粵西三座重要供水水庫(kù)沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷與重金屬污染特征

王妙，王勝，唐鵲輝，張華俊，羅概，韋桂峰，彭亮,3*，楊浩文

1. 暨南大學(xué)水生生物研究所，廣東 廣州 510632；2. 浙江省發(fā)展規(guī)劃研究院，浙江 杭州 310012；3. 廣東省水庫(kù)藍(lán)藻水華防治中心，廣東 廣州 510632；4. 廣東省水文局，廣東 廣州 510150

粵西三座重要供水水庫(kù)沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷與重金屬污染特征

王妙1，王勝2，唐鵲輝1，張華俊1，羅概1，韋桂峰1，彭亮1,3*，楊浩文4

1. 暨南大學(xué)水生生物研究所，廣東 廣州 510632；2. 浙江省發(fā)展規(guī)劃研究院，浙江 杭州 310012；3. 廣東省水庫(kù)藍(lán)藻水華防治中心，廣東 廣州 510632；4. 廣東省水文局，廣東 廣州 510150

為揭示粵西3座供水水庫(kù)（高州水庫(kù)、鶴地水庫(kù)、大水橋水庫(kù)）沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷及重金屬污染特征，于2008年6月在各水庫(kù)大壩前湖泊區(qū)采集柱狀沉積物，運(yùn)用SMT法、堿性過(guò)硫酸鉀消解法、燒失法和ICP-MS法分別測(cè)定其柱狀沉積物中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽、有機(jī)質(zhì)和7種重金屬（Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr與Hg）的含量，并采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)表層重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)通過(guò)相關(guān)性分析重金屬的可能來(lái)源。結(jié)果表明：3座水庫(kù)沉積物總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.13～3.37 mg·g-1，有機(jī)質(zhì)為11.83～20.37 mg·g-1，其表層總氮、有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小順序?yàn)楦咧菟畮?kù)＞大水橋水庫(kù)＞鶴地水庫(kù)，總磷的質(zhì)量濃度在0.22～0.77 mg·g-1之間，其表層總磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小順序?yàn)楦咧菟畮?kù)＞鶴地水庫(kù)＞大水橋水庫(kù)，在垂直剖面上，總氮、總磷與有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在16 cm至表層沉積物垂直斷面顯著高于其他斷面，表明近些年來(lái)水庫(kù)內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷逐漸加重。重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值均高于廣東省土壤環(huán)境背景值，總體呈現(xiàn)隨深度增加而降低的趨勢(shì)，但3座水庫(kù)間重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大，其中鶴地和高州水庫(kù)的Zn和Pb污染相對(duì)嚴(yán)重（質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為Zn：353.15、693.35 mg·kg-1；Pb：74.51、127.91 mg·kg-1），大水橋水庫(kù)的Cr和Ni污染相對(duì)嚴(yán)重（質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為Cr：238.69 mg·kg-1；Ni：251.06 mg·kg-1）。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明，3座水庫(kù)Cd和Hg具有高的生態(tài)危害，應(yīng)引起重視，其他重金屬則處于輕微的生態(tài)危害等級(jí)。同時(shí)沉積物高有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量濃度經(jīng)礦化分解可能加劇水體重金屬生態(tài)危害。根據(jù)相關(guān)性分析和其他相關(guān)資料可知，粵西農(nóng)業(yè)區(qū)大量化肥農(nóng)藥面源污染匯入造成水庫(kù)初級(jí)生產(chǎn)力提高并最終沉降可能是沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽、有機(jī)質(zhì)與重金屬的主要來(lái)源。

