太湖流域滆湖圍網(wǎng)拆除后沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬空間分布特征及評(píng)價(jià)*

廖潤(rùn)華，吳小剛,，王兆德，王寶瑩，柯 凡，韓 超，周 強(qiáng)，任靜華

(1：景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，景德鎮(zhèn) 333403) (2：中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008) (3：自然資源部國(guó)土(耕地)生態(tài)監(jiān)測(cè)與修復(fù)工程技術(shù)創(chuàng)新中心，江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，南京 210018)

氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽作為生物生長(zhǎng)所必需營(yíng)養(yǎng)元素，調(diào)節(jié)著水中藻類(lèi)的生長(zhǎng)，被認(rèn)為是我國(guó)水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要限制因子[1-2]. 重金屬污染作為一類(lèi)具有潛在危害性的污染，以其高毒性、累積性、遷移性、難降解等特性而倍受關(guān)注[3-4]，此外，該類(lèi)污染物經(jīng)過(guò)水生生物攝入和吸收，發(fā)生生物富集和食物鏈放大等效應(yīng)，最終可能通過(guò)食物網(wǎng)進(jìn)入人體，危及人類(lèi)健康[5]. 過(guò)量營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬通過(guò)擴(kuò)散、沉降等形式不斷在沉積物中蓄積，而當(dāng)外界環(huán)境(如溫度、光照、pH等)改變或受人為干擾，蓄積污染物可能再次釋放到水體中，造成水體二次污染(也稱(chēng)沉積物內(nèi)源釋放污染)，因此沉積物既是污染物的“匯”又是“源”. 當(dāng)外源污染輸入得到控制，沉積物內(nèi)源釋放是造成水環(huán)境污染的重要原因. 因此，探明沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬空間分布及污染特征，并對(duì)其進(jìn)行污染風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)，有助于相關(guān)部門(mén)對(duì)水環(huán)境安全和水產(chǎn)品安全的科學(xué)研判和指導(dǎo).

滆湖(31°29′～31°42′N(xiāo)，119°44′～119°53′E)，水域面積164 km2，為蘇南地區(qū)的第二大湖泊，是構(gòu)成長(zhǎng)江三角洲太湖流域的重要組成部分. 長(zhǎng)期以來(lái)，滆湖“圍湖”、“圍網(wǎng)”現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，一直是養(yǎng)殖污染重災(zāi)區(qū)，且由于周邊地區(qū)工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，大量工農(nóng)業(yè)廢水匯入滆湖，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化和重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，使得湖區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的健康發(fā)展和市民生產(chǎn)生活的供水安全遭受極大挑戰(zhàn)，也嚴(yán)重影響國(guó)家對(duì)整個(gè)太湖流域環(huán)境治理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[6-9]. 為改善滆湖水質(zhì)，自2004年起政府便對(duì)滆湖開(kāi)展“圍網(wǎng)整治”和“退漁還湖”等工程. 目前已有不少學(xué)者針對(duì)滆湖水質(zhì)變化特征、水體生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)及水污染控制技術(shù)等開(kāi)展研究工作. 如，吳曉東等[6]通過(guò)分析滆湖總懸浮物(TSS)的時(shí)空分布特征、組成及其季節(jié)變化規(guī)律，探明藻類(lèi)暴發(fā)和泥沙再懸浮是影響滆湖水體懸浮物濃度的重要因素. 張莉等[7]對(duì)2010-2016年滆湖水質(zhì)現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)研究表明，7年間滆湖水體中總氮(TN)、溶解氧(DO)、石油類(lèi)濃度呈不顯著下降趨勢(shì)，而總磷(TP)、氨氮(NH3-N)等濃度呈不顯著上升趨勢(shì). 王彧[8]全面分析了滆湖全湖水質(zhì)特征，指出滆湖水體營(yíng)養(yǎng)狀況全年長(zhǎng)期屬中度富營(yíng)養(yǎng)化. 在滆湖圍網(wǎng)拆除工程實(shí)施期間，熊春暉等[9]于2014年初步調(diào)查分析了滆湖沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬的污染特征，發(fā)現(xiàn)湖北區(qū)TN、TP含量顯著低于其他湖區(qū)，重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)表明滆湖沉積物存在很強(qiáng)到極強(qiáng)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn). 2017-2019年3月底，全湖最后約1.51×107m2圍網(wǎng)全面拆除. 然而，當(dāng)前針對(duì)圍網(wǎng)拆除工程對(duì)滆湖沉積物污染狀況的后續(xù)影響效果卻鮮有人跟蹤報(bào)道. 目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)水體圍網(wǎng)拆除前后相關(guān)效果的研究多圍繞水質(zhì)及生態(tài)環(huán)境改善情況[10-11]，而針對(duì)沉積物的相關(guān)報(bào)道相對(duì)較少. 因此，為科學(xué)評(píng)估圍網(wǎng)拆除前后滆湖沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬元素變化狀況，本文采用網(wǎng)格化布點(diǎn)方式在全湖精細(xì)布點(diǎn)，通過(guò)對(duì)滆湖表層沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬元素的大范圍、高密度調(diào)查，分析其空間分異特征，并采用相關(guān)評(píng)價(jià)方法對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽污染和重金屬潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以期為滆湖圍網(wǎng)拆除后期重點(diǎn)湖區(qū)的清淤、生態(tài)修復(fù)等污染防控和生態(tài)恢復(fù)重建提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐;也為滆湖科學(xué)治水、控源截污和漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)等工作的開(kāi)展提供一定的建議及對(duì)策.

