云南安寧水系沉積污染物分布特征與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

范晨子， 劉永兵， 趙文博， 劉成海， 袁繼海， 郭威， 郝乃軒

(1.國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心， 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局微區(qū)與元素形態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100037；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 北京 100083)

水系沉積物是水環(huán)境的基本組成部分，是水環(huán)境中污染物的源或匯[1-2]。在自然條件下，水系沉積物中的元素主要來(lái)源于水與巖石、水與土壤之間的相互作用[3]。伴隨著近年來(lái)工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及城市化的發(fā)展與推進(jìn)，大量的工農(nóng)業(yè)、生活污水以及大氣沉降物不斷排入水中，導(dǎo)致水體中懸浮物與沉積物中的污染物含量急劇升高。當(dāng)水環(huán)境條件(如pH、溫度、溶解氧等)發(fā)生改變時(shí)，累積于沉積物中的污染物會(huì)重新釋放進(jìn)入上覆水體，造成水環(huán)境的“二次污染”[4-7]。因此，研究污染物在地區(qū)水系沉積物中的含量水平和分布特征的基礎(chǔ)上，對(duì)其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)具有十分重要的意義。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水系沉積物中的污染物特別是重金屬、有機(jī)污染物的污染分布特征、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、變化趨勢(shì)、污染來(lái)源等開(kāi)展了較多的研究，研究的水系范圍包括海洋、湖泊、河口、湖口、內(nèi)陸河流等，尤其是流經(jīng)城市、礦區(qū)和工業(yè)區(qū)的河流和湖泊[8-13]。例如，Ayari等[14]評(píng)估了突尼斯西北部Oued Rarai盆地水系沉積物中銻、砷、鉛、汞和銀顯示出污染，其中砷的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值最大，通過(guò)來(lái)源相關(guān)性分析揭示了與巖性、構(gòu)造和人為來(lái)源有關(guān)的三個(gè)主要地球化學(xué)聯(lián)系。Yuan等[15]對(duì)江蘇蘇州工業(yè)園區(qū)城市河流沉積物樣本中的多環(huán)芳烴類(lèi)物質(zhì)(PAHs)進(jìn)行了分析，并通過(guò)正矩陣分解模型診斷煤/生物質(zhì)燃燒是PAHs的主要來(lái)源，其次是非燃燒源和車(chē)輛排放。采用多種數(shù)學(xué)模型對(duì)當(dāng)前污染現(xiàn)狀及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)并解析污染物的來(lái)源，對(duì)于提出有效的防范、應(yīng)急與減緩措施可提供重要的科學(xué)依據(jù)[9,16-17]。目前，國(guó)際上常用的評(píng)價(jià)水系沉積物環(huán)境重金屬污染程度的方法包括地累積指數(shù)法(Igeo)[18]、污染負(fù)荷指數(shù)法(PLI)[19]、潛在生態(tài)危害指數(shù)法(RI)[20]、生物毒性不利影響評(píng)價(jià)法(mPEC-Q)[21]、對(duì)數(shù)衰減模型[22-23]等。前三種方法均將樣品重金屬含量的實(shí)測(cè)值與區(qū)域背景值對(duì)比，通過(guò)計(jì)算得到相應(yīng)的評(píng)價(jià)指數(shù)，再對(duì)區(qū)域重金屬的污染程度進(jìn)行評(píng)估。在追蹤環(huán)境污染源時(shí)，通常采用最接近于現(xiàn)代河流水系沉積物形成環(huán)境的“全球頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)”[24-25]作為最快速和有效的方法，而使用中國(guó)全國(guó)水系沉積物平均值[26-27]或者中國(guó)南方水系沉積物平均值[28]作為標(biāo)準(zhǔn)背景進(jìn)行評(píng)價(jià)，該結(jié)果可以與中國(guó)水系的環(huán)境地球化學(xué)質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比。地累積指數(shù)法側(cè)重單一金屬，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)綜合考慮重金屬的毒性、在沉積物中普遍的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和評(píng)價(jià)區(qū)域?qū)χ亟饘傥廴镜拿舾行?，以及重金屬區(qū)域背景值的差異，適用于大區(qū)域范圍不同源沉積物之間進(jìn)行評(píng)價(jià)比較[16,29]。沉積物中PAHs生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)常用的方法為L(zhǎng)ong等提出的質(zhì)量基準(zhǔn)法(SQGs)和加拿大發(fā)布的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)法(SQSs)等[30]。兩種方法均是通過(guò)設(shè)定濃度值的界限來(lái)判定污染物潛在風(fēng)險(xiǎn)幾率的高低。其中質(zhì)量基準(zhǔn)法是用于表征PAHs潛在生物毒性風(fēng)險(xiǎn)的量化指標(biāo)，是評(píng)價(jià)淡水和海洋沉積物環(huán)境質(zhì)量的有力工具。

