金沙江上游底泥重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

趙祖軍

(云南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，云南昆明650034)

金沙江是長(zhǎng)江的上游河段，其主源沱沱河發(fā)源于青藏高原唐古拉山脈主峰格拉丹東雪山的西南側(cè)。沱沱河由南向北出唐古拉山后折向東流，從右岸匯入當(dāng)曲后稱通天河。通天河流至青海玉樹附近匯入巴塘河后稱金沙江，其中玉樹 (巴塘河口)至石鼓為金沙江上游河段。本次調(diào)查區(qū)域?yàn)榻鹕辰嗪Ｓ駱涞陌吞梁雍涌谥猎颇系蠎c的奔子欄河段，河段長(zhǎng)約772km，天然落差1516m，河道平均坡降1.96‰。金沙江干流是我國(guó)水能資源最富集的河流，是我國(guó)能源規(guī)劃戰(zhàn)略布局的一大水電基地。調(diào)查和了解該區(qū)域重金屬的總體水平及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)該地水電資源的開(kāi)發(fā)和布局具有重要意義。

進(jìn)入水環(huán)境中的重金屬大部分會(huì)迅速轉(zhuǎn)移到懸浮物和沉積物中，并在沉積物中大量富集，沉積物中重金屬的含量可以反映河流重金屬的污染狀況［1，2］。因而在本文的研究中，以金沙江上游的底泥為研究對(duì)象，采用地質(zhì)累積指數(shù)法［3～6］和潛在生態(tài)危害指數(shù)法［7～9］，對(duì)金沙江上游河段表層底泥重金屬污染特征進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)，旨在為該地的水資源的污染防治和開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

在枯水期選擇金沙江上游河段極具代表性的監(jiān)測(cè)斷面4處:臧曲河斷面、奔子欄斷面、相古斷面和河坡斷面，用不銹鋼泥斗，采集表層0～30cm沉積物泥樣。將采集樣品分別裝入聚乙烯塑料袋中，封口后帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

1.2 樣品處理及測(cè)定

沉積物樣品自然風(fēng)干，去掉雜物及石塊后，將各監(jiān)測(cè)斷面的樣品混合，得各監(jiān)測(cè)斷面的混合樣品。用瑪瑙研缽將樣品研磨過(guò)100目篩后，采用四分法取樣得待測(cè)樣品，將樣品裝入聚乙烯樣品袋中儲(chǔ)存?zhèn)溆?。樣品送至云南省環(huán)境檢測(cè)中心進(jìn)行分析檢測(cè)，測(cè)試樣品中 Cr、Pb、Zn、As、Hg、Cu和Cd的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬的含量特征

金沙江上游段底泥重金屬的平均含量見(jiàn)表1。從表1中可以看出，4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面底泥中Cd含量均高于土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (GB15618－1995)［10］三級(jí)標(biāo)準(zhǔn) (Cd≤1.0mg/kg);Cr、Zn、Hg和Cu的含量符合國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn) (Cr≤90mg/kg，Zn≤100mg/kg，Hg≤0.15mg/kg，Cu≤35mg/kg);Pb符合國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn) (Pb≤250mg/kg);對(duì)于元素As而言，奔子欄符合國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn) (As≤30mg/kg)，河坡符合國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn) (As≤40mg/kg)，而臧曲河和相古高于國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn) (As≤40mg/kg)。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［10］，金沙江上游水體底泥應(yīng)滿足一類土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。參照此標(biāo)準(zhǔn)可知，除Cr、Zn、Hg和Cu外，其他重金屬均有一定程度的富集，主要為Cd，臧曲河、奔子欄、相古和河坡底泥中的Cd平均含量依次為一類標(biāo)準(zhǔn) (Cd≤0.2mg/kg)的15.15、11.85、12.3和10倍。其次為As，各采樣點(diǎn)的As平均含量依次為一類標(biāo)準(zhǔn) (As≤15mg/kg)的2.668(臧曲河)、1.637(奔子欄)、4.261(相古)和1.935倍 (河坡)。此外，Pb在底泥中也有一定程度的積累，各采樣點(diǎn)底泥中的含量依次為 61.84(臧曲河)、62.57(奔子欄)、49.37(相古)和40.54mg/kg(河坡)，略高于一類標(biāo)準(zhǔn) (Pb≤35mg/kg)但遠(yuǎn)低于二類土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (Pb≤≤300mg/kg)。

