嘉陵江上游礦區(qū)河谷沉積物中重金屬污染危害評(píng)價(jià)

薛喜成,劉 剛

(西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安710054)

嘉陵江上游礦區(qū)河谷沉積物中重金屬污染危害評(píng)價(jià)

薛喜成,劉 剛

(西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安710054)

【目的】 研究嘉陵江上游礦區(qū)河谷沉積物中重金屬污染危害程度，為土壤重金屬修復(fù)治理提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā?在嘉陵江上游礦區(qū)河道的源頭、上游、中游、下游分別采集河道表層沉積物樣品，并用火焰原子吸收法和原子熒光光譜法測(cè)定沉積物中重金屬Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、Ni、As含量。用污染負(fù)荷指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法，評(píng)價(jià)嘉陵江上游礦區(qū)河谷重金屬污染危害程度，探討重金屬含量與pH、有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性?！窘Y(jié)果】 從整體上看，研究區(qū)內(nèi)重金屬Pb、Zn、Cu含量變化明顯，Cd、Ni、As、Cr含量變化較小。污染負(fù)荷指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，河道源頭未受到重金屬污染，上游重金屬污染達(dá)中等級(jí)別，中、下游重金屬污染達(dá)強(qiáng)污染；單項(xiàng)重金屬污染貢獻(xiàn)排序?yàn)镻b>Cd>Ni>As>Cu>Zn>Cr；采樣區(qū)重金屬污染程度大小排序?yàn)橹杏?下游>上游>源頭。重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害程度排序?yàn)镃d>As>Pb>Ni>Cr>Zn>Cu；綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)值(RI)為33.38～131.03；源頭所受生態(tài)危害輕微，上、中、下游重金屬的生態(tài)危害均達(dá)中等水平。相關(guān)性分析表明，pH值與沉積物中重金屬Pb、Cu、As含量呈極顯著相關(guān)。有機(jī)質(zhì)的變化顯著影響沉積物中重金屬Zn和pH值的改變。此外，當(dāng)有機(jī)質(zhì)增高時(shí)顯著影響重金屬Pb、Cu、Cr、Ni在沉積物中的積累?！窘Y(jié)論】 嘉陵江上游礦區(qū)河道地段的重金屬污染已對(duì)環(huán)境造成了污染與危害，并且會(huì)危害到下游居民生活，生態(tài)環(huán)境亟需修復(fù)治理。

重金屬；沉積物；污染評(píng)價(jià)；嘉陵江上游礦區(qū)

重金屬污染危害一直以來都是人們研究的熱點(diǎn)[1]。目前針對(duì)重金屬的研究重點(diǎn)傾向于重金屬形態(tài)特征、污染性、危害性、毒害性以及可降解性方面，而對(duì)于礦山重金屬的污染機(jī)理、釋放機(jī)理及重金屬與礦物的關(guān)系研究較少，并且在選取某些重金屬為研究對(duì)象時(shí)，缺乏科學(xué)依據(jù)。

嘉陵江上游位于秦嶺北麓鳳縣地段，此地蘊(yùn)含Pb、Zn、Au礦，且儲(chǔ)量豐富。近幾年來嘉陵江上游鳳縣一帶采礦場(chǎng)分布增多，礦物開采量不斷加大，安河Pb、Zn礦以及小峪河Au礦開采尤為嚴(yán)重，其采礦選礦產(chǎn)生的尾礦和廢石經(jīng)雨水沖刷、浸泡使重金屬如Pb、Zn、Au、Cd、Ni、Cu從礦石中釋放出來進(jìn)入水體，少部分重金屬經(jīng)化學(xué)、物理、生物作用發(fā)生降解，大部分重金屬轉(zhuǎn)入沉積物中礦化埋藏。當(dāng)pH及外在條件改變時(shí)，重金屬可能會(huì)再次從沉積物中釋放出來進(jìn)入水體，而進(jìn)入水體的重金屬會(huì)嚴(yán)重危害人類的身體健康[2]。因此，本試驗(yàn)選嘉陵江上游礦區(qū)一段河道為研究對(duì)象，分析河道沉積物中的重金屬污染狀況，運(yùn)用污染負(fù)荷指數(shù)法(Pollution load index method)以及潛在生態(tài)危害指數(shù)法(Potential ecological risk index)評(píng)價(jià)嘉陵江上游礦區(qū)河谷一帶重金屬污染情況以及生態(tài)危害，以期為嘉陵江上游流域生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境保護(hù)管理及重金屬污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象的選取