粵西地區(qū)；水庫(kù)；沉積物；營(yíng)養(yǎng)鹽；重金屬

水庫(kù)相對(duì)于河流、湖泊有較長(zhǎng)的水力滯留時(shí)間和較高的沉積速率，通常被認(rèn)為是營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬的主要儲(chǔ)存庫(kù)（Kaushik等，2009；Burford等，2012）。進(jìn)入水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬，大部分經(jīng)沉淀、吸附、生物吸收等作用最終沉積在水庫(kù)沉積物中（Yuan等，2011），一般情況下，水庫(kù)沉積物處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，但是當(dāng)環(huán)境條件如氧化還原電位、水體溫度、pH和溶氧等改變時(shí)，沉積物中的營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬可能會(huì)再次釋放出來(lái)，成為二次污染源（羅先香等，2011；Varol和Sen，2012），導(dǎo)致水庫(kù)水體中營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬的質(zhì)量濃度升高，嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)T發(fā)藻類(lèi)水華和重金屬污染事件（Sharma和Subramanian，2010），威脅供水安全（趙勝男等，2013）。因此，研究水庫(kù)沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬的質(zhì)量濃度及其分布特征，了解其對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的影響具有理論價(jià)值及現(xiàn)實(shí)意義。

粵西沿海地區(qū)屬南亞熱帶季風(fēng)區(qū)，水資源時(shí)空分布不均，同時(shí)粵西是廣東省農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)區(qū)，粗放式農(nóng)業(yè)用水需求量大，水資源供需矛盾逐漸凸顯。近年來(lái)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水庫(kù)受到各種點(diǎn)源和面源的污染不斷增加，大量營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬進(jìn)入水庫(kù)，導(dǎo)致水庫(kù)水體富營(yíng)養(yǎng)化和重金屬污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重。為揭示粵西地區(qū)水庫(kù)沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬污染特征，本文選取該地區(qū)3座典型供水水庫(kù)為對(duì)象，分析柱狀沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽和主要重金屬（Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr和Hg）質(zhì)量濃度的垂直變化，并對(duì)重金屬進(jìn)行潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)，同時(shí)初步分析其主要來(lái)源，以期為水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化與重金屬污染防

治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。

圖1 3座水庫(kù)地理位置和庫(kù)形Fig.1 Location and shape of the three study reservoirs

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

粵西沿海地區(qū)高州水庫(kù)、鶴地水庫(kù)和大水橋水庫(kù)3座水庫(kù)的具體情況及采集沉積物的主要參數(shù)如表1所示。3座水庫(kù)如圖1所示。

1.2 樣品采集與處理分析

2008年6月，采用奧地利產(chǎn)Uwitec柱狀采泥器（PVC管長(zhǎng)60 cm，直徑6 cm）在高州水庫(kù)、鶴地水庫(kù)和大水橋水庫(kù)壩前湖泊區(qū)垂直采集未受擾動(dòng)的柱狀沉積物，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)以4 cm為間隔進(jìn)行分樣，然后用聚乙烯封口袋密封帶回實(shí)驗(yàn)室冷凍干燥。

沉積物樣品冷凍干燥后，去除雜質(zhì)，經(jīng)瑪瑙研缽研磨后過(guò)100目尼龍篩保存?zhèn)溆谩？偟═otal nitrogen，TN）、總磷（Total phosphorus，TP）和有機(jī)質(zhì)（Organic matter，OM）的含量測(cè)定根據(jù)文獻(xiàn)（金相燦和屠清瑛，1990）進(jìn)行，重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr的含量利用ICP-MS（型號(hào)ELAN DRC-e）測(cè)定，每批按照20%的比例隨機(jī)選取樣品做平行，其中重金屬元素的重復(fù)性測(cè)試相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差＜5%。Hg測(cè)定：稱(chēng)取0.2 g樣品經(jīng)王水水?。?5 ℃）消解，加入氯化溴將各形態(tài)Hg氧化后（李仲根等，2005），取上清液測(cè)定Hg的含量，同時(shí)測(cè)量水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW-07305（GSD-5），以保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

潛在生態(tài)危害指數(shù)法由瑞典科學(xué)家Hǎkanson（Hǎkanson，1980）提出，用來(lái)評(píng)價(jià)重金屬污染程度及潛在生態(tài)危害，該方法考慮了重金屬的毒性以及重金屬區(qū)域背景值的差異。其計(jì)算公式為：

