陽(yáng)澄湖沉積物重金屬空間分布及生物毒害特征

郭西亞,高 敏,張 杰,張海濤,朱金格,鄧建才*

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陽(yáng)澄湖沉積物重金屬空間分布及生物毒害特征

郭西亞1,2,高 敏1,張 杰1,2,張海濤1,2,朱金格1,鄧建才1*

(1.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所,湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210008；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

為了解陽(yáng)澄湖沉積物重金屬含量空間分布及污染特征,選取陽(yáng)澄湖柱狀沉積物樣為研究對(duì)象,采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)、原子熒光光譜儀(AFS)和Hydra-c型全自動(dòng)測(cè)汞儀于2018年2月對(duì)陽(yáng)澄湖15個(gè)采樣點(diǎn)沉積物柱狀樣中8種重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg進(jìn)行測(cè)定,分析重金屬元素含量在水平及垂向的分布特征和污染狀況.結(jié)果表明,陽(yáng)澄湖表層沉積物中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg平均含量分別為101.28,68.72,66.54,187.33,15.85,0.45,34.02,0.09mg/kg,是各自背景值的1.34,2.09,2.89,2.88,1.69,4.99,1.54,3.00倍.垂向上重金屬的含量隨著深度的增加呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì).對(duì)8種重金屬進(jìn)行相關(guān)分析和聚類分析,除As、Ni和Hg外,不同重金屬之間存在著顯著相關(guān)關(guān)系(<0.05),這說(shuō)明陽(yáng)澄湖沉積物重金屬之間存在著一定的同源性.采用沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)(SQG)對(duì)陽(yáng)澄湖沉積物中重金屬生物毒性效應(yīng)進(jìn)行了評(píng)價(jià),結(jié)果表明,陽(yáng)澄湖沉積物中Ni有75%以上的可能性出現(xiàn)生物毒害效應(yīng),Cr、Cu、Zn、As則有10%~75%的可能性產(chǎn)生生物毒害效應(yīng),而Cd、Pb和Hg造成的生物毒害效應(yīng)的可能性較小.ERMQ評(píng)價(jià)結(jié)果表明,陽(yáng)澄西湖沉積物中重金屬造成生物毒害的風(fēng)險(xiǎn)較大,其余湖區(qū)發(fā)生重金屬生物毒害的風(fēng)險(xiǎn)較小.

陽(yáng)澄湖；沉積物；重金屬；空間分布；污染特征

沉積物作為污染物的重要蓄積庫(kù)和潛在釋放源,對(duì)水域重金屬污染特征具有指示作用,也可反映人類生產(chǎn)活動(dòng)與自然因素對(duì)水體環(huán)境的長(zhǎng)期影響[1].當(dāng)重金屬進(jìn)入水體之后,由于無(wú)法被微生物降解而被懸浮顆粒物吸附,隨懸浮顆粒物的沉降轉(zhuǎn)移到沉積物中,當(dāng)沉積物-水界面環(huán)境條件(如氧化還原電位、pH值、溶解氧、水溫、水體流速等)發(fā)生改變時(shí)以及生物擾動(dòng)或再懸浮等因素的作用下,沉積物中的重金屬會(huì)再次向水體中釋放[3],導(dǎo)致水體中重金屬元素含量增加、水質(zhì)惡化[5],對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)造成潛在的威脅[6].