1 材料和方法

1.1 樣品采集與處理

為更精確地獲取滆湖污染物的空間分布特征根據(jù)網(wǎng)格化布點(diǎn)法，全湖共布設(shè)33個(gè)采樣點(diǎn)位(圖1). 根據(jù)地理位置及湖區(qū)資源開(kāi)發(fā)和修復(fù)情況，將整個(gè)湖區(qū)分為湖北區(qū)(點(diǎn)位1～3)，湖中區(qū)東北部(點(diǎn)位4～14、17～19、23、33)、西南部(點(diǎn)位15、16、20～29)和湖南區(qū)(點(diǎn)位30～32) 4片區(qū)域. 于2019年7月，借助GPS全球定位系統(tǒng)，利用抓斗式采泥器(PBS-411)采集表層0～15 cm的沉積物，隨即裝入自封袋避光冷藏保存. 現(xiàn)場(chǎng)同步利用便攜式水質(zhì)參數(shù)儀(YSI 6600)監(jiān)測(cè)水溫(T)、pH值、DO濃度等環(huán)境指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表1. 采集后的沉積物樣本低溫保存送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行預(yù)處理. 首先剔除沉積物中較大的動(dòng)植物個(gè)體、石粒等，然后進(jìn)行冷凍干燥處理. 干燥過(guò)的沉積物樣品用瑪瑙研缽進(jìn)行充分研磨并過(guò)篩(篩網(wǎng)孔徑為74 μm)，放入自封袋中放置于干燥陰涼處備用.

圖1 滆湖采樣點(diǎn)位分布Fig.1 Distribution of sampling sites in Lake Gehu

表1 采樣點(diǎn)水質(zhì)信息

1.2 樣品分析方法

1.2.1 沉積物TN和TP的分析方法 采用過(guò)硫酸鉀聯(lián)合消解法測(cè)定積物中TN、TP含量[12]. 具體方法為：稱(chēng)取約0.02 g干泥樣于比色管中，加入25 mL氧化劑(20 g K2S2O8，3 g NaOH溶于1 L去離子水中)，再加入25 mL去離子水，加塞后置于121℃的YXQ-LS-50G 滅菌鍋中消解30 min. 取3 mL消解后溶液于比色皿中，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在210 nm處測(cè)定TN含量，另取3 mL加入0.3 mL鉬-銻-抗顯色劑，于700 nm處測(cè)定TP含量.

1.2.2 沉積物重金屬總量的測(cè)定方法 稱(chēng)取0.10 g左右干泥樣于比色管中，再加入2 mL HF、1 mL H2O2和1 mL HNO3，然后置于Mars6微波消解爐中消解4 h，冷卻后取1 mL上清液并將其稀釋到10 mL. 重金屬(As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn)的含量使用安捷倫7700X型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)定.

