成都市河流表層沉積物重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

1、成都市河流表層沉積物重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 尚英男， 倪師軍， 張成江， 黃 藝， 尹 觀 成都理工大學(xué)地球化學(xué)系，四川 成都 610051 摘要：根據(jù)流經(jīng)成都市內(nèi)的三條河流(府河、南河、沙河)表層沉積物重金屬數(shù)據(jù)，采用 Hakanson 潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明（1）重金屬潛在的生態(tài)危害因子（Eri）說(shuō)明大多屬于輕微生態(tài)危害范疇，產(chǎn)生生態(tài)危害的主要重金屬是 Hg、Cd，Cu、Pb 次之，As 影響最??； （2）多種重金屬的生態(tài)系統(tǒng)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）表明河流重金屬污染屬于輕微生態(tài)危害和接近中等生態(tài)危害，其受危害程度由強(qiáng)至弱的次序?yàn)椋焊樱虾樱?/p>

2、沙河。 關(guān)鍵詞：成都；表層沉積物；重金屬；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 中圖分類號(hào)： X522 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1672-2175（2005）06-0827-03沉積物是水環(huán)境中重金屬的源或匯，是水環(huán)境重金屬污染的指示劑1。通過(guò)各種途徑進(jìn)入水體的重金屬絕大部分迅速由水相轉(zhuǎn)入固相,結(jié)合到懸浮物和沉積物中2。河流沉積物中微量重金屬元素的含量， 常能提供自然環(huán)境中重金屬轉(zhuǎn)移的信息,這對(duì)環(huán)境保護(hù)有著重要的意義。 河流沉積物重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)評(píng)價(jià)法是從沉積物中重金屬可能存在的生態(tài)危害效應(yīng)這個(gè)角度出發(fā)，利用重金屬總量化學(xué)指標(biāo)分析數(shù)據(jù)，結(jié)合各重金屬污染物生物毒性大小的不同、多種重金屬污染物的綜合作用、污

3、染物的沉積特征、區(qū)域敏感性等因素來(lái)綜合評(píng)價(jià)沉積物中重金屬污染物潛在的生態(tài)危害效應(yīng)，并定量給出生態(tài)危害程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)3, 4。 1 樣品采集和分析測(cè)試 1.1 樣品采集 以流經(jīng)成都市內(nèi)的三條河流府河、南河、沙河為調(diào)查對(duì)象，各以入口、中段、出口采樣布點(diǎn)控制（共 16 個(gè)點(diǎn)） 。使用自制采樣器（直徑 60 mm PVC管一端割成斜面，另一端固定在竹竿上）采集表層（05 cm左右）淤泥， 每樣點(diǎn)由同一斷面上 35 個(gè)等量子樣混合而成，約 12 kg。用聚乙烯塑料袋盛裝，封口，以防止污染。具體采樣點(diǎn)如圖 1 所示。 1.2 樣品的分析測(cè)試 所采樣品在 25 條件下烘干研碎。由于重金屬沉積物主要富集于細(xì)顆

4、粒中，為使樣品的測(cè)定值有可比性，我們選取63 m的樣品進(jìn)行分析測(cè)定。用 HNO3-HF-HClO4消解后，采用 ICP-AES 和原子吸收等方法測(cè)定 Cu、Pb、Cd 等元素，Hg 和 As 元素采用 AFS230 儀測(cè)定。樣品的分析由地質(zhì)礦產(chǎn)部成都綜合巖礦測(cè)試中心完成。計(jì)算結(jié)果見表 1。 2 結(jié)果與討論 2.1 重金屬分布規(guī)律 分別對(duì)三條河流進(jìn)行各重金屬平均含量統(tǒng)計(jì)見表 2。 從表 1 的分析數(shù)據(jù)可以看出，除 As、Cd 變異系數(shù)稍小外，Pb、Hg、Cu 的變異系數(shù)都很大。說(shuō)東風(fēng)渠府河?xùn)|風(fēng)渠河大沙河?xùn)|風(fēng)渠南河清水河府河府0510km一 環(huán)路二 環(huán)路三 環(huán)路繞 城 高 速 公路公 路高 速公

5、路行政區(qū)界河 流表 層 沉 積 物 采 樣 點(diǎn)147135841 69321211101615 圖 1 成都市河道表層沉積物采樣點(diǎn)示意圖 Fig. 1 Sampling Location of Surface Sediments from River in Chengdu 表 1 成都市河道表層沉積物重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù) Table 1 Heavy Metals Concentration of Surface Sediments from Rivers in Chengdu mg kg-1 元素 平均值 最小值 最大值 中值 標(biāo)準(zhǔn)偏差 變異系數(shù)(CV) Pb 65.29 21.1 279 38.4

