赣南河流底质重金属潜在生态风险评价及形态分析研究

柴敏平，吴伟明，李金辉，邓修龙，卢琳

（1.江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州341000；2.赣州市环境监测站，江西赣州341000）

赣南河流底质重金属潜在生态风险评价及形态分析研究

柴敏平1，吴伟明1，李金辉1，邓修龙2，卢琳2

（1.江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州341000；2.赣州市环境监测站，江西赣州341000）

对赣州市河流底质中6种重金属进行潜在生态风险评价及形态分析.结果表明，底质中As、Hg为强危害程度，Cu为中等危害程度，Ni、Cr、Zn为轻微危害程度；市自来水厂、茶滩、大余新城点位的重金属处于强生态危害程度，新庙前、东山桥、博罗三点位处于轻微危害程度.As在大余新城、茶滩和市自来水厂三点位各形态含量都较多，大余新城Hg主要以有机结合态为主，市自来水厂Hg主要以铁锰氧化物结合态为主，在一定的环境条件下容易浸出从而产生二次污染，特别是As更应引起相关部门的重视.研究还发现，潜在生态风险评价法和次生相与原生相比值法评价结果具有一定的差异.

赣州；底质；重金属；潜在生态风险评价；形态分布特征

赣州市是江西省最大的行政区，总面积3.94万平方公里，全市户籍总人口907万人（2011年），素有“世界钨都”“稀土王国”“生态王国”等美誉.近年来由于工业的发展，大量的废水排入境内河流章江、贡江以及赣江水体中，对水体环境产生一定的污染.利用Hakanson的潜在生态危害指数法可反映出河流底质中重金属的含量、多种重金属元素的协同作用、重金属的毒性水平以及生态对重金属的敏感性[1-2]，适合于大区域不同源沉积物之间进行评价比较，而沉积物中重金属的毒性及迁移转化规律不仅与其总量有关，更大程度上是由其形态分布所决定的[3-5].

目前研究较多的是先对沉积物重金属进行形态研究，后利用总量对其进行生态效应评价，这种过程就忽略了形态分布在生态效应评价中的影响.文中结合2011年全国重点区域地表水重金属专项监测项目，对确定的赣州市六个监测点底质重金属进行监测，评价其潜在危害性，后进行形态分析，并利用陈静生等[6-7]提出的次生相与原生相比值法对其评价结果作出比较，所得结果可为及时发现地表水重金属污染状况和潜在风险提供数据支持和技术支撑，也为赣州市水环境保护和管理提供一定的指导与借鉴作用.

1 监测与研究方法

1.1 样品采集与制备

依据2011年全国重点区域地表水重金属专项监测所确定的六个监测点（新庙前、大余新城、东山桥、茶滩、博罗、市自来水厂）进行布点，采用抓斗式采样器采集1～2 kg底质样品，剔除砾石、贝壳、动植物残体等杂物，装入塑料袋中带回实验室保存.自然风干后用研钵研磨至样品过0.15 mm筛，装入棕色广口瓶中备测.

1.2 分析测定

采用火焰原子吸收法测定底质样品中的铜、锌、总铬、镍（上海安捷仪器公司，4510型原子吸收分光光度计）；利用氢化物发生-原子荧光光度法测定样品中的砷和汞（北京科创海光仪器有限公司，AFS-230E型原子荧光光度计）.方法来源均为国家标准或《水和废水监测分析方法》（第四版增补版）里面的方法.

实验所用试剂均为优级纯或分析纯.

1.3 Hakanson潜在生态风险评价

文中采用Hakanson[8]的重金属潜在生态风险评价法评价底质中重金属的潜在危害性，其计算方法为：

表1 重金属参照值()与毒性响应系数()

表1 重金属参照值()与毒性响应系数()

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表2 潜在生态风险评价指标与分级关系

1.4 重金属形态分析

采用Tessier[11]等提出的五步提取法提取沉积物中6种重金属的形态，即可交换离子态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态，可交换离子态重金属被吸附在腐殖质、粘土表层，易迁移转化和被植物吸收；碳酸盐态重金属被吸附在碳酸盐表面或以共沉淀形式存在，当pH值下降易重新释放入环境中[12]；铁锰氧化物结合态重金属以矿物外囊物和细分散颗粒存在，在铁锰氧化物表面被吸附和共沉淀，pH、Eh较高时有利于该形态的形成；有机结合态重金属主要以有机态或有机络合态存在，与土壤结合力较强；残渣态重金属存在于硅酸盐矿物晶格中，正常条件下不易释放.

