應用潛在生態風險指數法評價滇池沉積物中的重金屬污染

張海珍

(西南林業大學環境科學與工程學院，云南昆明650224)

應用潛在生態風險指數法評價滇池沉積物中的重金屬污染

張海珍

(西南林業大學環境科學與工程學院，云南昆明650224)

測定了滇池8個斷面表層沉積物中重金屬(Cu、Zn、Pb及Cd)，結果表明，除Cd外，Cu、Zn及Pb在沉積物中的含量較高，這幾種元素的含量順序為Zn＞Cu＞Pb＞Cd。同時采用Hakanson指數法評價了沉積物中重金屬生態風險，結果顯示:滇池表層沉積物中重金屬元素的潛在生態風險整體表現為輕微。其中海口西和觀音山東斷面總的重金屬潛在生態風險指數最高。對于暉灣、觀音山西、白漁口及海口西斷面，Cu表現為首要的潛在生態風險因子;對于羅家營、觀音山中及滇池南斷面，Pb表現為首要的潛在生態風險因子;對于觀音山東斷面，Cd表現為首要潛在生態風險因子。

滇池;沉積物;重金屬;生態風險指數法

水環境污染物中的重金屬主要是指 Hg、Cd、Cr、As以及Cu、Zn、Ni、Co、Sn 等，其中以前四個元素毒性最大。沉積物作為重金屬的蓄積庫，能吸附排入到湖泊中的重金屬，這在一定程度上凈化了上覆水體。然而，當上覆水體的環境條件改變時，就會破壞沉積物——水界面的平衡，沉積物中的重金屬可重新釋放，造成水體的“二次污染”［1］。對沉積物中重金屬的評價方法有很多，如Muller的地積累指數［2］;Tomlison的污染負荷法［3］;Hilton的回歸過量分析法［4］;賈振邦的模糊集理論［5］和臉譜圖法［6］等。但在不同的環境條件下，根據研究的目的應使用不同的評價方法。而 Hakanson生態風險指數法［7］綜合考慮了重金屬的毒性、重金屬在沉積物中普遍的遷移轉化規律和評價區域對重金屬污染的敏感性，以及重金屬區域背景值的差異，消除了區域差異和異源污染的影響，可以綜合反映沉積物中重金屬對生態環境的影響潛力，許多學者和專家利用該方法對不同地區的沉積物重金屬污染進行了評價［8－11］。

滇池位于東經 102°02′～ 102°47′，北緯度 24°40′～ 25°02′，海拔1 888.5 m，湖體為南北分布，略呈弓形，弓背向東，北部有一天然湖堤將其分隔為南北兩水區，中間有一船道相通。北區為內湖，稱草海，面積 7.5 km2，湖容 0.188億 m3。南區為滇池主體，稱外湖，面積為287.1 km2，湖容約13.6億m3，處在昆明城市的下游。滇池周圍有20余條河流進入滇池，其中污染較重的是城市排污入湖河道，進入草海的有5條，進入外滇池的有4條。入湖河道接納的城市污水主要分為兩大類，即生活污水和工業廢水。因此，滇池對昆明市乃至周邊地區的發展有著重大影響。但目前國內外對滇池的研究主要集中于滇池富營養化，滇池面源污染及藻類等方面，對滇池沉積物中重金屬污染狀況的研究較少。因此本研究以滇池國家監控的8個斷面(分別為暉灣、羅家營、觀音山西、觀音山中、觀音山東、白漁口、海口西及滇池南)的沉積物為研究對象(斷面位置見圖1)，對其中的重金屬元素(Cu、Pb、Cd、Zn)的分布狀況及富集特征進行了研究，并用 Hakanson指數法對沉積物的污染程度進行評價，旨在為滇池水環境質量的綜合評價及污染治理提供科學的依據。

1 材料和方法

1.1 樣品的采集與處理

2010年12月，在滇池上設置8個采樣斷面，在每個采樣斷面設置3～5個采樣點，用 PSC－200底泥采樣器(江蘇常州普森電子儀器廠)采集沉積物樣品每個斷面各采樣點表層(0～20 cm)的沉積物樣品1～2 kg，混合均勻后作為該斷面的試驗樣品。樣品采集后立即送回實驗室，采用自然風干的方法對沉積物樣品進行脫水，將干燥后的沉積物樣品壓碎，剔除雜質(礫石及動、植物殘體等)，再用瑪瑙研缽將其研磨后，通過100目尼龍篩。

1.2 沉積物中重金屬的分析測試

稱取各斷面沉積物樣品0.1 g于50 ml高型硬質玻璃燒杯中，加少許蒸餾水潤濕，加王水15 ml，同時做試劑空白。在電熱板上加熱微沸(140℃ ～160℃)，至有機物劇烈反應后，加高氯酸5 ml，繼續加熱至冒白煙，強火加熱至土樣呈灰白，小心趕去高氯酸(若出現棕色燒結干塊，則繼續加入少許王水，加熱至灰白色)。取下樣品，用15 ml 1%的硝酸加熱溶解，以中速定量濾紙過濾于50 ml容量瓶中，用少量水沖洗殘渣，將溶液定容至50 ml刻度。分別在WFX－130A原子吸收分光光度計(北京瑞利分析儀器公司)上測定Cu、Pb、Cd、Zn元素的質量濃度。