6、 65.08 0.997 As 8.90 3.79 21.2 6.45 5.11 0.574 Hg 0.283 0.032 1.29 0.094 0.347 1.226 Cu 95.71 30.6 659 57 151.94 1.588 Cd 0.543 0.19 1.23 0.4 0.349 0.643 表 2 成都市三條河流各重金屬平均含量 Table 2 Mean Concentration of Several Heavy Metals of Three Rivers Sediments mg kg-1 區(qū)域 w(Pb) w(As) w(Hg) w(Cu) w(Cd) 沙河 108.6

7、8 13.20 0.19 65.96 0.63 府河 52.55 7.61 0.27 134.58 0.60 南河 37.87 6.30 0.22 61.80 0.55 明由于河流人為污染與自身擾動(dòng)造成的作用很大。 每條河流受污染的主要元素各有不同。沙河受Pb、As、Cd 污染強(qiáng)于府河和南河，府河受 Hg、Cu污染強(qiáng)于沙河和南河。南河相對(duì)受重金屬影響較弱。三條河流分別受 5 種重金屬污染程度由強(qiáng)至弱的順序如下。 Pb：沙河，府河，南河；As：沙河，府河，南河；Hg：府河，南河，沙河；Cu：府河，沙河，南河；Cd：沙河，府河，南河。 2.2 重金屬污染評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià)方法的選擇 近年來(lái)，國(guó)際上眾多科學(xué)

8、家從沉積學(xué)角度提出了多種重金屬污染評(píng)價(jià)方法，主要有地質(zhì)累積指數(shù)法（Index of Geoaccumulation）5、污染負(fù)荷指數(shù)法(The Pollution Load Index)6、回歸過(guò)量分析法(Regression Excessive Analyse)7、潛在生態(tài)危害指數(shù)法（The Potential Ecological Risk Index）8等。結(jié)合本研究的實(shí)際，我們采用瑞典科學(xué)家 Hakanson 潛在生態(tài)危害系數(shù)法對(duì)成都市河道表層沉積物進(jìn)行重金屬評(píng)價(jià)。該方法的優(yōu)勢(shì)在于從重金屬的生物毒性角度出發(fā)，反映了多種污染物的綜合影響，并定量地劃分出潛在生態(tài)危害的程度。 潛在生態(tài)危險(xiǎn)指

9、數(shù)(RI)的計(jì)算公式 該方法對(duì)應(yīng)指標(biāo)包括：?jiǎn)我恢亟饘傥廴鞠禂?shù)Cfi，多金屬污染度 Cd，不同金屬生物毒性相應(yīng)因子Tri，單一重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子 Eri，多金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（RI） ，關(guān)系如下： Cfi=C表層i/Cni，CdCfi，Eri=Tri Cfi，RI=Eri 。 式中 C表層i代表了表層沉積物品的實(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Cni代表沉積物背景參考值，本文采用國(guó)際上常用的工業(yè)化以前沉積物中重金屬的全球最高背景值(表 2)9，各重金屬的生物毒性因子見表 3，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表 4。 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 將上述公式及評(píng)價(jià)指標(biāo)用于對(duì)成都市三條河流表層沉積物的計(jì)算得出了各采樣點(diǎn)重金屬的潛在生態(tài)危害指

10、數(shù)(Eri)及各采樣點(diǎn)潛在生態(tài)危險(xiǎn)指數(shù)(RI)列于表 5。 總體上看來(lái)，Pb、Hg、Cu、Cd、As 重金屬潛在的生態(tài)危害系數(shù)大多屬于輕微生態(tài)危害范疇。16個(gè)采樣點(diǎn)的重金屬 As 都在輕微生態(tài)危害因子（Eri40） 之內(nèi)， 其它重金屬都有超過(guò)此范圍的現(xiàn)象。沙河 3 號(hào)采樣點(diǎn) Eri (Pb)達(dá) 55.80，屬于中等生態(tài)危害。Eri (Hg)超過(guò)輕微生態(tài)危害的點(diǎn)有 6 個(gè)，沙河 3個(gè)，府河 2 個(gè)，南河 1 個(gè)。其中位于府河中段的 10號(hào)采樣點(diǎn) Eri (Hg)達(dá) 258，屬于很強(qiáng)的生態(tài)危害。其余 3 點(diǎn)也在中等生態(tài)危害到強(qiáng)生態(tài)危害之間；Eri (Cu)超過(guò)輕微生態(tài)危害的點(diǎn)有 1 個(gè)，該樣點(diǎn)位于

11、府河上游 Eri (Cu)達(dá) 109.83， 屬于強(qiáng)生態(tài)危害； Eri (Cd)超過(guò)輕微生態(tài)危害的點(diǎn)有 5 個(gè)， 沙河、 府河各 2 個(gè)、南河 1 個(gè)，均屬于中等生態(tài)危害。 三條河流各重金屬元素潛在生態(tài)危害程度由表 3 沉積物中重金屬的參考值(Cni)和毒性系數(shù)7 Table 3 Background reference values (Cni) and toxicity coefficient(Tri) of heavy metals in sediments 元素 Pb Hg Cu Cd As 背景值/(mg kg-1) 25.00 0.20 30.00 0.50 15.00 Tri 5

