應(yīng)用潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價滇池沉積物中的重金屬污染

張海珍

(西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明650224)

應(yīng)用潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價滇池沉積物中的重金屬污染

張海珍

(西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明650224)

測定了滇池8個斷面表層沉積物中重金屬(Cu、Zn、Pb及Cd)，結(jié)果表明，除Cd外，Cu、Zn及Pb在沉積物中的含量較高，這幾種元素的含量順序為Zn＞Cu＞Pb＞Cd。同時采用Hakanson指數(shù)法評價了沉積物中重金屬生態(tài)風(fēng)險，結(jié)果顯示:滇池表層沉積物中重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險整體表現(xiàn)為輕微。其中海口西和觀音山東斷面總的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)最高。對于暉灣、觀音山西、白漁口及?？谖鲾嗝妫珻u表現(xiàn)為首要的潛在生態(tài)風(fēng)險因子;對于羅家營、觀音山中及滇池南斷面，Pb表現(xiàn)為首要的潛在生態(tài)風(fēng)險因子;對于觀音山東斷面，Cd表現(xiàn)為首要潛在生態(tài)風(fēng)險因子。

滇池;沉積物;重金屬;生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法

水環(huán)境污染物中的重金屬主要是指 Hg、Cd、Cr、As以及Cu、Zn、Ni、Co、Sn 等，其中以前四個元素毒性最大。沉積物作為重金屬的蓄積庫，能吸附排入到湖泊中的重金屬，這在一定程度上凈化了上覆水體。然而，當上覆水體的環(huán)境條件改變時，就會破壞沉積物——水界面的平衡，沉積物中的重金屬可重新釋放，造成水體的“二次污染”［1］。對沉積物中重金屬的評價方法有很多，如Muller的地積累指數(shù)［2］;Tomlison的污染負荷法［3］;Hilton的回歸過量分析法［4］;賈振邦的模糊集理論［5］和臉譜圖法［6］等。但在不同的環(huán)境條件下，根據(jù)研究的目的應(yīng)使用不同的評價方法。而 Hakanson生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法［7］綜合考慮了重金屬的毒性、重金屬在沉積物中普遍的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和評價區(qū)域?qū)χ亟饘傥廴镜拿舾行?，以及重金屬區(qū)域背景值的差異，消除了區(qū)域差異和異源污染的影響，可以綜合反映沉積物中重金屬對生態(tài)環(huán)境的影響潛力，許多學(xué)者和專家利用該方法對不同地區(qū)的沉積物重金屬污染進行了評價［8－11］。

滇池位于東經(jīng) 102°02′～ 102°47′，北緯度 24°40′～ 25°02′，海拔1 888.5 m，湖體為南北分布，略呈弓形，弓背向東，北部有一天然湖堤將其分隔為南北兩水區(qū)，中間有一船道相通。北區(qū)為內(nèi)湖，稱草海，面積 7.5 km2，湖容 0.188億 m3。南區(qū)為滇池主體，稱外湖，面積為287.1 km2，湖容約13.6億m3，處在昆明城市的下游。滇池周圍有20余條河流進入滇池，其中污染較重的是城市排污入湖河道，進入草海的有5條，進入外滇池的有4條。入湖河道接納的城市污水主要分為兩大類，即生活污水和工業(yè)廢水。因此，滇池對昆明市乃至周邊地區(qū)的發(fā)展有著重大影響。但目前國內(nèi)外對滇池的研究主要集中于滇池富營養(yǎng)化，滇池面源污染及藻類等方面，對滇池沉積物中重金屬污染狀況的研究較少。因此本研究以滇池國家監(jiān)控的8個斷面(分別為暉灣、羅家營、觀音山西、觀音山中、觀音山東、白漁口、?？谖骷暗岢啬?的沉積物為研究對象(斷面位置見圖1)，對其中的重金屬元素(Cu、Pb、Cd、Zn)的分布狀況及富集特征進行了研究，并用 Hakanson指數(shù)法對沉積物的污染程度進行評價，旨在為滇池水環(huán)境質(zhì)量的綜合評價及污染治理提供科學(xué)的依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 樣品的采集與處理

2010年12月，在滇池上設(shè)置8個采樣斷面，在每個采樣斷面設(shè)置3～5個采樣點，用 PSC－200底泥采樣器(江蘇常州普森電子儀器廠)采集沉積物樣品每個斷面各采樣點表層(0～20 cm)的沉積物樣品1～2 kg，混合均勻后作為該斷面的試驗樣品。樣品采集后立即送回實驗室，采用自然風(fēng)干的方法對沉積物樣品進行脫水，將干燥后的沉積物樣品壓碎，剔除雜質(zhì)(礫石及動、植物殘體等)，再用瑪瑙研缽將其研磨后，通過100目尼龍篩。

