中山市主要灌溉水源底泥重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

余姝潔，李 名，張保見，甘慧慧

(1.廣東省中山市環(huán)境保護(hù)技術(shù)中心，廣東中山 528402；2.廣西環(huán)科院環(huán)保有限公司，廣西南寧 530022；3.浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院，浙江寧波 315100)

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中山市主要灌溉水源底泥重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

余姝潔1，李 名2，張保見1，甘慧慧3*

(1.廣東省中山市環(huán)境保護(hù)技術(shù)中心，廣東中山 528402；2.廣西環(huán)科院環(huán)保有限公司，廣西南寧 530022；3.浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院，浙江寧波 315100)

摘要[目的]評(píng)估灌溉水源底泥重金屬污染水平及其潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。[方法]在廣東省中山市主要灌溉水源洪奇瀝和橫琴海沿線采集6個(gè)底泥樣品，測定Pb、Cd、Cr、As、Hg 5種重金屬的含量水平，分析其分布特征，并采用綜合指數(shù)法、地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對底泥中重金屬污染狀況和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。[結(jié)果]中山市主要灌溉水源底泥存在重金屬復(fù)合污染情況，樣品中Pb、Cd、Cr、As、Hg含量均高于參比值，洪奇瀝底泥中，5種重金屬富集程度從大到小依次為Hg、Cd、Cr、Pb、As，橫琴海底泥中，5種重金屬富集程度從大到小依次為Cd、Cr、Hg、As、Pb，5種重金屬潛在生態(tài)危害從大到小依次為Hg、Cd、Cr、As、Pb，處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。[結(jié)論]中山市洪奇瀝和橫琴海2條主要灌溉水源底泥存在多種重金屬復(fù)合污染，污染水平處于中度至重度污染，工業(yè)園區(qū)廢水排放是重金屬污染的主要原因之一。

關(guān)鍵詞重金屬；底泥；污染特征；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；灌溉水源

廣東省中山市是珠三角重要的工業(yè)基地之一。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，中山市形成了一些工業(yè)園區(qū)，大量重金屬工業(yè)廢水進(jìn)入水體，引起水體污染[1-2]。進(jìn)入水體的重金屬污染物大部分由水相進(jìn)入固相，最終進(jìn)入水體沉積物并逐步累積。當(dāng)?shù)啄喹h(huán)境條件發(fā)生改變，沉積在底泥中的重金屬會(huì)成為二次污染源，因此，底泥不僅是污染物，也是再污染的潛在污染源[3-5]。底泥中重金屬的分布可以反映河流的污染狀況，目前，重金屬污染危害多采用綜合指數(shù)法(內(nèi)梅羅污染指數(shù)法，P)[6]、地累積指數(shù)法(Igeo)[7]、潛在生態(tài)危害指數(shù)法(RI)[8]進(jìn)行評(píng)估。筆者以橫琴海和洪奇瀝河道底泥為研究對象，采用P指標(biāo)對土壤環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，并采用Igeo、RI指標(biāo)對土壤重金屬污染情況及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，以期為推動(dòng)我國重金屬污染評(píng)估提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況橫琴海和洪奇瀝是中山市2條最主要的灌溉水源，均南北貫穿中山市(圖1)，接納中山市大部分工業(yè)污水和生活污水。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，中山市形成了工業(yè)園區(qū)，向這2條河流中排污，大量含有重金屬的工業(yè)廢水進(jìn)入水體造成污染。

圖1　研究區(qū)域采樣點(diǎn)Fig.1　Sampling site in study area

1.2樣品采集選取洪奇瀝和橫琴海為研究區(qū)域，按照美國環(huán)保局的方法，用抓斗式采泥器進(jìn)行沉積物的采集和處理[9]。2條水源沿線布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，其中，洪奇瀝設(shè)橫瀝鎮(zhèn)附近和沙仔村2個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，橫琴海設(shè)埒西一、西海大橋、裕祥村、太平村4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。采樣深度為0～20、20～40、>40 cm，測定各采樣點(diǎn)底泥中pH及鉛、鎘、汞、鉻、砷含量。

1.3重金屬評(píng)價(jià)方法

1.3.1綜合污染指數(shù)(P)。單因子評(píng)價(jià)難以表達(dá)污染物的整體污染水平，因此常采用能夠綜合評(píng)價(jià)多種污染因子的內(nèi)梅羅污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。計(jì)算公式：

