壤背景值[24].根據(jù)和E值的大小,潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)劃分標準見表2.
表2 潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)劃分標準
龍陽湖表層沉積物中總氮(TN)濃度范圍為265.03~729.68mg/kg,平均濃度為553.28mg/kg;總磷(TP)濃度范圍為888.64~1694.86mg/kg,平均濃度為1275.06mg/kg,有機質(zhì)(TOC)濃度范圍為1.38%~3.23%,平均濃度為2.36%;墨水湖表層沉積物中TN濃度范圍為306.14~857.27mg/kg,平均濃度為559.41mg/kg;TP濃度范圍為671.48~ 2674.39mg/kg,平均濃度為1661.51mg/kg,有機質(zhì)(TOC)濃度范圍為0.94%~3.83%,平均濃度為2.58%.空間分布顯示墨水湖絕大多數(shù)點位沉積物TN、TP、TOC含量要明顯高于龍陽湖(圖2),且含量最高的幾個點(MS02~MS06)均位于墨水湖東側(cè)的武漢動物園附近.
兩個湖泊的表層沉積物中各重金屬元素含量情況見表3.其中,As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn在龍陽湖中分別為14.27mg/kg、0.58mg/kg、59.20mg/kg、55.61mg/kg、33.20mg/kg、176.94mg/kg,在墨水湖中分別為19.26mg/kg、0.62mg/kg、85.53mg/kg、53.67mg/kg、41.69mg/kg和266.64mg/kg.各重金屬的含量范圍變化較大,且變異系數(shù)均大于15%,尤其Zn的變異系數(shù)異常偏高,表明這些元素存在顯著的空間異質(zhì)性,受人類活動的影響較大.從空間分布特征(圖3)看,龍陽湖和墨水湖沉積物中Cr、Cu、Pb的含量在空間分布上呈現(xiàn)一致性,均表現(xiàn)出由西南向東北方向含量增加的現(xiàn)象,其高值主要分布在湖周;墨水湖Cd、As、Zn含量高點值均位于湖泊東部靠近武漢動物園一帶,尤其在MS03點位出現(xiàn)異常高值;而龍陽湖Cd高值點主要分布于湖泊周邊,As則是變化不大且整體含量低于墨水湖,Zn高值點主要集中在湖泊北部.
表3 龍陽湖、墨水湖表層沉積物中重金屬含量特征
2.3.1 氮、磷及有機質(zhì)差異性分析 將龍陽湖、墨水湖與中國東部大多數(shù)淺水湖泊以及國內(nèi)典型城市湖泊的沉積物相關(guān)指標[27-36]進行對比,結(jié)果顯示(表4),龍陽湖、墨水湖沉積物中TN含量總體處于較低水平,而TP含量處于較高水平,除武漢南湖外,明顯高于其它城市湖泊,同時顯著高于中國東部湖泊平均水平(TP基準閾值為454.51~459.03mg/ kg)[27];TOC含量與其它地區(qū)相當,處于中等水平.總體上,TP污染是本次研究區(qū)乃至湖北武漢河湖的典型環(huán)境問題,這也與大多學(xué)者的研究結(jié)果相一致[37-41].目前生態(tài)環(huán)境部已將TP明確為長江流域首要污染物,湖北省是我國磷化工第一大省,磷化工企業(yè)產(chǎn)生的固體廢物磷石膏年產(chǎn)生量位居全國首位.“三磷”污染問題較為嚴峻[41],在長時間沉積積累作用下,湖北武漢地區(qū)的湖泊沉積物TP水平則普遍高于長江流域下游地區(qū).
另外在空間分布上,墨水湖TP和TOC平均含量均大于龍陽湖,說明墨水湖沉積物受污染程度整體上高于龍陽湖,初步判斷這可能與武漢動物園及漢陽六湖連通有關(guān).武漢動物園常年經(jīng)營所產(chǎn)生的動物糞便、生活污水等非點源污染不可避免對墨水湖及其沉積物產(chǎn)生影響,另外六湖連通也可能使富營養(yǎng)化較嚴重的龍陽湖向下游的墨水湖輸送污染物并在沉積物中累積[42].
