淀山湖沉積物重金屬污染分布及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估

石 磊

(上海市青浦區(qū)水文勘測隊(duì)，上海 201799)

1 引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以及工業(yè)化水平的提高，重金屬污染也越來越突出，對人民健康及水生態(tài)系統(tǒng)健康產(chǎn)生較大威脅。重金屬作為主要的環(huán)境污染物之一，具有毒性大、不能被生物降解且易累積的特性，廣泛存在于水體、土壤、生物體中，而土壤、底泥是其最終的歸宿[1]。湖泊底泥作為生態(tài)系統(tǒng)的一部分，其中所沉積的重金屬在一定的條件下重新釋放進(jìn)入水體而成為潛在的內(nèi)源污染，形成二次污染。因此，重金屬作為一種潛在污染物是湖泊水環(huán)境評價(jià)的重要指標(biāo)，監(jiān)測研究沉積物中重金屬含量能夠直觀地反映出湖泊受重金屬污染程度，對了解湖泊水環(huán)境質(zhì)量以及湖泊環(huán)境保護(hù)具有重要意義[2～4]。

淀山湖是上海最大的淡水湖泊，位于上海市青浦區(qū)與江蘇省昆山市交界地帶，水系暢通，歷史上就是重要的航運(yùn)要津[5]。淀山湖是弱感潮湖泊，不僅具有調(diào)節(jié)徑流的作用，還兼具灌溉、旅游、水源等功能。近年來，關(guān)于淀山湖水環(huán)境研究有很多，但關(guān)于淀山湖底泥沉積物的監(jiān)測及污染物分布分析較少。在長三角一體化國家戰(zhàn)略的大背景下，研究地處綠色示范區(qū)的淀山湖底泥沉積物中污染物分布，對淀山湖的水環(huán)境管理具有重要作用。本文通過采集淀山湖湖泊沉積物、分析沉積物中重金屬含量，探討了淀山湖中重金屬污染物的分布特征。

2 監(jiān)測點(diǎn)位

全湖布設(shè)12個(gè)監(jiān)測，使用箱式采樣器采集表層沉積物，采樣量約1.5 kg，密封袋裝樣，按照《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》與底泥監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)方法的要求低溫保存。采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法檢測其中重金屬銅、鋅、鉛、鎘、鎳、鎘、鉻、汞含量。其中6#、7#、10#、12#位于入湖河口區(qū)域，3#和4#位于出湖河口區(qū)域(圖1)。

3 結(jié)果與討論

3.1 重金屬含量空間分布

淀山湖沉積物重金屬銅的平均含量為63.6 mg/kg、鉛29.4 mg/kg、鎘0.20 mg/kg、鋅144.1 mg/kg、砷9.1 mg/kg、鎳54.0 mg/kg、汞0.078 mg/kg、鉻90.1 mg/kg，與上海市土壤背景值相比[6]，銅、鉛、鎘、鋅、砷、鎳、鉻含量均高于背景值，其中銅、鎳、鋅、鉻濃度升高較明顯；汞含量低于背景值。8種重金屬元素含量分布如圖2所示，各元素含量分布較為相似，即湖區(qū)北部濃度高于湖區(qū)南部，主要入湖河口(6#、7#、10#、12#)區(qū)域高于出湖河口(2#、3#)，表明淀山湖沉積物中重金屬主要來源為上游來水。與上海市土壤背景值比較，監(jiān)測的重金屬元素中，銅、鉛、鎘、鋅、砷、鎳、汞、鉻最大濃度分別為背景值的7.5倍、1.7倍、1.7倍、3.0倍、1.6倍、2.5倍、0.97倍、2.5倍。

圖1 淀山湖監(jiān)測點(diǎn)位

3.2 地累積指數(shù)

地累計(jì)指數(shù)法[7]能夠有效評價(jià)沉積物中重金屬污染狀況，利用測定的重金屬濃度與研究區(qū)域背景值之間的關(guān)系，綜合考慮自然及認(rèn)為影響因素，通過定量分析，反映重金屬累計(jì)程度。地累積指數(shù)計(jì)算公式：

Igeo=log2[Ci/(k×Bi)]

(1)

公式(1)中:Igeo是重金屬i的地累積指數(shù),Ci是重金屬i在沉積物中的測定含量(mg/kg),Bi是研究區(qū)域沉積巖中i金屬的地球化學(xué)背景值(mg/kg),本文中選擇上海市土壤元素背景值為參照。k指巖性差異引起重金屬地球化學(xué)背景值產(chǎn)生變異的系數(shù),一般k=1.5。

圖2 淀山湖各金屬元素的空間分布

從各重金屬元素的地累積指數(shù)評價(jià)結(jié)果(表1)可

知，全湖沉積物中重金屬Igeo平均值為-1.39～0.37，各元素Igeo結(jié)果為銅>鉻>鎳>鋅>鎘>鉛>砷>汞，整體上表現(xiàn)為湖區(qū)北部大于湖區(qū)南部。其中，所有監(jiān)測點(diǎn)位汞Igeo值均小于0，表明汞一直處于“無”污染的累積狀態(tài)；銅、鋅、鎳的Igeo值平均值均小于1，整體處于輕-中度污染水平，位于湖區(qū)北部入湖河口區(qū)域的12#點(diǎn)位銅、鋅、鎳的Igeo值均最高(銅Igeo值為2.33，處于中等-強(qiáng)污染狀態(tài)；鋅Igeo值為1.01，處于中等污染水平；鎳Igeo值為0.71，為輕度-中等污染)，表明銅、鋅、鎳主要來自上游來水；鉛、鎘、鉻、砷的Igeo平均值均小于0，整體處于無污染狀態(tài)。對監(jiān)測的重金屬元素進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，沉積物中許多元素含量的相關(guān)性較差，這可能是由于不同時(shí)期淀山湖周圍人為污染源的不同導(dǎo)致的沉積物中重金屬元素來源不同。

表1 重金屬元素地累積指數(shù)評價(jià)結(jié)果

3.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法利用沉積物實(shí)測重金屬含量與工業(yè)化以前沉積物重金屬的最高背景值的比值乘以重金屬的生物毒性系數(shù)，進(jìn)行加權(quán)求和得到多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)，其主要考慮不同金屬毒性對生物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[8,9]。

(2)

(3)

(4)

表2 沉積物中重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(Er)及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)

4 結(jié)論

本文通過在淀山湖全湖范圍內(nèi)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)位、監(jiān)測沉積物中重金屬的含量，評價(jià)了沉積物中重金屬的污染程度及潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。淀山湖沉積物中重金屬濃度分布呈現(xiàn)北高南低、入湖河口高于湖區(qū)及出湖河口區(qū)域，說明淀山湖重金屬污染主要受上游來水影響。從地積累指數(shù)計(jì)算結(jié)果可知，淀山湖重金屬整體污染程度較低，湖區(qū)北部入湖河口區(qū)域的12#點(diǎn)位銅、鋅、鎳的Igeo值均最高，處于中等污染水平；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)表明，全湖單個(gè)重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均處于低風(fēng)險(xiǎn)，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)也處于低風(fēng)險(xiǎn)等級，入湖河口的12#點(diǎn)位RI值最大，接近中風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)限制，潛在風(fēng)險(xiǎn)最高。