長(zhǎng)江作為中國(guó)的第一大河流，國(guó)家高度重視長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)環(huán)境安全，明確提出長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“要堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的戰(zhàn)略定位”，將建設(shè)“安全長(zhǎng)江”確立為區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)的主要目標(biāo)[31]。云南安寧地區(qū)位于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶上游金沙江流域，具有“中國(guó)磷都”之稱(chēng)，是云南滇中新區(qū)發(fā)展的重要支點(diǎn)。已有學(xué)者在20世紀(jì)70～80年代對(duì)昆明及周邊安寧地區(qū)開(kāi)展了1∶20萬(wàn)地球化學(xué)水系沉積物測(cè)量[32]、1∶20萬(wàn)水文地質(zhì)調(diào)查[33]等工作，但隨著礦業(yè)、工業(yè)和城鎮(zhèn)化進(jìn)程，近年來(lái)安寧地區(qū)生態(tài)環(huán)境受人類(lèi)活動(dòng)的影響發(fā)生了較大變化。本文利用X射線熒光光譜、電感耦合等離子體發(fā)射光譜/質(zhì)譜、氣相色譜-質(zhì)譜等方法系統(tǒng)分析了安寧地區(qū)水系沉積物中的常量元素、微量元素和16種優(yōu)先控制的PAHs含量和空間分布特征，并采用地累積指數(shù)法、Hankanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)8種典型重金屬元素(As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、Pb、Hg)和采用質(zhì)量基準(zhǔn)法對(duì)PAHs進(jìn)行了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，研究這些污染物對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響，為今后實(shí)施重點(diǎn)污染源、生態(tài)狀況監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)總磷總量控制奠定基礎(chǔ)，保障長(zhǎng)江流域的生態(tài)安全。

1 研究區(qū)概況

云南省安寧市位于滇中高原的東部邊緣和滇池?cái)嘞菖璧匚鞑?，地處于康滇地軸二級(jí)構(gòu)造帶的中南段。安寧市隸屬于昆明市管轄，是云南滇中新區(qū)西片區(qū)核心，屬亞熱帶低緯度高海拔氣候，四季溫差不大，年平均氣溫14.9℃，年均降水量約為1000mm，降雨主要集中在5～9月。安寧市礦產(chǎn)資源十分豐富，境內(nèi)探明磷礦儲(chǔ)量約10.15億噸，占全國(guó)資源儲(chǔ)量的14%，區(qū)內(nèi)除磷礦外，還有鹽、鐵、鈦、錫、銅、鋅、鋁、硅、鋁土礦、石英砂、石灰石、白云石及花崗巖等諸多礦藏。安寧市工業(yè)產(chǎn)業(yè)以石化化工、鋼鐵、磷化工、裝備制造、新材料等為主；農(nóng)業(yè)以烤煙、鮮花、紅梨、大棚蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物種植為主。