1.2.3 沉積物中總有機(jī)質(zhì)(TOC)含量測(cè)定方法 采用灼燒法[13]測(cè)定沉積物中TOC含量. 將坩堝于95℃馬弗爐中灼燒至前后兩次量差低于0.5 mg，記作m1. 取0.5 g土樣于坩堝中，于105℃下烘12 h后取出，冷卻，稱(chēng)量，記作m3；于550℃灼燒5 h后取出，冷卻，稱(chēng)量，記作m2. 燒失量(LOI)的計(jì)算公式為：

(1)

1.3 污染評(píng)價(jià)方法

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)沉積物中氮、磷的污染評(píng)價(jià)方法有很多，本文采用有機(jī)氮評(píng)價(jià)方法和綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法對(duì)滆湖表層沉積物中的氮、磷污染進(jìn)行評(píng)價(jià).

1.3.1 有機(jī)氮評(píng)價(jià)方法 有機(jī)氮是衡量湖泊表層沉積物是否受到氮污染的重要指標(biāo). 計(jì)算公式[14]為：

WON=0.95WTN

(2)

式中，WON為有機(jī)氮含量，WTN為總氮含量. 有機(jī)氮評(píng)價(jià)等級(jí)見(jiàn)表2.

表2 沉積物有機(jī)氮評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 營(yíng)養(yǎng)鹽綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法 采用綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)表層沉積物中TN、TP的污染程度. 計(jì)算方法為：

Sj=Cj/Cs

(3)

(4)

式中，F(xiàn)F為綜合污染指數(shù)；Sj為單項(xiàng)評(píng)價(jià)指數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)，Sj>1表示因子j含量超過(guò)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值；Cj為評(píng)價(jià)因子j的實(shí)測(cè)值，g/kg；Cs為評(píng)價(jià)因子j的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，按文獻(xiàn)[15]取值，WTN的Cs為1.00 g/kg，WTP的Cs為0.42 g/kg(WTN和WTP為背景值，即湖泊未受人類(lèi)活動(dòng)影響時(shí)，湖泊沉積物中TN、TP實(shí)測(cè)值的平均值)；F為n項(xiàng)污染指數(shù)的平均值(即公式(3)中STN和STP的平均值)；FMAX為最大單項(xiàng)污染指數(shù)(即STN和STP中的最大值).FF的大小與污染等級(jí)關(guān)系見(jiàn)表3.

表3 沉積物綜合污染程度分級(jí)

1.3.3 重金屬地質(zhì)累積指數(shù)法 地質(zhì)累積指數(shù)法是德國(guó)海德堡大學(xué)沉積物研究所的Müller[16]提出的，將人為污染因素、地球化學(xué)背景值以及由于自然成巖作用可能會(huì)引起背景值變動(dòng)的因素綜合考慮，其計(jì)算公式為:

Igeo=log2[C/(k·B)]

(5)

式中，Igeo為重金屬的地質(zhì)積累指數(shù)；C為重金屬在沉積物中的實(shí)測(cè)濃度，mg/kg；B為重金屬在沉積巖中所測(cè)的地球化學(xué)背景值，采用江蘇省土壤重金屬環(huán)境背景值[17](表4)；k為考慮到成巖作用可能會(huì)引起背景值變動(dòng)而設(shè)定的常數(shù)，一般k=1.5[18].Igeo大小與污染等級(jí)見(jiàn)表5.

表4 重金屬評(píng)價(jià)背景值和毒性系數(shù)

表5 重金屬污染程度與Igeo的關(guān)系

1.3.4 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法 為綜合反映沉積物中重金屬的潛在生態(tài)影響，需考慮到重金屬毒性、評(píng)價(jià)區(qū)域?qū)χ亟饘傥廴镜拿舾行裕约爸亟饘賲^(qū)域背景值的差異，故選用H?kanson[19]提出的污染評(píng)價(jià)方法，其計(jì)算公式為:

(6)

表6 單項(xiàng)及綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn) 評(píng)價(jià)指數(shù)與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制. 利用ArcGIS 10.2軟件進(jìn)行反距離權(quán)重插值法繪制沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬元素的二維空間分布特征圖. 利用SPSS 25.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 圍網(wǎng)拆除后滆湖沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽空間分布特征

