隋唐大運(yùn)河泗縣段近50 年沉積物中重金屬含量與污染評(píng)價(jià)

彭位華,張滿賢,李 俊,林曼利,井紅波

(宿州學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院,安徽 宿州 234000)

隋唐大運(yùn)河是我國(guó)古代南北貫通的水運(yùn)網(wǎng)絡(luò)大動(dòng)脈,它連接了海河、黃河、淮河、長(zhǎng)江和錢塘江五大水系,“是人類改造自然的一項(xiàng)壯舉,對(duì)中國(guó)古代的全國(guó)統(tǒng)一和經(jīng)濟(jì)、文化交流起了重大作用”[1-2]。 隋唐大運(yùn)河開鑿于隋,繁盛于唐,衰敗于北宋后期,元朝時(shí),由于政治中心的轉(zhuǎn)移,大運(yùn)河截彎取直,主要功能被京杭大運(yùn)河取代。 隋唐大運(yùn)河與黃河相連,黃河的大量泥沙涌入,導(dǎo)致運(yùn)河淤塞斷流,特別是通濟(jì)渠段,大部分已淪為了斷續(xù)淤積的古河道[3]。 隋唐大運(yùn)河泗縣段現(xiàn)存運(yùn)河故道約28 km,是隋唐大運(yùn)河(通濟(jì)渠段)唯一有水活態(tài)遺址,目前仍然發(fā)揮著灌溉、防洪等重要的生態(tài)功能,被譽(yù)為古運(yùn)河的“活化石”,具有極高的自然及人文研究?jī)r(jià)值。 該河段于2013 年3 月被列為我國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位,并于2014 年6 月由聯(lián)合國(guó)教科文組織列入世界文化遺產(chǎn)名錄。 當(dāng)前,政府對(duì)運(yùn)河泗縣段實(shí)施了遺產(chǎn)保護(hù)和生態(tài)治理重點(diǎn)工程,以不斷彰顯其深厚的人文底蘊(yùn),修復(fù)古運(yùn)河的自然樣貌,并維系其生態(tài)效應(yīng)。

重金屬是一種難以生物降解的重要污染物,具有難遷移、殘留時(shí)間長(zhǎng)、隱蔽性強(qiáng)、毒性大等特點(diǎn)[4]。 水體底泥是重金屬污染物重要的“匯”和“源”。 一方面,經(jīng)各種途徑進(jìn)入水體中的溶解態(tài)金屬通過金屬吸附、(共)沉淀和生物作用等最終積聚于底泥中。 另一方面,一旦水體理化條件發(fā)生改變,如pH 值、有機(jī)物(OM)和氧化還原電位(ORP)等,重金屬很可能會(huì)被再次釋放到上覆水中,造成水體內(nèi)源污染,影響水質(zhì)和水環(huán)境安全,從而對(duì)水生生物和人體健康產(chǎn)生毒害風(fēng)險(xiǎn)。 因此,對(duì)河流沉積物中重金屬含量、分布特征以及污染和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)和人類健康具有重要意義。

對(duì)古運(yùn)河水體開展污染評(píng)價(jià),對(duì)運(yùn)河生態(tài)環(huán)境保護(hù)和文化遺產(chǎn)保護(hù)至關(guān)重要。 針對(duì)運(yùn)河沉積物重金屬污染問題,前人已對(duì)運(yùn)河不同河段表層沉積物開展了重金屬含量特征分析、污染評(píng)價(jià)以及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。 例如,針對(duì)揚(yáng)州古運(yùn)河三灣段沉積物中重金屬污染問題,張亞寧等[5]采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行了污染評(píng)價(jià)。 研究表明,該河段沉積物中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd 和Pb6 種重金屬的含量均高于背景值,特別是Cd 的含量高達(dá)背景值的13.15 倍,污染情況最為嚴(yán)重。 楊穎[6]選取海河水系北運(yùn)河的表層沉積物進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)Zn、Cr、Cu 和Pb 的含量均值超過了北京市土壤背景值,并利用地累積污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)北運(yùn)河的污染情況進(jìn)行了評(píng)價(jià),得出該河段重金屬污染情況屬于輕度生態(tài)危害。 李健等[7]對(duì)京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段流域近岸土壤中8 種重金屬元素(Cu、Pb、Zn、As、Hg、Cd、Cr 和Ni)的含量、來源及空間分布特征進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,該區(qū)域的重金屬含量總體偏低,只有局部地區(qū)存在重金屬污染,其中Cd 的污染程度最為嚴(yán)重。 針對(duì)大運(yùn)河已開展的研究,視野集中于遺址保護(hù)[1,3]、發(fā)掘過程[8]、歷史交通功能變遷[9-10],目前尚缺乏對(duì)柱狀沉積物重金屬垂向含量與分布的報(bào)道,更未見沉積物重金屬含量的相關(guān)研究。 從古運(yùn)河的生態(tài)治理與修復(fù)視角看,很有必要從重金屬污染角度進(jìn)行環(huán)境學(xué)分析,以便找準(zhǔn)治理癥結(jié),從而提出針對(duì)性的治理對(duì)策。