1.2 沉積物中重金屬的分析測試

稱取各斷面沉積物樣品0.1 g于50 ml高型硬質(zhì)玻璃燒杯中，加少許蒸餾水潤濕，加王水15 ml，同時做試劑空白。在電熱板上加熱微沸(140℃ ～160℃)，至有機物劇烈反應(yīng)后，加高氯酸5 ml，繼續(xù)加熱至冒白煙，強火加熱至土樣呈灰白，小心趕去高氯酸(若出現(xiàn)棕色燒結(jié)干塊，則繼續(xù)加入少許王水，加熱至灰白色)。取下樣品，用15 ml 1%的硝酸加熱溶解，以中速定量濾紙過濾于50 ml容量瓶中，用少量水沖洗殘渣，將溶液定容至50 ml刻度。分別在WFX－130A原子吸收分光光度計(北京瑞利分析儀器公司)上測定Cu、Pb、Cd、Zn元素的質(zhì)量濃度。

1.3 質(zhì)量控制

本試驗所有樣本瓶和聚乙烯、玻璃器皿事先均用1:1硝酸浸泡、洗滌、烘干。在測定過程中進行了重復(fù)樣及標樣分析，以確保實驗數(shù)據(jù)的可靠性。分析試劑除各種酸為優(yōu)級純外，其他均為分析純。水為二次去離子水。

1.4 沉積物潛在生態(tài)風(fēng)險評價

沉積物生態(tài)風(fēng)險采用生態(tài)危害指數(shù)法(RI)進行評價:

表1 斷面的位置和名稱

表2 重金屬的背景參照值和毒性系數(shù)［12］

表3 重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)(Eri)，潛在生態(tài)危險指數(shù)(RI)與污染程度［13］

2 結(jié)果與討論

2.1 沉積物中重金屬的含量分布及富集特征

滇池各斷面沉積物中重金屬的含量見表4。

表4 滇池沉積物中重金屬含量

從表4可知8個斷面的Cu含量大小依次為:?？谖?380.02 mg/kg)＞白漁口(121.96 mg/kg)＞暉灣(112.00 mg/kg)＞羅家營(106.58 mg/kg)＞觀音山東(92.56 mg/kg)＞滇池南(92.47 mg/kg)＞觀音山西(86.06 mg/kg)＞觀音山中(65.72 mg/kg)。Zn含量大小順序為:觀音山西(244.31 mg/kg)＞?？谖?216.75 mg/kg)＞羅家營(183.45 mg/kg)＞暉灣(178.79 mg/kg)＞白漁口(143.08 mg/kg)＞觀音山中(133.47 mg/kg)＞滇池南(120.26 mg/kg)＞觀音山東(116.36 mg/kg)。Pb含量大小依次為:觀音山中(112.54 mg/kg)＞觀音山東(104.10 mg/kg)＞羅家營(100.76 mg/kg)＞滇池南(98.52 mg/kg)＞白漁口(94.67 mg/kg)＞?？谖?87.92 mg/kg)＞觀音山西(66.98 mg/kg)＞暉灣(10.65 mg/kg)。而8個斷面的Cd除了在觀音山東斷面檢測到0.66 mg/kg的含量外，其余的斷面均未檢測到。此外除觀音山中和白漁口斷面外，其余6個斷面沉積物中各重金屬污染物的含量從高到低依次為:Zn＞Cu＞Pb＞Cd。這與李仁英等［14］對盤龍江口滇池沉積物中重金屬的分布一致。而且由于滇池流域分布的母巖多為石灰?guī)r、頁巖、玄武巖和古紅壤，因此，這也是造成表層沉積物中 Zn＞Cu＞Pb＞Cd的原因［9］。從多金屬量加和來看，8個斷面大小依次為:?？谖鳎居^音山西＞羅家營＞白漁口＞觀音山東＞觀音山中＞滇池南＞暉灣，說明?？谖鲾嗝婧陀^音山西斷面受重金屬污染的程度較大、暉灣斷面最小。表層沉積物中較高的重金屬含量主要與改革開放初期湖區(qū)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展使排入湖泊的廢水量猛增等原因有關(guān)［14，15］。