嘉陵江上游礦區(qū)一帶以Pb、Zn、Au礦為主，Pb、Zn礦物中伴生有微量Cu、Ag、Hg、Cd等重金屬礦，Au礦的伴生礦含有輝銀礦(Ag2S)、黃鐵礦(FeS2)、黃銅礦(CuFeS2)、輝鉍礦(Bi2S3)、硫化亞鐵礦以及其他礦物。Au礦的伴生礦中含有少量As、Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr、W、Sb、Mo以及Bi、Y微量重金屬，其中Cu、As多富集于硫化物相內(nèi)，活躍性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的遷移能力[3]，重金屬As、Cd含量少但毒性巨大，可對(duì)植物體蛋白酶系統(tǒng)造成破壞，阻礙離子運(yùn)輸，影響植物光合作用等[4]；Cd、Ni、Cr在礦物內(nèi)經(jīng)浸泡溶解后極易進(jìn)入生態(tài)環(huán)境中，對(duì)環(huán)境造成巨大危害。因此，本試驗(yàn)選Pb、Zn、Cu、Cd、As、Cr、Ni為研究對(duì)象，具有重大的研究?jī)r(jià)值。

1.2 樣品采集與保存

沉積物采樣點(diǎn)設(shè)置見圖1。

圖1 嘉陵江上游礦區(qū)河谷沉積物采樣點(diǎn)分布
Fig.1 Distribution of sampling points in valley sediment in mining area of Jialing River upstream

如圖1所示，采集沉積物時(shí)，在源頭設(shè)3組采樣點(diǎn)，位置在嘉陵江發(fā)源點(diǎn)到黃牛鋪鎮(zhèn)一帶；上游設(shè)3組采樣點(diǎn)，位置在紅花鋪鎮(zhèn)一段；中游設(shè)3組采樣點(diǎn)，位置在安河到小峪河一帶；下游設(shè)3組采樣點(diǎn)，位置在鳳縣河道一帶。每組有20個(gè)采樣點(diǎn)。沉積物采樣在枯水期進(jìn)行。確定研究段河流距長(zhǎng)，劃分采樣點(diǎn)，采樣地點(diǎn)設(shè)在河道兩岸漫灘淤泥之處。采樣密度分布均勻,水流不充足地段的采樣點(diǎn)設(shè)在受水面積大的沖溝、凹地中。利用BallchekTM沉積物采樣器采集樣品，采樣深度為20～30 cm，采集4個(gè)以上子樣混合為一個(gè)樣品，將其裝入封口塑料袋。采集的沉積物樣品經(jīng)避光風(fēng)干、研磨過0.125 mm尼龍篩后，冷卻儲(chǔ)存于干燥器中備用[5]。