基于此,本研究以隋唐大運(yùn)河泗縣段柱狀沉積物為研究對(duì)象,對(duì)其柱狀沉積物中Zn、As、Cd、Pb、Cr、Ni 和Cu 等7 種重金屬的含量特征、污染特征及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析,并根據(jù)文獻(xiàn)資料探究重金屬的可能來源,以期為古運(yùn)河的保護(hù)和治理提供科學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概括

泗縣隸屬于安徽省宿州市,位于安徽省的東北部,全縣總面積為1 856 km2。 泗縣地勢(shì)平坦,以平原地形為主,氣候上屬于溫帶半濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候,一年四季分明,氣候溫和,降雨適中[11]。 隋唐大運(yùn)河泗縣段原始故道全長(zhǎng)28 km,由西向東,由靈璧縣虞姬村進(jìn)入泗縣,沿303 省道,經(jīng)長(zhǎng)溝鎮(zhèn)、關(guān)廟村,在小韓莊轉(zhuǎn)向東北,最后在十里井處注入新濉河。 運(yùn)河上口寬30 m,深為6 m,坡度比為1 ∶2[12]。 該段運(yùn)河是通濟(jì)渠在安徽的唯一有水運(yùn)河故道和“活運(yùn)河”,現(xiàn)在仍然發(fā)揮著農(nóng)業(yè)灌溉和分洪等作用[3,12]。 故道穿過大片農(nóng)田、居民區(qū),沿線還有少量的工廠[3]。

1.2 樣品采集與重金屬測(cè)試

于2021 年6 月在隋唐大運(yùn)河與新濉河交叉口古運(yùn)河段上游500 m 附近(33°29′56.38″N,117°56′57.02″E),用柱狀取樣器采集柱狀沉積物樣品。 采樣在當(dāng)?shù)匚奈锉Ｗo(hù)部門工作人員陪同下開展。 所采柱狀沉積物樣品長(zhǎng)約40 cm,根據(jù)沉積分層特征,以5 cm 為單元對(duì)沉積物進(jìn)行分割,共分為8 段,由表層到底層分別編號(hào)為S1~S8。樣品風(fēng)干后,挑出石塊等雜物,經(jīng)瑪瑙研缽研磨,過100 目尼龍篩后備用。 沉積物消解和重金屬分析方法主要參照國(guó)土資源部發(fā)布的《區(qū)域地球化學(xué)樣品分析方法》[13],其中Pb 和Cd 分別參照DZ/T 0279.3—2016 和DZ/T 0279.5—2016,由電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICAP RQ,美國(guó)賽默飛世爾)測(cè)定;Cr、Cu、Ni 和Zn 參照DZ/T 0279.2—2016,由等離子體發(fā)射光譜儀(ICAP6300,美國(guó)賽默飛世爾)測(cè)定;As 參照DZ/T 0279.13—2016,由全自動(dòng)雙道原子熒光光度計(jì)(AFS-3100,北京海光)測(cè)定。 泛濫平原沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07386(GSS-30)用于質(zhì)量控制,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中Pb、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn 和As 的回收率分別為103.7%,97.7%,96.5%,100.0%,100.5%,95.3%和99.6%。