表4 典型湖庫沉積物TN、TP及TOC平均含量
2.3.2 重金屬差異性分析 將龍陽湖、墨水湖沉積物重金屬與武漢市土壤背景值[24]相比,兩湖中除Cr外,其他元素的含量均大于背景值,Cd超標情況最嚴重(龍陽湖、墨水湖分別是背景值的4.83和5.17倍);與中國湖泊沉積物[25]平均值相比,Cd、Pb、Cu和Zn含量偏高,As和Cr含量相近;與中國南方水系沉積物平均值相比[26],Cd、Pb、Cu、Cr和Zn含量偏高,As含量相近.
表5 典型城市湖泊表層沉積物重金屬平均含量(mg/kg)
注:“—”表示沒有相關(guān)數(shù)據(jù).
將本次研究與國內(nèi)其他一些典型城市湖泊[43-48]進行對比,如表5所示,這些城市湖泊表層沉積物重金屬含量總體相差不大.其中龍陽湖Cr、Pb含量均處于較低水平,墨水湖與其它湖泊相近;龍陽湖As含量與其他湖泊相當,但墨水湖As則高于其他城市湖泊;兩湖Cd與武漢市其他湖泊[41]基本一致,但高于其他城市湖泊(除鄱陽湖外),表明武漢市湖泊整體Cd水平較高;Cu、Zn除陽澄湖外均高于其他湖泊,并且墨水湖Zn顯著高于其他城市湖泊.
另外,與喬勝英、蘇春利等2004年對墨水湖的取樣研究結(jié)果[18-19]相比,除Cd外,其他重金屬元素含量均有一定程度的減少,其中Zn含量減少最明顯(2004年是背景值的8.23倍,當前是3.37倍),表明墨水湖在清淤后的近20a來沉積物重金屬污染整體有所好轉(zhuǎn),但沒有完全根治問題,Cd仍保持較高濃度,這可能與湖底深層重金屬在清淤后暴露到表層或近年來新輸入污染等因素有關(guān).
2.4.1 重金屬地累積指數(shù) 由圖4可見,根據(jù)geo分級標準,墨水湖和龍陽湖沉積物中Cr的geo值均小于0,為清潔水平,而Cu、Pb的geo值均小于1,屬輕度污染.龍陽湖As的geo值均小于0,屬清潔水平,但墨水湖As的geo值基本介于0~1,表明受到輕度污染;龍陽湖Zn的geo值均小于1,屬輕度污染,但墨水湖Zn的geo值在0~1和1~2均有分布,屬輕度~偏中度污染;兩湖中的Cd大部分點位geo值介于1~2,甚至部分大于2,因此屬偏中度至中度污染.
虛線表示輕度污染閾值,實線表示偏中度污染閾值
2.4.2 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價 各重金屬單項潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)顯示,除了Cd存在潛在生態(tài)風(fēng)險,其它元素在兩湖本次采樣范圍內(nèi)均屬于低潛在生態(tài)危害范疇(E<40)(圖5).墨水湖沉積物Cd的E平均值為153.86,其中40.00%點位處于嚴重潛在生態(tài)風(fēng)險水平(160£E<320)、53.33%點位處于重潛在生態(tài)風(fēng)險水平(80£E<160)、6.67%點位處于中潛在生態(tài)風(fēng)險水平(40£E<80).龍陽湖中Cd的E平均值為144.40,其中40.00%點位處于嚴重潛在生態(tài)風(fēng)險水平、40.00%點位處于重潛在生態(tài)風(fēng)險水平(80£E<160)、20.00%點位處于中潛在生態(tài)風(fēng)險水平(40£E<80).
圖5 重金屬單項潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)
40,80,160分別是低、中、重潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)閾值
重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果顯示,墨水湖和龍陽湖平均值分別為191.91和175.17,除MS16、LY02、LY04點處于低潛在生態(tài)風(fēng)險水平(圖6),其它點位均為中潛在生態(tài)風(fēng)險水平(150£<300).