式中：Cis為表層沉積物中重金屬i的實(shí)測(cè)濃度；Cni為重金屬i的背景值，為弱化不同地區(qū)差異，本文采用廣東省土壤環(huán)境重金屬的背景值（中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，1990）；Tr(i)為重金屬i的毒性系數(shù)，該值反映了該種重金屬的毒性水平及水體對(duì)其污染的敏感性（Hg、Cd、Ni、Pb、Cu、Cr、Zn的毒性響應(yīng)參數(shù)分別為40、30、5、5、5、2、1）；Er(i)為重金屬i的潛在生態(tài)危害系數(shù)。RI為多種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害指數(shù)。其污染程度及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)詳見(jiàn)Hǎkanson（Hǎkanson, 1980）的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 13.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，采用0rigin 8.0進(jìn)行繪制數(shù)據(jù)圖。

表1 3座供水水庫(kù)的主要特征及其最大沉積物深度Table 1 Main Characters of the three reservoirs and depth of sediment in West area of Guangdong province

2 結(jié)果與分析

2.1 沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽垂直分布特征

3座水庫(kù)沉積物中總氮、總磷和有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體上呈現(xiàn)隨深度增加逐漸降低的趨勢(shì)（圖2）。大水橋水庫(kù)、鶴地水庫(kù)和高州水庫(kù)沉積物總氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍分別為1.66～3.13、1.13～2.43、1.51～3.37 mg·g-1；總磷變化范圍分別為0.36～0.54、0.22～0.66、0.37～0.77 mg·g-1，有機(jī)質(zhì)變化范圍分別為15.31～20.37、11.83～15.34、13.36～18.01 mg·g-1。

3座水庫(kù)TN與OM、TP均存在極顯著正相關(guān)（P＜0.01），說(shuō)明三者來(lái)源相近。大水橋水庫(kù)w(C)/w(N)平均值為4.6，鶴地水庫(kù)為5.3，高州水庫(kù)為4.8。大水橋水庫(kù)沉積物w(N)/w(P)平均值為4.9，鶴地水庫(kù)為3.3，高州水庫(kù)為4.0。

圖2 3座水庫(kù)沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽的垂直分布Fig. 2 Vertical profiles of nutrients in the sediment cores in the three reservoirs

2.2 沉積物中重金屬垂直分布特征

3座水庫(kù)表層沉積物各重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于廣東省土壤元素環(huán)境背景值（表2），除Hg外，各水庫(kù)沉積物各重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大，總體上隨著深度的增加而降低（圖3）。其中高州水庫(kù)和鶴地水庫(kù)沉積物中Zn明顯高于其他重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。3座水庫(kù)沉積物重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為Cr為39.48～265.44 mg·kg-1，Cu為26.63～118.1 mg·kg-1，其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為大水橋水庫(kù)＞高州水庫(kù)＞鶴地水庫(kù)＞廣東省土壤背景值，其中Cu的最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為背景值的7倍。Zn為82.29～878.46 mg·kg-1，其最大值為廣東省土壤環(huán)境背景值的18.5倍，Cd為0.21～1.8 mg·kg-1，Cd、Zn的平均值依次為高州水庫(kù)＞鶴地水庫(kù)＞大水橋水庫(kù)＞廣東省土壤環(huán)境背景值，Pb為15.56～246.43 mg·kg-1，其平均值大小順序?yàn)楦咧菟畮?kù)＞鶴地水庫(kù)＞廣東省土壤環(huán)境背景值＞大水橋水庫(kù)。3座水庫(kù)Hg的最大值出現(xiàn)在大水橋水庫(kù)為1.18 mg·kg-1。Hg和Ni的平均含量大小順序與Cr和Cu一致。高州水庫(kù)沉積物中各重金屬（除Zn外）垂直變化不顯著（P＞0.05），其變異系數(shù)（Coefficient of Variation, CV）大小為Pb＞Cr＞Cd＞Hg＞Zn＞Cu＞Ni（6.2%～36.3%）。Cd與Pb含量在底層沉積物（12～16 cm）較高，并在（16～20 cm）達(dá)到峰值，Zn在沉積物中波動(dòng)較大，Cr、Hg、Cu和Ni變化不顯著，最穩(wěn)定的是Hg。鶴地水庫(kù)沉積物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在垂直上變異系數(shù)大小為Zn＞Hg＞Cd＞Cr＞ Pb＞Cu＞Ni，除Cu、Hg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與沉積深度顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。其余5種重金屬垂直變化顯著，總體呈現(xiàn)隨深度增加而降低的規(guī)律，其中Zn的垂直變化幅度最大變異系數(shù)達(dá)到80.9%，而Ni的變異系數(shù)最小僅為7.2%。大水橋水庫(kù)沉積物重金屬Cr、Cu和Ni垂直變化無(wú)明顯規(guī)律，但均在24～28 cm達(dá)到峰值，Cd、Pb、Zn垂直變化小，Hg的波動(dòng)幅度大，在10～20 cm質(zhì)量分?jǐn)?shù)急劇增加。

