沂河表層底泥重金屬污染及其風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

卓麗玲，杜凡，尹玉亭，崔志明

(棗莊學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，山東棗莊　277160)

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沂河表層底泥重金屬污染及其風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

卓麗玲，杜凡，尹玉亭，崔志明

(棗莊學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，山東棗莊277160)

[摘要]為了解臨沂沂河干流小埠東橡膠壩至湯頭段濱河大道開(kāi)發(fā)造成的重金屬污染狀況，用火焰法原子吸收分光光度法對(duì)河道內(nèi)表層底泥的重金屬含量進(jìn)行了研究，并采用地積累指數(shù)(I(geo))和潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)兩種指標(biāo)相結(jié)合的方法對(duì)其進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).結(jié)果表明，湯頭至小埠東段河道內(nèi)重金屬污染以Cd為主，陽(yáng)光沙灘呈極強(qiáng)污染，北外環(huán)橋和湯頭呈強(qiáng)度污染，解放路橋、鴻福寺和新河村呈中～強(qiáng)度污染；單一元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子)評(píng)價(jià)陽(yáng)光沙灘為極強(qiáng)生態(tài)污染，其他各點(diǎn)為很強(qiáng)生態(tài)污染；其次是Pb，在陽(yáng)光沙灘呈極強(qiáng)污染，解放路橋、北外環(huán)橋、新河村和湯頭為中度污染，鴻福寺為輕～中度污染. 評(píng)價(jià)在陽(yáng)光沙灘處為強(qiáng)生態(tài)污染，其余各點(diǎn)輕微生態(tài)污染.依據(jù)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI將河道分成三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)功能區(qū)：解放路橋、鴻福寺、新河村為中等污染區(qū)，北外環(huán)橋、湯頭為重污染區(qū)，陽(yáng)光沙灘為極重污染區(qū).

[關(guān)鍵詞]重金屬；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；沂河

0引言

重金屬是一類(lèi)很難消除的累積性污染物，通過(guò)城市生活污水、農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)藥和化肥施用、工業(yè)“三廢”排放以及大氣沉降等途徑進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量惡化[1]，并可通過(guò)食物鏈逐級(jí)傳遞富集，對(duì)人體和其他生物的潛在威脅極大[2].20 世紀(jì)50年代，日本出現(xiàn)了由汞引起的“水俁病”和由鎘污染引起的“骨痛病”后，重金屬污染的環(huán)境問(wèn)題引起公眾和各級(jí)地方政府的關(guān)注[3].水體環(huán)境中的重金屬被賦存于近岸沉積體系統(tǒng)，其濃度比水中的元素濃度高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，其危害比常規(guī)污染物更為嚴(yán)重，當(dāng)水體環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，沉積物中的重金屬向上覆水體重新釋放，造成對(duì)水體的二次污染，可以把底泥作為水環(huán)境中重金屬污染程度的“指示劑”[4,5].如唐文清[6]對(duì)湘江(衡陽(yáng)段)底泥重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià).

沂河是淮河流域泗沂沭水系中的較大河流，是臨沂的母親河，位于山東省南部與江蘇省北部，為古淮河支流泗水的支流.全長(zhǎng)500余公里，流域面積1.16萬(wàn)平方公里.為了充分發(fā)揮沂河防洪、灌溉等作用，臨沂當(dāng)?shù)卣群笤谝屎痈芍Я餍藿诵〔簴|、桃園、角沂等4座橡膠壩.人工蓄水工程可能對(duì)重金屬具有較強(qiáng)的富集能力，特別是城市河流蓄水工程由于大量接納工業(yè)廢水和生活污水，重金屬的富集現(xiàn)象將會(huì)更加明顯，對(duì)小埠東橡膠壩前50 m處表層沉積物重金屬的研究發(fā)現(xiàn)As、Cr、Cu和Pb具有輕微的生態(tài)危害；Cd具有很強(qiáng)的生態(tài)危害；Hg具有極強(qiáng)的生態(tài)危害[7].加之河道兩邊濱河大道景觀(guān)的修建及開(kāi)放，使河道的天然屬性發(fā)生了改變.因此，本論文就小埠東上游，沿濱河大道至湯頭段進(jìn)行重金屬檢測(cè)，并用地積累指數(shù)(Igeo)和潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)對(duì)其進(jìn)行生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，對(duì)城市化進(jìn)程的穩(wěn)步發(fā)展和城郊生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義.

