淀山湖沉積物重金屬污染分布及潛在生態風險評估

石 磊

(上海市青浦區水文勘測隊，上海 201799)

1 引言

近年來，隨著經濟社會的發展以及工業化水平的提高，重金屬污染也越來越突出，對人民健康及水生態系統健康產生較大威脅。重金屬作為主要的環境污染物之一，具有毒性大、不能被生物降解且易累積的特性，廣泛存在于水體、土壤、生物體中，而土壤、底泥是其最終的歸宿[1]。湖泊底泥作為生態系統的一部分，其中所沉積的重金屬在一定的條件下重新釋放進入水體而成為潛在的內源污染，形成二次污染。因此，重金屬作為一種潛在污染物是湖泊水環境評價的重要指標，監測研究沉積物中重金屬含量能夠直觀地反映出湖泊受重金屬污染程度，對了解湖泊水環境質量以及湖泊環境保護具有重要意義[2～4]。

淀山湖是上海最大的淡水湖泊，位于上海市青浦區與江蘇省昆山市交界地帶，水系暢通，歷史上就是重要的航運要津[5]。淀山湖是弱感潮湖泊，不僅具有調節徑流的作用，還兼具灌溉、旅游、水源等功能。近年來，關于淀山湖水環境研究有很多，但關于淀山湖底泥沉積物的監測及污染物分布分析較少。在長三角一體化國家戰略的大背景下，研究地處綠色示范區的淀山湖底泥沉積物中污染物分布，對淀山湖的水環境管理具有重要作用。本文通過采集淀山湖湖泊沉積物、分析沉積物中重金屬含量，探討了淀山湖中重金屬污染物的分布特征。

2 監測點位

全湖布設12個監測，使用箱式采樣器采集表層沉積物，采樣量約1.5 kg，密封袋裝樣，按照《水環境監測規范》與底泥監測標準方法的要求低溫保存。采用國家標準方法或行業標準方法檢測其中重金屬銅、鋅、鉛、鎘、鎳、鎘、鉻、汞含量。其中6#、7#、10#、12#位于入湖河口區域，3#和4#位于出湖河口區域(圖1)。

3 結果與討論

3.1 重金屬含量空間分布

淀山湖沉積物重金屬銅的平均含量為63.6 mg/kg、鉛29.4 mg/kg、鎘0.20 mg/kg、鋅144.1 mg/kg、砷9.1 mg/kg、鎳54.0 mg/kg、汞0.078 mg/kg、鉻90.1 mg/kg，與上海市土壤背景值相比[6]，銅、鉛、鎘、鋅、砷、鎳、鉻含量均高于背景值，其中銅、鎳、鋅、鉻濃度升高較明顯；汞含量低于背景值。8種重金屬元素含量分布如圖2所示，各元素含量分布較為相似，即湖區北部濃度高于湖區南部，主要入湖河口(6#、7#、10#、12#)區域高于出湖河口(2#、3#)，表明淀山湖沉積物中重金屬主要來源為上游來水。與上海市土壤背景值比較，監測的重金屬元素中，銅、鉛、鎘、鋅、砷、鎳、汞、鉻最大濃度分別為背景值的7.5倍、1.7倍、1.7倍、3.0倍、1.6倍、2.5倍、0.97倍、2.5倍。

圖1 淀山湖監測點位

3.2 地累積指數

地累計指數法[7]能夠有效評價沉積物中重金屬污染狀況，利用測定的重金屬濃度與研究區域背景值之間的關系，綜合考慮自然及認為影響因素，通過定量分析，反映重金屬累計程度。地累積指數計算公式：

Igeo=log2[Ci/(k×Bi)]

(1)

公式(1)中:Igeo是重金屬i的地累積指數,Ci是重金屬i在沉積物中的測定含量(mg/kg),Bi是研究區域沉積巖中i金屬的地球化學背景值(mg/kg),本文中選擇上海市土壤元素背景值為參照。k指巖性差異引起重金屬地球化學背景值產生變異的系數,一般k=1.5。

圖2 淀山湖各金屬元素的空間分布

從各重金屬元素的地累積指數評價結果(表1)可

知，全湖沉積物中重金屬Igeo平均值為-1.39～0.37，各元素Igeo結果為銅>鉻>鎳>鋅>鎘>鉛>砷>汞，整體上表現為湖區北部大于湖區南部。其中，所有監測點位汞Igeo值均小于0，表明汞一直處于“無”污染的累積狀態；銅、鋅、鎳的Igeo值平均值均小于1，整體處于輕-中度污染水平，位于湖區北部入湖河口區域的12#點位銅、鋅、鎳的Igeo值均最高(銅Igeo值為2.33，處于中等-強污染狀態；鋅Igeo值為1.01，處于中等污染水平；鎳Igeo值為0.71，為輕度-中等污染)，表明銅、鋅、鎳主要來自上游來水；鉛、鎘、鉻、砷的Igeo平均值均小于0，整體處于無污染狀態。對監測的重金屬元素進行Pearson相關性分析，沉積物中許多元素含量的相關性較差，這可能是由于不同時期淀山湖周圍人為污染源的不同導致的沉積物中重金屬元素來源不同。

表1 重金屬元素地累積指數評價結果

3.3 潛在生態風險指數

潛在生態風險指數法利用沉積物實測重金屬含量與工業化以前沉積物重金屬的最高背景值的比值乘以重金屬的生物毒性系數，進行加權求和得到多種重金屬潛在生態危害指數，其主要考慮不同金屬毒性對生物的生態風險[8,9]。

(2)

(3)

(4)

表2 沉積物中重金屬生態風險系數(Er)及潛在生態風險指數(RI)

4 結論

本文通過在淀山湖全湖范圍內布設監測點位、監測沉積物中重金屬的含量，評價了沉積物中重金屬的污染程度及潛在的生態風險指數。淀山湖沉積物中重金屬濃度分布呈現北高南低、入湖河口高于湖區及出湖河口區域，說明淀山湖重金屬污染主要受上游來水影響。從地積累指數計算結果可知，淀山湖重金屬整體污染程度較低，湖區北部入湖河口區域的12#點位銅、鋅、鎳的Igeo值均最高，處于中等污染水平；潛在生態風險指數表明，全湖單個重金屬生態風險系數均處于低風險，潛在生態風險指數也處于低風險等級，入湖河口的12#點位RI值最大，接近中風險標準限制，潛在風險最高。