南四湖典型入湖河流沉積物重金屬污染特征與風險評價研究

李越, 楊麗原, *, 張游, 趙婷婷

南四湖典型入湖河流沉積物重金屬污染特征與風險評價研究

李越1, 楊麗原1, *, 張游2, 3, 趙婷婷2, 3

1. 濟南大學水利與環(huán)境學院, 濟南 250022 2. 水發(fā)規(guī)劃設計有限公司, 濟南 250100 3. 山東省湖泊流域管理信息化工程技術研發(fā)中心, 濟南 250100

以南四湖兩條典型入湖河流為研究對象, 分別對湖東的泗河及湖西的東魚河沉積物中9種重金屬(Cr、Ni、Zn、Cu、Pb、Hg、Cd、As、Mn)含量進行分析, 最后采用多種方法解析重金屬的來源并對其污染特征和生態(tài)風險進行評價。結果表明, 兩條河流沉積物中重金屬均存在一定程度的富集, 尤其是Hg、Zn、Cd富集最嚴重。泗河沉積物中大部分重金屬在中游兗州段含量升高, 尤其是Hg、Cd含量分別是山東省水系背景值的3.1、3.7倍, 分析表明重金屬主要來源為周邊區(qū)域煤礦及其伴生產業(yè)產生的“工業(yè)三廢”, 同時說明了重金屬高值區(qū)與煤礦分布密切相關。東魚河沉積物中Hg、Cd含量在中游較高, 其余重金屬含量在上、下游較高, 分析結果表明中游Hg、Cd含量較高主要與當地農業(yè)活動中農藥及化肥的施用有關, 上、下游重金屬含量較高原因為引黃河水或南四湖水灌溉。

沉積物; 重金屬; 空間分布; 相關性; 污染評價

0 前言

河流沉積物作為一個動態(tài)的物質存儲庫, 富集了重金屬等大量污染物, 重金屬具有難降解, 易沉淀、生物毒性顯著等污染特征[1], 且在水體中遷移速度更快、影響范圍更廣, 因此河流重金屬污染成為人們較為關注的環(huán)境問題之一[2]。進入水體的重金屬大部分會被吸附在有機質、鐵錳氧化物、硫化物中并在沉積物表層富集, 從而導致沉積物中重金屬含量超出水體許多倍, 并呈現明顯的空間分布規(guī)律[3–4]; 當水環(huán)境條件改變時, 富集在沉積物中的重金屬會被重新分配到水相中, 對水環(huán)境造成二次污染[5], 并通過食物鏈進入人體危害人類健康, 所以沉積物既是重金屬的匯, 也是重金屬的源[6]。沉積物中的重金屬污染通常為復合污染, 特別是Cr、Ni、Zn、Cu、Pb、Hg、Cd、As、Mn等生物毒性較強的重金屬, 研究河流沉積物重金屬的空間分布規(guī)律, 對該流域的重金屬污染防治具有重要意義。

南四湖位于山東省西南部, 由南陽湖、獨山湖、昭陽湖和微山湖組成, 二級壩將其分為上下級湖, 上級湖注入河流共29條, 入湖污染物主要匯集在此[7]。泗河流經的湖東地區(qū)煤炭資源較為豐富, 工礦企業(yè)較多[8]; 東魚河流經的湖西地區(qū)處于黃泛平原, 當地農業(yè)發(fā)達, 農藥化肥的施用也會對沉積物中重金屬含量產生影響[9]。本文選取處于南四湖湖東地區(qū)的泗河與處于湖西地區(qū)的東魚河為研究對象, 采用相關性分析的數理統(tǒng)計方法, 結合河流水系沉積物理化性質, 對沉積物中9種重金屬元素的污染進行評價, 探討湖東、湖西水系沉積物中重金屬的可能污染來源, 以期為河流沉積物重金屬污染防治提供可行的科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集和處理