安寧市地處紅河水系和金沙江水系分界處，徑流面積1301km2，其中金沙江流域1186km2，紅河流域115km2。安寧市集水面積大于50km2(包括市境外面積)的河流共有14條，其中長(zhǎng)江流域有11條，均屬金沙江右岸一級(jí)支流普渡河水系，分別為螳螂川、馬料河、鳴矣河、招壩河、一六街河、螃蟹河、縣街河、沙河、九龍河、祿脿河與甸尾箐河；紅河流域有3條，均屬紅河左岸一級(jí)支流綠汁江水系，分別為中屯河、川街河與王家灘河。其中，螳螂川作為滇池的唯一出口，除紅河水系的九渡河外，其余河流最后都匯入螳螂川。螳螂川沿岸分布著眾多的磷化工、鋼鐵冶金、石油化工以及制酸等企業(yè)。特別是在安寧草鋪、祿脿、青龍片區(qū)集中了大量化工企業(yè)，例如三環(huán)化工集團(tuán)、三聚磷酸五鈉廠等，致使河道水體水質(zhì)惡化，總磷、氟化物、汞、化學(xué)需氧量濃度經(jīng)常檢出超標(biāo)現(xiàn)象，是近年來(lái)螳螂川水體整治和監(jiān)管的重點(diǎn)[34]。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 樣品采集及處理

2019年4月項(xiàng)目組在安寧地區(qū)采集了水系沉積物。使用鐵鏟或抓斗式取樣器采集水底0～20cm的沉積物共29件，樣品編號(hào)為1～29(采樣點(diǎn)位見(jiàn)后文的圖1)。將樣品中的水草、石塊、生物碎屑等雜質(zhì)剔除之后，置于白布袋中室溫下自然風(fēng)干。用于無(wú)機(jī)分析的樣品經(jīng)破碎后過(guò)200目篩，裝入紙袋送至實(shí)驗(yàn)室分析。用于有機(jī)污染物分析的樣品置于棕色瓶中送至實(shí)驗(yàn)室分析。

2.2 樣品分析方法

無(wú)機(jī)樣品和有機(jī)樣品分析均由國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成。

無(wú)機(jī)分析測(cè)試方法如下：使用X射線熒光光譜儀(型號(hào)PW4400)測(cè)定Al2O3、CaO、K2O、MgO、MnO、Na2O、P2O5、SiO2、TFe2O3、TiO2含量，檢測(cè)方法依據(jù)《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法 第28部分：16個(gè)主次成分量》(GB/T 14506.28—2010)；使用X射線熒光光譜儀(型號(hào)2100)測(cè)定Cl含量，檢測(cè)方法依據(jù)《波長(zhǎng)色散型X射線熒光譜方法通則》(JY/T 016—1996)；使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(型號(hào)PE300D)測(cè)定As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、Pb、Th、U含量，檢測(cè)方法依據(jù)《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法 第30部分：44個(gè)元素量測(cè)定》(GB/T 14506.30—2010)；使用原子熒光光譜儀測(cè)定Hg、Se含量，檢測(cè)方法依據(jù)《1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及地球化學(xué)普查樣品分析方法及質(zhì)量管理指導(dǎo)性規(guī)程》(DZG 20.10—1990)；使用紅外碳硫儀測(cè)定C、S含量，檢測(cè)方法依據(jù)《錳鐵及高爐錳鐵化學(xué)分析方法 紅外線吸收法測(cè)定硫含量》(GB/T 7730.5—2000)；使用離子選擇性電極法測(cè)定水溶性氟含量，檢測(cè)方法依據(jù)《1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及地球化學(xué)普查樣品分析方法及質(zhì)量管理指導(dǎo)性規(guī)程》(DZG 20.10—1990)。