1.3 同位素定年

年代學(xué)分析于2022 年5 月在中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所完成, 測(cè)試方法依據(jù)GB/T 16145—2022《環(huán)境及生物樣品中放射性核素的γ 能譜分析方法》。 總210Pb 比活度是通過GWL系列高純鍺γ 射線譜儀(由AMETEK-AMT ORTEC公司生產(chǎn))測(cè)定的,最小檢測(cè)限為0.15 Bq/kg。210Pbex比活度是通過減去總濃度中的226Ra 比活度獲得的。210Pb 和226Ra 的標(biāo)準(zhǔn)品由中國(guó)原子能科學(xué)研究院提供。 樣品經(jīng)過干燥、去除有機(jī)物(大塊物質(zhì))、研磨處理,存放在分析箱中,密封10 d 后,直接放入探測(cè)器測(cè)量井中,測(cè)量時(shí)間通常為40 000~80 000 s(由樣品計(jì)數(shù)確定)。

為了考慮與210Pbex 輸入通量和沉積速率相關(guān)的變化,Sanchez-Cabeza 等[14]總結(jié)了三種常用的定年模型:恒定通量恒定沉積模式(CFCS)模式、恒定補(bǔ)給速率模式(CRS)模型和恒定初始濃度模式(CIC)模式[14]。 本研究假設(shè)210Pbex通量到河流沉積物中基本保持恒定,沉積速率在所研究的時(shí)間范圍內(nèi)保持恒定(CFCS 模型)。 計(jì)算方法如公式(1)所示。

式中: λ 是210Pbex的放射性衰變常數(shù)(0.031 18±0.000 17/年);Z 和S 分別是巖柱深度和沉積速率。

最后,根據(jù)Z 和S 的比率獲得各深度定年數(shù)據(jù)。 各層沉積物定年測(cè)試結(jié)果列于表1。

表1 柱狀沉積物同位素定年結(jié)果

1.4 評(píng)價(jià)方法

1.4.1 污染評(píng)價(jià)方法

地累積指數(shù)是表征土壤重金屬富集程度和污染程度的一種常用參數(shù),被廣泛應(yīng)用于河流沉積物重金屬污染評(píng)價(jià),綜合考慮環(huán)境背景值、人為因素、自然成巖作用等因素[15],從而較為客觀地反映河流沉積物重金屬污染程度。 本研究用地累積指數(shù)計(jì)算公式(2)[15]對(duì)Zn、As、Cd、Pb、Cr、Ni 和Cu7 種重金屬開展污染評(píng)價(jià)。

式中:Igeo——地累積指數(shù);Ci——重金屬i的實(shí)測(cè)濃度,mg/kg;Bi——重金屬i的土壤背景值,mg/kg;k——成巖作用不同引起土壤背景值變化的修正指數(shù)(一般為1.5)。

地累積指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16]如表2 所示。

表2 地累積指數(shù)(Igeo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.4.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

使用Hakanson[17]的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)Zn、As、Cd、Pb、Cr、Ni、Cu7 種重金屬進(jìn)行評(píng)價(jià),其計(jì)算公式為[18]:

式中:ci——重金屬i的實(shí)測(cè)含量,mg/kg;——重金屬i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),mg/kg;——重金屬i的單項(xiàng)污染指數(shù);Ti——重金屬i的毒性系數(shù);Ei——重金屬i的單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);RI——n種重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

由于本研究中的7 種重金屬與Hakanson 所研究的8 種污染物不完全相同,根據(jù)馬建華等[19]對(duì)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的探討,需根據(jù)污染物種類和數(shù)量重新制定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。E值的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度最低分級(jí)上限值為單項(xiàng)污染指數(shù)的最低分級(jí)上限值(Pi=1)與參評(píng)重金屬最大毒性系數(shù)(TCd=30)的乘積,因此得到E值的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度最低分級(jí)上限值為30,下一級(jí)別上限值為上一級(jí)別上限值的2 倍,以此類推。 Hakanson 的研究所涉及的8 種污染物毒性系數(shù)之和為133,RI值的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度最低分級(jí)上限值為150,可以得到單位毒性系數(shù)對(duì)應(yīng)的RI 分級(jí)值為1.13(150133≈1.13),由于本研究中的7 種重金屬的毒性系數(shù)總和為58,得到RI值的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度最低分級(jí)上限值為70(1.1358= 65.548 ≈70),下一級(jí)別上限值由上一級(jí)別上限值乘以2 得到。 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 改進(jìn)后的單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(E)和綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