表2 3座水庫(kù)沉積物各種重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)及廣東省土壤元素背景值Table 2 Contents of heavy metals in sediments of the three reservoirs and soil background values in Guangdong province

圖3 3座水庫(kù)沉積物中重金屬含量的垂直分布Fig. 3 Vertical distributions of heavy metals in the sediment cores of the three reservoirs

2.3 沉積物重金屬的潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

水庫(kù)表層沉積物重金屬潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)結(jié)果表明（圖4），Cd的潛在生態(tài)危害系數(shù)最高，在高州水庫(kù)高達(dá)614.04，達(dá)到了極強(qiáng)生態(tài)危害程度，可能原因是是Cd的毒性系數(shù)最大，對(duì)環(huán)境的危害最大。其次3座水庫(kù)中Hg的生態(tài)危害程度也較高，此外Ni在大水橋水庫(kù)達(dá)到中等危害程度。3座水庫(kù)中其他重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均小于40，屬于低的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，鶴地水庫(kù)總體上要好于高州水庫(kù)和大水橋水庫(kù)，鶴地水庫(kù)處于高的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，后2座水庫(kù)均達(dá)到很高的潛在生態(tài)危害程度，3座水庫(kù)中Cd和Hg的污染程度最高，是3座水庫(kù)沉積物RI的主要貢獻(xiàn)者。3座水庫(kù)沉積物巖芯重金屬評(píng)價(jià)結(jié)果表明（圖5），水庫(kù)自建庫(kù)以來(lái)均有不同程度的富集現(xiàn)象，其中鶴地水庫(kù)的RI值有明顯上升趨勢(shì)，需引起重視。

2.4 沉積物重金屬與營(yíng)養(yǎng)鹽間的相關(guān)性分析

對(duì)3座水庫(kù)沉積物各重金屬與有機(jī)質(zhì)、TN和TP間進(jìn)行相關(guān)性分析（表3），結(jié)果顯示，3座水庫(kù)

沉積物Cr與Ni、Cu、Hg和有機(jī)質(zhì)間含量顯著正相關(guān)（P＜0.01），Cd、Pb和Zn具有顯著地正相關(guān)性（P＜0.01），TN與OM、TP極顯著正相關(guān)，還與Cr、Ni、Cu和Hg呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。

圖4 3座水庫(kù)表層重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（Er(i)）及綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）Fig. 4 Values of Ecological risk factor and potential ecological risk index on heavy metals in surface sediments from the three reservoirs

圖5 柱狀沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（Er(i)）及綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）Fig. 5 The ecological risk and potential risk index on heavy metals in the sediment cores of the three reservoirs