2.2 重金屬污染評(píng)價(jià)

表1 各采樣點(diǎn)底泥重金屬平均含量 (mg/kg)

2.2.1 基于地質(zhì)累積指數(shù) (Igeo)的污染評(píng)價(jià)

地質(zhì)累積指數(shù) (Igeo)一般用來(lái)反映底泥中重金屬的富集程度，根據(jù)已有的研究資料，將Igeo劃分為7級(jí) (表2)［3］。其計(jì)算公式為:

式中，Cn為重金屬元素在底泥中的總含量;Bn為重金屬元素的環(huán)境背景值，根據(jù)調(diào)查區(qū)域的實(shí)際情況，選擇土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一類標(biāo)準(zhǔn)作為Bn值，A 為常數(shù)，通常取值為 1.5［4～6，11］。

根據(jù)公式 (1)計(jì)算得各采樣點(diǎn)底泥中重金屬的地質(zhì)累積指數(shù)，見(jiàn)表3。從表3中可以看出，上述采樣點(diǎn)底泥中的Cr、Zn、Hg、Cu以及相古和河坡底泥中的Pb沒(méi)有富集 (Igeo≤0)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何危害。臧曲河和奔子欄底泥中Pb和As，以及河坡底泥中的As有了一定程度的富集 (0＜Igeo＜1)，按照污染等級(jí)分類為Ⅱ級(jí) (表2)。相古底泥中As富集程度較高 (1≤Igeo＜2)，屬于中度富集，會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定程度的影響。4個(gè)采樣點(diǎn)底泥中Cd的富集程度均較高，臧曲河、奔子欄和相古底泥中的Cd為Ⅳ級(jí)富集，河坡為Ⅴ級(jí)，因而對(duì)于底泥中的Cd元素應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注。

2.2.2 基于潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) (RI)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)［7］可以按式 (2) ～式 (4)計(jì)算:

表2 地累積指數(shù)與污染分級(jí)

表3 各采樣點(diǎn)底泥重金屬地質(zhì)累積指數(shù) (Igeo)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) (RI)

表4 潛在生態(tài)危害系數(shù) ()和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) (RI)分級(jí)

表4 潛在生態(tài)危害系數(shù) ()和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) (RI)分級(jí)

按照潛在生態(tài)指數(shù)法計(jì)算出金沙江上游底泥中7種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù) ()及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) (RI)見(jiàn)表5。各采樣點(diǎn)底泥中的Cr、Pb、Zn、Hg和 Cu對(duì)環(huán)境均無(wú)危害 (＜40);臧曲河、奔子欄和河坡底泥中的As對(duì)環(huán)境無(wú)危害，而相古底泥中的As對(duì)環(huán)境有輕微的危害 (40≤＜80);對(duì)環(huán)境危害最大的為Cd元素，各采樣點(diǎn)底泥中的Cd均對(duì)環(huán)境有極強(qiáng)的危害。

通過(guò)各采樣點(diǎn)的RI值可以看出 (表3)，各采樣點(diǎn)底泥中的重金屬對(duì)環(huán)境的潛在危害很大 (300≤RI＜600)。比較不同采樣點(diǎn)的RI值 (表3)可以看出，臧曲河采樣點(diǎn)的RI最大 (RI=507.06)，其次為相古 (RI=431.11)，第三為奔子欄 (RI=391.82)，RI值最小的為河坡 (RI=336.28)。上述RI值的比較說(shuō)明，各采樣點(diǎn)底泥中重金屬對(duì)環(huán)境的危害程度從大到小依次為:臧曲河＞相古＞奔子欄＞河坡。