1.3 樣品測(cè)定與分析

樣品消解采用MDS-6溫壓雙控微波消解儀進(jìn)行。取沉積物樣品0.5 g(精確到0.000 1 g)，加入到聚四氟乙烯溶液杯中，加5 mL HNO3浸泡過夜，使沉積物中有機(jī)質(zhì)初步分解。消解時(shí)加2 mL HCl、3 mL HF、4 mL HClO4于溶液杯中，加蓋旋緊置于微波消解儀中按照《微波消解制樣技術(shù)手冊(cè)》設(shè)定溫度、壓力、時(shí)間進(jìn)行消解。消解完畢后，液體呈現(xiàn)清亮透明色[6-7]。冷卻開蓋多次潤(rùn)洗轉(zhuǎn)移液體，用超純水定容至100 mL容量瓶。Cr含量參考HJ 49-2009方法，采用火焰原子吸收法測(cè)定；Cu 、Zn含量參考GB/T 17138-1997方法，采用火焰原子吸收法測(cè)定；Pb、Cd含量參考GB/T 17140-1997方法，采用KI MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法測(cè)定；Ni含量參考GB/T 17139-1997方法，采用火焰原子吸收法測(cè)定；As含量參考GB/T 221052-2008方法，采用原子熒光光度法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)含量參考NY/T 85-1988法測(cè)定。每個(gè)樣品設(shè)3組平行試驗(yàn)，并設(shè)空白對(duì)照樣，相對(duì)誤差控制在5%以內(nèi)[8]。

2 評(píng)價(jià)模型

重金屬的污染狀況評(píng)價(jià)一般采用污染負(fù)荷指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法。其中污染負(fù)荷指數(shù)法用于判斷環(huán)境中各個(gè)重金屬對(duì)區(qū)域污染的貢獻(xiàn)程度，但評(píng)價(jià)范圍有限，不能全面、綜合地反映沉積物污染狀況以及不同污染物源所引起的背景差別[9]。而潛在生態(tài)危害指數(shù)法綜合考慮了重金屬的環(huán)境毒性和區(qū)域范圍對(duì)重金屬的敏感程度，體現(xiàn)了重金屬的相對(duì)貢獻(xiàn)和地理空間差異特點(diǎn)，是綜合反映重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境影響潛力的指標(biāo)，二者結(jié)合評(píng)價(jià)可優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)[10-11]。

2.1 污染負(fù)荷指數(shù)法模型

利用污染負(fù)荷指數(shù)法對(duì)沉積物中重金屬進(jìn)行定量分析，可直觀反映Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、Ni、As對(duì)環(huán)境污染的嚴(yán)重程度，以及重金屬在時(shí)間、空間上的變化趨勢(shì)。以中國土壤元素背景值為標(biāo)準(zhǔn)，能準(zhǔn)確判斷其綜合污染情況。

沉積物中重金屬最高污染系數(shù)(CFi)的計(jì)算公式為：

CFi=Ci/C0i。

(1)

式中：Ci為沉積物中重金屬i的實(shí)測(cè)值，C0i為重金屬i的中國土壤元素背景值。

依據(jù)最高污染系數(shù)CFi，可計(jì)算某一采樣點(diǎn)的重金屬污染負(fù)荷指數(shù)PLIi:

(2)

式中：n為重金屬的種類。

采樣區(qū)重金屬污染負(fù)荷指數(shù)的計(jì)算式為：

(3)

式中：PLI0為采樣區(qū)重金屬污染負(fù)荷指數(shù)，m為采樣區(qū)內(nèi)所包含的樣本數(shù)目。

用PLI0值評(píng)價(jià)污染等級(jí)，PLI0值小于1，等級(jí)為0，無污染；PLI0值介于1～2，污染等級(jí)為1級(jí)，中等污染；PLI0值介于2～3，污染等級(jí)為2，屬強(qiáng)污染；PLI0大于3，為極強(qiáng)污染。

2.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法模型

采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)可直觀地反映重金屬對(duì)嘉陵江上游礦區(qū)河谷一帶的生態(tài)、環(huán)境效應(yīng)以及毒害程度。潛在生態(tài)危害指數(shù)涉及到單項(xiàng)潛在生態(tài)危害指數(shù)、毒性響應(yīng)系數(shù)以及綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)[11]，其計(jì)算公式如下：

(4)

(5)

(6)

式中：RI為沉積物中多種重金屬的綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)，重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害指數(shù)和多種重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)的分級(jí)見表1。