有機(jī)分析測(cè)試方法如下：使用氣相色譜-質(zhì)譜儀(型號(hào)QP-2010)測(cè)定萘、苊、芴、菲、蒽、熒蒽芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]苝、茚并[1,2,3-cd]芘、苊烯等多環(huán)芳烴類(lèi)有機(jī)污染物，檢測(cè)方法依據(jù)《氣相色譜-質(zhì)譜法分析半揮發(fā)性有機(jī)物》(US.EPA 8270D)。

數(shù)據(jù)整理和分析采用Microsoft Excel完成，采用Arcgis軟件繪制流域沉積物采樣點(diǎn)分布圖和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)圖。

2.3 重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

2.3.1地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法(Igeo)是由德國(guó)沉積學(xué)家Müller提出的一種研究水環(huán)境沉積物中重金屬污染的定量指標(biāo)[18]。該方法綜合考慮了人為污染因素、環(huán)境地球化學(xué)背景值和自然成巖作用引起的背景值變動(dòng)的影響，其計(jì)算公式為：

式中：Cn為元素n在沉積物中的實(shí)測(cè)含量；Bn為該元素的地球化學(xué)背景值，本文采用中國(guó)南方水系沉積物、全國(guó)水系沉積物元素背景值為參考值[26-28]。根據(jù)Igeo數(shù)值的大小，可將其按污染程度分為6級(jí)[5]，重金屬地累積指數(shù)(Igeo)與污染程度的關(guān)系為：當(dāng)Igeo<0時(shí)，無(wú)污染；0≤Igeo<1時(shí)，輕度污染；1≤Igeo<2時(shí)，偏中度污染；2≤Igeo<3時(shí)，中度污染；3≤Igeo<4時(shí)，偏重度污染；4≤Igeo<5時(shí)，重度污染；Igeo≥5時(shí)，嚴(yán)重污染。

2.3.2潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

2.4 多環(huán)芳烴類(lèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

本文采用質(zhì)量基準(zhǔn)法對(duì)安寧地區(qū)水系沉積物中PAHs類(lèi)污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[30]。質(zhì)量基準(zhǔn)法中提出了效應(yīng)區(qū)間低值(ERL)和效應(yīng)區(qū)間中值(ERM)，用于確定河流、海洋、湖泊沉積物中有機(jī)污染物的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而反映沉積物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。PAHsERM，表示可能會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面生態(tài)效應(yīng)(風(fēng)險(xiǎn)概率>50%)。

3 結(jié)果與討論

3.1 安寧地區(qū)水系沉積物主要無(wú)機(jī)元素含量特征

3.1.1主量元素和硫碳釷等元素含量特征

安寧地區(qū)流域水系沉積物中主量元素、S、C、Th、U、Se、Cl和水溶性氟的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。根據(jù)Wilding[35]對(duì)變異系數(shù)的分類(lèi)，除SiO2的變異系數(shù)小于0.35，變異程度不高外，其余元素變異程度較高，尤其是CaO、P2O5、S和水溶性氟變異系數(shù)均超過(guò)了1，說(shuō)明它們?cè)谒党练e物中的含量變化大，受地層巖性、人類(lèi)活動(dòng)等空間差異影響大。SiO2含量存在顯著虧損的樣品(點(diǎn)位29和25)主要分布在鐵礦等礦山周邊，伴隨著CaO或Fe2O3含量的明顯上升。相對(duì)于中國(guó)全國(guó)水系沉積物[27]和中國(guó)南方水系沉積物[28]而言(表1)，安寧地區(qū)水系沉積物明顯虧損SiO2、Al2O3、K2O、MgO、Na2O，富集CaO、Fe2O3、P2O5和TiO2。安寧地區(qū)水系沉積物中水溶性氟含量較高，超過(guò)65%的點(diǎn)位數(shù)值高于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—2008)農(nóng)業(yè)用地對(duì)氟的標(biāo)準(zhǔn)(5μg/g)，尤其集中分布在以磷化工企業(yè)分布較多的北部祿脿河和普渡河流域。安寧地區(qū)所有采樣點(diǎn)水系沉積物中U和Se元素的平均含量分別為4.78μg/g和1.10μg/g，顯著高于中國(guó)全國(guó)水系沉積物中U的均值2.40μg/g[27]，以及中國(guó)南方水系沉積物中U和Se的均值3.50μg/g和0.33μg/g[28]。