陽(yáng)澄湖(31°21￠~31°30￠N、120°39￠~120°51￠E)面積118.2km2,平均水深約1.6m,湖體蓄水容積為1.7億m3[7].湖中有兩條帶狀圩埂縱貫?zāi)媳?將該湖體分割為東湖、中湖和西湖三部分,陽(yáng)澄湖周邊分布著許多河流,入湖河流主要分布在西岸和北岸,出湖河流則分布在東岸和南岸[8].陽(yáng)澄湖作為全國(guó)聞名的大閘蟹養(yǎng)殖基地和蘇州市的第二大飲用水源地[10],其水質(zhì)安全對(duì)其周邊社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著十分重要的意義.然而,隨著周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化的飛速發(fā)展,工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水等大量排放進(jìn)入陽(yáng)澄湖,導(dǎo)致湖體水質(zhì)惡化,重金屬污染也日益突出,為此蘇州市啟動(dòng)了陽(yáng)澄湖生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化提升研究,弄清了湖體水環(huán)境介質(zhì)中污染物的種類、污染特征及其來(lái)源[12,14,16].基于此,政府部門(mén)關(guān)閉了陽(yáng)澄湖周邊污染排放企業(yè)、大幅度縮減湖體網(wǎng)圍養(yǎng)殖面積.盡管當(dāng)?shù)卣哟罅岁?yáng)澄湖的污染整治力度,但由于重金屬是一種隱蔽性高、不可降解與潛伏期長(zhǎng)的污染物[18-20],會(huì)隨河流以及養(yǎng)殖投餌在生物體內(nèi)富集并進(jìn)入沉積物中.目前,雖然已有部分學(xué)者對(duì)陽(yáng)澄湖重金屬分布情況作了一定調(diào)查,但是其主要側(cè)重于表層沉積物中的重金屬,對(duì)重金屬在沉積物中的垂向分布特征仍缺乏闡述;另外,已有研究多側(cè)重于重金屬元素的生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià),對(duì)其生物毒性效應(yīng)的闡述較少,同時(shí)也缺乏對(duì)重金屬元素來(lái)源的分析,無(wú)法綜合評(píng)價(jià)陽(yáng)澄湖沉積物中的重金屬元素的生物毒性風(fēng)險(xiǎn)[22].

綜上,本研究通過(guò)測(cè)定陽(yáng)澄湖表層、柱狀沉積物中典型重金屬含量,闡明其水平、垂向空間分布特征;同時(shí)采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)閾值,并結(jié)合沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)[24],綜合評(píng)價(jià)陽(yáng)澄湖沉積物重金屬污染水平與生物毒性效應(yīng);此外,運(yùn)用Ward聚類分析法和SPSS多元統(tǒng)計(jì)分析方法判斷重金屬的主要來(lái)源.本文的研究成果能為陽(yáng)澄湖及其周邊地區(qū)重金屬污染防治和水環(huán)境質(zhì)量提升提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)布設(shè)與樣品采集

圖1 陽(yáng)澄湖沉積物重金屬采樣點(diǎn)位分布

考慮湖體形態(tài)、水系分布、圍網(wǎng)養(yǎng)殖等因素[25],在陽(yáng)澄湖湖區(qū)共布設(shè)15個(gè)沉積物監(jiān)測(cè)點(diǎn)位(圖1).其中,陽(yáng)澄西湖區(qū)布設(shè)1, 2, 3, 4, 14, 15共計(jì)6個(gè)點(diǎn),陽(yáng)澄中湖區(qū)布設(shè)5, 6, 7, 8共計(jì)4個(gè)點(diǎn),陽(yáng)澄東湖區(qū)布設(shè)9, 10, 11, 12, 13共計(jì)5個(gè)點(diǎn).借助GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),于2018年2月采集陽(yáng)澄湖沉積物樣品,柱狀樣長(zhǎng)度約20cm,現(xiàn)場(chǎng)按3cm切割.采用活塞式柱狀有機(jī)玻璃采樣器(內(nèi)徑86mm),取樣時(shí)將采樣器平整地放在地面上,活塞推桿慢慢將泥樣推出,盡可能保持泥樣原來(lái)的形狀,快速測(cè)量并進(jìn)行分割,泥樣用干凈的聚氯乙烯密封袋密封保存,低溫保存帶回實(shí)驗(yàn)室,于-20℃條件下冷凍保存.