表1 潛在生態(tài)危害指數(shù)污染程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[10-11]Table 1 Classification standard of potential ecological risk index

3 結(jié)果與分析

3.1 沉積物中重金屬的污染狀況

依據(jù)采樣點(diǎn)設(shè)計(jì)要求，在嘉陵江上游礦區(qū)河道源頭、上游、中游、下游采樣，每段3組，分別編號(hào)為1、2、3，測(cè)定不同采樣點(diǎn)沉積物中重金屬含量，結(jié)果如表2所示。將表2中源頭、上游、中游、下游采樣點(diǎn)沉積物中各重金屬的平均值與中國土壤元素背景值作對(duì)比，可知源頭沉積物中重金屬含量略有變化，但屬于正常范圍。由于嘉陵江源頭海拔較高，植被覆蓋茂密，屬自然景區(qū)，未受入侵破壞，因此源頭沉積物中各重金屬含量接近于土壤本底值。

表2 嘉陵江上游礦區(qū)河谷沉積物中的重金屬含量
Table 2 Heavy metal contents of valley sediments in mining area of Jialing River upstream mg/kg

采樣區(qū)Samplinglocation編號(hào)No.PbZnCuCdCrNiAs源頭Source114.7326.7615.560.07831.5618.676.05217.2332.5416.340.06744.3222.598.10326.1657.4517.340.09632.4531.408.01平均值A(chǔ)verage19.3738.9216.410.08036.1124.227.38上游Upstream164.6763.6522.450.21045.3443.785.24273.1297.4434.450.10256.7847.5712.42387.6786.3444.230.13266.4254.6915.51平均值A(chǔ)verage75.1582.4833.710.14856.1848.6811.06中游Middlereaches192.67198.4352.780.28643.8949.6416.442117.86174.2343.430.32955.6756.4220.563103.63199.3465.340.43263.2254.5318.57平均值A(chǔ)verage104.72190.6753.850.34954.2653.5318.52下游Downstream1100.34 137.4943.540.36767.3448.2310.42298.45147.4634.450.47371.5153.3711.37395.34104.5432.790.21866.3063.4313.53平均值A(chǔ)verage98.04129.8336.930.35768.3855.0111.77研究區(qū)平均含量Contentofthestudyarea49.81110.4835.230.23053.7345.3612.18土壤元素背景值Soilbackgroundvalue26.0074.2022.600.09761.0026.9011.20

注：*以上采用的土壤元素背景值是中國土壤元素背景值算術(shù)平均值[12]。

Note:ThesoilelementbackgroundvaluesarethearithmeticaverageofbackgroundsoilinChina[12].

由表2可知，上游采樣點(diǎn)沉積物中各重金屬含量均值明顯比源頭高，其中Pb、Zn變化比較明顯，分別較源頭增加了55.78和43.56mg/kg。Cu、Cr、Ni、Cd、As含量均值也略有上升。上游重金屬Pb、Zn含量增加的原因?yàn)椋颂幉蓸狱c(diǎn)與Pb、Zn礦區(qū)相距比較近，而礦物在礦區(qū)分布近似于非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布向外遞減，越靠近礦區(qū)土壤，Pb、Zn含量越高。

表2顯示，與源頭相比，中游安河到小峪河一段沉積物的Pb、Zn、Cu含量持續(xù)增加，分別增加了85.35，151.75，37.44mg/kg，這是因?yàn)榘埠?、小峪河Pb、Zn礦密集，其選礦所產(chǎn)生的廢水以及廢渣堆砌經(jīng)雨水沖刷浸泡，使得Pb、Zn、As從尾礦中釋放進(jìn)入水體繼而轉(zhuǎn)入沉積物，導(dǎo)致其重金屬含量顯著上升，使污染加重。中游沉積物中的Cr、Ni、As平均值比源頭增加，污染明顯加重，Cd含量基本維持不變。而Cr、Ni、As污染增強(qiáng)的原因是小浴河Au礦的伴生礦，其含量未達(dá)到開采品位而被棄置于尾礦中，經(jīng)風(fēng)化、侵蝕、搬遷等作用使重金屬被釋放繼而轉(zhuǎn)入沉積物。