1實(shí)驗(yàn)

1.1主要儀器與試劑

SB-316-4電熱板(湖南長(zhǎng)沙市華光電爐廠(chǎng))、AR1140型電子分析天平(美國(guó)Ohaus公司)、Z-2000型原子吸收分光光度計(jì)(日本株式會(huì)社日立高新技術(shù)那珂事所)、硝酸、高氯酸、氫氟酸等均為分析純.

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1樣品的采集及處理

2014年4月份在在沂河干流小埠東橡膠壩至湯頭段河道內(nèi)選取解放路橋底、陽(yáng)光沙灘，北外環(huán)橋底，鴻福寺，新河村，湯頭等處采集淺層底泥，裝入聚乙烯袋中密封，送實(shí)驗(yàn)室冷藏保存，去除底泥中石粒、雜草等雜質(zhì)，放烘箱中烘干，磨碎，過(guò)100目篩.稱(chēng)取1g樣品，用硝酸、高氯酸、和氫氟酸混合消解至澄清，定容，備測(cè).

1.2.2重金屬檢測(cè)

采用火焰法原子吸收分光光度法檢測(cè)重金屬Pb、Cd、Cu、Cr、Ni、Mn的含量，并換算成以mg/kg為單位的數(shù)據(jù).

1.3安全評(píng)價(jià)

沂河重金屬的污染情況采用地積累指數(shù)(Igeo)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)相結(jié)合的方法進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).

1.3.1地累積指數(shù)：

計(jì)算公式如下：

Igeo=Log2[Cn/(K×Bn)]

式中Cn———元素n在沉積物中的含量，單位：mg·Kg-1

Bn———元素n在沉積物中的地球化學(xué)背景值，單位：mg·Kg-1

K———考慮當(dāng)?shù)貛r石差異可能引起的背景值的變動(dòng)而取的系數(shù)(一般取值為1.5)

地積累指數(shù)(Igeo)共分7級(jí)，即0～6級(jí)[8,9]，地積累指數(shù)法與污染程度分級(jí)見(jiàn)表1

表1　地積累指數(shù)與污染程度分級(jí)

1.3.2潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

計(jì)算公式如下：

Eir= Tir×Cif

表2　潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)與分級(jí)關(guān)系

2結(jié)果

2.1沂河底泥中重金屬的含量及地累積指數(shù)

沂河不同采樣點(diǎn)重金屬含量見(jiàn)表3，與環(huán)境背景值對(duì)比看，Cd、Pb、Cu和Ni均高于背景值，Zn均低于背景值，Cr除在解放路橋底外，其余各點(diǎn)都高于環(huán)境背景值，Mn的含量除湯頭外，其余各點(diǎn)均低于環(huán)境背景值.該河段污染物以Cd為主，其次是Pb，在陽(yáng)光沙灘處高出環(huán)境背景值分別為30倍和23倍.

地積累指數(shù)和污染程度分級(jí)情況見(jiàn)表4，Cu的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別在陽(yáng)光沙灘處為3，中～強(qiáng)度污染，在湯頭處風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別是2，污染程度為中度，在其他各點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別均是1，表現(xiàn)輕～中度污染；Ni在解放路橋、鴻福寺無(wú)污染，風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別為0，其余各點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別均是1，輕～中度污染；毒性較大的重金屬Pb、Cd和Cr的污染等級(jí)分別是：Pb陽(yáng)光沙灘呈極強(qiáng)污染，解放路橋、北外環(huán)橋、新河村和湯頭為中度污染，鴻福寺為輕～中度污染；Cd在陽(yáng)光沙灘呈極強(qiáng)污染，北外環(huán)橋和湯頭呈強(qiáng)度污染，解放路橋、鴻福寺和新河村呈中～強(qiáng)度污染；Cr在陽(yáng)光沙灘和湯頭處呈輕～中度污染，其余各點(diǎn)無(wú)污染.Zn和Mn在各采樣點(diǎn)均無(wú)污染，風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別均是0.

表3　沂河不同采樣點(diǎn)底泥中重金屬含量　單位：mg·Kg-1

表4沂河底泥中重金屬的地積累指數(shù)及分級(jí)

2.2沂河底泥中重金屬的潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

表5沂河底泥重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及分級(jí)

3結(jié)論

通過(guò)對(duì)沂河湯頭至小埠東段河道內(nèi)底泥重金屬的檢測(cè)及地積累指數(shù)(Igeo)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)相結(jié)合的安全評(píng)價(jià)分析研究，初步得到以下認(rèn)識(shí)：河道內(nèi)重金屬污染程度依次為陽(yáng)光沙灘>湯頭>北外環(huán)橋>新河村>鴻福寺>解放路橋，陽(yáng)光沙灘為極重污染，湯頭和北外環(huán)橋?yàn)橹匚廴?，解放路橋、鴻福寺、新河村處為中等污染；該河段重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)因子Cd的遠(yuǎn)高于其他元素，是構(gòu)成潛在的生態(tài)危害的主要因素，在今后的區(qū)域生態(tài)環(huán)境的治理與恢復(fù)工程中，應(yīng)特別關(guān)注Cd對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響.