2017年, 在南四湖2條入湖河流中采用重力采樣器采集了11個沉積物(0—20 cm)樣品, 采樣點分布如圖1所示, 其中泗河采樣點5個(S1—S5), 東魚河采樣點6個(D1—D6)。為保證樣品的代表性, 采樣點選在河道開闊、水流平穩(wěn)處。將樣品用聚乙烯密封袋密封保存, 統(tǒng)一編號帶回實驗室。

沉積物樣品帶回實驗室后自然風干, 剔除貝殼、砂礫及動植物殘體等雜質, 研磨過100 目(0.15 mm)尼龍篩并保存在干燥潔凈的自封袋中備用。將前期處理好的沉積物樣品用分析天平稱取0.2500 g, 樣品中的Hg采用H2SO4-HNO3-K2CrO7法消解, 采用冷原子熒光測汞儀測定[10]。樣品中有機碳(OC)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法分析。樣品中的Cr、Ni、Zn、Cu、As、Pb、Cd、Mn采用HNO3-HF-HClO4法消解, 用原子吸收光譜儀測定。取5 g沉積物樣品放入干燥箱烘干2 h, 冷卻后用樣品勺將樣品放入塑料壓片環(huán)中, 撥平后用壓力機壓成平整結實的圓形薄片, 直接放入X熒光光譜儀(賽默飛ARL 9900 xp)測定氧化物。為保證實驗的準確性, 設置5個密碼樣, 將測量偏差控制在10%。樣品中所有元素的分析測定均是在中國冶金地質總局山東局完成。

分析項目包括金屬元素(Cr、Ni、Zn、Cu、Pb、Hg、Cd、As、Mn)、有機碳(OC)及氧化物(SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、K2O)。所有實驗數據均采用SPSS 18.0、Excel 2010、Origin 2017和ArcMap 10.3軟件進行統(tǒng)計分析。

1.2 評價方法

本研究采用地累積指數法(Igeo)[11–12]對南四湖2條典型河流沉積物中重金屬進行污染評價。本文選擇山東省水系沉積物背景值[10]作為參比值, 分別為(單位: mg·kg–1): As=9.3、Cr=66、Cu=24、Hg=0.019、Ni=25.8、Pb=25.8、Zn=63.5、Cd=0.084。該方法將得到的Igeo共分為7個等級。

本研究采用潛在生態(tài)風險指數法[13]對兩條典型河流水系沉積物中的重金屬進行生態(tài)風險評價。重金屬毒性系數采用Hakanson數值, 毒性大小排序為: Hg>Cd>As>Cu=Ni=Pb>Cr>Zn, 毒性響應系數值分別為: As=10、Cr=2、Cu=Ni=Pb=5、Hg=40、Zn=1、Cd=30。

圖1 研究區(qū)采樣點分布示意

Figure 1 Sample point distribution in the study area

2 結果與討論

2.1 研究區(qū)沉積物理化性質參數含量統(tǒng)計

土壤理化性質包括土壤質地、有機質等, 其中土壤質地主要受SiO2、Al2O3、Fe2O3等影響[14]。南四湖湖東、湖西2條典型入湖河流水系沉積物中有機碳(OC)及氧化物(SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、K2O)含量統(tǒng)計結果如表1所示。OC在這2條河流水系沉積物中的含量范圍為0.25%—3.49%, 平均值分別為1.77%、0.84%, 湖東泗河OC值明顯高于湖西東魚河, 兩條河流OC的變異系數均大于60%, 屬高度變異, 說明OC在這2條河流中空間分布不均勻。

湖東地區(qū)泗河水系沉積物中6種氧化物的變異系數只有CaO超過60%, 屬于高度變異, 其余氧化物變異系數均低于20%。與山東省水系沉積物背景值[15]相比, CaO平均含量是背景值的5.5倍, SiO2含量低于背景值, 其余氧化物含量均與背景值相當。CaO的遷移轉化主要受環(huán)境影響, 一般與巖石風化、淋溶、遷移、沉積等因素有關[16], 泗河地處低山丘陵地帶, 含有大量CaO的碳酸鹽類巖層是泗河沉積物的主要來源, 也是導致該流域CaO含量偏高的主要原因。