從表2可以看出，下游采樣點(diǎn)沉積物中重金屬Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、Ni、As平均含量遠(yuǎn)高于源頭；但與中游相比，下游Pb、Zn、Cu平均含量下降6.68，60.84，16.92mg/kg，Cr、Ni、Cd平均含量略有增加，As平均含量相對(duì)下降?？梢奝b平均含量較中游下降幅度小，Zn、Cu下降幅度明顯，主要是由于此處采礦、選礦減少，水系發(fā)達(dá)，流量增大，水系攜帶重金屬能力增強(qiáng)，導(dǎo)致少部分重金屬Pb流經(jīng)一段距離后，被水草、藻類吸附使污染減輕。此外水中Zn離子化程度加大，會(huì)改變氧化還原電位，使得Zn各形態(tài)之間互相轉(zhuǎn)化，增強(qiáng)了Zn碳酸鹽形態(tài)存在活性，使其可降解能力比其他重金屬強(qiáng)[13-14]。而Cr、Ni、As是作為礦物中的附帶、伴生元素存在，其本身含量較低，污染程度比較輕。整體而言，除Pb、Zn、Cu平均含量變化明顯外，Cr、Ni、As、Cd作為微量重金屬，其自身性質(zhì)決定了在沉積物中的累積程度。因此，Cr、Ni、As平均含量在各個(gè)采樣點(diǎn)變化均不明顯。

3.2 污染負(fù)荷指數(shù)法對(duì)沉積物中重金屬的評(píng)價(jià)結(jié)果

采用污染負(fù)荷指數(shù)法計(jì)算嘉陵江上游礦區(qū)河谷沉積物中Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、Ni、As最高污染系數(shù)CFi值和污染負(fù)荷指數(shù)PLI0，結(jié)果見表3。表3顯示，源頭沉積物中的各重金屬CFi值均小于1，均未對(duì)環(huán)境造成污染。上游單項(xiàng)重金屬污染貢獻(xiàn)由大到小為Pb>Ni>As>Cd>Cu>Zn>Cr，中游單項(xiàng)重金屬污染貢獻(xiàn)由大到小為Pb>Cd>Zn>Cu>As>Ni>Cr，下游單項(xiàng)重金屬污染貢獻(xiàn)由大到小為Pb>Cd>Ni>As>Zn>Cu>Cr。同一元素在不同采樣點(diǎn)污染貢獻(xiàn)程度也不相同，Pb、Zn、Cu、As污染程度由大到小為中游>下游>上游>源頭；Cd、Ni的變化為下游>中游>上游>源頭；Cr的變化為下游>上游>中游>源頭。源頭重金屬的PLI0為0.65，小于1，表明源頭未受污染；上游PLI0值為1.75，介于1～2，屬于中等污染，中游、下游重金屬污染負(fù)荷PLI0值均大于2，屬于強(qiáng)污染?？傮w而言，嘉陵江上游河道地段單項(xiàng)重金屬污染貢獻(xiàn)由大到小為Pb>Cd>Ni>As>Cu>Zn>Cr，污染已達(dá)中等水平。

表3 嘉陵江上游礦區(qū)河谷沉積物中重金屬污染負(fù)荷指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 3 Evaluation of heavy mental pollution based on pollution load index of valley sediments in mining area of Jialing River upstream

3.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)沉積物中重金屬的評(píng)價(jià)結(jié)果

表4 嘉陵江上游礦區(qū)河谷沉積物中重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)污染評(píng)價(jià)結(jié)果 Table 4 Evaluation of heavy mental pollution based on potential economical risk index of valley sediments in mining area of Jialing River upstream