表1 安寧地區(qū)水系沉積物主量元素、碳、硫等含量統(tǒng)計(jì)

3.1.2重金屬元素含量特征

重金屬元素含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb和Cr含量均值分別為48.81、69.97、495.83、27.46、1.14、0.47、126.36和94.72μg/g，分別為中國(guó)南方水系沉積物背景值[28]的1.68、2.80、6.12、2.10、4.97、6.22、3.91和1.41倍，呈現(xiàn)出顯著富集的特征。安寧地區(qū)水系沉積物中重金屬含量變異系數(shù)的大小順序?yàn)椋篫n>Hg>Cd>Cu>Pb>As>Ni>Cr，除Ni和Cr外其他重金屬均變異程度高，特別是Zn、Cd和Hg的變異系數(shù)分別高達(dá)1.88、1.51和1.60，說(shuō)明重金屬元素的空間分布極度不均勻。安寧地區(qū)水系沉積物中重金屬元素的高值主要集中螳螂川安寧城區(qū)和工業(yè)園區(qū)段，其中Zn、Hg、Pb的最高值(點(diǎn)位14)出現(xiàn)在螳螂川流域昆鋼段；Cr的最高值(點(diǎn)位24)出現(xiàn)在鳴矣河小流域窯坡磷礦水庫(kù)；Ni的最高值(點(diǎn)位12)出現(xiàn)在螳螂川流域松林水庫(kù)；Cu、As、Cd的最高值(點(diǎn)位6)出現(xiàn)在祿裱河花箐段。可見(jiàn)，重金屬的分布與安寧地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)集中在螳螂川沿岸特別是祿脿、草鋪等工業(yè)園區(qū)密切相關(guān)。安寧地區(qū)水系沉積物重金屬含量與滇池外海[36]、滇池寶象河[37]基本相當(dāng)，Zn、Pb含量略高；相比珠江流域南盤(pán)江[38]As和Cd含量偏低；相比長(zhǎng)江上游宜賓至瀘州段[39]、岷江[40]、沱江流域[2]，除Cr之外其他幾種重金屬含量都偏高。

表2 安寧地區(qū)水系沉積物重金屬含量統(tǒng)計(jì)

3.2 安寧地區(qū)水系沉積物中多環(huán)芳烴含量與空間分布特征

本研究對(duì)安寧地區(qū)水系沉積物中16種優(yōu)先控制的多環(huán)芳烴PAHs進(jìn)行了測(cè)定，包括2環(huán)和3環(huán)PAHs(Nap、Acy、Ace、Flu、Phe、Ant)；4環(huán)PAHs(FlA、Pyr、BaA、Chr)；5環(huán)和6環(huán)PAHs(BbF、BkF、BaP、InP、DahA、BghiP)。表3顯示區(qū)內(nèi)沉積物中∑PAHs含量的均值為20856.0ng/g，其中最小值為84.9ng/g，最大值為560181.7ng/g，16種PAHs檢出率幾近100%(圖1)。從PAHs組成來(lái)看，4環(huán)PAHs含量最高，為10497.8ng/g，其中Pyr含量最高；5～6環(huán)PAHs含量次之，平均值為7482.3ng/g，其中BbF含量最高，DahA含量較低；2～3環(huán)PAHs含量最小，平均值為2875.9ng/g，其中Phe含量最大?？傮w來(lái)說(shuō)，16種單體的變異系數(shù)均較大，說(shuō)明這些物質(zhì)在空間上的含量差異程度大，其中Fla 的變異系數(shù)最大，Ace的變異程度相對(duì)較小；在不同環(huán)數(shù)中，中環(huán)(4環(huán))和高環(huán)(5環(huán)、6環(huán))的變異程度明顯大于低環(huán)(2環(huán)、3環(huán))。