參考文獻(xiàn)

[1]崔元俊,李肖鵬,董建,等.山東煙臺(tái)金礦區(qū)及城鎮(zhèn)周邊土壤重金屬化學(xué)形態(tài)分布及轉(zhuǎn)化[J].物探與化探,2013, 37(6):1100-1106.

[2]秦延文,鄭丙輝,李小寶,等.渤海灣海岸帶開(kāi)發(fā)對(duì)近岸沉積物重金屬的影響[J].環(huán)境科學(xué),2012,3(7):2359 -2367.

[3]孫鐵珩,周啟星,李培軍.污染生態(tài)學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社，2001: 282- 283.

[4]楊麗原,沈吉,張祖陸,等.南四湖表層底泥重金屬污染及其風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[J].湖泊科學(xué),2003,15(3)：252-256.

[5]孫啟耀,宋建國(guó),高彥博,等.煙臺(tái)近岸典型生態(tài)區(qū)沉積物重金屬形態(tài)分布及其污染狀況[J].海洋科學(xué),2011,35(9)：30-35.

[6]唐文清,曾榮英,馮泳蘭,等. 湘江(衡陽(yáng)段)底泥重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)[J]. 衡陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2015,(3):56-61.

[7]李寶,孫春意,張智慧,等. 小埠東橡膠壩對(duì)沂河臨沂城區(qū)蓄水段沉積物重金屬分布的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2014,28(4):243-247.

[8]郁亞娟,黃宏,王曉棟,等.淮河沉積物重金屬的測(cè)定和污染評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境科學(xué)研究,2003,16(6):26-28.

[9]許金生,馮永蘭,袁亞莉,等.大源渡庫(kù)區(qū)表層沉積物重金屬污染狀況[J].環(huán)境化學(xué),2002,21(1):100-102.

[10]孫海,張亞玉,孫長(zhǎng)偉,等. 林下參土壤中重金屬形態(tài)分布及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2014,3(5):928-934.

[11]Shun-hong HUANG. Fractional distribution and risk assessment of heavy metal contaminated soil in vicinity of a lead/zinc mine [J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2014,(24):3324-3331.

[責(zé)任編輯：閆昕]

Distribution and Ecological Risk Assessment for Heavy Metals in Superficial Sediments of Yihe River

ZHUO Li-ling*, DU Fan, YIN Yu-ting, CUI Zhi-ming

(College of Life Sciences, Zaozhuang University, Zaozhuang 277160, China)

Abstract：To explore the trend of the changes in heavy metal pollution caused by the development of riverside in Yihe rever. The determination of the heavy metal distribution of the superficial sediments was carried out by flame Atomic absorption spectrophotometry. The potential ecological risk index (RI) and geological acumination index (I(geo)), as the quantitative diagnostic tools, were used to evaluate the pollution degree of various heavy metals in the sediments. The results show the cadmium (Cd) pollution in the Tangtou to Xiao bu dong was the primary, and the sun beach was the strongest pollution, the north loop’s bridge and tangtou was strong pollution, the liberation road’s bridge and hongfu monastery and xinhe village were middle to strong pollution; the sun beach was the strongest ecological pollution by evaluation, other points was strong ecological pollution. Secondly, plumbum (Pb), in sun beach was the strongest pollution, and in liberation road’s bridge, north loop’s bridge, xinhe village and tang tou were moderate pollution, in hongfu monastery was middle to strong pollution; the sun beach was strong ecological pollution, and other points was minor ecological pollution. The results showed the distribution of pollutants in the sediments could be divided into three sections with different ecological risk characteristics: the medium pollution area in liberation road’s bridge, hongfu monastery and xinhe village; the heavy pollution area in north loop’s bridge and tangtou; the heavier pollution area in sun beach.

Key words：heavy metal; ecological risk assessment; yihe rever

[中圖分類(lèi)號(hào)]X552

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1004-7077(2016)02-0082-05

[作者簡(jiǎn)介]卓麗玲(1976-)，女，山東聊城人，棗莊學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院副教授，博士，主要從事毒理學(xué)研究.

[基金項(xiàng)目]棗莊學(xué)院國(guó)家級(jí)基金預(yù)研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2014YY09)；國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：31190901).

[收稿日期]2016-01-18