龍陽湖和墨水湖表層沉積物的主要污染物是Cd,其次是Zn、Cu、Pb和As.Cr平均含量低于背景值且變異系數(shù)低,可能主要為自然來源.相關(guān)性分析(表6)表明,墨水湖的Cu、Pb、Zn和Cd可能來自同一污染源,龍陽湖的Cu、Pb和Cd的來源具有相似性.其中Pb主要來源于煤燃燒、含鉛礦石的工業(yè)利用、原油和含鉛汽油的燃燒,As也被視為燃煤的標志元素[49].Cu、Zn主要來自于垃圾的焚燒和工業(yè)排放,部分也來自燃煤的排放[34].Cd主要來源于合金制造、電鍍等工業(yè)生產(chǎn),另外煤和原油燃燒也可釋放微量的Cd到空氣中[50].這些元素最終通過污水排放和暴雨徑流匯入到湖水及沉積物中.漢陽是武漢最早的工業(yè)區(qū),工業(yè)對環(huán)境的影響歷史較長,如近現(xiàn)代的漢陽鋼鐵廠、漢陽兵工廠、鐵路機車廠等,目前龍陽湖北側(cè)仍有包含汽車維修業(yè)、木材業(yè)及建材業(yè)的黃金口工業(yè)園.自1999年武漢市統(tǒng)計規(guī)模以上工業(yè)能源消費情況以來,煤炭、原油、電力、焦炭等消費就一直占到武漢能源消費總量的80%以上,因此化石燃料燃燒、金屬冶煉等工業(yè)排放應(yīng)是造成龍陽湖、墨水湖重金污染的主要原因.
采樣點
表6 表層沉積物重金屬含量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)
注:**表示0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān);*表示0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).
另外有研究表明,水產(chǎn)飼料中的魚粉含有一定量的Cd、Zn元素[45],在2012年實施退養(yǎng)還湖之前漢陽漁場在兩湖中從事著較大規(guī)模的水產(chǎn)養(yǎng)殖活動,因此表層沉積物中的Cd、Zn等重金屬也可能來自于水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中投加的餌料、魚類的排泄物和農(nóng)藥殘留等.并且墨水湖Zn的變異系數(shù)異常高,其來源之一是畜禽糞便有機肥重金屬釋放,其與武漢動物園的經(jīng)營活動有密切關(guān)系.
綜上所述,龍陽湖、墨水湖表層沉積物重金屬可能來自工業(yè)排放、漁業(yè)養(yǎng)殖、動物糞便及人類生活污水排放等復(fù)合污染,因此今后須加強流域綜合治理,重點關(guān)注重金屬Cd的污染控制,做好定期清淤等工作.
3.1 龍陽湖表層沉積物中TN濃度為265.03~ 729.68mg/kg、TP濃度為888.64~1694.86mg/kg;墨水湖表層沉積物TN濃度為306.14~857.27mg/kg、TP濃度為671.48~2674.39mg/kg.與國內(nèi)典型城市湖泊相比,兩湖沉積物TN含量較低,TP含量較高,顯著高于中國東部湖泊平均含量.總的來說,墨水湖沉積物受污染程度比龍陽湖較高,TP、TOC高值區(qū)主要位于墨水湖東側(cè)的武漢動物園附近,可能與武漢動物園經(jīng)營活動及六湖連通有關(guān).
3.2 重金屬元素As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn在龍陽湖沉積物中分別為14.27,0.58,59.20,55.61,33.20, 176.94mg/kg,在墨水湖沉積物中分別為19.26,0.62, 85.53,53.67,41.69,266.64mg/kg.除Cr外,沉積物中其它重金屬平均含量均高于武漢市土壤背景值,且龍陽湖、墨水湖Cd含量分別是背景值的4.83和5.17倍.總體上,Cd是兩湖重金屬污染和生態(tài)風(fēng)險的主要貢獻因子,重金屬地累積指數(shù)表明兩湖Cd均處于偏中度至中度污染狀態(tài),綜合潛在生態(tài)風(fēng)險為低風(fēng)險至中風(fēng)險.與20a前相比,除Cd以外,墨水湖沉積物重金屬含量均有減少,表明淤泥清理對改善湖泊沉積物環(huán)境有一定效果,但未根本消除污染問題.
3.3 龍陽湖、墨水湖表層沉積物重金屬污染受到人類活動的影響非常明顯,其高值區(qū)主要分布在湖濱以及武漢動物園和漢陽漁場一帶.Cu、Pb和As可能主要來源于工業(yè)活動的燃燒排放,而Cd、Zn污染則是工業(yè)排放、漁業(yè)養(yǎng)殖、動物糞便及人類生活污水排放等復(fù)合污染,須加強綜合治理.