比較不同重金屬對(duì)RI值的貢獻(xiàn)率可知 (表5)，底泥中的 Cd對(duì) RI值的貢獻(xiàn)最大，分別為89.63%(臧曲河)、90.73%(奔子欄)、85.60%(相古)和89.22%(河坡)。重金屬Cd是底泥對(duì)環(huán)境造成危害的主要原因，是污染防治的重點(diǎn)對(duì)象。另外As元素對(duì)RI值也有較高的貢獻(xiàn)，尤其是相古，其中As元素對(duì)RI值的貢獻(xiàn)高達(dá)9.88%;其次為河坡，對(duì)RI值的貢獻(xiàn)率為5.75%;臧曲河和相古底泥中As對(duì)RI值的貢獻(xiàn)率依次為5.29%和4.18%。因而，對(duì)于底泥中的As元素也應(yīng)予以相當(dāng)?shù)年P(guān)注。

表5 各重金屬值對(duì)RI值的貢獻(xiàn)率 (%)

表5 各重金屬值對(duì)RI值的貢獻(xiàn)率 (%)

2.2.3 二種評(píng)價(jià)方法的比較

二種評(píng)價(jià)方法得出的結(jié)果見(jiàn)表3。在采用二種評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)4種底泥中Cr、Zn、Hg和Cu對(duì)環(huán)境的危害程度時(shí)，均得出上述4種金屬對(duì)環(huán)境無(wú)危害的結(jié)論。但是在評(píng)價(jià)Pb、As和Cd三種元素對(duì)環(huán)境的危害時(shí)，二種評(píng)價(jià)方法得出的結(jié)論有一定的差異。在采用地質(zhì)累積指數(shù)方法 (Igeo)評(píng)價(jià)臧曲河和奔子欄底泥中Pb元素對(duì)環(huán)境的危害程度時(shí)，得出了對(duì)環(huán)境有輕微危害的結(jié)論;而采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法 (RI)得出了無(wú)危害的結(jié)論。同樣，在評(píng)價(jià)As對(duì)環(huán)境的危害程度時(shí)，采用RI方法評(píng)價(jià)臧曲河、奔子欄和相古底泥時(shí)均得出了無(wú)危害的結(jié)論;但采用Igeo方法時(shí)得出了有輕微污染的結(jié)論。二種評(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)相古底泥的Cd元素對(duì)環(huán)境的危害程度時(shí)得出的結(jié)論差別較大，采用Igeo得出了中度污染的結(jié)論，而采用RI得出了重度污染的結(jié)論。造成這種差別的主要原因是:地質(zhì)累積指數(shù)方法 (Igeo)主要考慮的是單一重金屬在環(huán)境中的富集程度，而不考慮該種重金屬的環(huán)境毒性;而潛在態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法 (RI)在考慮單一重金屬對(duì)環(huán)境危害的同時(shí)，也考慮到了多種重金屬對(duì)環(huán)境的污染。二種評(píng)價(jià)方法的著眼點(diǎn)有一定的差異，因而造成了評(píng)價(jià)結(jié)論的細(xì)微差別［13］。但二種定量指標(biāo)對(duì)底泥中重金屬污染的總體趨勢(shì)反應(yīng)基本一致，二種方法結(jié)合使用可以達(dá)到相互補(bǔ)充的效果。

3 結(jié)論

(1)金沙江上游底泥中均受到不同程度的重金屬污染，特別是Cd，所有采樣點(diǎn)底泥中Cd的含量均超過(guò)GB15618－1995三級(jí)標(biāo)準(zhǔn);臧曲河和相古底泥中As含量高于三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，河坡底泥中的As符合三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，奔子欄底泥中As含量符合二級(jí)標(biāo)準(zhǔn);4個(gè)采樣點(diǎn)底泥中的Pb含量均符合二級(jí)標(biāo)準(zhǔn);各采樣點(diǎn)底泥中Cr、Zn、Hg和Cu 4種金屬元素的含量均符合國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)對(duì)底泥中重金屬的富集程度 (Igeo)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，4種底泥中富集程度最大的元素為Cd，其次為As。除此之外，臧曲河和奔子欄底泥中的Pb也有一定程度的富集，但富集程度不大。

(3)對(duì)底泥中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) (RI)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，底泥中Cd的潛在危害指數(shù)遠(yuǎn)大于其他金屬，具有極強(qiáng)的生態(tài)危害性。Cd是導(dǎo)致金沙江上游底泥中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加的主要原因。不同底泥的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)依次為:臧曲河＞相古＞奔子欄＞河坡。

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