由表4可見，源頭單項(xiàng)重金屬潛在生態(tài)危害能力排序?yàn)镃d>As>Ni>Pb>Cr>Cu>Zn，各重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害指數(shù)值及綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)值均小于40，屬于低等危害。上游重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害能力排序?yàn)镃d>As>Pb>Ni>Cr>Cu>Zn，各重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害指數(shù)值均小于40，綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)值為80.05，介于40～150，屬于中等危害。中游重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害能力排序?yàn)镃d>As>Pb>Ni>Zn>Cu>Cr，下游重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害能力排序?yàn)镃d>As>Pb>Ni>Cr>Zn>Cu，中、下游重金屬Cd的潛在生態(tài)危害指數(shù)值大于40，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成中等危害，其他重金屬指數(shù)值均小于40，中、下游綜合潛在生態(tài)危害程度均達(dá)中等級(jí)別。單項(xiàng)重金屬潛在生態(tài)危害排序表明，Cd、As、Pb的危害性較強(qiáng)，上、中、下游重金屬Ni、Zn、Cu、Cr的潛在生態(tài)危害程度與排放量有關(guān)?？傮w上，從源頭到下游的重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害程度為Cd>As>Pb>Ni>Cr>Zn>Cu，危害程度達(dá)中等水平。

3.4 沉積物中不同重金屬含量與pH及有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性分析

運(yùn)用SPSS20軟件對(duì)嘉陵江上游礦區(qū)河道沉積物中重金屬含量、pH值、有機(jī)質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表5。表5顯示，pH值與沉積物中重金屬Zn、Cd、Cr、Ni含量變化呈顯著相關(guān)，與沉積物中重金屬Pb、Cu、As含量變化呈極顯著相關(guān)，原因是pH變化對(duì)重金屬Pb、Cu、As各自在沉積物中的賦存形態(tài)影響較大[15-16]。有機(jī)質(zhì)與沉積物中重金屬Zn和pH的變化呈顯著相關(guān)，與沉積物中重金屬Pb、Cu、Cr、Ni含量呈負(fù)相關(guān)，原因是沉積物中有機(jī)質(zhì)含量增高不利于Pb、Cu、Cr、Ni在沉積物中積累。沉積物中pH值與有機(jī)質(zhì)的改變呈顯著相關(guān)，當(dāng)pH值升高時(shí)，沉積物中有機(jī)質(zhì)屬堿性環(huán)境，不利于有機(jī)質(zhì)的分解。

表5 嘉陵江上游礦區(qū)河谷沉積物中不同重金屬含量與pH及有機(jī)質(zhì)之間的相關(guān)性Table 5 Correlation coefficients between heavy metal contents,pH and organic matter of valley sediments in mining area of Jialing River upstream

注：** 和 ** 分別表示顯著相關(guān)或極顯著相關(guān)。

Note：*and**representsignificantandhighlysignificantcorrelations,respectively.

4 結(jié) 論

1)在嘉陵江上游礦區(qū)河谷一段，源頭為自然景區(qū)，含礦量極少，未開采，故未受重金屬污染，各重金屬含量接近土壤元素背景值；上游沉積物中重金屬Pb、Zn明顯增加，但未表現(xiàn)出明顯污染，污染程度相對(duì)較輕；中游各重金屬含量均有所增加，Pb、Zn、Cu、As含量均值在中游達(dá)到最大值，且中游污染程度最嚴(yán)重；下游沉積物中重金屬Pb、Zn、Cu、As含量均值相對(duì)下降，Cd、Cr、Ni含量均值在下游達(dá)到最大，這與其自身難降解和遷移能力較強(qiáng)有關(guān)。

