臨安市底泥重金屬污染特征及潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

楊冰雪 方晨 王宏 許鑫紅 陳峰 許振波 孫海波 王云 汪瓊?cè)A

摘要 [目的]了解浙江省臨安地區(qū)底泥重金屬的污染狀況。[方法]對(duì)臨安地區(qū)底泥重金屬污染水平與特征進(jìn)行調(diào)查與分析，利用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法及潛在生態(tài)危害指數(shù)法，對(duì)該區(qū)域底泥重金屬的污染程度與潛在的生態(tài)危害進(jìn)行評(píng)價(jià)。[結(jié)果]臨安大部分地區(qū)底泥重金屬污染等級(jí)屬于尚清潔以上，個(gè)別地區(qū)受不同程度重金屬污染；根據(jù)內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，臨安地區(qū)底泥中重金屬污染程度從大到小依次為Cd、Zn、Cu、Ni、Cr、Pb，清涼峰鎮(zhèn)同山塘點(diǎn)位Cd嚴(yán)重超標(biāo)，其次Zn污染程度也相對(duì)嚴(yán)重；太湖源鎮(zhèn)、青山湖街道及板橋鎮(zhèn)個(gè)別點(diǎn)位Ni、Cu、Zn重金屬污染等級(jí)為輕污染；潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，清涼峰鎮(zhèn)同山塘點(diǎn)位Cd潛在生態(tài)危害程度為很強(qiáng)，其他區(qū)域的潛在生態(tài)危害程度均為輕微。[結(jié)論]該研究可為有效防治底泥重金屬污染提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 重金屬；底泥；污染評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào) S181.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）29-0045-05

Investigation of Heavy Metal Pollution Characteristics and Potential Ecological Risk Assessment in Linan City

YANG bingxue， FANG Chen， WANG Hong et al

（Environmental Monitoring Station of Linan， Linan， Zhejiang 311300）

Abstract [Objective]To understand the extend of pollution by heavy metal for sediment in linan area of Zhejiang province. [Method]Investigations and analysis is conducted to figure out the characteristics and the extend of pollution in the river sediment by heavy metal.On the basis， nemerow index and potenial ecological risk index are employed for analysis of degree of contamination and ecological risk of Linan area sediment. [Result]The monitoring results show that in most of the sediment of heavy metal belongs to the above is clean，ndividual regions with different degree of heavy metal pollution.According to results the nemerow index， the degree of heavy metal pollution in sediment size from big to samll was Cd， Zn， Cu， Ni， Cr， Pb，the sampling points of tongshantang in qingliangfeng Cd exceeds bid badly， next Zn pollution was relatively serious； Another neighbourhoods of Taihuyuan， Qingshanhu， banqiao town individual points were less polluted. Potenial ecological risk index results showed that sampling points of tongshantang in qingliangfeng Cd potential ecological damage was very strong， other areas the potential ecological damage were slight. [Conclusion]The study can provide scientific basis for effectively preventing and controlling heavy metal pollution in sediment.

Key words Heavy metals；Sediment；Pollution assessment

作者簡(jiǎn)介 楊冰雪（1987—），女，山東臨沂人，工程師，碩士，從事重金屬污染研究。

收稿日期 2017-07-26

重金屬在水中不能被分解，且能與水中的其他有害物質(zhì)結(jié)合生成毒性更大的有機(jī)物[1]。河流底泥是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是水體各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、污染物的主要蓄積場(chǎng)所。一般底泥中的重金屬在沒(méi)有被擾動(dòng)的情況下，比較穩(wěn)定，但是當(dāng)?shù)啄嗟幕瘜W(xué)、動(dòng)力等外部條件發(fā)生改變時(shí)，底泥中的污染物會(huì)被重新釋放出來(lái)再次進(jìn)入水體，造成河流水體的二次污染，同時(shí)底泥中的重金屬會(huì)在藻類(lèi)中富集，進(jìn)而通過(guò)水中魚(yú)類(lèi)及貝類(lèi)進(jìn)食，然后通過(guò)食物鏈的富集效應(yīng)最終在人體內(nèi)累積，當(dāng)人體內(nèi)重金屬累積到一定程度，就會(huì)造成人體的慢性中毒，成為公害。