表1　污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)

1.3.2地累積指數(shù)法(Igeo)。地累積指數(shù)(Igeo)通常稱為Muller指數(shù)[7]，是判別人為活動(dòng)對重金屬污染影響的重要指數(shù)之一，計(jì)算公式：

式中，Cn為某一重金屬監(jiān)測值；Bn為項(xiàng)目據(jù)地地頁巖中地球化學(xué)元素含量(采用廣東省重金屬背景含量中位值[10])，地累積指數(shù)與污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2[11]。采用Pearson積差分析法[12]及SPAA 22.0軟件分析各重金屬之間的相關(guān)顯著性。

1.3.3Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法。為了將不同重金屬的毒性差異及對環(huán)境敏感性差異納入評(píng)價(jià)范圍，使用RI計(jì)算分析各重金屬帶來的生態(tài)影響，計(jì)算公式：

表2　地累積指數(shù)(Igeo)與污染程度分級(jí)

表3　Hakanson生態(tài)危害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2結(jié)果與分析

2.1重金屬污染現(xiàn)狀由表4可知，洪奇瀝沙仔村和橫琴海裕祥村監(jiān)測點(diǎn)的底泥為輕度污染，洪奇瀝橫瀝鎮(zhèn)附近監(jiān)測點(diǎn)底泥為中污染，橫琴海剩余3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的底泥均為重污染，其中橫琴海太平村監(jiān)測點(diǎn)底泥的污染最嚴(yán)重。

表4　中山市主要灌溉水源底泥重金屬監(jiān)測結(jié)果及內(nèi)梅羅指數(shù)

2條灌溉水源底泥的重金屬污染特性不同，橫琴海底泥以Cr為主要污染物，5種重金屬均存在高于標(biāo)準(zhǔn)值的情況，其污染程度及廣泛性由高到低為Cr、Cd、Pb、Hg、As；洪奇瀝底泥以Cd污染為主，5種重金屬中，除As未超出標(biāo)準(zhǔn)值外，其余4種重金屬均存在高于標(biāo)準(zhǔn)值的情況，其污染程度及廣泛性由高到低次為Cd、Pb、Hg、Cr、As。因此，中山市主要灌溉水源底泥存在重金屬復(fù)合污染情況，其特性見表5。

表5中山市主要灌溉水源底泥重金屬污染特性

Table5PollutionfeaturesofheavymetalsinsedimentsofmainirrigationwatersourcesinZhongshanCity

灌溉河流Irrigationrivers污染類型Pollutiontypes酸堿度pHvalue污染程度Pollutiondegree洪奇瀝Hongqili無機(jī)污染,主要污染物為Cd,有Pb、Hg、As超標(biāo)弱堿性中度污染橫琴海Hengqinhai無機(jī)污染,主要污染物為Cr,有Cd、Pb、Hg、As超標(biāo)弱堿性重度污染

2.2重金屬富集程度由表6可知，所有監(jiān)測底泥中Pb的Igeo為0～2，屬于輕度偏中度污染；洪奇瀝底泥中Cr的Igeo為0～1，屬于輕度污染，而橫琴海底泥中Cr的Igeo為1～5，屬于中度至嚴(yán)重污染；洪奇瀝底泥中Cd的Igeo為0～1，屬于輕度污染，橫琴海底泥中Cd的Igeo為2～6，屬于中度至極重污染；所有監(jiān)測底泥中As的Igeo為0～2，屬于輕度偏中度污染；洪奇瀝底泥中Hg的Igeo為0～1，屬于輕度污染，橫琴海中Hg的Igeo為1～3，屬于輕度至中度污染。綜上所述，洪奇瀝底泥中重金屬富集程度最高的是Pb，5種重金屬富集程度從大到小依次為Pb、Cd、Cr、Hg、As，橫琴海底泥中富集程度最高的是Cd，5種重金屬富集程度從大到小依次為Cd、Cr、Hg、As、Pb。

采用Pearson積差分析法統(tǒng)計(jì)了5種重金屬的相關(guān)性。由表7可知，Cd與Pb在0.05水平顯著相關(guān)，可能具有相同的工業(yè)來源。

表6　中山市主要納污河流底泥重金屬元素地累積指數(shù)及污染等級(jí)

表7中山市主要灌溉水源底泥重金屬元素相關(guān)性

Table7CorrelationamongheavymetalsinsedimentsofmainirrigationwatersourcesinZhongshanCity

重金屬HeavymetalsPbCrCdAsHgPb1.000Cr0.6421.000Cd0.931*0.6681.000As0.0050.5570.2851.000Hg-0.0900.040-0.117-0.0521.000

注：*表示在0.05水平顯著相關(guān)

Note：*standsforsignificantcorrelationat0.05level.