表1 研究區(qū)沉積物的基本理化性質參數含量統(tǒng)計(%)

湖西地區(qū)東魚河水系沉積物中6種氧化物的變異系數均低于20%, 表明他們在水系沉積物中含量相對穩(wěn)定, 空間分布較為均勻。與山東省水系沉積物背景值比較, 東魚河中除MgO、CaO外, 其余氧化物含量均低于背景值, 其中CaO含量是背景值的5.6倍。湖西地區(qū)位于黃泛平原, 東魚河沉積物主要為黃土、黃泛沉積物和黃河沖積物在物理風化為主的風化條件下形成的[17], 在當地氣候影響下, 黃土成土作用較弱, 質地偏砂質, 土壤容量小, 含有10%—15%的Ca元素, 故CaO含量偏高。

上述分析發(fā)現, 泗河和東魚河CaO含量均較高, 但二者來源存在差異: 泗河沉積物母質為碳酸鹽類巖層風化所形成, 是CaO的主要來源; 東魚河CaO主要來源與黃土及黃泛沉積物等有關。

2.2 研究區(qū)沉積物重金屬含量分布特征

從表2可知, 湖東泗河沉積物中5個采樣點重金屬的平均含量順序大小為: Mn>Zn>Cr>Ni>Cu> Pb>As>Cd>Hg。其中, As、Cr、Mn和Pb平均含量均低于山東省水系沉積物背景值[10], Cu、Ni平均含量略高于背景值, Hg、Zn、Cd平均含量遠遠超過背景值, 分別是背景值1.6、1.8、2.0倍。Hg、Zn、Cd元素的變異系數均大于50%, 分別為52.47%、61.87%、55.92%, 屬于高度變異, 表明Hg、Zn、Cd在泗河的空間分布差異較顯著。結合圖2可看出, Hg的最大值位于S5(0.059 mg·kg–1), 是背景值的3.1倍; Zn的最大值位于S3(234.90 mg·kg–1), 是背景值的3.7倍; Cd的最大值位于S2(0.31 mg·kg–1), 是背景值的3.7倍。從圖2還可看出, 兗州段(S2、S3)重金屬含量波動較大, 尤其是重金屬Zn、Cd的含量激增。

表2 研究區(qū)沉積物重金屬的含量統(tǒng)計(mg·kg–1)

注: 變異系數%。

Figure 2 Spatial variation characteristics of heavy metals content in sediments of Sihe River

湖西東魚河沉積物中6個采樣點重金屬的平均含量順序大小為: Mn>Zn>Cr>Ni>Cu>Pb>As>Cd> Hg。與山東省水系沉積物背景值相比, Hg和Cd的含量有明顯超標, 分別是背景值的1.4、2.1倍, 這表明他們的來源可能受人類活動影響。9種重金屬元素的變異系數在9%—30%之間, Cr的變異系數最小(9.86%), As的變異系數最大(30.53%)。結合圖3可看出, Cr、Ni、Zn、Cu、Pb、As、Mn含量變化趨勢基本相同, 在D3下降, D6升高, 整體波動較小; 但Hg和Cd含量整體變化波動較大, 無明顯分布規(guī)律, Hg的最大值出現在D6(0.032 mg·kg–1), 是背景值的1.7倍, Cd的最大值出現在D4(0.25 mg·kg–1), 是背景值的3.0倍。

2.3 研究區(qū)沉積物重金屬相關性分析

從上文圖2、圖3典型入湖河流重金屬含量的空間分布可看出: 湖東、湖西2條河流沉積物中重金屬有較大的空間異質性。為進一步辨識這些重金屬之間的聯(lián)系和來源, 應用SPSS 18.0軟件分別對湖東(泗河)、湖西(東魚河)2條河流沉積物中9種重金屬元素進行Pearson相關性分析, 分析結果如下。