1.3 質量控制

本試驗所有樣本瓶和聚乙烯、玻璃器皿事先均用1:1硝酸浸泡、洗滌、烘干。在測定過程中進行了重復樣及標樣分析，以確保實驗數據的可靠性。分析試劑除各種酸為優級純外，其他均為分析純。水為二次去離子水。

1.4 沉積物潛在生態風險評價

沉積物生態風險采用生態危害指數法(RI)進行評價:

表1 斷面的位置和名稱

表2 重金屬的背景參照值和毒性系數［12］

表3 重金屬潛在生態危害系數(Eri)，潛在生態危險指數(RI)與污染程度［13］

2 結果與討論

2.1 沉積物中重金屬的含量分布及富集特征

滇池各斷面沉積物中重金屬的含量見表4。

表4 滇池沉積物中重金屬含量

從表4可知8個斷面的Cu含量大小依次為:海口西(380.02 mg/kg)＞白漁口(121.96 mg/kg)＞暉灣(112.00 mg/kg)＞羅家營(106.58 mg/kg)＞觀音山東(92.56 mg/kg)＞滇池南(92.47 mg/kg)＞觀音山西(86.06 mg/kg)＞觀音山中(65.72 mg/kg)。Zn含量大小順序為:觀音山西(244.31 mg/kg)＞海口西(216.75 mg/kg)＞羅家營(183.45 mg/kg)＞暉灣(178.79 mg/kg)＞白漁口(143.08 mg/kg)＞觀音山中(133.47 mg/kg)＞滇池南(120.26 mg/kg)＞觀音山東(116.36 mg/kg)。Pb含量大小依次為:觀音山中(112.54 mg/kg)＞觀音山東(104.10 mg/kg)＞羅家營(100.76 mg/kg)＞滇池南(98.52 mg/kg)＞白漁口(94.67 mg/kg)＞海口西(87.92 mg/kg)＞觀音山西(66.98 mg/kg)＞暉灣(10.65 mg/kg)。而8個斷面的Cd除了在觀音山東斷面檢測到0.66 mg/kg的含量外，其余的斷面均未檢測到。此外除觀音山中和白漁口斷面外，其余6個斷面沉積物中各重金屬污染物的含量從高到低依次為:Zn＞Cu＞Pb＞Cd。這與李仁英等［14］對盤龍江口滇池沉積物中重金屬的分布一致。而且由于滇池流域分布的母巖多為石灰巖、頁巖、玄武巖和古紅壤，因此，這也是造成表層沉積物中 Zn＞Cu＞Pb＞Cd的原因［9］。從多金屬量加和來看，8個斷面大小依次為:海口西＞觀音山西＞羅家營＞白漁口＞觀音山東＞觀音山中＞滇池南＞暉灣，說明海口西斷面和觀音山西斷面受重金屬污染的程度較大、暉灣斷面最小。表層沉積物中較高的重金屬含量主要與改革開放初期湖區經濟的迅猛發展使排入湖泊的廢水量猛增等原因有關［14，15］。

2.2 潛在風險評價結果

監測數據的Eri、RI統計分析結果見表5，所有監測斷面表層沉積物重金屬潛在生態風險指數RI值遠低于150，說明滇池表層沉積物中重金屬元素的潛在生態風險整體表現為輕微，即沉積物中重金屬的生態危害效應較小。但在不同的斷面，潛在生態風險指數RI具有差異性。在海口西和觀音山東斷面總的重金屬潛在生態風險指數最高，分別為83.63和77.30;其余斷面的潛在生態風險指數 RI介于26.24～41.12。說明了匯入滇池的支流(如盤龍江等)的輸入對近岸沉積物中重金屬的含量有一定影響。沉積物中單個重金屬潛在風險因子除海口西斷面的Cu為63.34外，其余斷面均低于40，說明單因子污染物生態危害程度輕微。4種重金屬元素對暉灣、觀音山西、白漁口及海口西斷面潛在生態綜合危害的大小貢獻順序為:Cu＞Pb＞Zn＞Cd。Cu的值對RI值的權重貢獻最大，即Cu表現為首要的潛在生態風險因子。而對羅家營、觀音山中及滇池南斷面潛在生態綜合危害的大小貢獻順序為:Pb＞Cu＞Zn＞Cd。Pb的值對RI值的權重貢獻最大，即Pb表現為首要的潛在生態風險因子。但是對于觀音山東斷面，Cd的Eri值最高，因此Cd為該斷面的首要潛在生態風險因子。由于該斷面主要有盤龍江等幾個支流匯入，而李仁英等［14］通過對盤龍江表層沉積物重金屬的研究發現Cd污染最重，這和我們的研究一致。而且認為昆明紡織廠、云南毛巾廠和云南紡織廠等紡織印染企業是盤龍江流域中重金屬 Cd 重要來源［14，16］。