3 討論

3.1 沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷及其來(lái)源

與粵北、粵東地區(qū)相比，粵西3座水庫(kù)沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高（張華俊，2010）；與富營(yíng)養(yǎng)化的太湖相當(dāng)（趙興青等，2007）；比重度富營(yíng)養(yǎng)化的滇池稍低（高麗等，2004）。從沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽與有機(jī)質(zhì)垂直變化來(lái)看，自建庫(kù)以來(lái)，3座水庫(kù)沉積物內(nèi)源負(fù)荷不斷增大，富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)明顯。粵西地區(qū)農(nóng)業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)，農(nóng)業(yè)面源污染較為嚴(yán)重，流域內(nèi)施肥過(guò)程中含大量氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽隨著地表徑流匯入水庫(kù)，多年沉積為內(nèi)源污染。有資料表明，我國(guó)在施肥過(guò)程中氮肥的損失率高達(dá)33.3%～73.6%（吳天馬，2000），流失的化肥大部分都是隨地面徑流進(jìn)入水體。沉積物w(C)/w(N)在某種程度上可用于判斷有機(jī)質(zhì)的來(lái)源（Sampei和Matsumoto，2001），通常水生無(wú)維管束植物碎屑的w(C)/w(N)為4～12，維管束植物碎屑的w(C)/w(N)＞20，陸生禾木科或莎草科植物w(C)/w(N)可以高達(dá)45～50（王永華等，2004；朱松泉等，1993），浮游動(dòng)植物的w(C)/w(N)較低，一般為6～14（孫惠民等，2006；屠清瑛等，1990），3座水庫(kù)的w(C)/w(N)值在3.06～6.6之間，表明3座水庫(kù)沉積物中有機(jī)質(zhì)的來(lái)源大部來(lái)自浮游動(dòng)植物等水生生物殘?bào)w，陸源有機(jī)質(zhì)較少。另一方面，3座水庫(kù)w(N)/w(P)比值均呈逐年增加趨勢(shì)，在16～40 cm隨深度波動(dòng)較小，而在0～16 cm顯著增加，大水橋水庫(kù)w(N)/w(P)值顯著高于其他2座水庫(kù)，可能是與大水橋水庫(kù)二次擴(kuò)建，原來(lái)的農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)變?yōu)閹?kù)區(qū)所致?？傮w上看，

3座水庫(kù)w(C)/w(N)比值呈逐年減小趨勢(shì)，而w(N)/w(P)比值呈逐年增大趨勢(shì)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中大量施用氮肥，并隨地表徑流直接進(jìn)入水庫(kù)沉積下來(lái)是其主要原因。

表3 3座水庫(kù)沉積物重金屬含量與有機(jī)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)鹽的Pearson相關(guān)性分析Table 3 Pearson correlation analysis for the TN, TP, OM and heavy metals in the sediment cores of the three reservoirs

3.2 沉積物重金屬污染特征及其來(lái)源

重金屬是水體中一類(lèi)重要的污染物，它們?cè)谒w中一般不發(fā)生降解，且毒性持久，對(duì)水生生物和人類(lèi)易產(chǎn)生危害（Adhikari等，2007；Zhu等，2013）。進(jìn)入水體的重金屬99%以上都通過(guò)物理、化學(xué)以及生物作用轉(zhuǎn)移到沉積物中，成為沉積物的組成部分（Filgueiras等，2002），粵西3座水庫(kù)沉積物重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值均高于廣東省土壤重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)背景值，但低于廣東省北部、中部和東部大中型水庫(kù)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（寧建鳳等，2009）。潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)結(jié)果與廣東省大部分地區(qū)水庫(kù)沉積物研究結(jié)果較一致（許振成等，2009；張華俊等，2012），均表明重金屬Cd和Hg的生態(tài)危害最為嚴(yán)重，沉積物重金屬已呈現(xiàn)一定程度的富集累積趨勢(shì)。重金屬Cd和Hg的潛在生態(tài)系數(shù)大，一方面可能是Cd和Hg的毒性系數(shù)大，影響危害較大；還有可能與土壤背景值選擇有關(guān)。此外，沉積物有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬的環(huán)境行為也有一定的影響（朱廣偉和陳英旭，2001；夏偉霞等，2014），當(dāng)沉積物水界面氧化還原條件、溫度等發(fā)生改變時(shí)，水庫(kù)沉積物中有機(jī)質(zhì)大量礦化分解，富含有機(jī)質(zhì)的沉積物會(huì)促進(jìn)重金屬活性增加，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)升高（Loska和Wiechula，2003）。