根據(jù)是否存在人為活動(dòng)的影響，將河流底泥重金屬來(lái)源劃分為自然來(lái)源與人為來(lái)源。其中，自然來(lái)源主要是由一些自然地理因素，如底泥土壤本身、巖石風(fēng)化、地質(zhì)構(gòu)造、水動(dòng)力及侵蝕作用等；人為來(lái)源主要是由于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通等引起的，它是生態(tài)環(huán)境污染極其重要的來(lái)源[2]。底泥是水體污染的指示劑，底泥重金屬含量常被用作判別水環(huán)境質(zhì)量的重要參考指標(biāo)，其環(huán)境質(zhì)量反映著水體的污染狀況[3]。目前針對(duì)某一具體河流底泥重金屬污染特性及潛在生態(tài)危害，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做過(guò)大量研究。許友澤等[4]利用改進(jìn)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)湘江底泥重金屬污染特征與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)；張偉等[5]利用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)浦陽(yáng)江流域疏浚前后底泥重金屬污染及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)；丘鴻榮等[6]利用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)西南涌流域底泥重金屬污染特征及潛在生態(tài)危害進(jìn)行了評(píng)價(jià)。然而，目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)某一區(qū)域境內(nèi)眾多河流水系整體底泥重金屬污染特征及潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)鮮見(jiàn)報(bào)道。臨安位處太湖流域和錢(qián)塘江流域的上游，境內(nèi)支流眾多，主要包括南苕溪、中苕溪、天目溪、昌化溪，水資源相對(duì)豐富，沿河流水系兩側(cè)重金屬污染企業(yè)較多，重金屬污染排放企業(yè)主要涉及線(xiàn)路板、電鍍、五金工具加工等行業(yè)，且分布較分散。因此，研究臨安境內(nèi)河流底泥重金屬，特別是涉重企業(yè)沿線(xiàn)河流底泥重金屬的研究顯得尤為必要。筆者通過(guò)監(jiān)測(cè)浙江省臨安轄區(qū)18個(gè)鎮(zhèn)（街道）的湖庫(kù)底泥，利用主成因分析法及相關(guān)系數(shù)法分析底泥重金屬來(lái)源，并用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法及潛在生態(tài)危害指數(shù)法分析臨安地區(qū)湖庫(kù)底泥重金屬污染現(xiàn)狀，旨在為正確、合理地評(píng)價(jià)臨安境內(nèi)區(qū)域流域河流底泥的污染程度及潛在生態(tài)危害提供理論支持與技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

臨安市位于浙江省西部，地理坐標(biāo)為118°51′～119°52′ E，29°56′～30°23′ N，總面積3 126.8 km2。臨安境內(nèi)地貌形態(tài)多樣復(fù)雜，境內(nèi)礦產(chǎn)資源有30余種，金屬礦有鎢、鈹、銻、鉛、鋅、鉬、錳、鐵、鎳、銅、鈮（鉭）鐵、獨(dú)居石和金礦。臨安市轄5個(gè)街道、13個(gè)鎮(zhèn)：錦城街道、錦北街道、玲瓏街道、錦南街道、青山湖街道；於潛鎮(zhèn)、天目山鎮(zhèn)、太陽(yáng)鎮(zhèn)、昌化鎮(zhèn)、龍崗鎮(zhèn)、島石鎮(zhèn)、湍口鎮(zhèn)、板橋鎮(zhèn)、高虹鎮(zhèn)、河橋鎮(zhèn)、潛川鎮(zhèn)、太湖源鎮(zhèn)、清涼峰鎮(zhèn)。

2016年3—4月對(duì)臨安市18個(gè)鎮(zhèn)（街道）各選取有代表性的“一河一塘”底泥進(jìn)行監(jiān)測(cè)。具體采樣斷面見(jiàn)表1，各采樣點(diǎn)的分布見(jiàn)圖1。樣品主要采用直接挖掘法，取樣深度為0～20 cm表層底泥。樣品采集后，裝入聚乙烯塑料袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過(guò)自然風(fēng)干后，去除石頭、樹(shù)枝等雜質(zhì)，用瑪瑙研缽研磨后，分別過(guò)60目和100目的尼龍篩，作為試樣備用。