滆湖表層沉積物各位點(diǎn)營(yíng)養(yǎng)鹽含量具有很大的空間異質(zhì)性(圖2). TN含量為1101～5725 mg/kg，平均值為(3709±1004) mg/kg，最高值出現(xiàn)在點(diǎn)位27處. 整個(gè)湖區(qū)TN含量呈現(xiàn)出較明顯的區(qū)域性分布，即湖北區(qū)(P<0.001)及湖中區(qū)西南部(P=0.002)顯著低于湖中區(qū)東北部. TP含量為450～3950 mg/kg，均值為(1127±650) mg/kg，最高值也出現(xiàn)在點(diǎn)位27處. 整體而言，湖中區(qū)西南部表層沉積物TN含量相對(duì)較低，但在點(diǎn)位27處出現(xiàn)一個(gè)明顯的總磷富集區(qū). TOC含量的空間分布與TN、TP含量分布具有很大的相關(guān)性. TOC含量為32.66～152.51 mg/g，均值為(78.39±23.88) mg/g，最高值也出現(xiàn)在點(diǎn)位27處，也進(jìn)一步反映了土壤有機(jī)質(zhì)是沉積物中N、P等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素的主要貢獻(xiàn)者.

圖2 滆湖表層沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽的空間分布Fig.2 Spatial distributions of the main nutrients in the surface sediments of Lake Gehu

總體而言，湖北區(qū)及南區(qū)南部營(yíng)養(yǎng)鹽含量較湖中區(qū)低，主要原因在于湖北區(qū)沿岸生態(tài)公園的截留與凈化作用，以及2010年進(jìn)行了底泥疏浚[21]和水生植被恢復(fù)等生態(tài)修復(fù)工作；湖南區(qū)南部湖道狹長(zhǎng)，水生植物生長(zhǎng)密集. 湖中區(qū)東北部由于湖岸兩旁居民區(qū)較為密集，農(nóng)業(yè)面積大，生活污水及工農(nóng)業(yè)廢水的大量排放，加之此前的圍網(wǎng)養(yǎng)殖[22]，都導(dǎo)致了營(yíng)養(yǎng)鹽含量的升高；湖區(qū)東部沿岸由北至南有4個(gè)主要的營(yíng)養(yǎng)鹽富集區(qū)，所處位點(diǎn)為10、19、27和31，分別臨近大洪港、太滆運(yùn)河、漕橋河和殷村港的出湖口，說(shuō)明這些出湖河流均受到不同程度的營(yíng)養(yǎng)鹽污染，并有污染物最終蓄積在出湖口沉積物中，這與陳雷等[23]的研究結(jié)果相符；湖區(qū)西部沿岸由北至南有兩個(gè)主要的營(yíng)養(yǎng)鹽富集區(qū)，所處位點(diǎn)為4和30，分別臨近孟津河與滆湖的交匯處和中干河的入湖口，表明這些入湖河流均會(huì)向湖區(qū)排放大量營(yíng)養(yǎng)鹽，這與蔡金傍等[24]的研究結(jié)果相符.

與圍網(wǎng)拆除前[9]相比，滆湖湖南區(qū)南部營(yíng)養(yǎng)鹽狀況明顯改善，如在點(diǎn)位32處TN和TP含量均下降43%左右，說(shuō)明外源污染輸入得到控制時(shí)，圍網(wǎng)拆除控磷、控氮效果顯著，這與班璇等[22]的研究結(jié)果較為一致；湖中區(qū)西南部營(yíng)養(yǎng)鹽含量無(wú)顯著變化，可能在于圍網(wǎng)拆除的積極效應(yīng)與入湖河流裹挾營(yíng)養(yǎng)鹽的影響相互消弭，其余各區(qū)域營(yíng)養(yǎng)鹽狀況均有不同程度的惡化，其中猶以點(diǎn)位27處最為嚴(yán)重，TN、TP含量分別增加73%和338%左右，這與流入湖區(qū)的大量污染物有直接關(guān)系，在加強(qiáng)直接入湖污染物(如飼料、直接排入湖區(qū)的生活污水及工農(nóng)業(yè)廢水等)的監(jiān)管和治理的同時(shí)，也應(yīng)重視出入湖河流及其沿岸點(diǎn)源、面源污染的整治和管理.