水庫(kù)沉積物中重金屬來(lái)源于自然輸入和人為污染。自然輸入主要指巖石風(fēng)化、碎屑產(chǎn)物通過(guò)風(fēng)化、生物轉(zhuǎn)化等自然作用進(jìn)入沉積物中。3座水庫(kù)位于我國(guó)南亞熱帶地區(qū)，降雨量大，土壤以易風(fēng)化的花崗巖、紫色頁(yè)巖、石灰石及抗蝕性弱的紅壤等為主，土壤中礦質(zhì)元素易向水庫(kù)內(nèi)遷移，增加沉積物中重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（孫昕等，2008）。人為污染主要包括采礦冶煉、金屬加工、化工、廢電池處理、電子、造革和染料、農(nóng)藥和化肥的使用等。3座水庫(kù)處于廣東省粵西地區(qū)，工業(yè)污染源相對(duì)較少，但農(nóng)業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)，面源污染較嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用的化肥（主要是氮肥）、農(nóng)藥和除草劑中都不同程度地含有Zn、Pb、Cd等重金屬，連年施用會(huì)造成重金屬在土壤中累積（王起超和麻壯偉，2004；王美等，2014），并隨著地表徑流最終匯入水庫(kù)。相關(guān)性分析常作為重金屬和營(yíng)養(yǎng)鹽來(lái)源的判斷依據(jù)（張曉晶等，2011），TN與Cr、Ni、Cu、Hg等重金屬均存在顯著正相關(guān)，說(shuō)明重金屬與TN有相似的來(lái)源，農(nóng)業(yè)大量施用氮肥可能是3座水庫(kù)沉積物重金屬的主要來(lái)源。而且長(zhǎng)期施氮肥會(huì)導(dǎo)致土壤酸化，pH值下降（吳天馬等，2000），促使土壤中碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬的釋放（羅燕等，2012）。

4 結(jié)論

1）粵西3座水庫(kù)沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，總體均呈現(xiàn)隨沉積深度增加而不斷下降的變化趨勢(shì)。w(C)/w(N)比值在3.06～6.60之間，表明有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于浮游生物；w(N)/w(P)在0～16 cm沉積物逐漸升高，說(shuō)明近年來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中大量施用氮肥，并隨地表徑流直接進(jìn)入水庫(kù)沉積下來(lái)是其沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽的主要來(lái)源。

2）粵西3座水庫(kù)表層沉積物重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值均高于廣東省土壤背景值。重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明，3座水庫(kù)Cd和Hg具有高的生態(tài)危害，應(yīng)引起重視，其他重金屬則處于輕微的生態(tài)危害等級(jí)。而且沉積物高有機(jī)質(zhì)含量經(jīng)礦化分解，可能加劇水體重金屬的生態(tài)危害。相關(guān)性分析表明，3座水庫(kù)沉積物重金屬也可能主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中施用的氮肥。

ADHIKARI S, GHOSH L, GIRI B S, et al. 2009. Distributions of metals in the food web of fish ponds of Kolleru Lake, India [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 72(4): 1242-1248.

BURFORD M A, GREEN S A, COOK A J, et al. 2012. Sources and fate of nutrients in a subtropical reservoir[J]. Aquatic sciences, 74(1): 179-190.

FILGUEIRAS A V, LAVILLA I, BENDICHO C. 2002. Comparison of the standard SM&T sequential extraction method with small scale ultrasound-assisted single extractions for metal partitioning in sediments [J]. Analytical and bioanalytical chemistry, 374(1): 103-108.

HǎKANSON L. 1980. An ecological risk index for aquatic pollution control. A sediment ological approach [J]. Water research, 14(8): 975-1001.

KAUSHIK A, KANSAL A, SANTOSH, et al. 2009. Heavy metal contamination of river Yamuna, Haryana, India: Assessment by Metal Enrichment Factor of the Sediments [J]. Journal of Hazardous Materials, 164(1): 265-270.