陈静生等[6-7]把颗粒物中的原生矿物称为原生相，把原生矿物的风化产物（可交换离子、碳酸盐与铁锰氧化物等）和外来的次生物质（如有机质等）统称为次生相，并提出用存在于次生相中重金属的含量与存在于原生相中重金属的含量的比值来评价沉积物中重金属的来源和污染水平.计算公式为：RSP=Msec/Mprim，式中RSP表示污染程度，Msec表示次生相中重金属的含量，Mprim表示原生相中重金属的含量，RSP＜1为无污染，1≤RSD＜2为轻度污染，2≤RSD＜3为中度污染，RSD≥3为重度污染.

2 结果与讨论

2.1 表层沉积物中重金属的含量

底质样品中Cu、Zn、Cr、Ni、As、Hg等6种重金属的含量见表3，范围分别为24～262，92.5～423，58～119，18～108，12.4～290，0.044～0.401 mg/kg，平均值分别为123.8、221.4、75.8、35.5、110.1、0.156 mg/kg，其中大余新城的Hg含量最高，是最低点位新庙前的9.11倍，是赣州市表土背景值的6.68倍，茶滩的Cu、As含量最高，分别是最低点位新庙前、东山桥的10.9、23.4倍，市自来水厂Zn、Cr、Ni含量最高，分别是最低点位新庙前、茶滩、博罗的4.57、2.05、6.00倍.

表3 表层沉积物中重金属的含量/（mg·kg-1）

2.2 潜在生态危害指数评价

赣州市重点区域河流底质重金属的潜在生态风险评价结果见表4.6种重金属的潜在生态风险因子（从大到小依次为As＞Hg＞Cu＞Ni＞Cr＞Zn，As、Hg为强危害程度，Cu为中等危害程度，Ni、Cr、Zn为轻微危害程度；As在茶滩点位为极强危害程度，在市自来水厂为很强危害程度，在大余新城为强危害程度；Hg在大余新城和市自来水厂为很强危害程度，在东山桥和茶滩为中等危害程度；Cu在茶滩点位为强危害程度，在大余新城和市自来水厂为中等危害程度；Ni在市自来水厂为中等危害程度；其余为轻微危害程度.值得注意的是，6个点位中新庙前和博罗点位Hg监测含量分别为0.044 mg/kg和0.047 mg/kg，都低于赣州市表土环境背景值（0.06 mg/kg），但因Hg的毒性响应系数最大且大余新城和是自来水厂点位Hg含量高，故Hg成为强危害程度元素.

以多种重金属潜在生态危害指数（RI）来看，市自来水厂、茶滩、大余新城点位的RI处于300≤RI＜600之间，处于强生态危害程度，新庙前、东山桥、博罗三点位处于轻微危害程度.6个点位平均生态危害程度为中等.

综上所述，赣州市河流底泥受到一定程度的As、Hg污染，其中As的污染最为严重，在茶滩点位甚至到了极强危害程度；市自来水厂潜在生态危害指数为强危害程度，因其特殊功能更需引起相关部门的重视.

表4 重金属的潜在生态危害系数（）和危害指数（RI）

表4 重金属的潜在生态危害系数（）和危害指数（RI）

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2.3 重金属形态分析

Tessier连续提取法测得底质中6种重金属Cu、Zn、Cr、Ni、As、Hg各形态分布特征见图1.重金属在各监测点位因元素不同而呈现出明显的差异，由图1可知，新庙前和东山桥具有较为相似的重金属形态分布特征，Cu在新庙前和东山桥点位主要以残渣态为主（分别为57.48%和72.86%），大余新城Cu有机结合态（37.33%）、茶滩和市自来水厂Cu铁锰氧化物结合态（33.52%、30.81%）也占有一定的比例；Zn在次生相中主要以碳酸盐结合态为主（10.53%～35.66%），Cr主要以残渣态为主，其次为可交换离子态（14.58%～18.98%），Ni在次生相中以铁锰氧化物结合态为主，市自来水厂Ni有机结合态也占有一定比例（33.43%）.