表5 沉積物中重金屬元素的潛在生態危害系數(Eri)和危害指數(RI)

3 結論

1)滇池沉積物中重金屬含量從高到低依次為:Zn＞Cu＞Pb＞Cd;從多金屬量加和來看，8個斷面大小依次為:海口西＞觀音山西＞羅家營＞白漁口＞觀音山東＞觀音山中＞滇池南＞暉灣。

2)從重金屬單因子污染物分析，對于暉灣、觀音山西、白漁口及海口西斷面，Cu表現為首要的潛在生態風險因子;對于羅家營、觀音山中及滇池南斷面，Pb表現為首要的潛在生態風險因子;對于觀音山東斷面，Cd表現為首要潛在生態風險因子。

3)從重金屬總的潛在生態風險評價結果顯示，滇池表層沉積物中重金屬的潛在生態風險整體表現為輕微。

［1］朱蘭保，盛蒂，周開勝等.應用地積累指數法評價淮河沉積物重金屬污染［J］.地下水.2008，30(5):82－85.

［2］Müller G.Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River［J］.Geo Journal.1969，2:108 － 118.

［3］Tomlinson D C，Wilson J G，Harris C R et al.Problems in the assessment of heavy metals levels in estuaries and the formation of a pollution index［J］.Helgol Wiss Meeresunters，1980，33(1 － 4):566－575.

［4］Hilton J.A mathematical model for analysis of sediment coke data:implications for enrichment factor calculations and trace－ metal transport mechanisms［J］.Chemical Geology，1985，48:281 － 291.

［5］賈振邦.柴河沉積物中重金屬的聚類分析研究［J］.環境科技.1993，17(4):41 －44.

［6］賈振邦，汪安，吳平.用臉譜圖對太子河本溪市區段河流沉積物中重金屬污染進行評價的研究［J］.北京大學學報(自然科學版).1993，29(6):736－744.

［7］Hakanson L.An ecological risk index for aquatic pollution control－a sedimentological approach［J］.Water Research，1980，14:975 －986.

［8］張存勇，陳斌林.連云港近岸海域沉積物重金屬潛在生態危害評價［J］.海洋環境科學.2008，27(6):632－635.

［9］張少鋒，林明裕，魏春雷等.廣西欽州灣沉積物重金屬污染現狀及潛在生態風險評價［J］.海洋通報.2010，29(4):450－454.

［10］金德，史永紅，高良敏.應用生態風險指數法評價沉積物中重金屬污染［J］.山西建筑.2010，36(13):335－336.

［11］張麗旭，蔣曉山，趙敏等.長江口洋山海域表層沉積物重金屬的富積及其潛在生態風險評價［J］.長江流域資源與環境.2007，16(3):351－356.

［12］陳靜生，陶 澎，鄧寶山等.水環境化學［M］.北京:高等教育出版社.1987.

［13］孫毅，母清林，佘運勇等.長江口及鄰近海域沉積物重金屬分布特征及生態風險評價［J］.浙江海洋學院學報(自然科學版).2011，30(2):107－112.

［14］李仁英，楊浩，陳捷.盤龍江口滇池沉積物重金屬的分布及污染評價［J］.土壤.2006，38(2):186－191.

［15］吳瑞金，項亮，錢君龍等.云南滇池近代環境惡化的沉積記錄［J］.中國科學院地理與湖泊研究所集刊.1995:1－9.

［16］金相燦.中國湖泊環境［M］.北京:海洋出版社.1992.

Application of the Potential Ecological Risk Index to Evaluate Heavy Metals Pollution in Dianchi Lake

ZHANG Hai－zhen
(Environment science and Engineering School，Southwest Forestry University Kunming 650224，Yunnan)

Determination of heavy metals(Cu，of Zn，Pb and Cd)of the surface sediments on the eight sections of Dianchi Lake，the results show，in addition to Cd，Cu，Zn and Pb in sediments with higher levels of content，the order of several elements is Zn＞ Cu＞ Pb＞ Cd.Meanwhile，it takes the Hakanson index method to evaluate the heavy metals ecological risk in the sediments，its results show that:the overall performance of the potential ecological risk of heavy metals in the surface sediments in Dianchi Lake is as mild.The overall heavy metal potential ecological risk index in the section of Haikou West and the Buddha Mountain east is highest.For Hui Wan，Buddha Mountain west，Baiyu port and Haikou West sections，Cu represents the most important and potential ecological risk factor.For Luojiaying，Buddha Mountain and Dianchi South sections，Pb represents the most important and potential ecological factor.For Buddha Mountain section，Cd represents the first important and potential ecological risk factor.

Dianchi;Sediments;heavy metal and the ecological risk index

X131.2

A

1004－1184(2012)03－0099－03

2012－01－09

［項目資助］云南省應用基礎研究計劃(2011FZ135);云南省教育廳科學研究基金(2011Y269)

張海珍(1975－)，女，山西陽泉人，博士，講師，主要從事環境化學和環境毒理學的研究。