3結(jié)論與討論

(1)中山市2條主要灌溉水源底泥存在多種重金屬復(fù)合污染，污染水平處于中度至重度污染，其中，橫琴海底泥以Cr為主要污染物，其污染程度及廣泛性由高到低為依次為Cr、Cd、Pb、Hg、As；洪奇瀝底泥以Cd污染為主，其污染程度及廣泛性由高到低為Cd、Pb、Hg、Cr、As。從監(jiān)測點(diǎn)位看，高平工業(yè)園區(qū)和龍山工業(yè)園區(qū)附近污染程度最高，工業(yè)園區(qū)廢水排放是其重金屬污染的主要原因之一。

表8　中山市主要灌溉水源底泥重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

(2)洪奇瀝灌溉水源底泥中重金屬富集程度從大到小依次為Pb、Cd、Cr、Hg、As；橫琴海水源底泥中重金屬富集程度從大到小依次為Cd、Cr、Hg、As、Pb。其中，Cd屬于重度污染，Hg屬于中度偏輕污染，As屬于輕度污染。據(jù)相關(guān)性分析，Cd與Pb在0.05水平呈相關(guān)性顯著，這說明可能有相同來源，這與工業(yè)園區(qū)特點(diǎn)相符。

(3)中山市主要灌溉水源底泥中Cd、Pb、Hg、Cr、As5種重金屬潛在生態(tài)危害從大到小依次為Hg、Cd、Cr、As、Pb，Cd的富集程度雖然高于Hg，但是由于Cd生物毒性小于Hg，其潛在生態(tài)危害小于Hg；監(jiān)測底泥中RI為68.92～142.96，處于輕度生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。這可能是由于排入河流的廢水都經(jīng)過處理，工業(yè)園區(qū)規(guī)劃較為合理，最終受到的影響較小。

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作者簡介余姝潔(1985- )，女，重慶人，工程師，碩士，從事環(huán)境保護(hù)技術(shù)研究。*通訊作者，講師，博士，從事環(huán)境保護(hù)技術(shù)研究。

收稿日期2016-05-09

中圖分類號(hào)S 181.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)16-061-03

Heavy Metal Pollution in Sediments of Main Irrigation Water Sources in Zhongshan City and Its Potential Ecological Risk Assessment

YU Shu-jie1, LI Ming2, ZHANG Bao-jian1, GAN Hui-hui3*

(1. Zhongshan Environmental Protection Technology Center, Zhongshan, Guangdong 528402; 2. Guangxi Research Academy of Environmental Sciences Environmental Protection Co. Ltd., Nanning, Guangxi 530022; 3. Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo, Zhejiang 315100)

Abstract[Objective] The aim was to discuss heavy metal pollution level in sediments of irrigation water sources and its potential ecological risk. [Method] Collecting 6 sediment samples from Hongqili and Hengqinhai in Zhongshan City in Guangdong Province, Pb, Cd, Cr, As, Hg content was determined and distribution characteristics were analyzed. By using comprehensive index method, land accumulation index method and potential ecological harm index method, the heavy metal pollution status in sediments and potential ecological risk were evaluated. [Result] There was heavy metal compound pollution situation in sediments, the content of Pb, Cd, Cr, As, Hg in the samples was higher than reference value. In sediment of Hongqili, the order of heavy metal enrichment degree was Pb, Cd,Cr,Hg,As, in sediment of Hengqinhai, the order of enrichment degree was Cd>Cr>Hg>As>Pb, the order of potential ecological harm was Hg,Cd,Cr,As,Pb, which was in light ecological risk grade. [Conclusion] There are many kinds of heavy metal pollution in the sediment of 2 main irrigation water sources(Hongqili and Hengqinhai) in Zhongshan. The pollution level is at moderate to severe pollution, wastewater discharge of industrial park is one of the main reasons for heavy metal pollution.

Key wordsHeavy metal; Sediment; Pollution characteristics; Ecological risk; Irrigation water source