本研究中的7 種重金屬的毒性系數(shù)列于表4。

表4 重金屬毒性系數(shù)[17]

2 結(jié)果與討論

2.1 重金屬含量特征分析

2.1.1 不分層情況下重金屬含量統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

沉積物柱狀樣重金屬分析測(cè)試結(jié)果見表5。

表5 重金屬含量統(tǒng)計(jì)

7 種重金屬的含量平均值均高于安徽省土壤背景值,Zn、As、Cd、Pb、Cr、Ni 和Cu 含量分別是相應(yīng)元素含量背景值的1.31~1.47,1.13~1.66,2.16~2.89,0.94~1.13,1.12~1.22,1.25~1.35 和1.56~1.71 倍,重金屬平均含量分別為安徽省土壤背景值的1.42,1.35,2.47,1.03,1.17,1.30 和1.64 倍。 除了Pb 的超標(biāo)率為62.5%外,其他重金屬的超標(biāo)率均達(dá)到了100%。

變異系數(shù)(CV)能夠揭示元素在空間分布上的變異特征,反映元素在不同層段的含量變化,一般的,可以反映重金屬受到人為影響的程度[22]。通常認(rèn)為,當(dāng)CV≤10%時(shí),認(rèn)定為弱變異;當(dāng)10%＜CV＜100%時(shí),認(rèn)定為中等變異;當(dāng)CV≥100%時(shí),認(rèn)定為強(qiáng)變異[23]。 7 種重金屬含量的變異系數(shù)大小順序?yàn)锳s>Cd>Pb>Zn>Ni>Cr>Cu,除As 外,其他重金屬含量的變異系數(shù)均不超過10%,為弱變異,變異程度小,受人為因素影響的可能性較小;而As 含量的變異系數(shù)(12.58%)介于10%和100%之間,為中等變異,變異程度較大,可能受到農(nóng)藥肥料施用、生活排污等人為因素的影響。

2.1.2 分層情況下不同深度沉積物重金屬垂直分布

柱狀沉積物7 種重金屬在各深度及對(duì)應(yīng)的時(shí)間尺度中的含量變化如圖1 所示。

圖1 重金屬含量垂直分布圖

Zn 含量由深層至表層(自下而上)呈波動(dòng)增加的趨勢(shì),最大含量90.9 mg/kg 在15~20 cm 段,即1999 年達(dá)到峰值;As 與研究的其他重金屬不同,自下而上總體呈降低趨勢(shì),在沉積物樣品的最底層含量最高14.93 mg/kg,在1980 年前后含量驟降,可能存在人為活動(dòng)干預(yù),導(dǎo)致As 含量大量消減,隨后持續(xù)保持輕微的震蕩變化;Cd 和Pb 含量自下而上整體上均呈先增大后減小的趨勢(shì),二者最大值均出現(xiàn)在1999 年前后;Cr 和Ni 含量總體變化趨勢(shì)一致,自下而上呈先增加后減小,再增加后減小的變化,最大值均在1999 年前后;Cu 含量自下而上呈先增后減,在25~30 cm 段(1986 年前后)出現(xiàn)最大值(34.9 mg/kg),后平緩降低。 Cd、Pb、Cr 和Ni 在總體變化趨勢(shì)上相似,且均在1999 年段均出現(xiàn)最大含量,可推測(cè)這一分段形成時(shí)間內(nèi)有較大量的污染侵入。 沉積物中砷來源包括自然源(如:成土母質(zhì))和人為源(如:工、農(nóng)業(yè)活動(dòng))。 含砷工業(yè)品的使用、金屬礦產(chǎn)的開采以及燃煤飛灰和底是砷重要的工業(yè)污染源,而含砷農(nóng)藥和除草劑的使用是砷重要的農(nóng)業(yè)污染源[24]。 泗縣是典型的農(nóng)業(yè)縣,大運(yùn)河泗縣段沉積物中As 含量在1980 年驟降和1986 年后總體減少,有可能與20 世紀(jì)80 年代施用農(nóng)藥品種變化以及環(huán)境治理工作加強(qiáng)有關(guān)[25]。