2.3.1 泗河沉積物重金屬相關性

泗河沉積物重金屬相關性系數如表3所示。As-Cr在0.01水平上呈顯著負相關, 負相關系數高達0.965; Cu-Ni、Pb-Cd在0.01水平上呈顯著正相關, 相關性系數分別為0.978、0.973, 表明Cu和Ni之間、Pb和Cd之間可能有相同的來源及相似的遷移路徑, 可能會產生復合污染。Hg、Mn呈顯著負相關性, 負相關系數高達0.923, 二者與其他重金屬均無明顯相關性。As、Mn只在彼此間具有正相關性, 與其他重金屬均呈負相關; 其中As與Cu、Ni在0.05水平上呈顯著負相關, 與Cr在0.01水平上呈顯著負相關, 說明As的主要來源不同于其他重金屬。

Figure 3 Spatial variation characteristics of heavy metals content in sediments of Dongyu River

2.3.2 東魚河沉積物重金屬相關性

東魚河沉積物重金屬相關性系數如表4所示?？煽闯? 除Hg、Cd外, 大部分重金屬之間有較好的相關性, 其中As-Mn、As-Ni、Cr-Cu、Cu-Zn、Mn-Zn、Pb-Zn在0.01水平上呈顯著正相關, 相關性系數分別為: 0.966、0.942、0.981、0.930、0.931、0.974。Ni只與As、Mn存在相關性, 且三者之間相關性較顯著, 尤其是As-Mn、As-Ni在0.01水平上呈顯著正相關, 說明三者之間有著明顯的共變關系, 從表3看出As、Mn和Ni均與山東省水系沉積物背景值相當, 說明三者受人類活動影響較小, 主要來源可能是土壤母質。

表3 泗河沉積物重金屬相關性系數

注: *表示在 0.05 水平(雙側)上顯著相關; **表示在 0.01 水平(雙側)上顯著相關。

表4 東魚河沉積物重金屬相關性系數

注: *表示在 0.05 水平(雙側)上顯著相關; **表示在 0.01 水平(雙側)上顯著相關。

2.4 研究區(qū)沉積物重金屬污染及生態(tài)風險評價

2.4.1 重金屬污染評價

由表5單個重金屬的Igeo平均值可見, 泗河沉積物中重金屬的Igeo平均值排序為1>Cd>Zn>Hg>0> Ni>Cu>Cr>Pb>As。Hg、Zn、Cd在采樣點S2、S3、S5中Igeo值介于0—2之間, 表明這3處采樣點沉積物中多種重金屬富集程度較高, 尤其是S2的Cd、S3的Zn、S5的Hg都已達到Ⅱ級偏中度污染; 其余重金屬元素在所有采樣點的污染等級均為0, 表現為無污染。泗河中As、Cr、Cu、Ni、Pb元素的地累積指數變化幅度較小, Hg、Zn、Cd元素的地累積指數變化幅度較大, 大部分采樣點的的污染等級大于等于Ⅰ, 由上文可知三者的變異系數均大于50%, 說明他們空間分布較不均勻, 區(qū)域之間差異性顯著, 除去自然來源外, 還有可能受到人類活動的干擾。

東魚河沉積物中重金屬Igeo平均值排序為: 1>Cd>0>Hg>Zn>As>Ni>Cr>Cu>Pb, 只有Cd的污染等級為Ⅰ級。As、Cr、Cu、Ni、Pb在東魚河6個采樣點的Igeo值均低于0, 污染等級為無污染; D4處Hg和D6處Hg、Zn的Igeo值介于0—1之間, 屬于輕度污染; 整體來看, Cd在東魚河中有5個采樣點均表現為Ⅰ級輕度污染, 是該河流污染較為嚴重的重金屬。