1.2 分析方法及質(zhì)量控制

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)底泥樣品消解處理采用DEENA石墨全自動(dòng)消解器，用HCl-HNO3-HF-HClO4全消解法消解。底泥重金屬Cu、Ni、Cr、Zn含量采用安捷倫公司火焰原子吸收光譜儀（AA240FS）測(cè)定，Pb、Cd含量使用安捷倫公司石墨爐原子吸收光譜儀（AA240Z）測(cè)定。為保證精確度并減少隨機(jī)誤差，試驗(yàn)分析過(guò)程采用超純水，所用容器均用10%稀硝酸浸泡24 h，用自來(lái)水洗凈后，用超純水沖洗2遍，烘干備用，所用酸均為優(yōu)級(jí)純。標(biāo)準(zhǔn)樣品采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品（GSS-7、GGS-5），測(cè)試樣品采用10%平行樣測(cè)定，采用超純水作為空白，經(jīng)過(guò)與測(cè)試樣品的制備相同步驟處理，并與樣品相同條件進(jìn)行測(cè)定，每批樣品至少制備2個(gè)以上的空白溶液。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法可用于分析評(píng)價(jià)整個(gè)區(qū)域被多種重金屬污染程度。其計(jì)算公式：

Pi=Ci/Si

PI=（P2imax+P2iave）/2

式中，Pi為土壤中污染物的單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci為土壤中污染物的實(shí)測(cè)濃度（mg/kg）；PI為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；Pimax為單因子指數(shù)最高值；Piave為單因子污染指數(shù)的算術(shù)平均值。具體污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)[7]見(jiàn)表2。

1.3.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法。

潛在生態(tài)危害指數(shù)法最早由瑞典學(xué)者Hakanson[8]提出，是從各種重金屬的毒性水平和生物對(duì)其污染的敏感程度來(lái)評(píng)價(jià)重金屬的污染程度。計(jì)算公式：

Eir=Tir×（Ci實(shí)測(cè)/Cin）

RI=ni=1Eir

式中，Tir為單一重金屬毒性相應(yīng)系數(shù)（Zn=12 結(jié)果與分析

2.1 底泥重金屬含量狀況

臨安市18個(gè)鎮(zhèn)（街道）底泥重金屬含量見(jiàn)圖2。以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)判定底泥污染水平，結(jié)合圖2及表4分析以?xún)?nèi)梅羅綜合污染評(píng)價(jià)可得錦城街道、錦南街道、錦北街道、高虹鎮(zhèn)、於潛片區(qū)底泥重金屬污染水平為清潔；玲瓏街道、昌化地區(qū)（除清涼峰鎮(zhèn)外）污染水平屬于尚清潔；太湖源鎮(zhèn)、板橋鎮(zhèn)、青山湖街道污染水平屬于輕污染，超標(biāo)因子主要是Ni、Cu、Zn，其中超標(biāo)倍數(shù)最高分別為Ni超標(biāo)1.28倍、Cu超標(biāo)1.51倍、Zn超標(biāo)1.29倍；昌化地區(qū)的污染水平除清涼峰鎮(zhèn)屬重污染之外，其余均屬于尚清潔，清涼峰鎮(zhèn)的超標(biāo)因子主要是Cd、Zn，Cd超標(biāo)倍數(shù)高達(dá)9.23倍，Zn超標(biāo)1.52倍。臨安18個(gè)鎮(zhèn)（街道）重金屬污染程度從強(qiáng)到弱依次為Cd、Zn、Cu、Ni、Pb、Cr；以潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)可知，臨安地區(qū)RI為0.92～285.56，昌化地區(qū)清涼峰鎮(zhèn)同山塘潛在生態(tài)危害最大，天目山鎮(zhèn)藻溪村潛在生態(tài)危害最小。臨安地區(qū)除清涼峰鎮(zhèn)同山塘點(diǎn)位：Cd潛在生態(tài)危害程度為很強(qiáng)，多種金屬潛在生態(tài)危害程度為中等，這主要是Cd的貢獻(xiàn)，其他區(qū)域底泥重金屬的潛在生態(tài)危害程度均為輕微。經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)資料可知，由于Cd主要與鋅礦、鉛鋅礦、銅鉛鋅礦等共生。在焙燒上述礦石及濕法取礦時(shí)，Cd被釋放到廢水廢渣中。如開(kāi)礦過(guò)程及尾礦應(yīng)用管理不當(dāng)，Cd就會(huì)主要通過(guò)水源進(jìn)入土壤和農(nóng)田，已有研究表明，Cd主要在肝、腎部積累，經(jīng)過(guò)數(shù)年甚至數(shù)10年慢性積累后，人體將會(huì)出現(xiàn)顯著的Cd中毒癥狀[10]。