Loska K, Wiechula D. 2003. Application of principal component analysis for the estimation of source of heavy metal contamination in surface sediments from the Rybnik Reservoir [J]. Chemospher, 51: 723-733.

SHARMA S K, SUBRAMANIAN V. 2010. Source and distribution of trace metals and nutrients in Narmada and Tapti river basins, India [J]. Environmental Earth Sciences, 61(7): 1337-1352.

VAROL M, SEN B. 2012. Assessment of nutrient and heavy metal contamination in surface water and sediments of the upper Tigris River, Turkey [J]. Catena, 92: 1-10.

YUAN H Z, SHEN J, LIU E F, et al. 2011. Assessment of nutrients and heavy metals enrichment in surface sediments from Taihu Lake, a eutrophic shallow lake in China [J]. Environmental geochemistry and health, 33(1): 67-81.

ZHU X F, JI H B, CHEN Y, et al. 2013. Assessment and sources of heavy metals in surface sediments of Miyun Reservoirs, Beijing [J].Environ Monit Assess, 185: 6049-6062.

高麗, 楊浩, 周健民, 等. 2004. 滇池水體和沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 17(4): 1-4.

金相燦, 屠清瑛. 1990. 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范[M]. 2版. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社: 211-230.

李仲根, 馮新斌, 何天容, 等. 2005. 王水水浴消解-冷原子熒光法測(cè)定土壤和沉積物中的總汞[J]. 礦物巖石地球化學(xué)通報(bào), 24(2): 140-143.

羅先香, 田靜, 楊建強(qiáng), 等. 2011. 黃河口潮間帶表層沉積物重金屬和營(yíng)養(yǎng)元素的分布特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 20(5): 892-897.

羅燕, 秦延文, 張雷, 等. 2012. 大伙房水庫(kù)沉積物重金屬形態(tài)分析及污染特征[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 24(12): 1370-1377.

寧建鳳, 鄒獻(xiàn)中, 楊少海, 等. 2009. 廣東大中型水庫(kù)底泥重金屬含量特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 29(11): 6059-6067.

孫惠民, 何江, 呂昌偉, 等. 2006. 烏梁素海沉積物中有機(jī)質(zhì)和全氮含量分布特征[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 17(4): 620-624.

屠清瑛, 顧丁錫, 等. 1990. 巢湖富營(yíng)養(yǎng)化研究[M]. 合肥: 中國(guó)科技大學(xué)出版社: 59-61.

王美, 李書(shū)田, 馬義兵, 等. 2014. 長(zhǎng)期不同施肥措施對(duì)土壤和作物重金屬累積的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 33(1): 63-74.

王起超, 麻壯偉. 2004. 某些市售化肥的重金屬含量水平及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境, 20(2): 62-64.

王永華, 錢(qián)少猛, 等. 2004. 巢湖東區(qū)底泥污染物分布特征及評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 17(6): 22-26.

吳天馬. 2000. 實(shí)施農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)勢(shì)在必行[J]. 環(huán)境導(dǎo)報(bào), (4): 1-4.

夏偉霞, 譚長(zhǎng)銀, 萬(wàn)大娟, 等. 2014. 土壤溶解性有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬環(huán)境行為影響的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)資源綜合利用, 32(1): 50-54.

張華俊, 顧繼光, 胡韌, 等. 2012. 粵東沿海典型供水水庫(kù)沉積物重金屬污染特征[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 31(7): 1807-1816.

張華俊. 2010. 廣東省典型供水水庫(kù)沉積物氮鹽及重金屬研究[D]. 廣州:暨南大學(xué).

趙勝男, 李暢游, 史小紅, 等. 2013. 烏梁素海沉積物重金屬生物活性及環(huán)境污染評(píng)估[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 22(3): 481-489.

趙興青, 楊柳燕, 于振洋, 等. 2007. 太湖沉積物理化性質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)空變化[J]. 湖泊科學(xué), 19(6): 698-704.

中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站. 1990. 中國(guó)土壤元素背景值[M]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.

