中山市水源保護(hù)地底泥重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

蘇冠諭，高裕雯，盧貫?zāi)?/p>

（廣東省中山市環(huán)境監(jiān)測站，廣東中山 528400）

隨著國家“水十條”的頒布，使城市河湖水體治理成為大勢所趨，水環(huán)境重金屬污染治理迫在眉睫。水體中重金屬經(jīng)吸附、絮凝、生物積累等，最終成為底泥沉積物[1]。同時底泥沉積物又是水體中重金屬的擴(kuò)散源，隨著水體環(huán)境條件的改變，可能形成水體重金屬的二次污染。

本次選取廣東省中山市小欖水道為研究目標(biāo)，研究水道底泥沉積物的重金屬污染特征及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。采用污染指數(shù)法[2]，研究重金屬單因子的污染特征及確定主要污染因子；采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[3]，完成單項(xiàng)重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)及綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)；運(yùn)用Pearson相關(guān)系數(shù)分析[4]，研究各重金屬因子間的相關(guān)性，以進(jìn)行底泥沉積物重金屬來源分析。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 HJ/T 166》相關(guān)要求進(jìn)行樣品采集和保存。設(shè)置“取水口”、“取水口上游1km”、“取水口下游”共3個斷面，每個斷面采集左、右兩個方位的對照樣品組，于枯水期和豐水期進(jìn)行采樣和保存。

1.2 研究方法

1.2.1 污染指數(shù)法

以重金屬污染指數(shù)Pi表示某底泥沉積物樣品中重金屬i的富集程度和污染程度，公式如下：

其中：Ci為單一重金屬i實(shí)測值，（mg/kg）；C′i為單一重金屬i環(huán)境背景參比值，（mg/kg）。

根據(jù)國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 15618-2018》，實(shí)驗(yàn)斷面為集中式飲用水源保護(hù)地，選取標(biāo)準(zhǔn)的限制值作為環(huán)境背景參比值，如表1所示。

1.2.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

采用Hakanson提出的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，對樣品沉積物中重金屬污染造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)。它根據(jù)重金屬的污染特征及能造成的生態(tài)影響，定量地劃分重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度[5]。其計(jì)算公式如下：

其中：RI為底泥沉積物中多種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；C′i為第i種重金屬的環(huán)境背景參比值，mg/kg；Ci為第i種重金屬的實(shí)測值含量，mg/kg;為第i種重金屬的毒性系數(shù)；為第i種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

、RI的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級劃分如表2所示。

表2 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級劃分

1.2.3 元素相關(guān)性分析

參考近5a來的小欖水道相同采樣點(diǎn)的底泥沉積物重金屬及pH測得值，用SPSS 24.0軟件進(jìn)行各元素相關(guān)性分析、因子分析。根據(jù)重金屬元素間的相關(guān)性特征，分析底泥沉積物的重金屬主要來源。

2 結(jié)果與討論

2.1 底泥沉積物重金屬污染特征

對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，剔除異常值，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的污染指數(shù)，小欖水道底泥沉積物As、Ni、Zn、Cu、Pb、Cr、Hg、Cd的含 量 分 別 為25.1mg/kg、42.4mg/kg、185mg/kg、56.8mg/kg、52.4mg/kg、99.2mg/kg、0.155mg/kg、1.38mg/kg，其中Cd超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 15618-2018》標(biāo)準(zhǔn)限值的1.3倍。

如圖1所示，僅As與Cd元素有著不同程度的超標(biāo)，其他元素均于環(huán)境背景值以下，由此可知，As和Cd兩元素是底泥沉積物的主要污染重金屬。

2.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

結(jié)合重金屬毒性系數(shù)，計(jì)算各項(xiàng)重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Eir，和樣品的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI。根據(jù)表2的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級劃分進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果如表3所示。

圖1 底泥重金屬相對土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)超標(biāo)率

表3 底泥沉積物的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

其中，僅Cd的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)污染等級達(dá)到了中度，其他多種重金屬的生態(tài)危害等級僅為輕度?？梢婋m然As的標(biāo)準(zhǔn)超標(biāo)率僅為26%，卻沒有更大的污染等級。所以，水體治理更應(yīng)關(guān)注Cd重金屬污染治理。

2.3 重金屬元素相關(guān)性研究

重金屬實(shí)測數(shù)據(jù)間的閉合效應(yīng)[6]，影響著重金屬元素之間的內(nèi)在相關(guān)性，故將底泥重金屬各元素的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)比變換（clr）[7]。進(jìn)行重金屬相關(guān)性分析，從表4可以看出，Cd的含量與pH、Pb、As呈顯著正相關(guān)；Pb的含量與Cd、As、Zn、Ni呈顯著正相關(guān)；Cu的含量與Zn、Ni、Cr呈顯著正相關(guān)。但Hg的含量與Cd、As、Pb呈顯著負(fù)相關(guān)。

表4 底泥沉積物重金屬元素之間相關(guān)系數(shù)

同時對經(jīng)過數(shù)比變換處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，結(jié)果如表5所示，成分1和成分2的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)74.5%，其中成分1和成分2為主要成分因子。其中成分1中主要載荷為Pb、Cd、As，載荷系數(shù)分別為0.880、0.862與0.904，而Zn、Ni的載荷相對次之。成分2的主要載荷為Cu、Zn、Ni和Cr，載荷系數(shù)分別為0.924、0.689、0.677與0.776。結(jié)合重金屬元素的相關(guān)性系數(shù)分析，成分1是以鉛鎘砷鋅鎳為特征污染的污染物，成分2是以銅鋅鎳鉻為特征污染的污染物。

表5 底泥沉積物重金屬元素因子載荷

3 結(jié)論

1）根據(jù)污染指數(shù)分析及超標(biāo)率統(tǒng)計(jì)，研究目標(biāo)僅Cd和As元素有著不同程度超標(biāo)。

2）結(jié)合各重金屬元素的毒性系數(shù)進(jìn)行分析，僅Cd元素對生態(tài)有著中度的風(fēng)險(xiǎn)影響，總體潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級為輕度生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

3）研究底泥沉積物中重金屬元素之間的相關(guān)性可知，Pb與Cd、As、Zn、Ni有著顯著正相關(guān)關(guān)系；Cu與Cr、Zn、Ni也有著顯著正相關(guān)關(guān)系。未來進(jìn)行底泥沉積物重金屬研究，應(yīng)從以鉛鎘砷鋅鎳為主要污染物，以及以銅鉻鋅鎳為主要污染物的污染源進(jìn)行深入研究，且更應(yīng)關(guān)注Cd的污染物。