溫州某航道疏浚區沉積積物物重重金金屬屬污污染染特征和生態風險分析

浙江省第十一地質大隊 潘大堅 柯玉釵

溫州某航道疏浚區沉積積物物重重金金屬屬污污染染特征和生態風險分析

浙江省第十一地質大隊 潘大堅 柯玉釵

土地是社會發展的基礎要素，近年來沿海發達地區日益增長的土地需求與土地供給的現狀產生了很大的矛盾，因此濱海城市往往把灘涂圍墾土地視作重要的后備土地資源。目前灘涂圍墾土地的獲取方式主要分為人工促淤和吹填等方式，沿海地區往往把港口、航道疏浚及河道清淤工程得到的疏浚產物投入圍墾區以同時解決這些疏浚物的消納去向問題。然而重金屬等污染物往往成為困擾灘涂圍墾土地利用的難題之一。這是因為無論是沿海灘涂，還是近海及內河水體沉積物，重金屬往往容易積累在這些地方。其來源主要分為自然源和人工源：自然源主要包括各種地質、地球化學作用；而人工源是指人類在社會發展過程中向周圍排放的各種污染物質，如含有重金屬的工業污水、礦山廢水以及流失的農藥等經地表徑流匯入內陸水體和海洋，以及大氣沉降也會帶來大量的重金屬輸入，進入水體的重金屬往往很快進入沉積物。這樣重金屬不但可以通過食物鏈對生態環境和人體健康產生很大影響，而且可能會通過圍墾土地重新進入人類生存環境，因此對疏浚清淤產物進行污染特征和生態風險研究十分有必要。

本文以浙江省溫州市某航道清淤工程為研究對象，經系統采樣調查，通過對不同采樣點樣品中重金屬含量的研究和生態風險評估，用定量的方法劃分出潛在的生態危害程度，為使用疏浚產物加速灘涂圍墾的生態風險評估和合理規劃管理提供一定依據，并為其他地區相關研究提供參考。

一、材料與方法

（一）研究地概況

溫州位于浙江省東南部，東瀕東海，南毗福建，西及西北部與麗水市相連，北和東北部與臺州市接壤，為中亞熱帶季風氣候區，冬夏季風交替顯著，溫度適中，四季分明，雨量充沛，年降水量在1113-2494毫米之間。主要水系有甌江、飛云江、螯江，境內大小河流150余條。

（二）沉積物樣品采集與預處理

采樣調查區位于溫州市某島附近某航道取砂區域進行，共3個采樣點：2016年2月13號在某軌道交通線區域一個站點（站點編號zk1），取樣11個，鉆進取柱狀樣，采樣深度為5米，以地面為±0.0，按±0.0、0.5m、1m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m位置取樣；2月18日在某島航道取砂區域定一個站點（站點編號CT1），取樣11個，鉆進取柱狀樣，采樣深度為5米，以泥面為±0.0，按±0.0、0.5m、1m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m位置取樣；于2月19日在某航道取砂區域定一個站點（站點編號CT2）；取樣11個，鉆進取柱狀樣，采樣深度為5米，以泥面為±0.0，按±0.0、0.5m、1m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m位置取樣。

取樣之后將沉積物樣品攤薄風干后去除石子砂礫、植物殘體等雜物后，進行研磨，過120目尼龍篩，混勻后進行四分法取樣并干燥保存。

（三）樣品分析測試與方法

沉積物樣品采用HNO3-HCLO4-HF消解，消解完畢后用超純水轉移至25mL容量瓶中，定容待測。樣品中重金屬元素Cu、Pb、Zn、Cr、Cd的含量采用原子吸收分光光度法測定，Hg和As含量采用雙道原子熒光光度計測定。在測定過程中設置空白樣，同時進行重復樣和標樣分析，保證實驗數據可靠性。

（四）沉積物重金屬污染評價方法及風機標準

1.地累積指數法

由德國科學家Muller于1969年提出的地累積指數法是一種反映沉積物中重金屬富集程度的常用定量指標，考慮了人為污染因素、環境地球化學背景值，還特別考慮到自然成巖作用對背景值的影響，被廣泛應用于土壤以及現代沉積物中重金屬的污染評價，能較直觀的反映外源重金屬在沉積物中的富集程度，計算公式如下。

式中，Ci-沉積物重金屬元素i的實測值（mg/kg）；Bi-該重金屬元素該重金屬元素的地球化學背景值，以浙江省溫瑞平原土壤元素背景值作為參考。Muller 將土壤重金屬污染程度劃分為7級（表1）。本文采用地積累指數（Igeo）定量評價灘涂圍墾土壤中重金屬的污染程度。