[1] 吳佳鵬,劉來勝,王啟文,等.城市湖泊生態(tài)健康評價指標體系研究 [J]. 水力發(fā)電, 2020,46(3):1-3,112. Wu J P, Liu L S, Wang Q W, et al. Study on evaluation index system of ecological health of urban lake [J]. Hydropower, 2020,46(3):1-3,112.
[2] 陳 晨,李逸平,曾立安.南昌市主要湖泊沉積物重金屬污染及生態(tài)風(fēng)險評價 [J]. 湖南生態(tài)科學(xué)學(xué)報, 2023,10(1):15-23. Chen C, Li Y P, Zeng L A. Heavy metal pollution and ecological risk assessment in sediments of major lakes in Nanchang [J]. Journal of Hunan Eco-logical Science, 2023,10(1):15-23.
[3] 馬舒欣,喬永民,唐夢瑤,等.廣州市主要湖泊沉積物重金屬污染與生態(tài)風(fēng)險評價 [J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報, 2019,35(5):600-607. Ma S X, Qiao Y M, Tang M Y, et al. Heavy metal pollution and potential ecological risk assessment in surface sediments from lakes located in Guangzhou City [J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2019,35(5):600-607.
[4] 楊 靜,劉 敏,陳 玲,等.上海市湖泊沉積物重金屬的空間分布 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2018,38(10):3941-3948. Yang J, Liu M, Chen L, et al. Spatial distribution of heavy metals in lake surface sediments in Shanghai [J]. China Environmental Science, 2018,38(10):3941-3948.
[5] 郭泌汐,劉勇勤,張 凡,等.西藏湖泊沉積物重金屬元素特征及生態(tài)風(fēng)險評估 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2016,37(2):490-498. Guo B X, Liu Y Q, Zhang F, et al. Characteristics and risk assessment of heavy metals in core sediments from Lakes of Tibet [J]. Environmental Science, 2016,37(2):490-498.
[6] 黃雅婷.新疆典型湖泊沉積物中重金屬的形態(tài)分布及其環(huán)境污染評價 [D]. 石河子大學(xué), 2015. Huang Y T. Distribution and speciation of heavy metals and environmental pollution assessment in sediments of typical areas, Xinjiang [D]. Shihezi University, 2015.
[7] Chen H, Teng Y, Lu S, et al. Contamination features and health risk of soil heavy metals in China [J]. Science of the Total Environment, 2015 (512/513-).
[8] 李悅昭,陳海洋,孫文超.“河-湖”沉積物重金屬環(huán)境特征及來源解析 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2020,41(6):2646-2652. Li Y Z, Chen H Y, Sun W C. Environmental characteristics and source apportionment of heavy metals in the sediments of a river-lake system [J]. Environmental Science, 2020,41(6):2646- 2652.
[9] 張 莉,祁士華,瞿程凱,等.福建九龍江流域重金屬分布來源及健康風(fēng)險評價 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2014,34(8):2133-2139. Zhang L, Qi S H, Qu C K, et al. Distribution, source and health risk assessment of heavy metals in the water of Jiulong River, Fujian [J]. China Environmental Science, 2014,34(8):2133-2139.
[10] Waajen G W A M, Faassen E J, Liirling M. Eutrophic urbanponds suffer from cyanobacterial blooms: Dutch examples [J]. Environmental Science and Pollution Research, 2014,21(16):9983-9994.
[11] 趙振華.美國水中129種“優(yōu)先污染物”簡介 [J]. 環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展, 1981,(8):7-9. Zhao Z H. Brief introduction of 129 priority pollutants in American waters [J]. Environment and Sustainable Development, 1981,(8):7-9.
[12] 王一喆,張亞輝,趙 瑩,等.國內(nèi)外環(huán)境優(yōu)先污染物篩選排序方法比較 [J]. 環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報, 2018,8(4):456-464. Wang Y Z, Zhang Y H, Zhao Y, et al. Comparison on screening and sorting methods of environmental priority pollutants at home and abroad [J]. Journal of Environmental Engineering Technology, 2018, 8(4):456-464.
[13] 陶艷茹,蘇海磊,李會仙,等.《歐盟水框架指令》下的地表水環(huán)境管理體系及其對我國的啟示 [J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2021,34(5):1267- 1276. Tao Y R, Su H L, Li H X, et al.Surface water environment management system in EU water framework directive and its enlightenment to China [J]. Research of Environmental Sciences, 2021,34(5):1267-1276.
