中山市水源保護地底泥重金屬污染特征及生態風險評價

蘇冠諭，高裕雯，盧貫能

（廣東省中山市環境監測站，廣東中山 528400）

隨著國家“水十條”的頒布，使城市河湖水體治理成為大勢所趨，水環境重金屬污染治理迫在眉睫。水體中重金屬經吸附、絮凝、生物積累等，最終成為底泥沉積物[1]。同時底泥沉積物又是水體中重金屬的擴散源，隨著水體環境條件的改變，可能形成水體重金屬的二次污染。

本次選取廣東省中山市小欖水道為研究目標，研究水道底泥沉積物的重金屬污染特征及其生態風險。采用污染指數法[2]，研究重金屬單因子的污染特征及確定主要污染因子；采用潛在生態風險指數法[3]，完成單項重金屬的生態風險評價及綜合生態風險評價；運用Pearson相關系數分析[4]，研究各重金屬因子間的相關性，以進行底泥沉積物重金屬來源分析。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

根據《土壤環境監測技術規范 HJ/T 166》相關要求進行樣品采集和保存。設置“取水口”、“取水口上游1km”、“取水口下游”共3個斷面，每個斷面采集左、右兩個方位的對照樣品組，于枯水期和豐水期進行采樣和保存。

1.2 研究方法

1.2.1 污染指數法

以重金屬污染指數Pi表示某底泥沉積物樣品中重金屬i的富集程度和污染程度，公式如下：

其中：Ci為單一重金屬i實測值，（mg/kg）；C′i為單一重金屬i環境背景參比值，（mg/kg）。

根據國家《土壤環境質量標準GB 15618-2018》，實驗斷面為集中式飲用水源保護地，選取標準的限制值作為環境背景參比值，如表1所示。

1.2.2 潛在生態風險指數法

采用Hakanson提出的潛在生態風險指數法，對樣品沉積物中重金屬污染造成的生態風險進行評價。它根據重金屬的污染特征及能造成的生態影響，定量地劃分重金屬潛在生態風險程度[5]。其計算公式如下：

其中：RI為底泥沉積物中多種重金屬的潛在生態風險指數；C′i為第i種重金屬的環境背景參比值，mg/kg；Ci為第i種重金屬的實測值含量，mg/kg;為第i種重金屬的毒性系數；為第i種重金屬的潛在生態風險系數。

、RI的生態風險指數等級劃分如表2所示。

表2 重金屬潛在生態風險指數等級劃分

1.2.3 元素相關性分析

參考近5a來的小欖水道相同采樣點的底泥沉積物重金屬及pH測得值，用SPSS 24.0軟件進行各元素相關性分析、因子分析。根據重金屬元素間的相關性特征，分析底泥沉積物的重金屬主要來源。

2 結果與討論

2.1 底泥沉積物重金屬污染特征

對原始數據進行處理，剔除異常值，統計數據的污染指數，小欖水道底泥沉積物As、Ni、Zn、Cu、Pb、Cr、Hg、Cd的含 量 分 別 為25.1mg/kg、42.4mg/kg、185mg/kg、56.8mg/kg、52.4mg/kg、99.2mg/kg、0.155mg/kg、1.38mg/kg，其中Cd超出《土壤環境質量標準GB 15618-2018》標準限值的1.3倍。

如圖1所示，僅As與Cd元素有著不同程度的超標，其他元素均于環境背景值以下，由此可知，As和Cd兩元素是底泥沉積物的主要污染重金屬。

2.2 潛在生態風險評價

結合重金屬毒性系數，計算各項重金屬的潛在生態風險指數Eir，和樣品的潛在生態風險指數RI。根據表2的生態風險等級劃分進行評價，結果如表3所示。

圖1 底泥重金屬相對土壤質量標準超標率

表3 底泥沉積物的潛在生態風險評價

其中，僅Cd的生態風險污染等級達到了中度，其他多種重金屬的生態危害等級僅為輕度。可見雖然As的標準超標率僅為26%，卻沒有更大的污染等級。所以，水體治理更應關注Cd重金屬污染治理。

2.3 重金屬元素相關性研究

重金屬實測數據間的閉合效應[6]，影響著重金屬元素之間的內在相關性，故將底泥重金屬各元素的實測數據進行對數比變換（clr）[7]。進行重金屬相關性分析，從表4可以看出，Cd的含量與pH、Pb、As呈顯著正相關；Pb的含量與Cd、As、Zn、Ni呈顯著正相關；Cu的含量與Zn、Ni、Cr呈顯著正相關。但Hg的含量與Cd、As、Pb呈顯著負相關。

表4 底泥沉積物重金屬元素之間相關系數

同時對經過數比變換處理的數據進行因子分析，結果如表5所示，成分1和成分2的累積方差貢獻率達74.5%，其中成分1和成分2為主要成分因子。其中成分1中主要載荷為Pb、Cd、As，載荷系數分別為0.880、0.862與0.904，而Zn、Ni的載荷相對次之。成分2的主要載荷為Cu、Zn、Ni和Cr，載荷系數分別為0.924、0.689、0.677與0.776。結合重金屬元素的相關性系數分析，成分1是以鉛鎘砷鋅鎳為特征污染的污染物，成分2是以銅鋅鎳鉻為特征污染的污染物。

表5 底泥沉積物重金屬元素因子載荷

3 結論

1）根據污染指數分析及超標率統計，研究目標僅Cd和As元素有著不同程度超標。

2）結合各重金屬元素的毒性系數進行分析，僅Cd元素對生態有著中度的風險影響，總體潛在生態風險等級為輕度生態風險。

3）研究底泥沉積物中重金屬元素之間的相關性可知，Pb與Cd、As、Zn、Ni有著顯著正相關關系；Cu與Cr、Zn、Ni也有著顯著正相關關系。未來進行底泥沉積物重金屬研究，應從以鉛鎘砷鋅鎳為主要污染物，以及以銅鉻鋅鎳為主要污染物的污染源進行深入研究，且更應關注Cd的污染物。