松花江表層沉積物有毒重金屬污染評價

張穎等

摘要：為反映中俄界河黑龍江第一大支流松花江的重金屬污染狀況，采用潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)及主成分分析對松花江全江段表層沉積物Hg，Pb，Cd，Cr和As 5種有毒重金屬的污染特征、來源解析及潛在生態(tài)風(fēng)險危害進行深入探討.研究表明：松花江表層沉積物中，重金屬含量平均值由大到小順序為wCr>wPb>wAs> wCd>wHg；變異系數(shù)CV表明Hg和As的空間分布離散性較大，而Cd和Pb則相對較均勻；采用主成分分析法（PCA）對重金屬污染物的來源進行了推斷；Hg和Cd的單一重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險因子Eri值較高，RI指數(shù)表明整體上松花江重金屬污染處于低度風(fēng)險水平，只有1#，2#

，7#和10# 4個斷面處于中度風(fēng)險水平.

關(guān)鍵詞：有毒重金屬；Pearson相關(guān)系數(shù)；主成分分析；潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)；松花江

中圖分類號：P595 文獻標識碼：A

Abstract：This paper discussed the pollution characteristics and their sources of Hg， Cd， Cr， As and Pb in the bottom sediments of Songhua River in the Hakanson's Potential Ecological Risk Index Method （RI） and Principal Component Analysis （PCA） to reveal the metal pollution status of the whole Songhua River， which is the biggest tributary of the Heilongjiang River at the ChinaRussian border. The results showed that： the concentration order from high to low by average was wCr>wPb>wAs>wCd>wHg； the coefficient of variation （CV） revealed that the spatial distribution of Hg and As was discrete and Cd and Pb were homogeneous. In the method of PCA， the main sources of heavy metal pollutants were inferred. The Eri of Hg and Cd was higher，and the RI analysis uncovered that the potential ecological risk declined compared with the past， and just the 4 sections of 1#，2#， 7# and 10# were in moderate level only.

Key words：toxic heavy metal； Pearson correlation coefficient； principal component analysis （PCA）； potential ecological risk index； Songhua River

重金屬為非降解性污染物，由于其持久性和高毒性而對水生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重的環(huán)境危害[1-2]，已有研究表明，在受重金屬污染的水體中，沉積物重金屬含量可達水體的數(shù)百倍至數(shù)十萬倍[3]；毒理學(xué)研究進一步表明，進入環(huán)境中的重金屬，尤其是 Cd，Pb，Hg 和 As 等會通過食物鏈進入人體，產(chǎn)生生殖毒性、免疫毒性、神經(jīng)毒性和內(nèi)分泌干擾作用等嚴重危害[4].近10年來，河流[4-6]、湖泊[3，7-8]、海洋沉積物[9-10]重金屬污染生態(tài)環(huán)境評價受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，評價方法集中為以下3種：1）富集系數(shù)法（Sediment Enrichment Factors），該法以大量元素Fe或Al在地殼中不易受人類活動干擾為基礎(chǔ)，采用沉積重金屬元素與大量元素Fe或Al的標準化比值來判斷其富集程度[11-12]；2）一致性沉積物質(zhì)量基準[9，13]（ConsensusBased Sediment Quality Guidelines，CBSQGs），它通過篩選幾種具有相似評價目標的單個沉積物質(zhì)量基準（SQGs），取其幾何平均值來獲得相應(yīng)致污物的效應(yīng)濃度，對于每一種致污物，CBSQGs 包括兩個閾值，即閾值效應(yīng)濃度（Threshold Effect Concentration， TEC） 與可能效應(yīng)濃度（Probable Effect Concentration，PEC），前者表示低于該閾值時，有害生物效應(yīng)發(fā)生的可能性較小，而后者則表示高于PEC時，有害生物效應(yīng)發(fā)生的可能性較大；3）潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，瑞典科學(xué)家 Hakanson 1980年提出的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法綜合考慮了重金屬的毒性在沉積物中普遍的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、評價區(qū)域?qū)χ亟饘傥廴镜拿舾行砸约爸亟饘賲^(qū)域背景值的差異，可以綜合反映沉積物中重金屬的潛在生態(tài)影響，是國內(nèi)外沉積物質(zhì)量評價應(yīng)用最為廣泛的方法之一[14].

松花江是我國七大江河水系之一，是中俄界河黑龍江的最重要的支流，對黑龍江的水質(zhì)影響很大，歷史上曾出現(xiàn)過重金屬嚴重污染的現(xiàn)象.國家“六五”、“七五”和“八五”期間，黑龍江省環(huán)科院、中科院長春地理所等科研院所曾對松花江進行過流域元素背景值調(diào)查，對汞的污染狀況進行了較全面的研究，制定了我國甲基汞的水環(huán)境質(zhì)量標準[15]；“十五”和“十一五”期間，吉林和黑龍江兩省嚴格落實松花江流域水污染防治規(guī)劃，沿江重金屬工業(yè)污染源得到有效治理，期間國內(nèi)學(xué)者對松花江部分江段重金屬污染進行了探討[16-17]，但對全江系統(tǒng)研究較少.近年來，隨著松花江流域新一輪經(jīng)濟的快速發(fā)展，特別是國家振興東北老工業(yè)基地和確保糧食安全戰(zhàn)略計劃地提出，經(jīng)濟快速發(fā)展和高強度人類活動引起的水、大氣污染等可將重金屬元素通過降雨、地表徑流進入松花江水體，并且沿江人類活動加大對江水的擾動，部分江段沉積物中的重金屬重新釋放，可能成為水體的二次污染源.因此，進行松花江全江段重金屬污染研究十分必要.