朱廣偉, 陳英旭. 2001. 沉積物中有機(jī)質(zhì)的環(huán)境行為研究進(jìn)展[J]. 湖泊科學(xué), 13(3): 272-279.

朱松泉, 竇鴻身, 等. 1993. 洪澤湖[M]. 合肥: 中國(guó)科技大學(xué)出版社: 95.

Characteristics of sediment Nutrients loading and heavy metals pollution in three important reservoirs from the west coast of Guangdong province, south China

WANG Miao1, WANG Sheng2, TANG Quehui1, ZHANG Huajun1, LUO Gai1, WEI Guifeng1, PENG Liang1,3*, YANG Haowen4
1. Institute of Hydrobiology, Jinan University, Guangzhou 510632, China; 2. Zhejiang Province Development Planning ＆ Research Institute, Hangzhou 310012, China; 3. Improvement Center of Cyanobacterial Blooms in Guangdong Province, Guangzhou 510632, China; 4. Hydrology Bureau of Guangdong Province, Guangzhou 510150, China

Sediment cores were sampled from the three reservoirs of west area of Guangdong province in June, 2008. Total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), organic matter (OM) and the main heavy metals including Cu, Pb, Zn, Cd, Ni, Cr and Hg in sediment

West area of Guangdong; Reservoirs; Sediment; Nutrients; Heavy metals

X52

A

1674-5906（2014）05-0834-08

廣東省水利科技創(chuàng)新項(xiàng)目（201102）

王妙（1987年生），男，碩士研究生，主要從事沉積物生態(tài)學(xué)研究。

*通信作者：彭亮。E-mail: tpengliang@jnu.edu.cn

2013-12-31

王妙，王勝，唐鵲輝，張華俊，羅概，韋桂峰，彭亮，楊浩文. 粵西三座重要供水水庫(kù)沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷與重金屬污染特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(5): 834-841.

WANG Miao, WANG Sheng, TANG Quehui, ZHANG Huajun, LUO Gai, WEI Guifeng, PENG Liang, YANG Haowen. Characteristics of sediment Nutrients loading and heavy metals pollution in three important reservoirs from the west coast of Guangdong Province, South China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(5): 834-841.

columns were determined by SMT, Alkaline Persulfate Digestion, loss on ignition Method, ICP-MS, respectively. Pollution of heavy meteals was evaluated by potential ecological risk index, and the possible sources of heavy metals were estimated with correlation analysis. The results showed that contents of total nitrogen TN and OM ranged from 1.13-3.37, 11.83-20.37 mg·g-1, respectively. TP ranged from 0.22-0.77 mg·g-1, the total nitrogen (TN) and the organic matter (OM) content in the surface sediments followed the order: Gaozhou Reservoir ＞ Dashuiqiao Reservoir ＞ Hedi Reservoir, whereas, total phosphorus (TP) is: Gaozhou Reservoir ＞ Hedi Reservoir ＞ Dashuiqiao Reservoir. From the depth of 16 cm to the surface in sediment columns, TN, TP and OM were significantly higher than others, and implied that internal loading getting heavier in recent years. The content of heavy metals was higher than the background values of soils in Guangdong province, and decreased with increasing depth, but there were great variations among the reservoirs. Zn and Pb polluted seriously in Hedi Reservoir and Gaozhou Reservoir (Zn: 353.15, 693.35 mg·kg-1; Pb: 74.51, 127.91 mg·kg-1), where as Cr and Ni showed serious pollution in Dashuiqiao Reservoir (Cr: 238.69 mg·kg-1; Ni: 251.06 mg·kg-1). We introduced risk index (RI) to evaluate the potential ecological risk of heavy metals, and results showed that there was low ecological risk except for Cd and Hg in the three reservoirs. However, mineralization of OM would result in heavy metals release into waterbody and increase ecological risk of heavy metals. Based on the correlation analysis, over input of fertilizer and pesticide would be the main source for the primary productivity and heavy metals, and settling to sediment in west area of Guangdong province.