2.2 圍網(wǎng)拆除后滆湖沉積物重金屬空間分布特征

滆湖沉積物中重金屬(Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb)的空間分布見(jiàn)圖3. 各重金屬平均含量與江蘇背景值比值為Cd (10.30) > As (7.29) > Zn (2.34) > Pb (1.96) > Cu (1.64) > Cr (1.38) > Ni (1.34)，各重金屬平均含量分別為(1.55±1.06)、(68.55±10.86)、(170.62±47.25)、(52.43±14.73)、(42.57±12.43)、(105.18±34.91)和(44.04±11.93) mg/kg. 因此都存在一定程度的污染，其中猶以Cd和As最為嚴(yán)重. Zn、Pb、Ni和Cu的變異系數(shù)在20%～30%之間，As、Cr和Cd的變異系數(shù)分別為15.84%、33.19%和68.17%(表9)，說(shuō)明這7種重金屬含量具有一定的空間異質(zhì)性；依據(jù)Wilding對(duì)變異系數(shù)(CV)的分類(lèi)[25]，As、Zn、Pb、Ni、Cu和Cr為中等變異(15% 36%)，表明人類(lèi)活動(dòng)是造成重金屬空間分布差異的主要因素[26]，也表明Cd受人為污染影響最為嚴(yán)重. 整體呈現(xiàn)由南向北、自西向東逐漸增的趨勢(shì)，在湖區(qū)東北角重金屬含量達(dá)到最高. 從圖3可以看出，Zn、Cr和As含量的高值位點(diǎn)均出現(xiàn)在湖北區(qū)東部，都在東北角達(dá)到各自的最高值；Ni、Cu分布具有很大的一致性，在湖中區(qū)東北部與西南部出現(xiàn)明顯的區(qū)別，值得一提的是，Pb、Cd含量的最高值都出現(xiàn)在湖心部位，Cd在湖區(qū)北部與南部含量較低，Pb含量的高低值區(qū)域較為分散，但高值部分多集中在湖中與東部沿岸；在重金屬含量高值區(qū)域點(diǎn)位3污染較低，在相對(duì)低值區(qū)域點(diǎn)位27污染較高. 其中點(diǎn)位1地處湖區(qū)東北角，是武南河出湖口，點(diǎn)位2臨近扁擔(dān)河和夏溪河入湖口，點(diǎn)位19與27分別臨近太滆運(yùn)河和漕橋河出湖口，表明河流出入湖口的沉積物重金屬含量普遍高于其他湖區(qū)，這與劉新等[27]針對(duì)巢湖湖區(qū)及主要出入湖河流表層沉積物重金屬含量的研究結(jié)果一致.

圖3 滆湖表層沉積物重金屬的空間分布Fig.3 Spatial distributions of heavy metals in the surface sediments of Lake Gehu

與圍網(wǎng)拆除前[9]相比，湖區(qū)沉積物各重金屬平均含量均有極大程度的降低，平均降幅為59.95%，降幅之最屬Cu和As，分別為29.50%和80.45%. 但局部地區(qū)部分重金屬元素含量有所增加，如湖區(qū)東北角點(diǎn)位1處As含量和湖心處Pb和Cd含量. 同時(shí)滆湖重金屬平均含量均高于周邊湖泊長(zhǎng)蕩湖[28]，僅Ni含量略低于陽(yáng)澄湖[29]，其中As的含量更是太湖流域[30]的5.2倍. 表明滆湖沉積物重金屬平均含量仍處于很高水平，仍亟待進(jìn)一步的治理. 尤其是湖區(qū)東北角及湖心區(qū)域，漁民合理漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)及利用時(shí)應(yīng)規(guī)避該處湖區(qū)，防止該處水產(chǎn)品攝入過(guò)量重金屬元素后又被市民所食用，進(jìn)而對(duì)人體健康造成潛在危害.

2.3 滆湖沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽污染評(píng)價(jià)

滆湖所有點(diǎn)位表層沉積物有機(jī)氮污染均屬Ⅳ級(jí)，其中湖心中北部有機(jī)氮污染十分嚴(yán)重，且重災(zāi)區(qū)出現(xiàn)在湖區(qū)東南部點(diǎn)位27處，說(shuō)明整個(gè)滆湖表層沉積物氮污染問(wèn)題已刻不容緩.

