重庆主城区段长江沉积物中重金属污染的生态风险

张兴英 翟勤

摘要：以重庆主城区段长江寸滩和望龙门断面沉积物中重金属为研究对象，以潜在生态风险指数法为研究手段，对１９９６－２０１０年重金属污染程度进行了评价。结果表明，沉积物中各种重金属均有一定程度的富集，重金属浓度（除Ｐｂ外）年际间差异显著；１５年平均生态风险为中等，首要污染元素为Ｃｄ和Ｈｇ，应考虑对其进行优先控制；１５年间两断面生态风险趋势为先上升后下降，峰值出现在２００５年，该年为极强生态风险。“十一五”期间生态风险显著降低的原因有总量减排等环境政策的实施，上游地区污水处理厂、垃圾填埋场等环保设施的建设与投用，此外，三峡水库蓄水引起水力条件改变，沉积物中的重金属可能向上覆水再释放，致使沉积物中的重金属浓度降低。

关键词：沉积物；重金属；生态风险；重庆

中图分类号：Ｘ８２０．６文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）15－3219-03

Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｉｓｋ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｆｒｏｍ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ

（Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｄｏｗｎｔｏｗｎ Ｓｅｃｔｉｏｎ）

ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎｇ－ｙｉｎｇ，ＺＨＡＩ Ｑｉｎ

（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉａｎｇｐｉｎｇ Ｃｏｕｎｔｙ ｉｎ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０５２００， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ（ＲＩ） ｗａｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｉｎ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ｄｏｗｎｔｏｗｎ ｓｅｃｔｉｏｎ． According to ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄａｔａ ｉｎ ｌａｓｔ ｆｉｆｔｅｅｎ ｙｅａｒｓ ｆｒｏｍ ｔｗｏ ｎａｔｉｏｎａｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎｓ， ａｌｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ had been ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ to some extent． Ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｅｘｃｅｐｔ ｆｏｒ Ｐｂ． ＲＩ ｏｆ ｔｈｅ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ｄｏｗｎｔｏｗｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ａｓ ｍｏｄｅｒａｔｅ， to which Ｃｄ ａｎｄ Ｈｇ Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｄ ｔｈｅ ｍｏｓｔ， ｂｅｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｉｏｒｉｔｙ ｔｏ be mitigated． Ｔｈｅ ｐｅａｋ ｏｆ ＲＩ appeared ｉｎ ２００５， ｂｅｉｎｇ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ａｓ ｈｉｇｈ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ． ＲＩ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｓｈａｒｐｌｙ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ， which ｗｏｕｌｄ ｂｅ ａｔｔｒｉｂｕｔｅd ｔｏ ｔｈｅ ＷＷＴＰ， ＭＳＷ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｎｅｗ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｌｉｃｙ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｗａｔｅｒ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｉｍｐｏｕｎｄｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｉｖｅｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔ； ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ； ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ； Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ

水体沉积物是污染物重要的汇，由于吸附和沉降作用等因素，各种污染物常在沉积物中富集。同时，由于上覆水污染物浓度、水力条件或氧化还原电位的变化，沉积物中的污染物均可能再释放到水体中，因此，水体沉积物也是潜在的污染源。如陈永川等［１］的研究表明，滇池沉积物中的可溶性磷的释放是滇池蓝藻大量发生的重要因素。此外，水体沉积物中的污染物还通过底栖生物进入食物链，从而影响到整个生物圈。沉积物中的重金属因具有毒性强、可进行化学反应、能在生物体中富集等特点而备受关注。近年来，众多学者对水体沉积物中重金属污染评价的研究报告频频出现于各种学术刊物中，其中又以瑞典科学家Ｈａｋａｎｓｏｎ［２］提出的潜在生态风险指数法（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ）使用最为频繁。

重庆成为中国的直辖市以来，长江经历了三峡建坝、高水位蓄水等一系列的变化，水力学和水化学条件都有巨大的改变。重庆市的污染物排放特征也随着经济发展水平和环境政策的实施改变而呈现出一定的差异。两者对沉积物中的重金属浓度均有显著影响，而以前的研究往往忽视了这两个因素。如付川等［３］对长江万州段沉积物的评价以及吴迪等［４］对乌江流域的评价结果均显示有中等生态风险，佟洪金等［５］对嘉陵江阆中断面支流的评价为微弱生态风险。

该研究基于Ｈａｋａｎｓｏｎ［２］提出的潜在生态风险指数法对位于重庆主城区段长江的寸滩和望龙门两个断面１９９６－２０１０年的重金属污染情况进行评价，选取的重金属主要包括砷（Ａｓ）、汞（Ｈｇ）、铜（Ｃｕ）、铅（Ｐｂ）、锌（Ｚｎ）、镉（Ｃｄ）６种。

１材料与方法

１．１取样点位置

重庆市环境监测中心常年对长江两个国控断面寸滩和望龙门断面进行水质监测和沉积物监测，其中每年对沉积物的监测频次不低于两次，分别为枯水期和丰水期。如图１所示，嘉陵江于朝天门汇入长江，望龙门和寸滩断面分别位于朝天门的上游和下游。

