七星濕地Pb、Cd污染的空間特征和風(fēng)險(xiǎn)評估

劉晏伶

（沈陽建筑大學(xué)，遼寧 沈陽 110168）

重金屬對生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性有很大影響，同時(shí)長期使用重金屬含量超標(biāo)的水質(zhì)，也對人類身體健康有損傷。例如，Pb 超標(biāo)會對人體神經(jīng)、心血管造成損傷，Cd 超量會對水稻產(chǎn)生毒性，使得人體腎臟中毒[1]。七星濕地中根據(jù)采樣點(diǎn)土壤Pb、Cd 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)判斷，污染物主要來源于匯入其中的上游3 條支流和中游匯入的長河支流，上游排放的河水隨河水流動(dòng)進(jìn)入濕地，由于濕地內(nèi)底泥介質(zhì)、微生物以及植物的吸附固定作用，水中的重金屬Pb、Cd 被沉積下來。因此選取上中下游的4 個(gè)采樣點(diǎn)，并測定其中的Pb、Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，進(jìn)行Pb、Cd污染評價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)評估。沉積學(xué)中有多種重金屬污染評價(jià)方法，本文選取的是潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法[2-4]。

1 濕地概況與采樣點(diǎn)方位

七星濕地位于遼寧省沈陽市遼河保護(hù)區(qū)，有西小河、萬泉河、羊腸河及長河4 條支流自東向西匯入，因此分別在濕地上游3 條河流匯入后、濕地中游、長河匯入口斷面和濕地下游斷面設(shè)置采樣點(diǎn)，具體方位信息如表1 所示。

表1 濕地內(nèi)采樣點(diǎn)方位信息

2 重金屬Pb、Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定

根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，七星濕地為國家自然保護(hù)區(qū)，適用Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。其中 Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.2 mg·kg-1，Pb 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤35 mg·kg-1。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—2018），土壤經(jīng)過鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解后，采用石墨爐原子吸收分光光度法對土壤樣本中Pb、Cd 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測量。在此過程中如果樣品中濃度過高，可以先用超純水稀釋再進(jìn)行測量；如果土壤消解不完全，可慢慢增加HClO4直到樣品澄澈。所得數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 各點(diǎn)位Pb、Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)

3 七星濕地Pb、Cd 污染評價(jià)及潛在風(fēng)險(xiǎn)評估

采用內(nèi)梅羅指數(shù)法對濕地內(nèi)Pb、Cd 污染情況進(jìn)行評價(jià)，用單項(xiàng)潛在生態(tài)危害指數(shù)法對濕地內(nèi)Pb、Cd 兩種重金屬的潛在污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估計(jì)算。將遼河區(qū)域、遼寧省、全國土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值作為土壤重金屬背景值參考值，如表3所示[5-6]。

表3 土壤中Pb、Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)和相應(yīng)背景值

3.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅法分為單因子和綜合指數(shù)法，以此來判斷區(qū)域內(nèi)污染程度。根據(jù)P值判斷污染程度，P≤1時(shí)，污染情況為非污染；1＜P≤2 為輕污染；2＜P≤3 為中污染；P＞3 為重污染。

3.1.1 單因子指數(shù)法

單因子評價(jià)重金屬危害程度，以污染指數(shù)P來表示，公式如下：

式中：P—重金屬污染指數(shù)；

C—各采樣點(diǎn)重金屬實(shí)測值；

S—重金屬背景值。

土壤中Pb、Cd 污染指數(shù)與程度如表4 所示。經(jīng)對比，Pb、Cd 的遼寧土壤質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，因此被選為本次評估的重金屬背景值。Cd 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值S=0.11 mg·kg-1，Pb 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值S=21.4 mg·kg-1。

表4 土壤中Pb、Cd 污染指數(shù)與程度

3.1.2 綜合指數(shù)法

單因子指數(shù)法能夠反映出的重金屬Pb、Cd 在濕地內(nèi)某點(diǎn)的污染程度，綜合污染指數(shù)法包括了單因子污染指數(shù)平均值和最高值，能夠反映出重金屬在七星濕地區(qū)域內(nèi)綜合污染程度。綜合指數(shù)法計(jì)算公式如下：

式中：P綜—重金屬綜合污染指數(shù)；

Pmax—重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值。

得出PPb=2.06，Pb 在七星濕地內(nèi)為中度污染情況，污染來源主要集中在4 條支流匯入后斷面處，說明在上游的每一條匯入濕地的支流中都可能遭受Pb 的污染；PCd=1.10，在濕地內(nèi)Cd 污染為輕度污染，污染來源集中在長河匯入處。

3.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評價(jià)法是表示沉積物中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方法，這里用來預(yù)測Pb、Cd 的潛在污染風(fēng)險(xiǎn)，公式如下：

式中：E—潛在生態(tài)危害指數(shù)；

C—采樣點(diǎn)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測值；

C0—重金屬的背景值；

T—毒性系數(shù)，重金屬鉛的毒性系數(shù)TPb=5，重金屬鎘的毒性系數(shù)TCd=30[7-9]。

此污染風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測方法對風(fēng)險(xiǎn)程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)為：E＜40 為輕度風(fēng)險(xiǎn)，40≤E＜80 為中度風(fēng)險(xiǎn)，80≤E＜160 為強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)，160≤E＜320 潛在污染風(fēng)險(xiǎn)很強(qiáng)，當(dāng)E≥320 時(shí)則為極度風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)上文計(jì)算得到的潛在生態(tài)危害指數(shù)對七星濕地中重金屬Pb、Cd 進(jìn)行污染程度的分類（如表5、表6 所示），根據(jù)受污染的級別選擇合適的控制預(yù)防重金屬Pb、Cd 污染的方法，阻止重金屬對地下水的污染。

表5 Pb 污染指數(shù)與污染程度分級

表6 Cd 污染指數(shù)與污染程度分級

根據(jù)上表中得到的潛在生態(tài)危害指數(shù)可以看出，雖然Pb 質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過了遼寧省土壤中Pb 的背景值，但是風(fēng)險(xiǎn)程度為輕度，可以依靠濕地內(nèi)的微生物以及種植在濕地中能夠富集重金屬的植物進(jìn)行系統(tǒng)自凈[10-12]。

Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的污染風(fēng)險(xiǎn)仍在可控范圍內(nèi)，但是長河匯入處斷面的危害指數(shù)較大[13-14]，經(jīng)評估污染風(fēng)險(xiǎn)程度為中度，說明濕地系統(tǒng)對Cd 污染有一定凈化控制效果，應(yīng)該注意檢測長河匯入處的Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，把控風(fēng)險(xiǎn)，并對長河的Cd 污染進(jìn)行治理。

4 結(jié) 論

在七星濕地內(nèi)，Pb 為中度污染情況，污染來源集中在4 條支流匯入后斷面處；Cd 為輕度污染，污染來源主要集中在長河匯入處。根據(jù)單項(xiàng)潛在風(fēng)險(xiǎn)評估，Pb 和Cd 仍存在輕度到中度的污染風(fēng)險(xiǎn)。建議在濕地內(nèi)種植適宜當(dāng)?shù)厮臍庀蟮母患灾参?，將重金屬吸收轉(zhuǎn)移到地上部分，可通過人工收割等方式去除沉積在濕地區(qū)域內(nèi)的重金屬Pb、Cd 污染物，控制Pb、Cd 的污染情況，同時(shí)應(yīng)該嚴(yán)加管控上游河流的污染排放。