單項(xiàng)評(píng)價(jià)指數(shù)STN清潔比例為0，輕度污染比例為3.03%，中度污染比例為0，重度污染比例為99.97%；STP清潔比例和輕度污染比例均為0，中度污染比例為15.15%，重度污染比例為84.85%；綜合污染指數(shù)FF值為4.39，屬于重度污染. 綜合以上所得數(shù)據(jù)及圖2A、2B，說(shuō)明就整個(gè)湖區(qū)而言，當(dāng)外源污染輸入未得到有效控制時(shí)，圍網(wǎng)拆除效果并不顯著，使得滆湖表層沉積物氮、磷污染情況仍然十分嚴(yán)峻，這與學(xué)者就滆湖底棲動(dòng)物群落、浮游藻類(lèi)植物的污染評(píng)價(jià)結(jié)果一致[31-32]，也與滆湖水質(zhì)污染狀況影響評(píng)價(jià)相一致[33]. 研究表明，沉積物中的氮、磷一部分來(lái)自于水生生物的腐敗，另一部分則來(lái)自于外源性輸入[34]. 近年來(lái)，隨著滆湖周邊地區(qū)人口數(shù)量的增加及工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，大量工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水流入其中，加之此前圍網(wǎng)養(yǎng)殖的飼料投加，均是滆湖沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽的貢獻(xiàn)者.

數(shù)據(jù)表明，沉積物中的TN和TP含量分別是范成新[35]于1995年對(duì)滆湖沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽調(diào)查結(jié)果的13和49倍，是熊春暉等[9]于2014年對(duì)圍網(wǎng)拆除前滆湖沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽調(diào)查結(jié)果的1.7和1.6倍，表明當(dāng)外源污染輸入尚未得到有效控制時(shí)，圍網(wǎng)拆除工程能有效減弱沉積物中氮、磷的進(jìn)一步蓄積. 但整個(gè)湖區(qū)表層沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽含量逐年增加是需要我們足夠的重視并進(jìn)一步監(jiān)管和治理的.

2.4 滆湖沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)

2.4.1 重金屬地質(zhì)累積指數(shù)法 地累計(jì)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果如表7所示，除Cr和Ni表現(xiàn)為清潔外，其余元素均表現(xiàn)為不同程度的污染，污染程度大小為Cd > As > Zn > Pb > Cu > Cr > Ni，其中Cd和As是主要污染物，屬中度污染.

表7 滆湖表層沉積物中7種重金屬 元素地累積指數(shù)及其分級(jí)

從表8中可以看出，在所有位點(diǎn)中，As處于偏中度污染狀態(tài)的占3.03%，中度污染的占96.97%；Cd處于中度污染的占87.88%，偏重度污染的占12.12%；Cr和Ni主要表現(xiàn)為清潔狀態(tài)，但其中Cr有3.03%的位點(diǎn)處于偏中度污染；Cu、Zn和Pb主要表現(xiàn)為輕度污染，但Zn和Pb有部分位點(diǎn)處于偏中度污染.

表8 滆湖表層沉積物中7種重金屬元素地累積指數(shù)分級(jí)頻率分布

2.4.2 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法 滆湖沉積物中重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)如表9所示，可以看出，Cr、Ni、Cu、Zn和Pb所有位點(diǎn)的單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均表現(xiàn)為輕微風(fēng)險(xiǎn)；As的所有位點(diǎn)中81.82%的位點(diǎn)單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均表現(xiàn)為中等風(fēng)險(xiǎn)，其余位點(diǎn)表現(xiàn)為強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)；Cd的所有位點(diǎn)中87.88%的位點(diǎn)單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均表現(xiàn)為很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，其余位點(diǎn)表現(xiàn)為極強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn). 顯然，Cd和As對(duì)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)很大，分別為75.06%和17.71%，其余5種重金屬的貢獻(xiàn)總值僅為7.23%. 因此Cd和As是滆湖表層沉積物中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要貢獻(xiàn)因子，單項(xiàng)重金屬對(duì)其貢獻(xiàn)大小依次為Cd > As > Pb > Cu > Ni > Cr > Zn.

表9 滆湖表層沉積物中7種重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)描述性統(tǒng)計(jì)與等級(jí)劃分

滆湖表層沉積物中7種重金屬的RI介于274.96～1362.17之間，均值為411.73±230.75，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)除輕微風(fēng)險(xiǎn)外其他各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)均有所體現(xiàn)，其中處于強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)的位點(diǎn)占所有位點(diǎn)的78.79%，其RI值也均遠(yuǎn)高于陽(yáng)澄湖[29]、長(zhǎng)蕩湖[28]和太湖濕地[30]，加之滆湖西連長(zhǎng)蕩湖，東接太湖，更應(yīng)重視滆湖沉積物重金屬污染的治理，防止其遷移至周邊湖泊，造成異地污染.

