淀山湖沉積物的污染特征及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

韓秀梅，馬 超，鄭 容，高效江

復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，上海 200433

淀山湖位于上海西郊，蘇、浙、滬3地的交界處，主要接受太湖流域上游來(lái)水，具有提供水源、調(diào)節(jié)徑流、農(nóng)田灌溉、水上航運(yùn)、養(yǎng)殖以及風(fēng)景旅游等功能。隨著太湖流域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，淀山湖的水環(huán)境質(zhì)量面臨巨大的威脅［1］。近年來(lái)太湖流域湖泊和河流沉積物中磷、重金屬、多環(huán)芳烴、有機(jī)氯農(nóng)藥等典型污染物日益受到關(guān)注［2-5］。在淀山湖沉積物的研究方面，關(guān)于水體沉積物中重金屬的分布特征已有報(bào)道［5-6］，而對(duì)于沉積物中磷的形態(tài)特征以及有機(jī)污染化合物方面的研究還有欠缺。因此，該研究系統(tǒng)分析了淀山湖表層沉積物中磷和重金屬的含量及其形態(tài)特征，測(cè)定了多環(huán)芳烴(PAHs)和有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)含量水平，探討了沉積物中這些主要污染物的風(fēng)險(xiǎn)水平，為淀山湖的生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品采集與處理

在淀山湖水域選擇3個(gè)代表性點(diǎn)位，用抓斗式采樣器采集表層(約10cm)沉積物樣品。采集后立即用塑料袋密封并帶回實(shí)驗(yàn)室處理。將一定量沉積物樣品在50～60℃溫度下烘干，研磨均勻，過(guò)0.770 mm篩，編號(hào)保存用于污染物分析;其余樣品冷凍(－20℃)密閉保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 沉積物中典型污染物的分析測(cè)定

磷。分別稱(chēng)取一定量的沉積物樣品，采用高氯酸-硫酸消解法測(cè)定總磷(TP)，灼燒法測(cè)定有機(jī)磷(OP)，連續(xù)分級(jí)萃取法提取沉積物中不同形態(tài)的無(wú)機(jī)磷(IP)，包括可交換態(tài)(Exch-P)、鐵鋁結(jié)合態(tài)［(Al+Fe)-P)］、鈣結(jié)合態(tài)(Ca-P)和殘?jiān)鼞B(tài)磷(Re-P)。具體方法見(jiàn)文獻(xiàn)［7］。

重金屬。稱(chēng)取一定量沉積物樣品，采用酸溶(HNO3-HF-HClO4)消解法消解測(cè)量重金屬總量，修正的BCR連續(xù)分布提取法分布提取不同形態(tài)重金屬。測(cè)定采用ICP-AES法。

TOC。稱(chēng)取表層沉積物樣品1 g，用10%的鹽酸浸泡24 h，蒸餾水洗凈至中性。在60℃下烘干，于干燥器中平衡至恒重，取10mg樣品上元素分析儀測(cè)定TOC含量。

PAHs和OCPs。稱(chēng)取沉積物樣品30 g，分別加入PAHs回收率指示物混合標(biāo)樣(萘-d8、二氫苊-d10、菲-d10、菲-d12和苝-d12)，OCPs回收率指示物4，4，-二氯聯(lián)苯和二氯甲烷索氏抽提72 h。提取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，加入正己烷替換溶劑后繼續(xù)濃縮，濃縮液過(guò)硅膠-氧化鋁(體積比為2∶1)層析柱，用70 mL二氯甲烷-正己烷(體積比為3∶7)淋洗。洗脫液濃縮至0.2 mL，加入內(nèi)標(biāo)化合物，分別采用GC-MSD分析PAHs，內(nèi)標(biāo)法GC-ECD分析OCPs。具體方法見(jiàn)文獻(xiàn)［8］。