1.2 樣品處理與分析方法

沉積物樣品經(jīng)FD-1A-50型冷凍干燥機(jī)(西安德派生物儀器有限公司)冷凍干燥處理,去除動(dòng)植物殘?bào)w、大塊礫石等雜質(zhì),然后,經(jīng)瑪瑙研缽研磨處理,過(guò)100目(孔徑0.154mm)尼龍篩,放入干燥自封袋中保存?zhèn)溆?取0.2g左右待測(cè)樣品于聚四氟乙烯消解罐中,加入6mL HNO3,靜置30min后依次加入4mL HF和1mL H2O2,在Berghof-MWS-3微波系統(tǒng)中消解,冷卻后全量轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯坩堝中,加入0.5mL HClO4,放在紅外電熱板上加熱(340℃)至近干,加1mL(1+1)HNO3微熱溶解殘?jiān)?冷卻后利用純水定容至25mL,上清液轉(zhuǎn)移至10mL離心管中備測(cè).所有的玻璃儀器和聚四氟乙烯坩堝在使用前均用10%的硝酸溶液浸泡,然后用純水潤(rùn)洗干凈.其中提取液中的Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb共6種重金屬利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS,Agilent 7700cx型)測(cè)定,As采用原子熒光光譜儀(AFS-930,北京吉天儀器有限公司)測(cè)定,Hg含量采用Hydra-c型全自動(dòng)測(cè)汞儀(美國(guó))測(cè)定.

1.3 質(zhì)量控制

為了提高樣品中重金屬測(cè)定的準(zhǔn)確度和精度,對(duì)樣品進(jìn)行3次重復(fù)分析和標(biāo)樣分析,所有樣品分析誤差均小于10%,測(cè)試結(jié)果符合質(zhì)控要求.實(shí)驗(yàn)測(cè)定過(guò)程中所用試劑均為優(yōu)級(jí)純,實(shí)驗(yàn)用水為超純水.

1.4 沉積物重金屬的生物毒性效應(yīng)評(píng)價(jià)方法

沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)(SQG)是快速進(jìn)行沉積物中重金屬潛在生物毒性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法.此方法是建立在生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上,通過(guò)整理和分析水體沉積物重金屬含量及其生物效應(yīng)數(shù)據(jù),確定沉積物中能夠引起生物毒性與其他負(fù)面效應(yīng)的重金屬濃度閾值及沉積物質(zhì)量基值之間的差異,以便快速辨別具有潛在生物毒性風(fēng)險(xiǎn)的重金屬元素及污染區(qū)域.

其中,ERL(效應(yīng)范圍低值)和ERM(效應(yīng)范圍中值)是SQG重金屬生物毒性效應(yīng)閾值(表1),根據(jù)實(shí)測(cè)重金屬濃度與ERL和ERM之間的關(guān)系來(lái)衡量不同重金屬的生物毒性效應(yīng)[27-28].重金屬濃度在ERL水平以下時(shí),此時(shí)重金屬僅有<10%的可能會(huì)出現(xiàn)生物毒害效應(yīng);而當(dāng)重金屬濃度大于ERM水平時(shí),此時(shí)重金屬則有75%以上的可能出現(xiàn)生物毒害效應(yīng)[29].

本文采用ERMQ(效應(yīng)系數(shù))來(lái)評(píng)價(jià)不同采樣點(diǎn)的危害等級(jí),ERMQ的計(jì)算公式如下所示:

式中:C是第種重金屬元素的含量,mg/kg;EMR是第種重金屬元素對(duì)應(yīng)的ERM閾值為重金屬的數(shù)目.

根據(jù)效應(yīng)水平將ERMQ分為4個(gè)不同的危害等級(jí),即當(dāng)ERMQ<0.1時(shí)為低級(jí),0.1~0.5為中低級(jí), 0.51~1.5為中高級(jí),>1.5時(shí)為高級(jí)[30].

表1 ERL和ERM的取值范圍(mg/kg)

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

利用SPSS19.0(美國(guó)國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和重金屬要素間的Pearson相關(guān)分析(雙側(cè)檢驗(yàn)).相關(guān)分析是指對(duì)兩個(gè)或者多個(gè)具備相關(guān)性的變量元素進(jìn)行分析,從而衡量?jī)蓚€(gè)變量因素的相關(guān)密切程度.用R(Mathsoft公司)對(duì)重金屬之間進(jìn)行聚類分析.聚類分析指將物理或抽象對(duì)象的集合分組為由類似的對(duì)象組成的多個(gè)類的分析過(guò)程.采用Excel2016(美國(guó)微軟公司)和Origin9.0(Origin Lab公司)對(duì)重金屬含量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及繪制沉積物中每種重金屬元素的垂向濃度分布圖.采樣點(diǎn)布設(shè)圖和空間分析采用ArcGIS10.2 (ESRI公司)完成.