2.2 重金屬污染評(píng)價(jià)

計(jì)算柱狀沉積物中重金屬的地累積指數(shù),統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表6 所示。

表6 地累積指數(shù)統(tǒng)計(jì)

地累積指數(shù)平均值由大到小為Cd>Cu>Zn>As>Ni>Cr>Pb,數(shù)值分別為0.74,0.13,-0.08,-0.16,-0.21,-0.35 和-0.54。 在全段沉積物樣品中,Zn、As、Pb、Cr 和Ni 為無(wú)污染,且在5 種重金屬的各分段中,只有As 存在一個(gè)分段為輕-中污染,占As 全部分段的12%,其余均為無(wú)污染;Cd和Cu 為輕-中污染,且各分段均為輕-中污染。

根據(jù)7 種重金屬在各分層的地累積指數(shù)(圖2),不同深度的重金屬地累積指數(shù)變化趨勢(shì)與不同深度的重金屬含量變化趨勢(shì)一致,7 種重金屬地累積指數(shù)均在-1~1 之間,其中Cd 的地累積指數(shù)明顯高于其他重金屬。 Zn、Cr、Ni、Cu 的地累積指數(shù)隨深度變化較為平緩,富集程度變化較小,而As、Cd、Pb 的地累積指數(shù)隨深度變化幅度較大,富集程度變化較大。

在進(jìn)行Cd 污染來源分析時(shí),儲(chǔ)金宇等[26]通過對(duì)鎮(zhèn)江市古運(yùn)河表層沉積物的重金屬溯源分析,推測(cè)人類活動(dòng)對(duì)古運(yùn)河及其沿岸地區(qū)造成了較大影響,同時(shí)老城區(qū)的污水排放管網(wǎng)可能也是Cd 污染的源頭之一。 王洪濤等[27]針對(duì)開封城市河流中重金屬來源進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)高含量的Cd可能與兩岸農(nóng)業(yè)廢水有關(guān),此外化肥廠、鋼鐵廠、藥廠等的廢水排放也可能是污染的來源之一。 李健等[7]對(duì)京杭大運(yùn)河鎮(zhèn)江段近岸土壤的重金屬污染進(jìn)行了評(píng)價(jià),推測(cè)Cd 的污染可能來自附近兩家已經(jīng)停產(chǎn)的鋼鐵廠以及汽車尾氣和居民生活排污。

圖2 地累積指數(shù)垂向變化

隋唐大運(yùn)河泗縣段沿岸多為居民區(qū),零星分布著幾家以服裝加工為主的輕工業(yè)企業(yè),周邊則分布著大片農(nóng)田。 在這種空間布局下,推測(cè)重金屬的來源主要為居民生活污染和農(nóng)業(yè)污染。 泗縣是典型的農(nóng)耕大縣[28],在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用大量的農(nóng)藥化肥,而Cd 被認(rèn)為與施用磷肥、殺蟲劑等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)[29],因此推測(cè)Cd 污染可能源自化肥農(nóng)藥的施用。 此外,工業(yè)和生活產(chǎn)生的污廢水中存在一定濃度的重金屬,農(nóng)田灌溉使用受污染的水源也會(huì)增加沉積物中Cd 富集積累。在運(yùn)河沿途,大多數(shù)道路順著運(yùn)河而建,不排除汽車尾氣對(duì)Cd 污染的影響。

2.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)列于表7。 在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中,分別以風(fēng)險(xiǎn)篩選值和背景值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià),當(dāng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為風(fēng)險(xiǎn)篩選值時(shí),7 種重金屬的平均潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Cd>As>Cu>Ni>Pb>Cr>Zn,分別為12.16,4.86,1.67,1.02,0.81,0.62 和0.29;當(dāng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為背景值時(shí),平均潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)依然為Cd>As>Cu>Ni>Pb>Cr>Zn,數(shù)值分別為75.23,13.49,8.19,6.48,5.16,2.35 和1.42。 在兩種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中,背景值較為嚴(yán)格,其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均大于以風(fēng)險(xiǎn)篩選值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)得出潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。 風(fēng)險(xiǎn)篩選值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均為輕微風(fēng)險(xiǎn);而背景值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),出現(xiàn)了Cd 的單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn),其他重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為輕微風(fēng)險(xiǎn)的狀況,并且綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為中等風(fēng)險(xiǎn)。