表3 安寧地區(qū)水系沉積物多環(huán)芳烴含量統(tǒng)計(jì)

圖1 安寧地區(qū)水系沉積物采樣點(diǎn)位(數(shù)字“1～29” )及多環(huán)芳烴總量分布圖Fig.1 Sampling sites (No.1-29) and distribution of ∑PAHs contents in the surface sediments from Anning area

安寧地區(qū)水系沉積物PAHs的總體含量較大(∑PAHs均值為20856.0ng/g)，顯著高于文獻(xiàn)報(bào)道的其他區(qū)域表層水系沉積物。據(jù)報(bào)道16種PAHs總量均值在長(zhǎng)江、淮河、海河、松花江、太湖、滇池分別為1147、1723、2595、793、12472、3714ng/g[42]，在三亞河為2624.98ng/g[43]，在南寧清水泉地下河為430.86ng/g[44]。通過(guò)對(duì)比說(shuō)明安寧地區(qū)PAHs污染較為嚴(yán)重。

本研究采用特征分子分析法來(lái)確定環(huán)境中的PAHs來(lái)源，采用Ant/(Ant+Phe)、Flu/(Flu+Pyr)比值法對(duì)PAHs來(lái)源進(jìn)行解析[44]。當(dāng)Ant/(Ant+Phe)<0.1為石油源，Ant/(Ant+Phe)>0.1為燃燒源；當(dāng)Flu/(Flu+Pyr)<0.4為石油燃燒，F(xiàn)lu/(Flu+Pyr)>0.5主要是木材和煤炭燃燒，該值在0.4～0.5之間為石油及其精煉產(chǎn)品的燃燒來(lái)源[45]。安寧地區(qū)水系沉積物Ant/(Ant+Phe)比值范圍為0～0.22，約有2/3采樣點(diǎn)該比值小于0.1，表明沉積物PAHs以石油源為主。Flu/(Flu+Phy)比值范圍為0.03～0.64，在70%的采樣點(diǎn)該比值小于0.4，表明安寧水系沉積物PAHs以石油燃燒為主(圖2)。PAHs類(lèi)污染物高值主要分布在螳螂川沿岸(圖1)，特別是在點(diǎn)位14(鋼鐵廠周邊)，點(diǎn)位9(石油化工、鋼鐵廠周邊)，點(diǎn)位4(發(fā)電廠、化工廠周邊)。上述結(jié)果表明石化工業(yè)以及石油燃料的燃燒是安寧地區(qū)沉積物PAHs的主要來(lái)源。

圖2 安寧地區(qū)水系沉積物PAHs來(lái)源分析Fig.2 Identification of the sources of PAHs in the surface sediments from Anning area

3.3 安寧地區(qū)水系沉積物中重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

以中國(guó)南方水系沉積物為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)安寧地區(qū)水系沉積物中重金屬元素采用地累積指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)。29個(gè)樣品中，Cr的Igeo=-138.98～15.82，平均值為-9.07；Ni的Igeo=-49.90～11.51，平均值為-1.80；Cu的Igeo=-36.79～9.01，平均值為-0.79；Zn的Igeo=-5.45～11.57，平均值為0.77；As的Igeo=-38.57～25.11，平均值為-0.88；Cd 的Igeo=-47.48～16.29，平均值為-0.89；Hg的Igeo=-30.84～10.74，平均值為-2.07；Pb的Igeo=-5.29～16.73，平均值為0.94。從地累積指數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表4)來(lái)看，安寧地區(qū)水系沉積物中重金屬污染程度總體較為嚴(yán)重，特別是部分地區(qū)的As、Ni、Cr、Cu等元素達(dá)到了嚴(yán)重污染的程度，占比分別為20.69%、13.79%、10.34%和10.34%。