2 結(jié)果與討論

2.1 磷的污染特征及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

淀山湖表層沉積物中TP含量為1 072～1 229 mg/kg(以干重計(jì)，下同)，平均含量為1 173.5 mg/kg，高于太湖梅梁灣TP含量(280～580 mg/kg)，低于太湖五里湖TP含量(2 700～3 500 mg/kg)［4］，大約為 1997 年淀山湖沉積物中TP含量(510 mg/kg)［9］的2倍。表1顯示了淀山湖沉積物中各形態(tài)磷的含量。

表1 淀山湖沉積物中各形態(tài)磷的含量 mg/kg

如表1所示，淀山湖沉積物TP中81.8%以IP形式存在，而IP中Ca-P含量最高，Exch-P最低。OP含量占18.23%，高于杭州灣、長(zhǎng)江口等濱海地區(qū)(分別為10%、7%)［7］，可能是因?yàn)榈砩胶啾扔跒I海地區(qū)受到的沿岸人類(lèi)活動(dòng)影響更大。

綜合 Emil Rydin，F(xiàn)rancoise等［10-11］對(duì)沉積物中生物可利用磷的估算方法，將 Exch-P、(Al+Fe)-P和60%的OP之和估算為生物可利用磷(BAP)。計(jì)算淀山湖沉積物中 BAP大概為492.29 mg/kg，占TP的42%，這部分磷在一定條件下可重新釋放到水體中被生物利用，進(jìn)而影響水體的富營(yíng)養(yǎng)化。多年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，淀山湖水體處于中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)［1］，且氧化還原電位的降低能導(dǎo)致Fe-P釋放，微生物代謝過(guò)程能引起OP的礦化分解，這些反應(yīng)都可能導(dǎo)致淀山湖水體富營(yíng)養(yǎng)化惡化，所以淀山湖沉積物中高含量的BAP對(duì)淀山湖水體具有較大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 重金屬的污染特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

淀山湖沉積物中重金屬(Cu、Cr、Zn、Pb)平均含量水平分別為 25.5、34.1、244.5、32.2 mg/kg。其中 Cu主要以 Fe/Mn氧化物結(jié)合態(tài)存在(40.75%)，其次是殘?jiān)鼞B(tài)、有機(jī)物及硫化物結(jié)合態(tài);Cr主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在(50%)，而可交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)含量幾乎為0;Zn的各形態(tài)含量相差不大，含量最高的為有機(jī)物及硫化物結(jié)合態(tài)(34.3%)，最低為殘?jiān)鼞B(tài)(18.5%);Pb主要為Fe/Mn氧化物結(jié)合態(tài)(53.1%)，其次是有機(jī)物及硫化物結(jié)合態(tài)，殘?jiān)鼞B(tài)和可交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)含量幾乎為零。

選用瑞典學(xué)者Hakanson于1980年提出的沉積物潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)方法［12］對(duì)沉積物中重金屬進(jìn)行評(píng)價(jià)。單因子指數(shù)和綜合污染指數(shù)計(jì)算公式分別見(jiàn)式(1)、式(2)。

表2 重金屬污染指數(shù)及潛在風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)

從的結(jié)果來(lái)看，4種重金屬的污染程度排序?yàn)?Zn＞Pb＞Cu＞Cr，且均小于3，為中度污染。Cd值為5.55＜8，表明淀山湖沉積物的重金屬總污染程度為低度污染。

2.3 PAHs污染特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

表3顯示了淀山湖沉積物中PAHs的含量及其與風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)低值(ERL)和風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)中值(ERM)的比較。

表3 PAHs含量及其與ERL和ERM的比較

如表 3所示，PAHs總量為 617.1～843.2 ng/g，平均值為730.2 ng/g。與國(guó)內(nèi)其他湖泊河口相比，淀山湖 PAHs總量高于太湖(312 ng/g)［2］、 杭 州 灣 地 區(qū) (7.1 ～226.2 ng/g)［8］，低于淡水沉積物中 PAHs生態(tài)基準(zhǔn)值(4 000 ng/g)［17］，總體處于中等污染水平。16種優(yōu)控PAHs的含量范圍為288.7～451.2 ng/g，平均值為375.1 ng/g。在16種優(yōu)控PAHs中，2～3環(huán)PAHs僅占11.3% ～14.9%，以4環(huán)及以上的母體PAHs為主，說(shuō)明污染來(lái)源主要是不完全燃燒。測(cè)得TOC含量為0.9%～1.1%，低于海洋沉積物質(zhì)量一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(2%)［14］，與莊云龍等［15］測(cè)量數(shù)據(jù)(0.8%)相近。

