成都市河流表层沉积物重金属污染及潜在生态风险评价

1、成都市河流表层沉积物重金属污染及潜在生态风险评价 尚英男， 倪师军， 张成江， 黄 艺， 尹 观 成都理工大学地球化学系，四川 成都 610051 摘要：根据流经成都市内的三条河流(府河、南河、沙河)表层沉积物重金属数据，采用 Hakanson 潜在生态危害指数法对重金属的潜在生态风险进行了评价。结果表明（1）重金属潜在的生态危害因子（Eri）说明大多属于轻微生态危害范畴，产生生态危害的主要重金属是 Hg、Cd，Cu、Pb 次之，As 影响最小； （2）多种重金属的生态系统的潜在生态风险指数（RI）表明河流重金属污染属于轻微生态危害和接近中等生态危害，其受危害程度由强至弱的次序为：府河，南河，

2、沙河。 关键词：成都；表层沉积物；重金属；潜在生态风险评价 中图分类号： X522 文献标识码： A 文章编号：1672-2175（2005）06-0827-03沉积物是水环境中重金属的源或汇，是水环境重金属污染的指示剂1。通过各种途径进入水体的重金属绝大部分迅速由水相转入固相,结合到悬浮物和沉积物中2。河流沉积物中微量重金属元素的含量， 常能提供自然环境中重金属转移的信息,这对环境保护有着重要的意义。 河流沉积物重金属潜在生态危害系数评价法是从沉积物中重金属可能存在的生态危害效应这个角度出发，利用重金属总量化学指标分析数据，结合各重金属污染物生物毒性大小的不同、多种重金属污染物的综合作用、污

3、染物的沉积特征、区域敏感性等因素来综合评价沉积物中重金属污染物潜在的生态危害效应，并定量给出生态危害程度的划分标准3, 4。 1 样品采集和分析测试 1.1 样品采集 以流经成都市内的三条河流府河、南河、沙河为调查对象，各以入口、中段、出口采样布点控制（共 16 个点） 。使用自制采样器（直径 60 mm PVC管一端割成斜面，另一端固定在竹竿上）采集表层（05 cm左右）淤泥， 每样点由同一断面上 35 个等量子样混合而成，约 12 kg。用聚乙烯塑料袋盛装，封口，以防止污染。具体采样点如图 1 所示。 1.2 样品的分析测试 所采样品在 25 条件下烘干研碎。由于重金属沉积物主要富集于细颗

4、粒中，为使样品的测定值有可比性，我们选取63 m的样品进行分析测定。用 HNO3-HF-HClO4消解后，采用 ICP-AES 和原子吸收等方法测定 Cu、Pb、Cd 等元素，Hg 和 As 元素采用 AFS230 仪测定。样品的分析由地质矿产部成都综合岩矿测试中心完成。计算结果见表 1。 2 结果与讨论 2.1 重金属分布规律 分别对三条河流进行各重金属平均含量统计见表 2。 从表 1 的分析数据可以看出，除 As、Cd 变异系数稍小外，Pb、Hg、Cu 的变异系数都很大。说东风渠府河东风渠河大沙河东风渠南河清水河府河府0510km一 环路二 环路三 环路绕 城 高 速 公路公 路高 速公

5、路行政区界河 流表 层 沉 积 物 采 样 点147135841 69321211101615 图 1 成都市河道表层沉积物采样点示意图 Fig. 1 Sampling Location of Surface Sediments from River in Chengdu 表 1 成都市河道表层沉积物重金属质量分数 Table 1 Heavy Metals Concentration of Surface Sediments from Rivers in Chengdu mg kg-1 元素 平均值 最小值 最大值 中值 标准偏差 变异系数(CV) Pb 65.29 21.1 279 38.4

6、 65.08 0.997 As 8.90 3.79 21.2 6.45 5.11 0.574 Hg 0.283 0.032 1.29 0.094 0.347 1.226 Cu 95.71 30.6 659 57 151.94 1.588 Cd 0.543 0.19 1.23 0.4 0.349 0.643 表 2 成都市三条河流各重金属平均含量 Table 2 Mean Concentration of Several Heavy Metals of Three Rivers Sediments mg kg-1 区域 w(Pb) w(As) w(Hg) w(Cu) w(Cd) 沙河 108.6