[14] 毛榮生,黃 平.墨水湖N/P水質(zhì)模型研究 [J]. 湖泊科學(xué), 1994, 6(4):348-355. Mao R S, Huang P, Study on N/P water quality models in MOSHUI lake [J] Journal of Lake Sciences, 1994,6(4):348-355.
[15] 毛榮生,夏 軍,王真榮.武漢墨水湖BOD/DO數(shù)學(xué)模型及參數(shù)識別 [J]. 環(huán)境科學(xué), 1995(4):26-31,92. Mao R S, Xia J, Wang Z R. et al. BOD/DO mathematic models for the water quality of lake Moshuihu in Wuhan City and their parameters identification [J]. Environmental Science, 1995(4):26-31,92.
[16] 梅 濤.淺析武漢動物園對墨水湖水質(zhì)污染的影響 [J]. 中國環(huán)境管理叢書, 2004,(2):40-42. Mei T. Analysis Wuhan Zoo for the influence of Moshui Lake water pollution [J]. China Environment Management, 2004,(2):40-42.
[17] 倪 倩,蔣敬業(yè),馬振東,等.城市工業(yè)區(qū)湖泊重金屬污染狀況——以武漢墨水湖為例 [J]. 安全與環(huán)境工程, 2005,(1):13-16. Ni Q, Jiang J Y, Ma Z D. et al. Heavy metal pollution in lakes in the industrial park——A case study of Lake Moshuihu, Wuhan [J]. Safety and Environmental Engineering, 2005,(1):13-16.
[18] 喬勝英,蔣敬業(yè),向 武,等.武漢地區(qū)湖泊沉積物重金屬的分布及潛在生態(tài)效應(yīng)評價 [J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2005,(3):353-357. Qiao S Y, Jiang J Y, Xiang W. et al. Distribution of heavy metals in sediments in lakes in Wuhan with assessment on their potential ecological risk [J] Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2005,(3):353-357.
[19] 蘇春利,王焰新.武漢市墨水湖沉積物重金屬污染特征與防治對策 [J]. 礦物巖石, 2006,(2):111-116. Su C L, Wang Y X. Pollution characteristics and pollution control of heavy metals contaminants in sediments of Moshui Lake, Wuhan, China [J]. Mineralogy and Petrology, 2006,(2):111-116.
[20] 劉紅磊,李立青,尹澄清.人為活動對城市湖泊沉積物重金屬污染的影響——以武漢墨水湖為例 [J]. 生態(tài)毒理學(xué)報, 2007,(3):346-351. Liu H L, Li L Q, Yin C Q. et al. Metals in sediments of an urban lake in China as archives of anthropogenic activities-A case study of Moshui Lake in Wuhan [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2007, (3):346-351.
[21] 桑穩(wěn)姣,程建軍.墨水湖底泥重金屬污染現(xiàn)狀與評價研究 [J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2008,(3):469-472. Sang W J, Cheng J J. Assessment on pollution status of heavy metal in sedinent of Moshui Lake in Wuhan [J]. Journal of Anhui Agricultural University, 2008,(3):469-472.
[22] Muller G. Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River [J]. GeoJournal, 1969,2(3):109-118.
[23] Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control.a sedimentological approach [J]. Water Research, 1980.
[24] 成杭新,李 括,李 敏,等.中國城市土壤化學(xué)元素的背景值與基準值 [J]. 地學(xué)前緣, 2014,21(3):265-306. Cheng H X, LI K, LI M, et al. Ceochemical background and baseline value of chemical elements in urban soil in China [J]. Earth Science Frontiers, 2014,21(3):265-306.
[25] Cheng H, Li M, Zhao C, et al. Concentrations of toxic metals and ecological risk assessment for sediments of major freshwater lakes in China [J]. Journal of Geochemical Exploration, 2015,157:15-26.
[26] 程志中,謝學(xué)錦,潘含江,等.中國南方地區(qū)水系沉積物中元素豐度 [J]. 地學(xué)前緣, 2011,18(5):289-295. Cheng Z Z, Xie X J, Pan H J, et al. Abundance of elements in stream sediment in South China [J]. Earth Science Frontiers, 2011,18(5):289- 295.
