福建省重要江河沉積環(huán)境硫化物狀況調(diào)查*

蔣奕雄 崔利峰 凌偉專(zhuān) 鄒麗珍 曾 濤

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福建省重要江河沉積環(huán)境硫化物狀況調(diào)查*

蔣奕雄 崔利峰 凌偉專(zhuān) 鄒麗珍 曾 濤

福建省淡水水產(chǎn)研究所

根據(jù)2009—2010年閩江、富屯溪、建溪及九龍江等福建省重要江河沉積物調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)這些水域沉積環(huán)境的硫化物、有機(jī)碳及重金屬等進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，各流域硫化物含量在0.9347 ~ 3.9088μmol·g-1之間，有機(jī)碳含量在0.86 % ~ 2.48 %之間，兩者高值區(qū)域主要集中在汀江、九龍江，基本反映了沿岸人類(lèi)活動(dòng)的強(qiáng)度。沉積物重金屬含量基本呈現(xiàn)出Cu＞Pb＞As＞Cd＞Hg的趨勢(shì)，Cu和Pb是主要污染重金屬，但Pb和Cd對(duì)水生生物產(chǎn)生毒性的潛力較高；SEM含量在0.44 ~ 2.99μmol·g-1之間，高值站位出現(xiàn)在汀江流域，可能與汀江上中游存在的大規(guī)模礦山開(kāi)采有關(guān)。各流域SEM/AVS（摩爾比值）均小于1，沉積物中AVS含量足以有效固定其中的重金屬，重金屬潛在生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)較小。

江河 沉積環(huán)境 硫化物 福建省

河流沉積物是江河自然過(guò)程和人類(lèi)活動(dòng)影響過(guò)程中的產(chǎn)物，不僅能反映河流污染的歷史狀況[1-2]，而且還能反映河流環(huán)境情況。特別是重金屬既可以被沉積物吸附結(jié)合，又可在沉積環(huán)境發(fā)生變化時(shí)釋放，從而影響水環(huán)境。自Di Toro[3]首次報(bào)道水體沉積物中酸可揮發(fā)性硫化物（AVS，Acid volatile sulfide）對(duì)Cd的生物有效性的強(qiáng)烈影響后，沉積物中的硫化物已成為水環(huán)境重金屬質(zhì)量評(píng)價(jià)研究的熱點(diǎn)。

有研究表明，硫化物對(duì)沉積物中重金屬在水和沉積物間的分配行為具有決定性影響，是重金屬活性和毒性的重要控制因素[4-6]，可以成為沉積物質(zhì)量評(píng)價(jià)的有效工具。因此通過(guò)研究沉積物中硫化物與同步提取檢測(cè)的重金屬（Simultaneous Extracted Metal，即SEM）含量及其變化，對(duì)于評(píng)價(jià)水環(huán)境重金屬生物有效性具有重要意義。福建水系密布，河流眾多，江河是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要生態(tài)載體，近年來(lái)河流沿岸開(kāi)發(fā)等人工活動(dòng)增加，畜禽及網(wǎng)箱養(yǎng)殖密度不小，工業(yè)廢水和生活污水無(wú)序排放，使得河流富營(yíng)養(yǎng)化逐步加劇，水域生態(tài)環(huán)境受到破壞。目前對(duì)福建省河流沉積物中硫化物分布特征的研究還未見(jiàn)報(bào)道，因此本文以2009—2010年沉積物硫化物及重金屬監(jiān)測(cè)結(jié)果為依據(jù)，探討福建省重要河流硫化物和重金屬的分布特征、環(huán)境因子及生態(tài)危害等，以期為福建河流重金屬污染評(píng)價(jià)及防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

依據(jù)福建省重要河流流域分布設(shè)置閩江、富屯溪、金溪、沙溪、古田溪、建溪、汀江和九龍江等8個(gè)采樣點(diǎn)，站位布設(shè)見(jiàn)圖1。用彼得森底泥采樣器采集表層沉積物樣品，采樣后迅速裝入塑料袋驅(qū)除空氣并密封，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后于0～4℃的冰箱中保存，并盡快開(kāi)展樣品測(cè)定及實(shí)驗(yàn)。采樣時(shí)間選擇在每年8~9月。

1—閩江：118°44′30′′ E，26°19′36′′ N；2—富屯溪：117°36′56′′ E，27°08′53′′ N；3—金 溪：117°43′01′′ E，26°47′55′′ N；4—沙溪：117°59′30′′ E，26°33′07′′ N；5—古田溪：118°27′06′′ E，26°23′36′′ N；6—建溪：118°50′12′′ E，26°36′51′′ N；7—汀江：118°14′18′′ E，27°08′12′′ N；8—九龍江：116°33′54′′ E，24°40′40′′ N

圖1 福建省重要河流流域沉積物調(diào)查站位布設(shè)圖

1.2 樣品分析測(cè)定

參考海洋沉積物硫化物測(cè)定方法[7]，改進(jìn)氮載氣冷法酸溶硫化物分析技術(shù)[8]碘量法測(cè)定沉積物中硫化物，沉積物樣品風(fēng)干后研磨過(guò)60目篩，采用重鉻酸鉀氧化—還原容量法[7][9]測(cè)定其中有機(jī)碳含量。重金屬測(cè)定采用原子吸收分光光度法測(cè)定銅、鉛、鎘[10-12]，原子熒光法測(cè)定總汞、總砷[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 硫化物分布特征及與有機(jī)碳關(guān)系

表層沉積物硫化物對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響遠(yuǎn)高于下層[14]，因此本研究的主要對(duì)象為表層沉積物。