As在大余新城、茶滩和市自来水厂三点位各形态含量都较多，与其受污染程度有关，可交换离子态与碳酸盐结合态之和占28.69%～47.94%，易释放入水中从而对水体产生二次污染.大余新城Hg主要以有机结合态为主（42.62%），市自来水厂Hg主要以铁锰氧化物结合态为主（45.17%），在一定的环境状况下都将对水体产生严重的污染.

图16 个监测点重金属元素不同形态分布特征

2.4 次生相与原生相比值法评价结果

各监测点位6种重金属在两相中的分布比值（RSP）如图2，大余新城Cu（RSP=7.26）、As（RSP=9.10）、Hg（RSP=7.93），茶滩Cu（RSP=6.61）、As（RSP=15.84），博罗Cu（RSP=5.84），市自来水厂Cu（RSP=6.65）、Zn（RSP=3.62），Ni（RSP=5.85）、As（RSP=8.08）、Hg（RSP=3.33）均大于3，属重度污染；大余新城Zn（RSP=2.04）、茶滩Zn（RSP=2.46）为中度污染；博罗Zn（RSP=1.52）、市自来水厂Cr（RSP=1.19）为轻微污染；新庙前点位各重金属元素RSP均小于1，为无污染.

图2 次生相与原生相分布比值法对6种重金属的评价结果

结果可知，次生相与原生相比值法（RSP）评价结果与潜在生态风险评价法评价结果有一定的差异，主要是评价方法及评价指标体系的不同造成的.因此，在生态风险评价过程中，两种方法都应加以考虑.

3 结论

（1）赣州市河流底质受到一定程度的重金属污染，潜在生态风险因子（）从大到小依次为As＞Hg＞Cu＞Ni＞Cr＞Zn，其中As、Hg为强危害程度，平时环保工作中需特别注意.市自来水厂、茶滩、大余新城点位重金属处于强生态危害程度，新庙前、东山桥、博罗三点位处于轻微危害程度，6个点位平均生态危害程度为中等.

（2）As在大余新城、茶滩和市自来水厂3点位各形态含量都较多，大余新城Hg主要以有机结合态为主，市自来水厂Hg主要以铁锰氧化物结合态为主，Cu在新庙前和东山桥点位主要以残渣态为主，Zn在次生相中主要以碳酸盐结合态为主，Cr主要以残渣态为主，Ni在次生相中以铁锰氧化物结合态为主，在以后的环境治理中可根据各自形态提出不同的方法进行治理.

（3）应综合考虑潜在生态风险评价法和次生相与原生相比值法（RSP）在生态风险评价中的作用，同时增加对两种方法评价指标体系的研究，为未来评价工作常态化、程序化打好基础.

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Potential ecological risk assessment and configuration analysis of heavy metals in the surface sediments from rivers in Ganzhou

CHAI Min-ping1,WU Wei-ming1,LI Jin-hui1,DENG Xiu-long2,LU Lin2

(1.School of Metallurgy and Chemical Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China;2.Ganzhou Environmental Monitoring Station,Ganzhou 341000,China)

This paper makes a potential ecological risk assessment and form analysis of 6 heavy metals in sediment of Ganzhou rivers.The results show that Hg and As have reached a strongly harmful degree,and Cu medium,Ni,Cr and Zn a slight degree.The heavy metals in Ganzhou city water plants,Tea beach,and Dayu Newtown all show a strong bad effect on ecology and the effect in Xin Miao Qian,Dong Shan Bridge,Bo Luo is slight.As exists in Municipal waterworks,Tea beach,Dayu Newtown in each form content.Hg mainly exists in the form of organic combination in Dayu Newtown,while iron and Mn oxide combination in Municipal waterworks.Under certain environmental conditions,the heavy metals are all easy to leach to bring secondary pollution,especially As should be paid more attention.Results also reveal that some differences exist between the method of potential ecological risk assessment and the ratio method of secondary phrase to primary phrase.

Ganzhou;sediment;heavy metals;potential ecological risk assessment;form distribution characteristics

X820.4

A

2012-03-07

江西省教育厅科技资助项目（GJJ10157）

柴敏平（1987-），男，硕士研究生，主要从事环境监测与评价等方面的研究，E-mail：chaiminping@163.com.

2095-3046（2012）03-0001-05