[27] 王 健,張靖天,昝逢宇,等.中國東部淺水湖泊沉積物總氮總磷基準閾值研究 [J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2014,23(6):992-999. Wang J, Zhang J T, Zan F Y, Xi B D, et al. Study on sediment TN and TP criteria in eastern shallow lakes, China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014,23(6):992-999.
[28] 盧少勇,許夢爽,金相燦,等.長壽湖表層沉積物氮磷和有機質(zhì)污染特征及評價 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2012,33(2):393-398. Lu S Y, Xu M S, Jin X C, et al. Pollution characteristics and evaluation of nitrogen, phosphorus and organic matter in surface sediments of Lake Changshouhu in Chongging, China [J]. Environmental Science, 2012,33(2):393-398.
[29] 魏明蓉,姜應(yīng)和,張 華,等.南湖表層沉積物中有機質(zhì)·氮和磷的污染現(xiàn)狀與評價 [J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010,38(4):2004-2005,2024. Wei M R, Jiang Y H, Zhang H, et al. Pollution status and evaluation of organic matter, nitrogen and phosphorus in surface sediment of nanhu lake [J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2010,38(4): 2004- 2005,2024.
[30] 余 輝,張文斌,盧少勇,等.洪澤湖表層底質(zhì)營養(yǎng)鹽的形態(tài)分布特征與評價 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2010,31(4):961-968. Yu H, Zhang W B, Lu S Y, et al. Spatial distribution characteristics of surface sediments nutrients in Lake Hongze and their pollution status evaluation [J].Environmental Science, 2010,31(4):961-968.
[31] 丁建華,王翠紅,周新春,等.晉陽湖底泥中氮磷特征的初步研究 [J]. 安全與環(huán)境學(xué)報, 2008,(3):14-17. Ding J H, Wang C H, Zhou X C, et al. On the characteristics of nitrogen and phosphorus in the sediments of Jinyang Lake [J].Journal of Safety and Environment, 2008,(3):14-17.
[32] 王永華,劉振宇,劉 偉,等.巢湖合肥區(qū)底泥污染物分布評價與相關(guān)特征研究 [J]. 北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2003,(4):501-506. Wang Y H, Liu Z Y, Liu W, et al. Distribution and correlation characteristics between pollutants in sediment in Chaohu Lake, China [J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2003(4): 501-506.
[33] 袁和忠,沈 吉,劉恩峰,等.太湖水體及表層沉積物磷空間分布特征及差異性分析 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2010,31(4):954-960. Yuan H Z, Shen J, Liu E F, et al. Space distribution characteristics and diversity analysis of phosphorus from overlying water and surface sediments in Taihu Lake. [J]. Environmental Science, 2010, 31(4):954-960.
[34] 徐 清,劉曉端,王輝鋒,等.密云水庫沉積物內(nèi)源磷負荷的研究 [J]. 中國科學(xué)(D輯:地球科學(xué)), 2005,(S1):281-287. Xu Q, Liu X D, Wang H F, et al. Study on endogenous phosphorus load in sediments of Miyun Reservoir [J]. Scientia Sinica (Terrae), 2005,(S1):281-287.
[35] 蘇德純,胡育峰,宋崇渭,等.官廳水庫壩前疏浚底泥的理化特征和土地利用研究 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2007,(6):1319-1323. Su D C, Hu Y F, Song C W, et al. Physicochemical properties of Guanting Reservoir sediment and its land application [J]. Environmental Science, 2007,(6):1319-1323.
[36] 吳光紅,曹珊珊,于雅琴,等.天津典型水環(huán)境表層沉積物中營養(yǎng)鹽含量及動態(tài)特征 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2009,30(3):726-732.Wu G H, Cao S S, Yu Y Q, et al. Distribution and enrichment of nutrients in superficial sediment in Tianjin typical waters [J]. Environmental Science, 2009,30(3):726-732.
[37] 陳 芳,夏卓英,宋春雷,等.湖北省若干淺水湖泊沉積物有機質(zhì)與富營養(yǎng)化的關(guān)系 [J]. 水生生物學(xué)報, 2007,(4):467-472. Chen F, Xia Z Y, Song C L, et al. Relationships between organic matter in sediments and internainutrient loadings in shallow lakes in Hubei province of China [J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2007,(4): 467-472.
