應用生態風險指數法評價沉積物中重金屬污染

金 德 史永紅 高良敏

1 研究背景

由于人口的增多,經濟的發展,使得含重金屬的污染物排放量加大。水中重金屬離子在一定作用下,最終大部分會進入沉積物,故而水體沉積物可以作為水環境中重金屬的主要蓄積庫[1],能夠反映出河流受重金屬污染狀況。前人對沉積物重金屬研究已有不少,如化學、生態學和毒理學等多學科綜合評價方法[2,3]、模糊集理論[4]、回歸過量分析[5]、臉譜圖法[6]、地積累指數法[7-9]等。Hakanson生態風險指數法不僅能夠反映某一特定環境下沉積物中各種污染物對環境的影響以及多種污染物的綜合效應,而且用定量的方法劃分出潛在生態風險的程度,因而該法是沉積物污染評價中應用較為廣泛的方法之一。在此,對清江河底表層沉積物進行采集,分析其中的重金屬含量,用生態風險指數法評價清江河重金屬綜合污染效應,找出主要風險因子,定量剖析典型污染物的潛在生態風險狀況。

2 樣品采集與分析

2.1 樣品采集

在恩施州清江河恩施段的6個斷面采集沉積物樣,斷面編號QJ1～QJ6,用抓斗式采泥器采取5 cm～15 cm表層沉積物,每斷面在河流距河岸1/4,1/2,3/4處采集樣品,混合泥樣裝入聚乙烯塑料袋中密封,在冰箱(4℃)中保存,以備處理分析之用。

2.2 樣品處理與分析

將樣品自然風干,剔出雜草等雜物,用瑪瑙研磨過100目篩,篩下物質儲存于廣口瓶中,編號冷凍保存待用。稱取樣品,采用HNO3-HF-HClO4消解,HNO3溶液定容。自配標準液,繪制標準曲線,采用原子吸收測定4種重金屬(Cu,Zn,Pb,Cd)含量,多次測量取其均值,減小誤差。

3 結果與討論

3.1 沉積物重金屬含量

沉積物中重金屬分析結果見表1。

表1 沉積物中4種重金屬含量 mg/kg

3.2 重金屬的潛在生態風險評價

為定量確定重金屬生態風險程度,采用瑞典科學家Hakanson的潛在生態風險指數法對多種重金屬污染物進行綜合評價,評價公式如下：

其中,RI為沉積物中多種重金屬潛在生態風險指數;為潛在生態風險參數;為單個污染物毒性參數,反映其毒性水平和生物對其污染的敏感程度;為單一污染物污染指數;Ci為沉積物中污染物的實測濃度;為參比值,采用全球工業化前沉積物中重金屬的最高背景值,重金屬Cu,Zn,Pb,Cd最高背景值分別為30 mg/kg,80 mg/kg,25 mg/kg,0.5 mg/kg,對應的毒性系數分別為5,1,5,30[11]。潛在生態風險程度級別劃分[12]見表2。

表2 和RI對應的污染程度以及潛在生態風險程度

表2 和RI對應的污染程度以及潛在生態風險程度

潛在生態風險參數Eir單因子污染物生態風險程度潛在生態風險指數RI總潛在生態風險程度Eir＜40 低 RI＜150 低40≤Eir＜80 中 150≤RI＜300 中80≤Eir＜160 較重 300≤RI＜600 重160≤Eir＜320 重Eir≥320 嚴重RI≥600 嚴重

潛在生態風險參數與指數結果見表3,參照潛在生態風險程度可以看出,從重金屬潛在生態風險Eir參數來看,Cu平均值為8.7(7.0～12.6),處于低風險;Zn平均值為1.8(1.4～2.9),處于低風險;Pb平均值為7.3(5.6～10.1),處于低風險;Cd平均值為65.1(19.8～154.4),介于低風險到重風險之間,不同斷面潛在生態風險參數差別較大,應引起重視。說明4種重金屬中,Cd為研究河段主要污染物,其潛在生態風險最大。

表3 潛在生態風險評價結果

就采樣斷面而言,6個斷面的重金屬污染大部分處于低潛在生態風險,但個別斷面(QJ3斷面)處于中潛在生態風險。

4 結語

通過分析清江河恩施段6個斷面沉積物中4個典型重金屬污染物含量,采用生態風險指數法定量確定了清江河沉積物重金屬生態風險指數,得出清江河已受到重金屬的污染,Cd的潛在生態風險最大。大部分斷面處于低潛在生態風險,個別斷面處于中等生態風險。對于清江河重金屬污染的預防和治理,要采取相應措施,如加強污水、廢水排放的嚴格管理,減少外源性污染物的排放等。

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