2 結(jié)果與討論

2.1 陽(yáng)澄湖表層沉積物重金屬含量水平分布特征

陽(yáng)澄湖表層沉積物中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb及Hg含量的變化趨勢(shì)基本一致,總體上表現(xiàn)為從陽(yáng)澄西湖向中湖、東湖遞減趨勢(shì)(圖2).陽(yáng)澄西湖周邊入湖河道較多(圖1),將大量未來(lái)得及處理的工農(nóng)業(yè)廢水及城市生活污水輸送至陽(yáng)澄西湖,由于水流流速下降,水體中懸浮顆粒物吸附的重金屬離子,在重力作用下進(jìn)入沉積物中,導(dǎo)致陽(yáng)澄西湖沉積物中重金屬含量高于其他兩個(gè)湖區(qū).由表1可知,陽(yáng)澄湖沉積物中重金屬Zn平均濃度最高,Hg平均濃度最低,Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb及Hg平均含量分別為101.28, 68.72, 66.54, 187.33, 15.85, 0.45, 34.02, 0.09mg/kg,8種重金屬元素的富集倍數(shù)(富集倍數(shù)計(jì)算使用江蘇省土壤重金屬背景值)大小順序是Cd>Hg>Cu>Zn>Ni>As>Pb>Cr,分別超出各自背景值的1.34, 2.09, 2.89, 2.88, 1.69, 4.99, 1.54, 3.00倍,其中,富集倍數(shù)最大的是Cd,在陽(yáng)澄湖沉積物中的含量為0.22~0.93mg/kg,其次是Hg,含量為0.05~0.26mg/kg;表明Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、及Hg在陽(yáng)澄湖沉積物中存在一定的污染;變異系數(shù)是反映采樣點(diǎn)之間平均變異程度的參數(shù)[31-32],除As外其余重金屬的變異系數(shù)均大于20%,表明陽(yáng)澄湖表層沉積物中重金屬含量的空間分布具有一定的差異性.重金屬Cu和Hg的變異系數(shù)分別為65.26%和62.55%,根據(jù)對(duì)變異系數(shù)的分類,屬于中等變異強(qiáng)度[34],表明陽(yáng)澄湖表層沉積物中的重金屬Cr、Hg元素的含量空間分布極其不均勻,離散性程度相對(duì)較大,這也表明Cr和Hg含量在一定程度上可能已經(jīng)受到了陽(yáng)澄湖周邊人類生產(chǎn)活動(dòng)的影響.

表2 陽(yáng)澄湖表層沉積物中重金屬含量特征

2.2 陽(yáng)澄湖沉積物中重金屬含量的垂向分布特征

研究湖泊沉積物中重金屬含量垂向分布,可反映不同歷史階段人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域重金屬排放的影響,對(duì)認(rèn)識(shí)重金屬累積疊加歷史有著重要的意義[37].從圖3中可看出,陽(yáng)澄西湖、中湖和東湖0~20cm沉積物中8種重金屬含量的垂直分布存在差異,除陽(yáng)澄西湖外,中湖和東湖表現(xiàn)出近表層重金屬元素含量變化較小、下層差異較大的特點(diǎn);隨著陽(yáng)澄湖沉積物深度的增加,西湖、中湖和東湖沉積物中Cr、Ni、Cu、Zn離子含量總體上呈下降的變化趨勢(shì),其中陽(yáng)澄西湖各種重金屬含量下降趨勢(shì)最為明顯,陽(yáng)澄中湖和陽(yáng)澄東湖沉積物中重金屬含量則出現(xiàn)鋸齒狀多峰的垂向分布特征.陽(yáng)澄西湖0~20cm沉積物中重金屬平均含量明顯高于中湖和東湖,尤其是Cu、Zn、Cd的含量差別顯著,陽(yáng)澄西湖Cu和Zn的含量約是陽(yáng)澄中湖和東湖Cu、Zn含量的1.5倍,而Cd含量約為中湖的2倍.陽(yáng)澄中湖和東湖Cd含量垂向變化差異小,且含量較低,并在約15cm處出現(xiàn)拐點(diǎn).在陽(yáng)澄湖3個(gè)湖區(qū)中,陽(yáng)澄東湖0~20cm沉積物中重金屬平均含量較低,8種重金屬含量隨著深度的增加變化幅度不大.在陽(yáng)澄湖三個(gè)湖區(qū)柱狀沉積物中Cd污染很嚴(yán)重,西湖污染尤為嚴(yán)重,超出其環(huán)境背景值的6倍.陽(yáng)澄西湖、中湖柱狀沉積物中Zn污染較嚴(yán)重;而陽(yáng)澄中湖、東湖柱狀沉積物中Cu處于輕度污染.陽(yáng)澄西湖周邊有較多的入湖河道,人類活動(dòng)及從入湖河流帶入的污水和廢水等是該區(qū)域沉積物重金屬元素含量高的一個(gè)重要因素,因此,加強(qiáng)污染水體的處理以及河道入湖水量管理是降低陽(yáng)澄湖沉積物中重金屬含量的重要途徑.