表4 安寧地區(qū)水系沉積物地累積指數(shù)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

圖3 安寧地區(qū)水系沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 Hankanson ecological risk of heavy metals in the surface sediments from Anning area

3.4 安寧地區(qū)水系沉積物多環(huán)芳烴生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用質(zhì)量基準(zhǔn)法對(duì)安寧地區(qū)水系沉積物中PAHs潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果(表5)表明，在29處采樣點(diǎn)中，有24處∑PAHs含量小于ERL值，生物毒副作用不明顯；4處∑PAHs含量在ERL和ERM之間，偶爾會(huì)產(chǎn)生負(fù)面生態(tài)效應(yīng)，一處采樣點(diǎn)∑PAHs含量超出ERM值?？傮w而言，安寧地區(qū)水系沉積物多環(huán)芳烴生物毒副作用不明顯，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低。對(duì)于單體PAHs，有4處采樣點(diǎn)(點(diǎn)14、11、9、6)的BghiP的含量，2處(點(diǎn)14和11)Phe和BaA值的含量，其他單體有一處含量值超過(guò)了ERM值，生物毒性大于50%。與重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)似，多環(huán)芳烴生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也是主要集中在螳螂川(普渡河流域)的鋼鐵廠和化工廠周邊區(qū)域。螳螂川尤其是草鋪、祿脿街道段工業(yè)化程度高，污染源集中，人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)烈，排放了大量的污染物，致使該區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)烈增加，因此相關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)污染物定期監(jiān)測(cè)，減少現(xiàn)有污染物的排放，防止新增污染物的輸入。

表5 安寧地區(qū)水系沉積物多環(huán)芳烴生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)論

根據(jù)2019年云南安寧地區(qū)水系沉積物的調(diào)查數(shù)據(jù)，通過(guò)分析其水系沉積物中的無(wú)機(jī)元素、多環(huán)芳烴含量和分布特征，結(jié)合地累積指數(shù)、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)和質(zhì)量基準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法，識(shí)別了安寧市水系沉積物中重金屬和多環(huán)芳烴的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。研究結(jié)果表明：①研究區(qū)水系沉積物8種重金屬Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb和Cr均不同程度地高于中國(guó)全國(guó)和南方水系沉積物背景值，且變異程度較高；②∑PAHs總量的均值為20856.0ng/g，16種優(yōu)先控制的PAHs單體檢出率接近100%，4環(huán)PAHs含量最高；PAHs空間含量的差異程度大，石化工業(yè)以及石油燃料的燃燒是安寧地區(qū)水系沉積物PAHs的主要來(lái)源；③地累積指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明研究區(qū)重金屬污染程度較為嚴(yán)重，尤其是Cd、Hg和As存在中等到嚴(yán)重的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)集中于螳螂川(普渡河流域)鋼鐵廠及化工廠周邊；④質(zhì)量基準(zhǔn)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明研究區(qū)多環(huán)芳烴的生物毒副作用總體不明顯，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低，但在螳螂川昆鋼段存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

本次研究工作通過(guò)系統(tǒng)采樣、含量及分布特征分析結(jié)合多種評(píng)價(jià)方法，針對(duì)云南安寧地區(qū)水系沉積物的重金屬和多環(huán)芳烴生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行了全面、客觀的評(píng)價(jià)。安寧地區(qū)水系沉積物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較嚴(yán)重的區(qū)域均集中在普渡河流域螳螂川沿線的鋼鐵、化工、冶煉等工業(yè)廠礦周邊，因此需要重點(diǎn)治理工業(yè)點(diǎn)源污染，減少和控制工業(yè)污水排放，加強(qiáng)定期監(jiān)測(cè)。本研究成果為安寧地區(qū)水環(huán)境中污染防治和環(huán)境治理提供了科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐，為當(dāng)?shù)丶訌?qiáng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)和資源保護(hù)的監(jiān)管提供了詳細(xì)的數(shù)據(jù)。