2.4.2 重金屬生態(tài)風險評價

泗河的評價指數如表6所示, 從單種重金屬生態(tài)風險來看, Hg>Cd>As>Ni>Cu>Pb>Cr>Zn, 潛在生態(tài)危害較大的金屬以Hg和Cd為主, 與孔令昊[11]的研究結果一致, Hg元素單個重金屬生態(tài)風險最大值(Ei)出現在S5(123.68), Cd元素最大值出現在S2(111.20), 二者均達到了較高生態(tài)風險。綜合來看, S2和S5的綜合生態(tài)風險值(RI)介于200—230, 屬于中等生態(tài)風險, 其中S5處RI值高達220.54, 其中Hg和Cd對其貢獻率分別為56.0%和32.6%, 是泗河中污染較為嚴重的地區(qū)。

表5 研究區(qū)沉積物重金屬地累積指數和劃分等級

表6 研究區(qū)沉積物重金屬生態(tài)危害評價指數

東魚河重金屬單個重金屬生態(tài)風險均值從大到小順序為: Cd>Hg>As>Ni>Cu>Pb>Cr>Zn, Hg和Cd在大部分采樣點的Ei值均高于40, 屬于中等生態(tài)風險及以上, 且D4點Hg的Ei值超過80, 達到了較高生態(tài)風險, 對該點RI的貢獻率為49.0%; 其余采樣點中其他重金屬的Ei值均為中等及以下水平。采樣點D1、D4、D6的RI值介于150—180, 潛在生態(tài)風險等級為中等生態(tài)風險; 在采樣點D6達到最大值176.30, Hg和Cd對其總貢獻率為78.0%。

3 討論

總體來看, 泗河和東魚河部分河段均存在不同程度的重金屬污染, 尤其是兩條河流中Hg、Zn和Cd污染都較為嚴重。泗河位于南四湖湖東丘陵地帶, 東魚河位于湖西黃泛平原, 因兩者的自然地理條件不同導致區(qū)域產業(yè)結構有所差異, 進而導致兩條河流中重金屬污染類別雖然相近但來源卻存在一定差別。

3.1 泗河重金屬來源探討

從圖2可看出泗河中除As、Mn外的7種重金屬在S1含量整體偏低, 在S2處升高, 結合地累積指數和潛在生態(tài)風險指數又可看出泗河S2處重金屬Cd的污染及生態(tài)風險最嚴重。經過分析可發(fā)現, 采樣點S2流經兗州地區(qū), 該地是山東省內最大的煤礦聚集地, 煤礦開采過程中的廢水、廢渣、廢氣含有大量的重金屬等污染物, 而且煤礦伴生的化工、紡織、冶金、電鍍等在生產過程中產生的重金屬也會隨“工業(yè)三廢”進入周圍環(huán)境, 勢必會造成周圍土壤及水體的污染, 使得周圍環(huán)境重金屬超標, 尤其是Cd污染[18–19]。研究表明, Cd是生物毒性較為顯著的元素, 含量的升高表明流域周圍居民生活環(huán)境的惡化[20], 綜合上述分析可得S2處Cd污染可能與兗州當地煤礦開采及周圍工礦業(yè)發(fā)展有關。與2013年[10]泗河沉積物重金屬含量對比可發(fā)現, 泗河兗州段水系沉積物中重金屬含量相對于2013年有明顯的降低, 根據2016年煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃所述, 對煤礦產生的廢水及固體廢棄物的排放要求越來越高, 這可能是泗河重金屬含量相對于2013年降低的主要原因。

相關性分析結果表明泗河中重金屬As、Mn只在彼此間存在正相關性, 由圖2也可看出他們有相似的空間變化趨勢, 且二者平均含量均低于山東省環(huán)境背景值, 表明他們來源相同且為自然來源, 泗河發(fā)源于丘陵地帶, 屬于碳酸鹽分布區(qū), 沉積物主要來源于上游巖石風化及雨水沖刷[21], 故As、Mn主要來自于成巖礦物。Hg與Mn呈顯著負相關表明Hg的來源與Mn不同, 分析發(fā)現主要與人類活動有關, 如兗州煤礦等污染較重的工業(yè)等。