7、8 13.20 0.19 65.96 0.63 府河 52.55 7.61 0.27 134.58 0.60 南河 37.87 6.30 0.22 61.80 0.55 明由于河流人为污染与自身扰动造成的作用很大。 每条河流受污染的主要元素各有不同。沙河受Pb、As、Cd 污染强于府河和南河，府河受 Hg、Cu污染强于沙河和南河。南河相对受重金属影响较弱。三条河流分别受 5 种重金属污染程度由强至弱的顺序如下。 Pb：沙河，府河，南河；As：沙河，府河，南河；Hg：府河，南河，沙河；Cu：府河，沙河，南河；Cd：沙河，府河，南河。 2.2 重金属污染评价 评价方法的选择 近年来，国际上众多科学

8、家从沉积学角度提出了多种重金属污染评价方法，主要有地质累积指数法（Index of Geoaccumulation）5、污染负荷指数法(The Pollution Load Index)6、回归过量分析法(Regression Excessive Analyse)7、潜在生态危害指数法（The Potential Ecological Risk Index）8等。结合本研究的实际，我们采用瑞典科学家 Hakanson 潜在生态危害系数法对成都市河道表层沉积物进行重金属评价。该方法的优势在于从重金属的生物毒性角度出发，反映了多种污染物的综合影响，并定量地划分出潜在生态危害的程度。 潜在生态危险指

9、数(RI)的计算公式 该方法对应指标包括：单一重金属污染系数Cfi，多金属污染度 Cd，不同金属生物毒性相应因子Tri，单一重金属潜在生态风险因子 Eri，多金属潜在生态风险系数（RI） ，关系如下： Cfi=C表层i/Cni，CdCfi，Eri=Tri Cfi，RI=Eri 。 式中 C表层i代表了表层沉积物品的实测质量分数，Cni代表沉积物背景参考值，本文采用国际上常用的工业化以前沉积物中重金属的全球最高背景值(表 2)9，各重金属的生物毒性因子见表 3，评价标准见表 4。 重金属潜在生态风险评价 将上述公式及评价指标用于对成都市三条河流表层沉积物的计算得出了各采样点重金属的潜在生态危害指

10、数(Eri)及各采样点潜在生态危险指数(RI)列于表 5。 总体上看来，Pb、Hg、Cu、Cd、As 重金属潜在的生态危害系数大多属于轻微生态危害范畴。16个采样点的重金属 As 都在轻微生态危害因子（Eri40） 之内， 其它重金属都有超过此范围的现象。沙河 3 号采样点 Eri (Pb)达 55.80，属于中等生态危害。Eri (Hg)超过轻微生态危害的点有 6 个，沙河 3个，府河 2 个，南河 1 个。其中位于府河中段的 10号采样点 Eri (Hg)达 258，属于很强的生态危害。其余 3 点也在中等生态危害到强生态危害之间；Eri (Cu)超过轻微生态危害的点有 1 个，该样点位于

11、府河上游 Eri (Cu)达 109.83， 属于强生态危害； Eri (Cd)超过轻微生态危害的点有 5 个， 沙河、 府河各 2 个、南河 1 个，均属于中等生态危害。 三条河流各重金属元素潜在生态危害程度由表 3 沉积物中重金属的参考值(Cni)和毒性系数7 Table 3 Background reference values (Cni) and toxicity coefficient(Tri) of heavy metals in sediments 元素 Pb Hg Cu Cd As 背景值/(mg kg-1) 25.00 0.20 30.00 0.50 15.00 Tri 5

12、40 5 30 10 表 4 重金属潜在生态危害系数(Eri )，潜在生态 危险指数(RI)与污染程度的关系 Table 4 The potential ecological risk factor(Eri) and potential ecological risk index(RI) about pollution level 指数类型 所处范围 污染程度 指数 类型 所处范围 污染程度 潜在生态风险因子 (Eri) Eri40 轻微生 态危害 潜在生态风险指数(RI) RI150 轻微生 态危害 40Eri80 中等生 态危害 150RI300 中等生 态危害 80Eri160 强生态