2.3 陽(yáng)澄湖沉積物重金屬生物毒性效應(yīng)

圖4 基于ERL和ERM的樣本百分比

從本研究結(jié)果來(lái)看,陽(yáng)澄湖沉積物重金屬Cd、Pb和Hg的平均濃度小于ERL,Cr、Cu、Zn、As的平均濃度則在ERL和ERM之間,而Ni平均濃度則大于ERM(表1、表2).因此從整體來(lái)看,陽(yáng)澄湖沉積物中的重金屬Cd、Pb和Hg形成的負(fù)面效應(yīng)較小,而Cr、Cu、Zn和As這4種重金屬的平均濃度已經(jīng)超出了ERL水平,則有10%~75%可能性造成生物毒性效應(yīng),對(duì)生物產(chǎn)生一定的毒害效應(yīng);而Ni則是超過(guò)75%可能性的生物毒害效應(yīng)因子.圖4所示是基于ERL和ERM的沉積物樣本比例,除重金屬Ni外,其他重金屬元素的最大濃度均未超出ERM水平;其中重金屬Cd的所有樣本均在ERL以下,重金屬Cr、Cu元素分別有73.3%、86.7%樣本處于ERL~ERM之間,As所有樣本均處于ERL~ERM之間,Hg、Pb和Zn處于ERL以下的樣本比例分別為86.7%、93.3%和53.3%.而重金屬Ni有80%的樣本超過(guò)ERM水平,所有樣本均超出ERL水平.

圖5是陽(yáng)澄湖不同采樣點(diǎn)評(píng)價(jià)的ERM效應(yīng)系數(shù)ERMQ.由圖5可知,除采樣點(diǎn)1、14、15號(hào)達(dá)到中高級(jí)標(biāo)準(zhǔn),其他采樣點(diǎn)均屬于中低級(jí)標(biāo)準(zhǔn)水平,這說(shuō)明陽(yáng)澄湖采樣點(diǎn)沉積物中重金屬元素造成生物毒害的風(fēng)險(xiǎn)并不大.但是從另一個(gè)方面來(lái)看,陽(yáng)澄湖采樣點(diǎn)ERMQ并沒(méi)有出現(xiàn)低級(jí)標(biāo)準(zhǔn),而且1、14、15號(hào)點(diǎn)出現(xiàn)中高級(jí)標(biāo)準(zhǔn),而5號(hào)點(diǎn)ERMQ幾乎接近中高級(jí)標(biāo)準(zhǔn),這說(shuō)明陽(yáng)澄湖的生物面臨著沉積物中重金屬造成的生物毒害的風(fēng)險(xiǎn).