3.2 東魚河重金屬來源探討

從圖3可以看出, 重金屬在東魚河源頭含量整體偏高, 東魚河地處黃泛平原, 沉積物大部分來源黃河, 黃河中含有大量泥沙, 由于來自于黃土高原的泥沙相對較細, 對污染物較有很強的吸附作用, 在遷移過程中更容易受到污染, 尤其是重金屬污染[22],故當地居民引黃河水灌溉及來自黃河的沉積物母質, 可能是導致東魚河源頭重金屬含量整體偏高的主要原因。

東魚河中游重金屬Cr、Ni、Zn、Cu、Pb、As、Mn含量偏低, Hg和Cd含量升高但無明顯分布規(guī)律, 二者含量均超過山東省水系沉積物背景值, 表明他們來源主要與人類活動有關。結合相關性分析發(fā)現, Hg、Cd與其他重金屬均無明顯相關性, 但二者之間的相關性系數為0.395, 這表明他們的來源有一定的相似但存在較大差別。該地區(qū)屬于黃泛沖積平原, 地勢平緩, 農業(yè)活動相對較多, 含Cd化肥及高Hg農藥的施用使得該地區(qū)重金屬污染較為嚴重。磷肥的主要組成磷礦石中含有相當高含量的Cd, 所以Cd一般可作為農藥及化肥等農產業(yè)活動的標識[23], 磷肥的施用導致該地區(qū)Cd含量明顯偏高, 農藥殘留物隨地表徑流最終匯入河流, 對東魚河造成一定的污染, 所以D3、D4處Cd污染的加劇可能與當地農業(yè)活動有關, 一些研究也發(fā)現農業(yè)活動中高重金屬農藥的施用已經成為河流、湖泊等地表和地下水體的主要污染源[24]。Hg的來源較為廣泛, 當地工業(yè)活動會產生大量的含Hg廢氣, 隨著大氣沉降落到地表[25], 從Hg-Cd的相關性系數0.395可看出也有一部分Hg可能與農業(yè)活動有關, 當地高Hg農藥的施用使得東魚河Hg的含量增加, 以上分析表明Hg的來源較為復雜, Hg的生物毒性顯著, 對生態(tài)環(huán)境影響較大, 所以應進行進一步的分析研究。

從圖3發(fā)現, 重金屬靠近南四湖含量逐漸增加, 尤其是D6處含量升高顯著。引南四湖湖水灌溉導致湖水中重金屬遷移到周圍土壤中, 并由湖心向西呈階梯狀分布, 隨著離湖心距離的增加, 重金屬含量呈下降趨勢, 與本研究中重金屬的空間分布類似; 東魚河下游重金屬含量升高的另一原因可能是靠近入湖口, 河道變寬, 水流變緩, 河水中吸附了重金屬的懸浮顆粒物逐漸沉降下來, 導致入湖口重金屬含量相對上游明顯增加。

4 結論

(1)泗河水系沉積物中9種重金屬元素具有較大空間異質性, 且彼此之間相關性較差, 除As、Mn外其余重金屬在中游兗州地區(qū)(S2、S3)含量均有顯著升高, 其中Hg、Cd的生態(tài)風險達到了中或高風險, 說明該處重金屬受人為污染程度較高, 研究發(fā)現主要來源可能是湖東地區(qū)煤礦開采過程中產生的的廢水、廢渣、廢氣等污染物。

(2)東魚河水系沉積物中重金屬空間分布具有一定規(guī)律性, 且大部分重金屬之間相關性較好, 并表現出相似的空間變化趨勢, 可能為同源污染。除Hg、Cd外其余重金屬在上游和下游含量明顯較高, 中游含量整體較低, 分析發(fā)現主要來源為引黃河水和南四湖湖水灌溉; 中游D3、D4采樣點處重金屬Hg、Cd污染最嚴重, 當地農業(yè)活動中高Hg農藥及含Cd化肥的施用是二者含量升高的主要原因。

[1] 袁和忠, 沈吉, 劉恩峰, 等. 太湖重金屬和營養(yǎng)鹽污染特征分析[J]. 環(huán)境科學, 2011, 32(3): 649–657.