12、40 5 30 10 表 4 重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)(Eri )，潛在生態(tài) 危險(xiǎn)指數(shù)(RI)與污染程度的關(guān)系 Table 4 The potential ecological risk factor(Eri) and potential ecological risk index(RI) about pollution level 指數(shù)類型 所處范圍 污染程度 指數(shù) 類型 所處范圍 污染程度 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子 (Eri) Eri40 輕微生 態(tài)危害 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI) RI150 輕微生 態(tài)危害 40Eri80 中等生 態(tài)危害 150RI300 中等生 態(tài)危害 80Eri160 強(qiáng)生態(tài)

13、危害 300RI600 強(qiáng)生態(tài) 危害 160Eri320 很強(qiáng)生 態(tài)危害 Eri320 極強(qiáng)生 態(tài)危害 RI600 很強(qiáng)生 態(tài)危害 表 5 成都市三條河流表層沉積物各重金屬的潛在生態(tài) 危害系數(shù)(Eri)及潛在生態(tài)危險(xiǎn)指數(shù)(RI) Table 5 The potential ecological risk factor(Eri) and potential ecological risk index(RI) of heavy metals in surface sediments from three rivers in Chengdu 區(qū)域 采樣 編號(hào) Eri (Pb) Eri (Hg) Er

14、i (Cu) Eri (Cd) Eri (As) RI 沙河 1 21.80 66.00 18.50 65.40 14.13 185.83 2 18.24 40.00 9.52 41.40 14.07 123.22 3 55.80 42.00 10.67 34.80 5.51 148.77 4 7.68 32.00 9.83 35.40 5.99 90.90 5 5.16 6.40 6.45 13.20 4.3 35.51 平均值 21.74 37.28 10.99 38.04 8.80 116.85 府河 6 11.28 134.00 10.98 28.20 6.07 190.53 8 12

15、.06 18.80 9.5 40.20 7.07 87.63 10 4.50 258.00 5.10 13.20 2.53 283.33 12 7.20 13.60 6.20 24 4.1 55.10 13 9.06 11.80 7.25 25.80 5.49 59.40 14 4.46 6.80 109.83 12.60 4.18 137.87 15 24.40 134 14.63 73.80 6.01 252.84 16 4.58 10.20 5.85 13.80 2.93 37.36 平均值 9.69 73.40 22.10 28.95 4.79 138.01 南河 7 4.22 9.0

16、0 5.43 11.40 3.69 33.74 9 7.46 18.00 10.28 18.60 4.16 58.50 11 11.04 106.00 15.18 69.60 4.75 206.58 平均值 7.57 44.33 10.30 33.20 4.20 99.61 總平均值 13.06 56.66 15.95 32.59 5.94 124.19 大到小依次為：沙河：CdHgPbCuAs； 府 河 ： HgCdCuPbAs ； 南 河 ：HgCdCuPbAs。以單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)(Eri)來(lái)評(píng)價(jià)，成都市河道表層沉積物以Hg、Cd 污染嚴(yán)重；Cu、Pb 次之；As 最弱。 多種

17、重金屬的生態(tài)系統(tǒng)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）表明：大多采樣點(diǎn)（11 個(gè)）生態(tài)危害較輕。其余 5 個(gè)采樣點(diǎn)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) 150RI300， 其中沙河 1 個(gè)，府河 3 個(gè)，南河 1 個(gè)，均屬于中等生態(tài)危害范疇。 三條河流平均潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) （RI）相差很小，其由大到小的次序?yàn)椋焊幽虾由澈印?本文未考慮重金屬的形態(tài)，而重金屬的生物毒性及生態(tài)效應(yīng)與其賦存形態(tài)有關(guān)，這方面的內(nèi)容有待進(jìn)一步深入研究。 3 結(jié)論 （1）三條河流各重金屬含量由大到小的順序?yàn)椋篜b：沙河，府河，南河；As：沙河，府河，南河；Hg：府河，南河，沙河；Cu：府河，沙河，南河；Cd：沙河，府河，南河。 （2）重金屬潛在的生態(tài)危

18、害因子表明大多屬于輕微生態(tài)危害范疇。各河流各重金屬元素潛在生態(tài)危害程度由大到小依次為：沙河：Cd，Hg，Pb，Cu，As；府河：Hg，Cd，Cu，Pb，As；南河：Hg，Cd，Cu，Pb，As。產(chǎn)生生態(tài)危害的主要重金屬是Hg、Cd，Cu、Pb 次之，As 影響最小。 （3）多種重金屬的生態(tài)系統(tǒng)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）表明河流重金屬污染屬于輕微生態(tài)危害和接近中等生態(tài)危害，三條河流的危害程度由大到小的順序?yàn)椋焊樱虾?，沙河?參考文獻(xiàn)： 1 FORSTNER U. Metal Pollution in the Aquatic EnvironmentM. Berlin: Springer Ver

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