圖5 各采樣點(diǎn)重金屬ERMQ值分布

2.4 陽(yáng)澄湖沉積物重金屬來(lái)源分析

沉積物中各元素之間具有相對(duì)地穩(wěn)定性,當(dāng)沉積物中重金屬來(lái)源相同或相似時(shí),它們之間具有顯著的相關(guān)性,通過(guò)各重金屬元素間的相關(guān)分析,可以判斷底泥沉積物中重金屬的來(lái)源[39].陽(yáng)澄湖8種重金屬元素含量Pearson相關(guān)分析表明(表3),除As、Ni、Hg外,Cr、Zn、Cu、Pb、Cd之間呈顯著性正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.483(Cu vs. Pb,<0.01)~0.910(Cr vs. Zn,<0.01),表明這5種重金屬元素具有相同或相似的來(lái)源且有可能形成以某種重金屬為主的復(fù)合性污染.利用R分析法對(duì)陽(yáng)澄湖沉積物8種重金屬元素進(jìn)行要素聚類分析(歐式距離,Ward法),陽(yáng)澄湖表層沉積物重金屬大體可分為5類.第一類包括Zn、Cr、Cu,第二類為Cd、Pb,第三類為Ni,第四類為As,第五類為Hg,其中Ni、As和Hg在距離系數(shù)較大時(shí)才能與其他5種重金屬劃分為一類(圖6).聚類分析表明陽(yáng)澄湖沉積物中的Zn、Cr、Cu與Cd、Pb在某種程度上存在一定同源特性,而重金屬Hg、Ni和As的來(lái)源具有獨(dú)特的性質(zhì).

表3 陽(yáng)澄湖表層沉積物重金屬相關(guān)性分析

注:**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān),*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

圖6 陽(yáng)澄湖表層沉積物重金屬聚類樹(shù)譜

綜合相關(guān)分析和聚類分析可知,陽(yáng)澄湖重金屬Zn、Cr、Cu、Cd、Pb具有相同或相似的來(lái)源;Zn、Cr、Cu、Cd、Pb普遍存在于化肥和農(nóng)藥中,而且Cd被認(rèn)為是使用農(nóng)藥和化肥等農(nóng)業(yè)活動(dòng)的標(biāo)志元素[41-42];Ni是明顯的冶金鍛造行業(yè)的特征污染物,以巖石風(fēng)化和大氣沉降等方式對(duì)水體產(chǎn)生污染[43,45]; As主要來(lái)自砷礦開(kāi)采、含砷農(nóng)藥[47].結(jié)合陽(yáng)澄湖重金屬空間分布特征來(lái)看,這幾種重金屬主要集中在陽(yáng)澄西湖,該區(qū)域人口密集,城鎮(zhèn)化強(qiáng)度高,農(nóng)田分布較多;此外,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,流域內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)日益增多,據(jù)統(tǒng)計(jì),在準(zhǔn)保護(hù)區(qū)內(nèi)的131家工業(yè)污染企業(yè)中,印染、電鍍、化工醫(yī)藥等重污染企業(yè)就有91家,占企業(yè)總數(shù)的69%.因此,陽(yáng)澄湖內(nèi)除了農(nóng)業(yè)對(duì)重金屬的貢獻(xiàn)外,流域內(nèi)城鎮(zhèn)生活污染水排放、活躍的工業(yè)活動(dòng)也是沉積物中重金屬的重要來(lái)源.同時(shí),陽(yáng)澄湖流域養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá),也可能是流域水系沉積物中重金屬的重要貢獻(xiàn)源.綜上,集中對(duì)這些工業(yè)企業(yè)進(jìn)行整治和實(shí)施清潔生產(chǎn)并對(duì)入湖河流進(jìn)行治理,嚴(yán)格控制陽(yáng)澄湖周邊入湖河道工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水的排放是陽(yáng)澄湖重金屬污染治理的關(guān)鍵.

另一方面,陽(yáng)澄湖沉積物中Ni、As、Hg的來(lái)源與上述5種重金屬差異較大,表明除了污染源外,表層沉積物中重金屬的富存還受到元素的物理化學(xué)特性、沉積物的粒度、有機(jī)質(zhì)以及與其他元素間存在的競(jìng)爭(zhēng)吸附等影響[49].