2009—2010年福建省重要河流流域沉積物硫化物和有機(jī)碳監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果表明，各流域硫化物含量在0.9347 ~ 3.9088μmol·g-1之間，有機(jī)碳含量在0.86 % ~ 2.48 %之間，兩年硫化物平均值在1.0169 ~ 3.4438μmol·g-1之間，有機(jī)碳平均值在1.08 % ~ 2.26 %之間。通常硫化物含量差異與污染物的污染狀況有關(guān)，污染程度高，硫酸鹽還原菌作用強(qiáng)，還原性硫的含量也會(huì)增加，古田溪和金溪沿岸開(kāi)發(fā)活動(dòng)較少，硫化物含量水平維持在較低水平，高值區(qū)域主要集中在汀江、九龍江，造成這一現(xiàn)象的原因可能是沿岸工礦業(yè)發(fā)達(dá)，畜禽養(yǎng)殖分布眾多，人為活動(dòng)影響較大；與此相對(duì)應(yīng)的是有機(jī)碳含量也較高，沉積物中的H2S 來(lái)源于硫酸鹽還原細(xì)菌（SRB）對(duì)有機(jī)質(zhì)的氧化[15]，陸源含氮有機(jī)質(zhì)的輸入易被硫酸鹽還原菌利用，從而有利于硫化物的增加，這與武漢東湖[16]、新疆博斯騰湖[17]等水域情形基本一致，同樣反映了沿岸人類(lèi)活動(dòng)的強(qiáng)度。

表1 福建省重要河流流域沉積物硫化物和有機(jī)碳監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.2 重金屬分布特征及AVS和SEM關(guān)系

2009—2010年福建省重要河流流域沉積物重金屬（Cu，Pb，Cd，Hg，As）監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 福建省重要河流流域沉積物重金屬監(jiān)測(cè)結(jié)果 單位：μmol·g-1

結(jié)果表明，沉積物中重金屬的兩年平均含量基本呈現(xiàn)Cu＞Pb＞As＞Cd＞Hg的趨勢(shì)，其中Cu和Pb是主要污染重金屬，約占SEM總量的90%。但含量高的重金屬元素并不表示其對(duì)水生生物產(chǎn)生毒性的潛力大，與水體沉積物中金屬元素對(duì)底棲生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)的閾值（見(jiàn)表3）比較，各流域Pb和Cd介于低限效應(yīng)值和上限效應(yīng)值之間，而Cu除汀江、建溪和九龍江流域外其他流域均低于低限效應(yīng)值。一般認(rèn)為，重金屬含量低于低限效應(yīng)值（TEL）幾乎不會(huì)對(duì)生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)，高于上限效應(yīng)值（UET）會(huì)經(jīng)常產(chǎn)生毒性，介于兩者之間則會(huì)偶然產(chǎn)生毒性效應(yīng)[18]，由此推斷Pb和Cd可能產(chǎn)生的生物有效性高于Cu，有對(duì)底棲生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)的潛力。

表3 水體沉積物中金屬元素對(duì)底棲生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)的閾值[19]（單位：μmol·g-1）

2009—2010年福建省主要河流流域AVS和SEM關(guān)系見(jiàn)表4。

表4 福建省重要河流流域沉積物AVS和SEM關(guān)系

沉積物中重金屬多為親硫元素，其生物有效性和生物毒性與沉積物中AVS和SEM濃度的比值（SEM/AVS）存在密切聯(lián)系[3, 19]，當(dāng)SEM/AVS < 1時(shí)，與沉積物結(jié)合的重金屬不會(huì)對(duì)水生生物產(chǎn)生毒性；當(dāng)SEM/AVS > 1時(shí)，沉積物中的重金屬具有潛在生物毒性。從表4可見(jiàn)，各流域SEM含量在0.44 ~ 2.99μmol·g-1之間，兩年SEM平均含量在0.47 ~ 1.78μmol·g-1之間，高值站位出現(xiàn)在汀江流域，重金屬污染較大，這可能與汀江上中游存在的大規(guī)模礦山開(kāi)采有關(guān)。SEM/AVS（摩爾比值）均小于1，說(shuō)明沉積物中AVS含量足以有效固定其中的重金屬，降低其遷移性，從而使得間隙水中重金屬自由離子（此部分重金屬最易為底棲動(dòng)物所利用）較低，重金屬潛在生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)較小。

3 結(jié)論

（1）2009—2010年福建省重要河流流域沉積物硫化物和有機(jī)碳分布與污染物的污染狀況有關(guān)，高值區(qū)域主要集中在汀江、九龍江，受沿岸人類(lèi)活動(dòng)和入河污染物的輸入影響大。

（2）各流域沉積物重金屬（Cu，Pb，Cd，Hg和As）的兩年平均含量基本呈現(xiàn)Cu＞Pb＞As＞Cd＞Hg的趨勢(shì)，其中Cu和Pb是主要污染重金屬，約占SEM總量的90%，但Pb和Cd含量高于對(duì)底棲生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)的低限效應(yīng)值，有對(duì)底棲生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)的潛力。

（3）各流域SEM含量在0.44 ~ 2.99μmol·g-1之間，兩年SEM平均含量在0.47 ~ 1.78μmol·g-1之間，高值站位出現(xiàn)在汀江流域，這可能與汀江上中游存在的大規(guī)模礦山開(kāi)采有關(guān)。各流域SEM/AVS（摩爾比值）均小于1，說(shuō)明沉積物中AVS含量足以有效固定其中的重金屬，降低其遷移性，從而使重金屬潛在生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)較小。

[1] 全國(guó)主要湖泊水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查研究課題組. 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范[M]．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1987．

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福建省省屬公益類(lèi)科研院所基本科研專(zhuān)項(xiàng)（編號(hào)：2014R1002—5）。