研究表明，冶煉工業(yè)是造成湖泊沉積物Cd污染的主要原因之一，電鍍、原油燃燒和合金制造以及農(nóng)藥和化肥的施加等過(guò)程也會(huì)排放大量的Cd[36-37]；As和Cu主要來(lái)自農(nóng)藥和工業(yè)廢水的排放[38]；Pb主要來(lái)自礦石和汽油的燃燒以及含鉛工業(yè)的排放，城市生活污水的排放也會(huì)貢獻(xiàn)少量Pb[39]. 汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程的器械摩擦、設(shè)備磨損會(huì)造成Pb、Cu和Ni進(jìn)入水體并在沉積物中積蓄[40-41]. Cr和Zn的主要來(lái)源與Cd的工業(yè)源大致相同，為合金制造廠、電鍍廠等[42-43]. 地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果較為一致，顯示Cd和As是最主要的重金屬污染物(與圍網(wǎng)拆除前[9]結(jié)論一致，但二者污染程度和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有明顯改善，不過(guò)其在湖心處含量仍在進(jìn)一步蓄積)，表明滆湖沉積物重金屬污染主要來(lái)自工業(yè)源與農(nóng)業(yè)源，這與湖區(qū)周邊工業(yè)的生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)化肥的施用及湖區(qū)養(yǎng)殖業(yè)飼料的投加有著密切的關(guān)系，應(yīng)以此次圍網(wǎng)拆除為契機(jī)，完善對(duì)飼料、化肥的監(jiān)管機(jī)制，合理施用，加強(qiáng)對(duì)滆湖保護(hù)區(qū)內(nèi)產(chǎn)污排污企業(yè)整治工作的同時(shí)，也應(yīng)加大對(duì)滆湖沉積物重金屬高蓄積區(qū)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和修復(fù)治理.

3 結(jié)論

1) 滆湖表層沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽空間分布特征較為一致，湖中區(qū)東北部普遍高于其他區(qū)域，但營(yíng)養(yǎng)鹽含量最高值皆出現(xiàn)在湖區(qū)東南沿岸點(diǎn)位27處. 其中TN、TP和TOC的含量分別為1100～5725 mg/kg、450～3950 mg/kg和 32.65～152.51 mg/g，平均值為(3709±1004) mg/kg、(1127±650) mg/kg和(78.39±23.88) mg/g. 整個(gè)湖區(qū)表層沉積物均出現(xiàn)有機(jī)氮污染. 營(yíng)養(yǎng)鹽綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)表明，全湖整體為重度污染，其中全湖TN幾乎均處于重度污染狀態(tài)，TP在絕大部分區(qū)域也處于重度污染狀態(tài).

2) 滆湖表層沉積物重金屬各元素平均含量與江蘇省土壤背景值相比，超標(biāo)倍數(shù)為Cd (10.30) > As (7.29) > Zn (2.34) > Pb (1.96) > Cu (1.64) > Cr (1.38) > Ni (1.34)，前者分別為(1.55±1.06)、(68.55±10.86)、(170.62±47.25)、(52.43±14.73)、(42.57±12.43)、(105.18±34.91)和(44.04±11.93) mg/kg. 重金屬含量整體大致呈現(xiàn)出由南向北、自西向東逐漸增加的趨勢(shì)，在湖區(qū)東北角重金屬含量達(dá)到最高.

3) 地累積指數(shù)法結(jié)果表明，除Cr和Ni外其他元素均處于不同程度的污染，其中Cd和As為主要污染物，且滆湖已受到Cd中度-偏重度污染. 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法結(jié)果表明，除Cd和As存在中等及以上風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)外，其余元素均處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí). 單項(xiàng)重金屬的生態(tài)危害順序?yàn)椋篊d > As > Pb > Cu > Ni > Cr > Zn，其中Cd和As是滆湖表層沉積物中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要貢獻(xiàn)因子.

4) 圍網(wǎng)拆除后，湖區(qū)表層沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽在湖南區(qū)南部有所下降，湖中區(qū)西南部營(yíng)養(yǎng)鹽含量無(wú)顯著變化，其余各區(qū)域營(yíng)養(yǎng)鹽狀況均有不同程度的惡化. 湖區(qū)沉積物中重金屬平均含量均有極大的改善，但局部地區(qū)部分重金屬元素含量有所增加. 表明在外源污染輸入得到一定控制時(shí)，圍網(wǎng)拆除在控氮、控磷效果及降低重金屬污染方面有著積極作用.