3 結(jié)論

3.1 陽(yáng)澄湖表層沉積物中的重金屬含量分布具有明顯的空間差異性,重金屬含量呈現(xiàn)出西湖高,中湖東湖低的分布特征,Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb及Hg的平均含量比各自的背景值高,表現(xiàn)出不同程度的富集,其中富集倍數(shù)最大的是Cd(4.99倍),其次是Hg(3.00倍);沉積物重金屬含量在垂向上呈現(xiàn)出隨底泥深度增加而降低.

3.2 根據(jù)SQG評(píng)價(jià)結(jié)果,重金屬Ni在陽(yáng)澄湖沉積物中對(duì)生物毒害效應(yīng)的可能性在75%以上,Cr、Cu、Zn、As則有10%~75%的可能性對(duì)生物造成毒害效應(yīng),而Cd、Pb和Hg造成的生物毒害效應(yīng)的可能性較小.ERMQ對(duì)采樣點(diǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,陽(yáng)澄西湖沉積物中重金屬造成生物毒害的風(fēng)險(xiǎn)較大,其余湖區(qū)發(fā)生重金屬生物毒害的風(fēng)險(xiǎn)小.

3.3 相關(guān)性分析和聚類分析綜合顯示,除Ni、As和Hg外,Zn、Cr、Cu、Pb和Cd之間呈現(xiàn)出顯著性相關(guān)(<0.01);不同重金屬之間存在著較好的同源性,主要來(lái)源為漁業(yè)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)活動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)與城鎮(zhèn)生活污水排放等人為排放源.

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致謝：樣品在處理與分析測(cè)試過(guò)程中得到了陳云、曾野、王鵬以及中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所所級(jí)公共分析測(cè)試中心朱育新工程師、蔡艷潔工程師的幫助,在此表示感謝

Characteristics of spatial distribution andbiological toxicity for heavy metals in sediments of the Yangcheng Lake.

GUO Xi-ya1,2, GAO Min1, ZHANG Jie1,2, ZHANG Hai-tao1,2, ZHU Jin-ge1, DENG Jian-cai1*

(1.State Key Laboratory of Lake and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Science, Nanjing 210008, China；2.University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049, China)., 2019,39(2)：802~811

To explore thespatial distribution and pollution characteristics of heavy metals in theYangcheng Lake, core sediment samples were analyzed. ICP-MS, ASFand Hydra-c automatic mercury measuring instrument were applied to quantify eight heavy metals (Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pband Hg) in sediments samples from 15sampling sites of the Yangcheng lake in February 2018, analyzing the spatial distribution and pollution condition of heavy metals. The results indicated that the average contents of Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd,Pband Hg in the surface sediments were 101.28mg/kg, 68.72mg/kg, 6.54mg/kg, 87.33mg/kg, 5.85mg/kg, 0.45mg/kg, 34.02mg/kg and 0.09mg/kg, respectively, which were 1.34, 2.09, 2.89, 2.88, 1.69, 4.99, 1.54, 3.00times of the soil background values in Jiangsu Province.Contents of heavy metals showed a downward trend with increasing depth vertically. Cluster analysis and correlation analysis of eight metals manifested that except for As, Ni and Hg, there was a significant correlation between other heavy metals (<0.05), which indicated certain homology among the heavy metals in sediments. The bio-toxicity effects of heavy metals in Yangcheng Lake sediments were evaluated by sediment quality guideline (SQG). The results suggested that Ni was more likely to have adverse effect on origanisms, with a probability of 75% and heavy metals like Cr, Cu, Zn, andAs were 10% to 75% likely to have biological toxic effects. Further analysis based on ERMQ evaluation showed the risk of adverse effects was higher in the west Yangcheng Lake compared to the other parts of the lake.

the Yangcheng lake；sediment；heavy metals；spatial distribution；pollution characteristics

X524

A

1000-6923(2019)02-0802-10

郭西亞(1993-),男,河南商丘人,中國(guó)科學(xué)院大學(xué)碩士研究生,主要從事湖泊沉積物中有毒有害物質(zhì)的環(huán)境效應(yīng)及行為研究.發(fā)表論文3篇.

2018-07-14

水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2017ZX07205-02, 2014ZX07101-011);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41271213)

* 責(zé)任作者, 副研究員, jcdeng@niglas.ac.cn