2.潛在生態風險評價法

瑞典科學家Hakanson于1980年提出了潛在生態風險指數評價法（potential ecological risk index，R I），根據重金屬性質和環境行為特點，從沉積學角度提出的對土壤中重金屬污染評價的方法。Hakanson指數法不但考慮土壤重金屬含量，而且將重金屬的生態效應、環境效應和毒理學聯系起來，綜合考慮重金屬的毒性在土壤和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，消除了區域差異影響。由于分別計算與RI的數值，潛在生態風險指數法的計算結果不僅能夠反映單一重金屬對環境造成的影響，還能夠說明多種重金屬并存時對周圍環境造成的綜合影響程度，與RI的計算結果具有明確的劃分等級標準，因而體現了生物有效性和相對貢獻及地理空間差異等特點，是綜合反映重金屬對生態環境影響潛力的指標，適合于大區域范圍沉積物和土壤進行評價比較，不同區域和時段的生態風險的評價結果之間也具有可比性。

參考Hakanson等的文獻，設定5種重金屬生物毒性響應因子的數值順序為Hg（40）> Cd（30）> As（10）>Pb/Cu（5）> Cr（2）> Zn（1）。同時參考Hakanson根據8種污染物（PCB、Hg、Cd、As、Pb、Cu、Cr、 Zn）的含量對 、 、 和RI 值對應的污染等級進行了劃分，見表2。

表1 地累積指數等級與污染程度

表2 沉積物重金屬類污染等級劃分

表3 疏浚區沉積物重金屬含量

二、結果與分析

（一）不同區域沉積物的重金屬分布特征

3個采樣點的重金屬含量平均值如表3所示，參照《國家土壤環境質量標準》（GB15618-1995）（見下表4）可知，調查區域內7種重金屬除Cd外都小于一級標準限值，但3個采樣點Cd含量全部超過三級標準限值，接近三級標準限值的2倍。與溫瑞平原土壤背景值比較，其中所有樣點Cd和As的含量均值超過背景值，zk1樣點的Cu含量均值超過背景值。

對區域內各采樣點沉積物柱的分層樣品分析結果做統計圖分析，結合表3數據分析，經LSD多重比較可知，zk1樣點的Cu、Pb、Zn、Cr、Hg金屬含量均顯著高于CT1和CT2樣點（P<0.05），而Cd和As這兩種高于區域土壤背景值的重金屬含量則沒有明顯差異。這可能說明zk1樣點收到污染的程度要高于其他兩個地點。

由以上結果可知，該航道疏浚區土壤受Cd污染最為嚴重，這與童敏等對溫州靈昆島圍墾區土壤和宋力等對溫瑞塘河沉積物重金屬調查結果基本一致，也與劉恩玲等對溫州市農業生產基地土壤重金屬污染調查結果接近，但與陳華林等對溫州城市土壤重金屬含量的分析結果有所不同。綜合以上，可認為該航道疏浚區域表現出來的Cd污染類型可能與溫州過去發展過程中以制革和電鍍等產業為主的高污染行業的無序排放導致重金屬污染通過排放進入水體有關。

（二）沉積物重金屬地累積指數評價

各采樣點沉積物中重金屬地累積指數均值如表5所示，Cd的地累積指數最大且只有Cd的Igeo在三個樣點中均為正值，而其他6中重金屬元素Igeo均為負值，同樣也顯示該疏浚區表現為只受到Cd污染，且程度達到3級/中度污染。其他重金屬元素的地累積指數Igeo的順序為As > Zn > Cr > Cu >Pb> Hg。

（三）沉積物重金屬潛在生態風險指數評價

各潛在生態風險評價結果（表6）表明：調查區域內土壤重金屬的潛在生態風險指數RI均大于300，處于強風險等級（參見表2），表明疏浚區域沉積物具有強潛在生態風險。而從各重金屬的潛在生態危害系數來看，除Cd以外的其他6種重金屬的值均小于40，也就是說其他6種重金屬均不存在潛在生態風險；各種重金屬對疏浚區整體重金屬潛在生態風險指數貢獻順序為Cd>As> Hg > Cu >Pb> Cr > Zn。

表4 土壤環境質量標準（GB15618-1995）重金屬含量

表5 疏浚區沉積物重金屬地累積指數

表6 疏浚區沉積物重金屬潛在生態風險指數

三、結論

1.分析7種重金屬中6種重金屬含量的平均值均未超過《國家土壤環境質量標準》（GB 15618—1995）一級標準限制，但Cd在所有3個采樣點中含量均超過了國家土壤環境質量三級標準，顯示航道疏浚區沉積物均受Cd污染很嚴重。調查區域Zk1樣點的重金屬Cu、Pb、Zn、Cr、Hg含量均顯著高于CT1和CT2樣點。

2.在沉積物柱狀樣品分析中顯示Zk1樣點重金屬含量變化較大，而CT1和CT2樣點除Cd外其余6中重金屬含量都比較均勻。

3.重金屬Cd的地累積指數遠遠高于其他重金屬元素，而其他6種重金屬地積累指數Igeo均小于0，顯示除了Cd以外，調查區域內沉積物沒有受到其他單項重金屬的污染。但調查區域Zk1樣點的重金屬Cu、Pb、Zn、Cr、Hg、As的Igeo仍顯著高于CT1和CT2樣點。

4.疏浚區沉積物達到了強潛在生態風險級別，重金屬Cd對潛在生態風險的貢獻最大。