[2] Skorbi?owicz M, Skorbi?owicz E, Górska M. The Content of Heavy Metals in Bottom Sediments of Selected Rivers of the Podlasie Province as an Impact Assessment of the Towns they are Adjacent with[J]. Journal of Ecological Engineering. 2018, 19(4): 197–206.

[3] Simpson S L, Apte S C, Batley G E. Effect of Short-Term Resuspension Events on the Oxidation of Cadmium, Lead, and Zinc Sulfide Phases in Anoxic Estuarine Sediments[J]. Environmental Science & Technology, 2000, 34(21): 4533–4537.

[4] HE Tairong, LI Baizhan, LI Xianliang, et al. Heavy metals pollution in water,suspended matter and surface sediment in typical mountainous urban river:A case study in Qingshui Stream in Chongqing,China[J]. Journal of Central South University of Technology, 2009, 16(S1): 286–291.

[5] 王漫漫, 陸昊, 李慧明, 等. 太湖流域典型河流重金屬污染和生態(tài)風險評估[J]. 環(huán)境化學, 2016, 35(10): 2025–2035.

[6] LIU Kun, WANG Fu, LI Jiwei, et al. Assessment of trends and emission sources of heavy metals from the soil sediments near the Bohai Bay[J]. Environfmental Science and Pollution Research, 2019, 26(7): 95–109.

[7] 楊麗原, 沈吉, 張祖陸, 等. 南四湖表層底泥重金屬和營養(yǎng)元素的多元分析[J]. 中國環(huán)境科學, 2003, 23(2): 206–209.

[8] 武周虎, 慕金波, 謝剛, 等. 南四湖及入出湖河流水環(huán)境質量變化趨勢分析[J]. 環(huán)境科學研究, 2010, 23(9): 1167–1173.

[9] 顏廷方, 邵澤剛, 朱新慶, 等. 濟寧市黃泛平原、山前沖積平原區(qū)地下水位變化與降水量關系分析[J]. 山東水利, 2003, (8): 20–20.

[10] 孔令昊, 楊麗原. 泗河表層沉積物重金屬污染特征及潛在生態(tài)危害評價[J]. 中國農村水利水電, 2013, (3): 41–44.

[11] Muller G. Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River[J]. Geojournal Journal, 1969, 2(3): 108–118.

[12] U. F?rstner, G. Müller. Concentrations of heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons in river sediments: geochemical background, man's influence and environmental impact[J]. Geojournal, 1981, 5(5): 417–432.

[13] Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control. A sedimentological approach[J]. Water research, 1980, 14(8): 975–1001.

[14] Plante A F, Conant R T, Stewart C E, et al. Impact of Soil Texture on the Distribution of Soil Organic Matter in Physical and Chemical Fractions[J]. Soil Science Society of America Journal, 2006, 70(1): 287–296.

[15] 史長義, 梁萌, 馮斌. 中國水系沉積物39種元素系列背景值[J]. 地球科學: 中國地質大學學報, 2016, 41(2): 234–251.

[16] 蒲佳, 馬龍, 吉力力·阿不都外力, 等. 常規(guī)方法對新疆地方土壤元素空間分析及重金屬風險評價[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報, 2018, 37(6): 1166–1176.

[17] 張軍強, 劉健, 孔祥淮, 等. 淮河中游沉積物中黏土礦物組合特征[J]. 海洋地質與第四紀地質, 2011, 31(1): 25–33.

[18] 劉紅俠, 王小英, 韓寶平. 兗州礦業(yè)集團鮑店礦區(qū)土壤重金屬污染評價[J]. 能源環(huán)境保護, 2004, 18(2): 56–58.

[19] LIU Siyang, TIAN Shuhan, LI Kexin, et al. Heavy metal bioaccessibility and health risks in the contaminated soil of an abandoned, small-scale lead and zinc mine[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2018, 25(15): 1–13.

[20] 李少華, 王學全, 高琪, 等. 青海湖流域河流生態(tài)系統(tǒng)重金屬污染特征與風險評價[J]. 環(huán)境科學研究, 2016, 29(9): 1288–1296.