2.2 底泥重金屬來(lái)源分析

元素之間有顯著正相關(guān)性說(shuō)明它們可能有相同來(lái)源。利用SPSS 13.0軟件對(duì)臨安18個(gè)鎮(zhèn)（街道）39個(gè)點(diǎn)位底泥沉積物中6種重金屬元素（Cu、Ni、Cr、Zn、Pb、Cd）用Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，Cd與Zn呈極顯著正相關(guān)，Ni與Cu、Cr呈極顯著正相關(guān)，與Zn呈顯著正相關(guān)；Pb與Cu、Zn呈極顯著正相關(guān)，與Zn呈顯著正相關(guān)；Cu與Cr、Ni呈極顯著正相關(guān)。說(shuō)明Pb、Zn、Cd可能有相同來(lái)源，Cr與Cu、Ni具有相同的來(lái)源。

為進(jìn)一步了解各地區(qū)重金屬元素的分布原因，采用主成因分析判別各地區(qū)重金屬來(lái)源情況。由表6可知，臨安市18個(gè)鎮(zhèn)（街道）底泥重金屬的所有信息由3個(gè)主因子反映出，共占總方差95.51%。第一主成分的貢獻(xiàn)率最高，貢獻(xiàn)值為5375%，Ni、Cu、Zn、Cr在第一因子上有較高的正載荷，結(jié)合表5分析，Cr、Ni及Cu可能具有相同來(lái)源。結(jié)合臨安各鎮(zhèn)（街道）的實(shí)際工農(nóng)業(yè)分布情況分析，太湖源鎮(zhèn)、錦南街道、玲瓏街道、板橋鎮(zhèn)、青山湖街道的Cr、Ni、Cu高于背景值較明顯，造成主要原因可能是人為因素；兩昌地區(qū)及於潛片區(qū)的各重金屬元素除Pb之外普遍偏高，除清涼峰鎮(zhèn)同山塘點(diǎn)位Cd重污染外，其他區(qū)域污染等級(jí)尚均在警戒線(xiàn)內(nèi)。經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查結(jié)合歷史用地情況分析，可能與該區(qū)域自然地質(zhì)條件有關(guān)。但經(jīng)調(diào)查取證得知，清涼峰鎮(zhèn)同山塘點(diǎn)位區(qū)域附近在20世紀(jì)70年代曾開(kāi)采過(guò)煤礦，因此考慮同山塘 Cd超標(biāo)主要與當(dāng)時(shí)煤礦開(kāi)采過(guò)程中相關(guān)環(huán)保措施采取不到位有關(guān)，但具體原因有待進(jìn)一步調(diào)查。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)調(diào)查取樣及監(jiān)測(cè)分析表明：臨安18個(gè)鎮(zhèn)（街道）所采底泥中重金屬元素的污染程度從大到小依次為Cd、Zn、Cu、Ni、Cr、Pb，且Cd與Zn呈極顯著正相關(guān)，Ni與Cu、Cr呈極顯著正相關(guān)，與Zn呈顯著正相關(guān)；Pb與Cu呈極顯著正相關(guān)，與Zn呈顯著正相關(guān)；Cu與Cr、Ni呈顯著正相關(guān)性。說(shuō)明Pb、Zn、Cd可能有相同來(lái)源，Cr與Cu、Ni可能具有相同的來(lái)源。

（2）采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)臨安市底泥重金屬分析評(píng)價(jià)可知，臨安市個(gè)別地區(qū)出現(xiàn)不同程度的重金屬污染，以清涼峰鎮(zhèn)同山塘的Cd污染最為嚴(yán)重，該地區(qū)多種金屬潛在生態(tài)危害程度為中等，主要是由Cd含量過(guò)高引起。

（3）利用相關(guān)性及主成分分析，并結(jié)合歷史用地情況分析太湖源鎮(zhèn)、玲瓏街道、板橋鎮(zhèn)、青山湖街道均有相關(guān)涉及重金屬污染的企業(yè)，且企業(yè)涉重因子與該區(qū)域的重金屬濃度偏高因子相一致，初步分析該區(qū)域底泥重金屬偏高主要與人為因素有關(guān)；另外昌化地區(qū)、於潛片區(qū)底泥重金屬明顯偏高主要是自然地質(zhì)條件占主要因素，但清涼峰鎮(zhèn)同山塘點(diǎn)位Cd重污染，可能與該地區(qū)早期煤礦開(kāi)發(fā)有關(guān)。

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