分別采用風(fēng)險(xiǎn)篩選值和背景值作評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(E)與綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)隨深度變化的垂向關(guān)系圖如圖3 所示。

表7 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖3 重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(E)與綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)垂向變化

采用風(fēng)險(xiǎn)篩選值評(píng)價(jià)時(shí),其E和RI變化幅度小于用背景值評(píng)價(jià)時(shí)的E和RI,前者圖像接近于直線。 以風(fēng)險(xiǎn)篩選值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),RI值的變化范圍為19.60~23.32,各分段均處在輕微風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。 以背景值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),RI值的變化范圍為103.71~123.84,各分段均屬于中等風(fēng)險(xiǎn)。 由底層向表層,RI與E(Cd)的變化趨勢(shì)相似,Cd 的單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最大,對(duì)RI 的影響比重最大,與兩種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的E(Cd)對(duì)RI的影響比例分別為56.75%(風(fēng)險(xiǎn)篩選值作評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn))和66.98%(背景值作評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)),應(yīng)控制Cd 的污染排放,以減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害。 張亞寧等[5]對(duì)古運(yùn)河揚(yáng)州段沉積物重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中,Cd 同樣表現(xiàn)為較強(qiáng)的污染程度,評(píng)價(jià)結(jié)果為很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn),而其余重金屬均為輕微風(fēng)險(xiǎn);綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果為強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn),Cd 的單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的影響占比為86.42%,并指出E(Cd)較大的原因是Cd 含量高以及Cd 的毒性系數(shù)較大,從而提出加強(qiáng)河流環(huán)境治理力度,控制工廠和生活排污的建議。 隋唐大運(yùn)河泗縣段因是全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位而具有特殊性,清淤等異位工程治理不現(xiàn)實(shí)。 在水環(huán)境保護(hù)方面,一方面,應(yīng)根據(jù)沿岸農(nóng)業(yè)種植情況針對(duì)性地控制農(nóng)業(yè)面源污染,減少因地表徑流帶入的重金屬污染和生態(tài)環(huán)境危害;另一方面應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和科學(xué)研究,掌握水質(zhì)變化規(guī)律和內(nèi)源污染物釋放機(jī)制,并從原位修復(fù)的視角對(duì)Cd 等優(yōu)控污染物開展探索性生態(tài)環(huán)境修復(fù)(如微生物原位鈍化技術(shù)),減少其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),維持良好的水生態(tài)環(huán)境。

3 結(jié)論

(1)除了Pb 的個(gè)別分段,研究的其他重金屬含量均超過安徽省土壤背景值。 只有As 含量變異程度為中等變異,其他重金屬含量變異程度為弱變異。 各重金屬含量在垂向上波動(dòng)變化,Cd、Pb、Cr 和Ni 含量變化趨勢(shì)相似。

(2)地累積指數(shù)評(píng)價(jià)中,Zn、As、Pb、Cr 和Ni為無(wú)污染, Cd 和Cu 為輕-中污染。 Zn、Cr、Ni 和Cu 的富集程度隨深度變化平緩,As、Cd 和Pb 的富集程度隨深度變化幅度較大,其中Cd 的富集程度最大,污染較嚴(yán)重。

(3)在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中,背景值相較于風(fēng)險(xiǎn)篩選值要更加嚴(yán)格,評(píng)價(jià)得出,綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為中等風(fēng)險(xiǎn),而風(fēng)險(xiǎn)篩選值作評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為輕微風(fēng)險(xiǎn)。 在7 種重金屬中,Cd 的單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最大,是影響綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的關(guān)鍵因素,影響占比為56.75%(風(fēng)險(xiǎn)篩選值作評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn))和66.98%(背景值作評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn))。