[38] 高澤晉,孟 鑫,張 洪,等.梁子湖沉積物營養(yǎng)鹽的空間分布特征及其污染評價 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2016,36(7):2382-2388. Gao Z J, Meng X, Zhang H, et al. Spatial distribution and pollution evaluation of nutrients in the sediments of Liangzi Lake [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2016,36(7):2382-2388.
[39] 何 軍,李福林,陶 良,等.典型內(nèi)陸湖泊沉積物氮、磷和重金屬分布特征及生態(tài)風(fēng)險評價——以武漢市武湖為例 [J]. 中國地質(zhì)調(diào)查, 2022,9(2):110-118. He J, Li F L, Tao L, et al. Distribution characteristics and ecological risk assessment of nitrogen, phosphorus and heavy metals in sediments of typical inland lakes:A case study of Wuhu lake in Wuhan [J]. Geological Survey of China, 2022,9(2):110-118.
[40] 袁賽波,趙彬潔,王紅麗,等.湯遜湖沉積物營養(yǎng)鹽污染特征評價及治理策略 [J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2022,31(12):2729-2742. Yuan S B, Zhao B J, Wang H L, et al. Nutrients pollution characteristic assessment and treatment strategy in sediments of Tangxun Lake [J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2022,31(12):2729- 2742.
[41] 尹 煒,王 超,張 洪.長江流域總磷問題思考 [J]. 人民長江, 2022,53(4):44-52. Yin W, Wang C, Zhang H. Consideration on total phosphorus problem in Yangtze River Basin [J]. Yangtze River, 2022,53(4):44-52.
[42] 王曉鳳,葛紅波.武漢江湖連通的環(huán)境影響淺析——以漢陽六湖連通為例[J].綠色科技, 2014,(2):192-195. Wang X F, Ge H B. Analysis of the environmental impact of Wuhan river-lake connection-Taking six lakes connection in Hanyang as an example [J]. Journal of Green Science and Technology, 2014(2): 192-195.
[43] 胡元平,劉 力,李 朋,等.武漢市典型湖泊生態(tài)地質(zhì)環(huán)境與演化 [M]. 武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社, 2022. Hu Y P, Liu L, Li P, et al. Eco-geological environment and evolution of typical lakes in Wuhan [M]. Wuhan: China University of Geosciences Press, 2022.
[44] 李星諭,李 朋,蘇業(yè)旺,等.湯遜湖表層沉積物重金屬污染與潛在生態(tài)風(fēng)險評價 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2022,43(2):859-866. Li X Y, L P, Su Y W, et al. Sediments of Tangxun Lake pollution and Potential Ecological Risk Assessment of Heavy Metals in Surface [J]. Environmental Science, 2022,43(2):859-866.
[45] 訾鑫源,張 鳴,谷孝鴻,等.洪澤湖圍欄養(yǎng)殖對表層沉積物重金屬含量影響與生態(tài)風(fēng)險評價 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2021,42(11):5355-5363. Zi X Y, Zhang M, Gu X H, et al. Impact of enclosure culture on heavy metal content in surface sediments of Hongze Lake and ecological risk assessment [J]. Environmental Science, 2021,42(11): 5355-5363.
[46] 王琳杰,曾賢剛,段存儒,等.鄱陽湖沉積物重金屬污染影響因素分析——基于STIRPAT模型 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2020,40(8):3683-3692. Wang L J, Zeng X G, Duan C R, et al. Analysis on influencing factors of heavy metal pollution in sediments of Poyang Lake based on STIRPAT Model [J]. China Environmental Science, 2020,40(8):3683- 3692.
[47] 郭西亞,高 敏,張 杰,等.陽澄湖沉積物重金屬空間分布及生物毒害特征 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2019,39(2):802-811. Guo X Y, Gao M, Zhang J, et al. Characteristics of spatial distribution and biological toxicity for heavy metals in sediments of the Yangcheng Lake [J]. China Environmental Science, 2019,39(2):802-811.
[48] 張 杰,郭西亞,曾 野,等.太湖流域河流沉積物重金屬分布及污染評估 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2019,40(5):2202-2210. Zhang J, Guo X Y, Zeng Y, et al. Spatial distribution and pollution sediments from Lake Taihu Basin assessment of heavy metals in river. [J]. Environmental Science, 2019,40(5):2202-2210.