[21] 宋印勝, 荊延德. 濟寧市地下水的環(huán)境地質問題及對策[J]. 中國人口資源與環(huán)境, 2000, 10(2): 43–44.

[22] 夏修杰, 鄭軍, 萬強. 黃河中下游泥沙重金屬污染現狀及原因分析[J]. 人民黃河, 2018, 396(8): 23–25+30.

[23] 龐榮麗, 王瑞萍, 謝漢忠, 等. 農業(yè)土壤中鎘污染現狀及污染途徑分析[J]. 天津農業(yè)科學, 2016, 22(12): 87–91.

[24] 劉恩峰, 沈吉, 楊麗原, 等. 南四湖及主要入湖河流表層沉積物重金屬形態(tài)組成及污染研究[J]. 環(huán)境科學, 2007, 28(6): 211–217.

[25] 段振亞, 蘇海濤, 王鳳陽, 等. 生活垃圾焚燒廠垃圾的汞含量與汞排放特征研究[J]. 環(huán)境科學, 2016, 37(10): 3766–3773.

Pollution characteristics and risk assessment of heavy metals in sediments of typical inflow rivers of Nansi Lake

LI Yue1, YANG Liyuan1,*, ZHANG You2,3, ZHAO Tingting2,3

1. School of Water Conservancy and Environment, University of Jinan, Jinan 250022,China 2. Shuifa Planning and Design Co. Ltd, Jinan 250100, China 3. Shandong Lake Basin Management Information Technology Research Center, Jinan 250100, China

The contents of nine heavy metals (Cr, Ni, Zn, Cu, Pb, Hg, Cd, As, Mn) in the sediments of Sihe River, a east inflow river of Nansi Lake, and Dongyu River, a west inflow river of Nansi Lake, were analyzed. Finally, the sources of heavy metals were analyzed by various methods, then the pollution characteristics and ecological risks were evaluated. The results indicated that heavy metals were enriched to a certain extent in the sediments of the two rivers, especially Hg, Zn and Cd were the most concentrated. The content of most heavy metals in the sediments increased in Yanzhou section of the middle reaches of Sihe River, especially the contents of Hg and Cd at this point were 3.1 and 3.7 times of the background values of water system in Shandong Province. The analysis indicated that the main source of heavy metals was their associated industries and the "three industrial wastes" generated by the coal mines in the surrounding areas. At the same time, it also showed that the high value area of heavy metals was closely related to the distribution of coal mines. The contents of Hg and Cd in the sediments of Dongyu River were higher in the middle reaches, and the contents of other heavy metals were higher in the upper and lower reaches. The analysis results showed that the high contents of Hg and Cd in the middle reaches were mainly related to the application of pesticides and chemical fertilizers in local agricultural activities, and the higher heavy metal content in the upper and lower reaches was due to the irrigation from the Yellow River or the Nansi Lake.

sediments; heavy metal; spatial distribution; correlation; pollution assessment

李越, 楊麗原, 張游,等. 南四湖典型入湖河流沉積物重金屬污染特征與風險評價研究[J]. 生態(tài)科學, 2021, 40(1): 71–81.

LI Yue, YANG Liyuan, ZHANG You, et al. Pollution characteristics and risk assessment of heavy metals in sediments of typical inflow rivers of Nansi Lake[J]. Ecological Science, 2021, 40(1): 71–81.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.01.010

X522

A

1008-8873(2021)01-071-11

2020-03-04;

2020-04-01

山東省2019年重點研發(fā)計劃(公益項目)(2019GSF110016); 山東省自然科學基金(ZR2016DM10)

李越(1995—), 女, 山東煙臺人, 碩士研究生, 主要從事水生態(tài)與水環(huán)境研究, E-mail: 1033026216@qq.com

楊麗原, 男, 博士, 教授, 主要從事水生態(tài)與水環(huán)境研究, E-mail: youngliyuan@126.com