2)污染負(fù)荷指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，嘉陵江上游礦區(qū)河谷沉積物中重金屬單項(xiàng)污染整體貢獻(xiàn)排序?yàn)镻b>Cd>Ni>As>Cu>Zn>Cr。源頭各重金屬污染系數(shù)均小于1，上游、中游、下游Pb、Zn、Cu、As、Ni、Cd污染系數(shù)均大于1，下游Cr污染系數(shù)大于1。由污染負(fù)荷指數(shù)可知，嘉陵江上游礦區(qū)河谷中重金屬的整體污染程度為中游>下游>上游>源頭，污染程度屬中等級(jí)別。

3)潛在生態(tài)危害指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，嘉陵江上游礦區(qū)河谷一帶各采樣點(diǎn)的重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)危害排序有差異?？傮w上研究區(qū)單項(xiàng)重金屬潛在生態(tài)危害程度排序?yàn)镃d>As>Pb>Ni>Cr>Zn>Cu。由綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)可知，源頭受低等危害，上、中、下游均受中等危害。

4)沉積物中重金屬含量與pH值以及有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性研究表明，pH值的改變對(duì)沉積物中重金屬Pb、Cu、As的含量影響極顯著。沉積物中重金屬Zn和pH值改變受有機(jī)質(zhì)的變化影響顯著。此外，有機(jī)質(zhì)含量增高時(shí)不利于重金屬Pb、Cu、Cr、Ni在沉積物中的積累。

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Hazard assessment of heavy metal pollution of valley sediment in mining area of Jialing River upstream

XUE Xi-cheng,LIU Gang

(CollegeofGeologyandEnvironment,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an,Shaanxi710054,China)

【Objective】 This research focused on the level of heavy metal pollution of watercourse sediment in mining area of Jialing River upstream to provide scientific basis for the remediation of heavy metal polluted soil.【Method】 The surface sediments of the watercourse were taken at the source,upstream,middle reaches,and downstream for measurement of Pb,Zn,Cu,Cd,Cr,Ni,and As by Flame atomic absorption method and Atomic fluorescence spectrometry method.Then the pollution and hazard degrees of heavy metals in valley sediments of the mining area were evaluated by Tomlinson pollution load index and Hakanson potential ecological risk index.The correlations of heavy metal,pH and organic matter were also analyzed.【Result】 Overall,the contents of Pb,Zn,and Cu changed significantly in the study area,while the contents of Cd,Ni,As,and Cr changed slightly.The pollution load index showed that the source of watercourse was not polluted,upstream was moderately polluted,and middle reaches and downstream were heavily polluted.The pollution levels were in a decreasing order of Pb>Cd>Ni>As>Cu>Zn>Cr.The order of total pollution degrees in study areas was midstream>downstream>upstream>source.The order of potential ecological risk degrees was Cd>As>Pb>Ni>Cr>Zn>Cu.The comprehensive potential ecological risk values (RI) were 33.38-131.03.The source suffered low hazardous pollution,but the upstream,midstream and downstream suffered medium level pollution.Correlation analysis indicated that pH was significantly correlated with the contents of Pb,Cu,and As in sediment.The organic matter significantly affected the changes of heavy metal Zn and pH in sediment.In addition,the accumulation of Pb,Cu,Cr,and Ni in sediment decreased significantly as the increase of organic matter.【Conclusion】 The pollution of watercourse in mining area of Jialing River upstream caused damage to the environment and affected the living of downstream residents.Treatment is urgently needed to the ecological environment.

heavy metal;sediment;pollution evaluation;mining area of Jialing River upstream

時(shí)間:2015-10 13 08:46

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.11.025

2014-04-03

陜西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(SJ08-ZT08-3)；西安科技大學(xué)博士研究項(xiàng)目(B2009-18)

薛喜成(1958-)，男，山西芮城人，教授，博士，主要從事礦山環(huán)境研究。E-mail:xuexc331@163.com

劉 剛(1988-)，男，陜西榆林人，碩士，主要從事礦山環(huán)境研究。E-mail:kate0048@126.com

X53

A

1671-9387(2015)11-0165-07

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