長江水庫表層沉積物重金屬現(xiàn)狀及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

李茂億 張穎姬 高裕雯 蘇冠諭

(中山市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣東中山，528400)

重金屬具有毒性強(qiáng)、難以降解、可以在生物體內(nèi)積累富集等特性，它們可以通過食物鏈等途徑進(jìn)入生物體內(nèi)，并在生物體內(nèi)產(chǎn)生富集，對(duì)生物和人類健康產(chǎn)生損害[1-3]。

沉積物是水體的重要組成部分，水中的重金屬能夠通過物理途徑及化學(xué)變化等進(jìn)入沉積物中，沉積物中的重金屬也可以通過擴(kuò)散或者懸浮等進(jìn)入水體中，從而進(jìn)一步對(duì)水體產(chǎn)生影響[1-3]。對(duì)沉積物中的重金屬含量和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究能在一定程度揭示水體中重金屬的污染和累積情況，對(duì)保證水源水體安全和人體健康具有積極意義[1-4]。

本研究以中山市長江水庫飲用水源取水口為研究對(duì)象，采集取水口附近表層沉積物樣品，對(duì)沉積物中的重金屬進(jìn)行分析研究，并運(yùn)用地質(zhì)累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

1 材料與方法

1.1 樣品采集及分析

2019年3月和7月分別在中山市長江水庫飲用水源取水口附近使用采泥器各采集了5個(gè)點(diǎn)位0～20cm表層沉積物1kg左右，采樣后，置于實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干、研磨、篩分后消解，鎘、鉻、銅、鎳、鉛、鋅等使用PE NexION 300X型ICP-MS進(jìn)行分析測(cè)定，汞、砷等使用吉天9130原子熒光儀進(jìn)行分析測(cè)定，分析過程同時(shí)進(jìn)行質(zhì)控樣測(cè)定，質(zhì)量控制結(jié)果滿足分析要求。

1.2 評(píng)價(jià)方法

1.2.1 地質(zhì)累積指數(shù)法

地質(zhì)累積指數(shù)法[4-6]是Müller提出的一種對(duì)土壤和沉積物中的重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。通過計(jì)算地質(zhì)累積指數(shù)值(Igeo)將重金屬的污染程度分為 7 個(gè)級(jí)別，具體見表1。

地質(zhì)累積指數(shù)的計(jì)算公式為：

Igeo=log2[Ci÷(K×Bi)]

(1)

公式(1)中， Ci為土壤或沉積物中某重金屬實(shí)測(cè)含量(單位： mg/kg)， K一般取1.5， Bi為相應(yīng)重金屬背景值(單位：mg/kg)。

1.2.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[4,5,7]是從沉積學(xué)的角度對(duì)土壤和沉積物的污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。目前廣泛用于重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)。其計(jì)算公式如下：

(2)

(3)

表1 依據(jù)地質(zhì)累積指數(shù)法污染程度等級(jí)劃分

表2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)

2 結(jié)果

2.1 沉積物中各重金屬現(xiàn)狀

研究對(duì)象表層沉積物中各重金屬濃度情況見表3。

沉積物中，各重金屬平均濃度大小為: 鋅>鉛>鉻>銅>鎳>砷>鎘>汞。其中鋅濃度范圍為95 mg/kg-116 mg/kg，均值為104 mg/kg，均值在8種重金屬中最高，汞濃度范圍為0.084 mg/kg -0.120 mg/kg，均值為0.106 mg/kg，均值在8種重金屬中最低。

變異系數(shù)最高的為鎘，其變異系數(shù)為26.1%，其次為鉛，其變異系數(shù)為15.3%。8種重金屬中只有鎘和鉛變異系數(shù)大于15%，說明8種重金屬中鎘和鉛受到中等程度人為影響[5]，其他6種金屬元素受人為因素影響相對(duì)較小。

2.2 地質(zhì)累積指數(shù)法

以《中國土壤元素背景值》[8]中廣東省土壤環(huán)境背景值為參考，按地質(zhì)累積指數(shù)法公式分別計(jì)算出各重金屬地質(zhì)累積指數(shù)及分級(jí)，匯總于表4。

8種重金屬地質(zhì)累積指數(shù)按大小排序依次為：鎘(1.84)>鋅(0.55)>鉛(0.42)>汞(-0.14)>砷(-0.93)>鎳(-1.19)>銅(-1.35)>鉻(-1.49)。依照地質(zhì)累積指數(shù)分級(jí)來看，鎘為2級(jí)，屬于偏中度污染，鋅和鉛為 1級(jí)，屬于輕度污染，汞、砷、鎳、銅、鉻為0級(jí)，屬于無污染。以廣東省土壤背景值為參考值，大多數(shù)重金屬無污染，累積程度較少。

表3 沉積物中重金屬濃度情況

表4 沉積物中重金屬地質(zhì)累積指數(shù)及分級(jí)情況

2.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

根據(jù)各重金屬濃度均值，以《中國土壤元素背景值》中廣東省土壤環(huán)境背景值為參考，各重金屬毒性系數(shù)使用：汞=40、砷=10、鉻=2、鎳=5、銅=5、鋅=1、鎘=30、鉛=5[3,5]，分別計(jì)算各重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，匯總于表5。

表5 沉積物中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)情況

8種重金屬按Eri大小排序依次為：鎘(160.71)>汞(54.36)>鉛(10.00)>砷(7.85)>鎳(3.28)>銅(2.94)>鋅(2.20)>鉻(1.07)。其中砷、鉻、鎳、銅、鋅的Eri小于10，鉛的Eri= 10.00。砷、鉻、鎳、銅、鋅和鉛的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為輕微。汞的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為中等，鎘的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為較強(qiáng)。

3 結(jié)論

(1)依照地質(zhì)累積指數(shù)分級(jí)，汞、砷、鎳、銅、鉻為0級(jí)，屬于無污染，鋅和鉛為 1級(jí)，屬于輕度污染，鎘為2級(jí)，屬于偏中度污染。

(2)以廣東省土壤環(huán)境背景值為參考，砷、鉻、鎳、銅等4種重金濃度均值低于背景值，汞、鋅、鎘、鉛等4種重金屬濃度均值高于背景值。

(3)按照潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)，沉積物中砷、鉻、鎳、銅、鋅、鉛等重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為輕微，汞的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為中等，鎘的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為較強(qiáng)。