[49] Duzgoren-Aydin N S. Sources and characteristics of lead pollution in the urban environment of Guangzhou [J]. Science of the Total Environment, 2007,385(1-3):182-195.
[50] 唐陣武.長江水系武漢段典型有毒物污染特征及生態(tài)風(fēng)險 [D]. 北京:北京師范大學(xué), 2007. Tang Z W. Pollution characteristics and ecological risk of typical toxicants in Wuhan section of the Yangtze River [D]. Beijing: Beijing Normal University, 2007.
Ecological risk assessment of heavy metals in sediments of Longyang Lake and Moshui Lake in Wuhan.
ZHOU Feng1,2*, LI Peng1,3, WENG Mao-zhi1,2, XING Xin-li3, LIU Li1,2, ZHANG Ya1,2, ZHU Xian-ting1,2, LUO Hong1,2
(1.Hubei Geological Survey, Wuhan 430034, China;2.Hubei Key Laboratory of Resources and Eco-environment Geology (Hubei Geological Bureau) Wuhan, Hubei 430074;3.School of Environmental Studies, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China)., 2023,43(10):5433~5443
In order to assess the current status of the ecological environment of urban lake wetlands, the present study employs various methods, including mathematical statistics, ground accumulation index, and potential ecological risk index. These methods are used to evaluate the enrichment levels, spatial distributions, and ecological risks of nitrogen, phosphorus, and heavy metal elements in the surface sediments of Longyang Lake and Moshui Lake, located in Wuhan, China. The results indicate that the surface sediment samples from Longyang Lake have total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) contents ranging from 265.03to 729.68mg/kg and 888.64 to 1694.86mg/kg, respectively. On the other hand, Moshui Lake samples have TN and TP contents ranging from 306.14 to 857.27mg/kg and 671.48 to 2674.39mg/kg, respectively. Thus, Moshui Lake exhibits higher pollution levels compared to Longyang Lake. Moreover, when compared to typical lakes in other domestic cities, both Longyang Lake and Moshui Lake exhibit low TN and high TP contents in their sediments. The concentrations of As, Cd, Cr, Cu, Pb, and Zn in Longyang Lake are 14.27mg/kg, 0.58mg/kg, 59.20mg/kg, 55.61mg/kg, 33.20mg/kg, and 176.94mg/kg, respectively. In Moshui Lake, the concentrations of these elements are 19.26mg/kg, 0.62mg/kg, 85.53mg/kg, 53.67mg/kg, 41.69mg/kg, and 266.64mg/kg, respectively. Additionally, the average concentration of heavy metal elements in the surface sediments, except for Cr, exceeds the background levels of soil in Wuhan. Moreover, the Cd content in Longyang Lake and Moshui Lake are significantly higher than the background values, being 4.83 and 5.17times greater, respectively. Comparing the current conditions with those from 20 years ago, it is evident that the content of heavy metal elements (except Cd) in Moshui Lake's sediments has decreased. This suggests that efforts to clean the lake's mud have improved the sediment conditions, although pollution has not been completely eliminated. The accumulated index indicates that the Cd level in both lakes is in a roughly moderate polluted state, while Cu, Pb, Zn, and As are generally in a mildly polluted state, and Cr is in a clean state. The potential ecological risk index suggests that the overall potential ecological risk is at a low to medium level, but the Cd content in both lakes poses a moderate to severe risk. The study area's heavy metal elemental pollutants may be sourced from a combination of fluxes, including early industrial discharge, fishery farming, animal feces, and emissions from human domestic sewage.
lake sediment;heavy metal elements;ecological risk assessment;Longyang Lake;Moshui Lake
X524
A
1000-6923(2023)10-5433-11
2023-02-27
武漢市多要素城市地質(zhì)調(diào)查示范項目(WHDYS-2021-007)
* 責(zé)任作者, 工程師, 864784261@qq.com
周 峰(1991-),男,湖北武漢人,工程師,碩士,主要從事生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查及研究.發(fā)表論文10余篇.864784261@qq.com.
周 峰,李 朋,翁茂芝,等.武漢龍陽湖、墨水湖沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險評價 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2023,43(10):5433-5443.
Zhou F, Li P, Weng M Z, et al. Ecological risk assessment of heavy metals in sediments of Longyang Lake and Moshui Lake in Wuhan [J]. China Environmental Science, 2023,43(10):5433-5443.