根據(jù)美國(guó)學(xué)者Long等［16］提出的用于確定海洋與河口沉積物中有機(jī)污染物潛在風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)的ERL值(生物效應(yīng)幾率小于10%)和ERM值(生物效應(yīng)幾率大于50%)評(píng)價(jià)淀山湖沉積物中有機(jī)污染物：當(dāng)污染物含量小于ERL，則產(chǎn)生負(fù)面生態(tài)效應(yīng)的可能性不大;若污染物含量在兩者之間，則具有潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);若污染物含量大于ERM，則可能產(chǎn)生嚴(yán)重的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。評(píng)估結(jié)果表明，淀山湖沉積物中的16種優(yōu)控PAHs及其總量均未超出ERL值，該區(qū)域內(nèi)表層沉積物的PAHs尚未對(duì)生物造成不利影響，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平低。

2.4 OCPs污染特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

淀山湖沉積物中能檢測(cè)到絕大多數(shù)的OCPs，但不同種類(lèi)的OCPs含量差異較大，見(jiàn)表4。

表4 淀山湖沉積物中OCPs指標(biāo)及濃度 ng/g

由表4可知，含量最高的是o-BHC，平均水平達(dá)到 4.73 ng/g，其次是 Endrin Ketone，含量為2.24 ng/g，含量最低的是4，4-DDE?？?OCPs含量范圍為22.03～28.94 ng/g，高于太湖(1.35～13.8 ng/g)［2］，與巢湖(8.26 ～ 31.73 ng/g)［18］相當(dāng)?！芆CPs、∑BHC、∑DDT平均含量水平依次為12.22、6.36、1.06 ng/g，其他含氯農(nóng)藥的總量為4.66 ng/g。作為示蹤滴滴涕類(lèi)農(nóng)藥降解程度和降解環(huán)境的(DDD+DDE)/DDE和DDD/DDE均遠(yuǎn)大于1，說(shuō)明淀山湖沉積物中的DDT來(lái)源于風(fēng)化較久的受農(nóng)藥污染的土壤，近期沒(méi)有新的污染源輸入，沉積環(huán)境主要為還原環(huán)境，由厭氧性生物還原降解［19］。

同樣采用Long等［16］提出的ERL和ERM值評(píng)價(jià)淀山湖沉積物中OCPs的風(fēng)險(xiǎn)水平。結(jié)果表明，除DDT濃度介于沉積物標(biāo)準(zhǔn)的ERL與ERM之間外，其他指標(biāo)均未超過(guò)ERL值，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低。但作為上海主要的飲用水源地之一，可能存在的滴滴涕類(lèi)OCPs污染不容忽視，應(yīng)該盡快保護(hù)和治理。

3 結(jié)論

1)淀山湖沉積物中TP含量范圍為1 072～1 229 mg/kg，主要以IP為主，其中 Ca-P含量最高，Exch-P最低。BAP含量較高，沉積物中活性磷的釋放對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化具有潛在的威脅。

2)沉積物中重金屬的污染程度大小依次為Zn＞Pb＞Cu＞Cr，各重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度序列為Pb＞Cu＞Zn＞Cr?？傮w上，淀山湖沉積物中的重金屬處于低度生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

3)淀山湖沉積物中的16種優(yōu)控PAHs及其總量和大部分OCPs組分均未超出ERL值，尚未對(duì)生物造成不利影響，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低。但DDT含量超過(guò)ERL值，存在一定風(fēng)險(xiǎn)，不容忽視。

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