13、危害 300RI600 强生态 危害 160Eri320 很强生 态危害 Eri320 极强生 态危害 RI600 很强生 态危害 表 5 成都市三条河流表层沉积物各重金属的潜在生态 危害系数(Eri)及潜在生态危险指数(RI) Table 5 The potential ecological risk factor(Eri) and potential ecological risk index(RI) of heavy metals in surface sediments from three rivers in Chengdu 区域 采样 编号 Eri (Pb) Eri (Hg) Er

14、i (Cu) Eri (Cd) Eri (As) RI 沙河 1 21.80 66.00 18.50 65.40 14.13 185.83 2 18.24 40.00 9.52 41.40 14.07 123.22 3 55.80 42.00 10.67 34.80 5.51 148.77 4 7.68 32.00 9.83 35.40 5.99 90.90 5 5.16 6.40 6.45 13.20 4.3 35.51 平均值 21.74 37.28 10.99 38.04 8.80 116.85 府河 6 11.28 134.00 10.98 28.20 6.07 190.53 8 12

15、.06 18.80 9.5 40.20 7.07 87.63 10 4.50 258.00 5.10 13.20 2.53 283.33 12 7.20 13.60 6.20 24 4.1 55.10 13 9.06 11.80 7.25 25.80 5.49 59.40 14 4.46 6.80 109.83 12.60 4.18 137.87 15 24.40 134 14.63 73.80 6.01 252.84 16 4.58 10.20 5.85 13.80 2.93 37.36 平均值 9.69 73.40 22.10 28.95 4.79 138.01 南河 7 4.22 9.0

16、0 5.43 11.40 3.69 33.74 9 7.46 18.00 10.28 18.60 4.16 58.50 11 11.04 106.00 15.18 69.60 4.75 206.58 平均值 7.57 44.33 10.30 33.20 4.20 99.61 总平均值 13.06 56.66 15.95 32.59 5.94 124.19 大到小依次为：沙河：CdHgPbCuAs； 府 河 ： HgCdCuPbAs ； 南 河 ：HgCdCuPbAs。以单个重金属的潜在生态危害系数(Eri)来评价，成都市河道表层沉积物以Hg、Cd 污染严重；Cu、Pb 次之；As 最弱。 多种

17、重金属的生态系统的潜在生态风险指数（RI）表明：大多采样点（11 个）生态危害较轻。其余 5 个采样点潜在生态风险指数 150RI300， 其中沙河 1 个，府河 3 个，南河 1 个，均属于中等生态危害范畴。 三条河流平均潜在生态风险指数 （RI）相差很小，其由大到小的次序为：府河南河沙河。 本文未考虑重金属的形态，而重金属的生物毒性及生态效应与其赋存形态有关，这方面的内容有待进一步深入研究。 3 结论 （1）三条河流各重金属含量由大到小的顺序为：Pb：沙河，府河，南河；As：沙河，府河，南河；Hg：府河，南河，沙河；Cu：府河，沙河，南河；Cd：沙河，府河，南河。 （2）重金属潜在的生态危

18、害因子表明大多属于轻微生态危害范畴。各河流各重金属元素潜在生态危害程度由大到小依次为：沙河：Cd，Hg，Pb，Cu，As；府河：Hg，Cd，Cu，Pb，As；南河：Hg，Cd，Cu，Pb，As。产生生态危害的主要重金属是Hg、Cd，Cu、Pb 次之，As 影响最小。 （3）多种重金属的生态系统的潜在生态风险指数（RI）表明河流重金属污染属于轻微生态危害和接近中等生态危害，三条河流的危害程度由大到小的顺序为：府河，南河，沙河。 参考文献： 1 FORSTNER U. Metal Pollution in the Aquatic EnvironmentM. Berlin: Springer Ver

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