2.2 潛在風(fēng)險評價結(jié)果

監(jiān)測數(shù)據(jù)的Eri、RI統(tǒng)計分析結(jié)果見表5，所有監(jiān)測斷面表層沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI值遠低于150，說明滇池表層沉積物中重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險整體表現(xiàn)為輕微，即沉積物中重金屬的生態(tài)危害效應(yīng)較小。但在不同的斷面，潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI具有差異性。在海口西和觀音山東斷面總的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)最高，分別為83.63和77.30;其余斷面的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù) RI介于26.24～41.12。說明了匯入滇池的支流(如盤龍江等)的輸入對近岸沉積物中重金屬的含量有一定影響。沉積物中單個重金屬潛在風(fēng)險因子除?？谖鲾嗝娴腃u為63.34外，其余斷面均低于40，說明單因子污染物生態(tài)危害程度輕微。4種重金屬元素對暉灣、觀音山西、白漁口及海口西斷面潛在生態(tài)綜合危害的大小貢獻順序為:Cu＞Pb＞Zn＞Cd。Cu的值對RI值的權(quán)重貢獻最大，即Cu表現(xiàn)為首要的潛在生態(tài)風(fēng)險因子。而對羅家營、觀音山中及滇池南斷面潛在生態(tài)綜合危害的大小貢獻順序為:Pb＞Cu＞Zn＞Cd。Pb的值對RI值的權(quán)重貢獻最大，即Pb表現(xiàn)為首要的潛在生態(tài)風(fēng)險因子。但是對于觀音山東斷面，Cd的Eri值最高，因此Cd為該斷面的首要潛在生態(tài)風(fēng)險因子。由于該斷面主要有盤龍江等幾個支流匯入，而李仁英等［14］通過對盤龍江表層沉積物重金屬的研究發(fā)現(xiàn)Cd污染最重，這和我們的研究一致。而且認為昆明紡織廠、云南毛巾廠和云南紡織廠等紡織印染企業(yè)是盤龍江流域中重金屬 Cd 重要來源［14，16］。

表5 沉積物中重金屬元素的潛在生態(tài)危害系數(shù)(Eri)和危害指數(shù)(RI)

3 結(jié)論

1)滇池沉積物中重金屬含量從高到低依次為:Zn＞Cu＞Pb＞Cd;從多金屬量加和來看，8個斷面大小依次為:海口西＞觀音山西＞羅家營＞白漁口＞觀音山東＞觀音山中＞滇池南＞暉灣。

2)從重金屬單因子污染物分析，對于暉灣、觀音山西、白漁口及?？谖鲾嗝?，Cu表現(xiàn)為首要的潛在生態(tài)風(fēng)險因子;對于羅家營、觀音山中及滇池南斷面，Pb表現(xiàn)為首要的潛在生態(tài)風(fēng)險因子;對于觀音山東斷面，Cd表現(xiàn)為首要潛在生態(tài)風(fēng)險因子。

3)從重金屬總的潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果顯示，滇池表層沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險整體表現(xiàn)為輕微。

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Application of the Potential Ecological Risk Index to Evaluate Heavy Metals Pollution in Dianchi Lake

ZHANG Hai－zhen
(Environment science and Engineering School，Southwest Forestry University Kunming 650224，Yunnan)

Determination of heavy metals(Cu，of Zn，Pb and Cd)of the surface sediments on the eight sections of Dianchi Lake，the results show，in addition to Cd，Cu，Zn and Pb in sediments with higher levels of content，the order of several elements is Zn＞ Cu＞ Pb＞ Cd.Meanwhile，it takes the Hakanson index method to evaluate the heavy metals ecological risk in the sediments，its results show that:the overall performance of the potential ecological risk of heavy metals in the surface sediments in Dianchi Lake is as mild.The overall heavy metal potential ecological risk index in the section of Haikou West and the Buddha Mountain east is highest.For Hui Wan，Buddha Mountain west，Baiyu port and Haikou West sections，Cu represents the most important and potential ecological risk factor.For Luojiaying，Buddha Mountain and Dianchi South sections，Pb represents the most important and potential ecological factor.For Buddha Mountain section，Cd represents the first important and potential ecological risk factor.

Dianchi;Sediments;heavy metal and the ecological risk index

X131.2

A

1004－1184(2012)03－0099－03

2012－01－09

［項目資助］云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃(2011FZ135);云南省教育廳科學(xué)研究基金(2011Y269)

張海珍(1975－)，女，山西陽泉人，博士，講師，主要從事環(huán)境化學(xué)和環(huán)境毒理學(xué)的研究。