１．２评价方法

采用Ｈａｋａｎｓｏｎ［２］提出的潜在生态风险指数法对沉积物中的重金属污染情况进行评价，计算公式为：

ＲＩ＝■E ■■=■T ■■·■

式中：ＲＩ——沉积物中多种重金属潜在生态风险指数；E ■■——第i种重金属的潜在生态危害指数；ｍ——不同重金属的种类；T ■■——第i种重金属的毒性系数，反映生物对其污染的敏感程度，Ｈｇ＝４０，Ｃｄ＝３０，Ａｓ＝１０，Ｐｂ＝Ｃｕ＝５，Ｚｎ＝１；Ｃｉ——沉积物中重金属浓度实测值；C ■■——计算所需的参比值或标准，文中采用的背景值如表１所示。

１．３评价标准

计算中采用的重金属浓度参比值为三峡库区土壤重金属背景值（表１）［６］。生态危害和风险程度划分如表２所示［２］。

２结果与分析

２．１重金属浓度分析结果

沉积物中各种重金属浓度从大到小依次为：Ｚｎ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｈｇ。各种重金属浓度均在一定程度上高于三峡库区土壤中的重金属浓度，统计结果如表３所示。对重金属浓度进行相关性分析得到Ｃｕ与Ｃｄ具有显著的相关性，原因可能是两者均为沉积物较活泼的金属［７］，可能有相同的来源和转化途径，各元素的相关系数如表４所示。

以时间为变量对各重金属进行单因素方差分析。分析结果如表５所示，除Ｐｂ外所有重金属浓度各年度间差异显著，其中以Ｈｇ和Ｃｄ的差异较大，两者浓度均呈先上升后下降的趋势。嘉陵江在朝天门汇入长江，望龙门和寸滩两个断面分居汇水断面的上游和下游，由此对两个断面的浓度进行单因素方差分析，分析嘉陵江的汇入是否造成了沉积物中重金属浓度的显著差异。结果显示，各种重金属浓度的差异均不显著，表明嘉陵江的汇入对沉积物重金属浓度影响较小。

２．２生态风险评价结果

望龙门和寸滩断面沉积物中重金属的潜在生态风险指数（ＲＩ）如表６、表７所示。结果显示，望龙门断面的ＲＩ为７２．３２～８０７．６６，寸滩断面的ＲＩ为８６．７７～８７７．１８。

望龙门和寸滩断面平均为中等生态风险。各种重金属所致生态风险顺序为：Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ，与重金属浓度关联较小，各种重金属对潜在生态风险值的贡献以Ｃｄ、Ｈｇ较大，应该成为沉积物中重金属治理的优先控制污染物。

两个断面各年度生态风险大体呈先上升后下降的趋势，峰值均出现在２００５年，为很强生态危害，主要原因是该年的Ｈｇ浓度异常偏高，２００５年Ｈｇ为极强生态危害，可能是由于该年度的污染事故排放所致。

“十五”期间两个断面的生态危害高于“九五”和“十一五”期间，可能与该阶段重庆经济发展起飞，污染物排放大量增加有关。“十一五”期间的生态风险显著降低可能是因为２００６年起全国范围内实施总量减排等环境政策，上游各地区的污水处理厂、垃圾填埋场等环保设施的建设与投用的结果。此外，三峡工程蓄水以后，水流变缓，长江上游的输入型污染物减少，这可能是“十一五”期间Ｃｄ显著降低的主要原因［８］。另外，三峡水库蓄水以后，上覆水的重金属浓度由于稀释作用而降低，打破了重金属在固液两相间原有的分布平衡，促使沉积物中的重金属向上覆水再释放，从而降低了沉积物中的重金属浓度。

３结论与建议

沉积物中各种重金属浓度大小顺序为：Ｚｎ、 Ｃｕ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｈｇ，各种重金属均有一定程度的富集，各年度重金属浓度（除Ｐｂ外）差异显著，其中以Ｈｇ和Ｃｄ的差异较大，两者浓度均呈先上升后下降的趋势。嘉陵江的汇入未造成两个断面重金属浓度的显著差异。

两断面１５年平均生态风险为中等，各种重金属所致生态风险顺序为：Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ，各种重金属对潜在生态风险值的贡献以Ｃｄ最大，其次是Ｈｇ，由此两者均应被列入沉积物治理中的优先控制污染物名单。两个断面各年度生态风险大体呈先上升后下降的趋势，其中峰值均出现在２００５年，该年为很强生态危害，主要原因是２００５年Ｈｇ浓度异常偏高。

“十一五”期间的生态风险显著降低可能是因为总量减排等一系列环境政策的实施，上游地区的污水处理厂、垃圾填埋场等环保设施的建设与投用，以及三峡工程蓄水后水流变缓，输入型污染物减少，上覆水中重金属浓度由于稀释作用而降低，沉积物中的重金属向上覆水再释放。“十一五”末的生态风险为中等，且呈回升趋势，因此，对于当前的环境政策的实施效果还不能乐观，应继续强化危险性废物处置管理及城市生活垃圾的收集与处置。

致谢：感谢重庆市环境监测中心提供１９９６－２０１０年长江两断面的沉积物重金属浓度数据。

参考文献：

［１］ 陈永川，汤利，谌丽，等． 滇池水体中磷的时空变化特征研究［Ｊ］．农业环境科学学报，２００５，２４（６）：１１４５－１１５１．

［２］ ＨＡＫＡＮＳＯＮ Ｌ． Ａｎ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ ｆｏｒ ａｑｕａｔｉｃ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ－a ｓｅｄｉｍｅｎｔo ｌｏｇｉｃａｌ ａｐｐｒｏａｃｈ［Ｊ］． Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９８０，１４：９７５－１００１．

［３］ 付川，潘杰，牟新利，等．长江（万州段）沉积物中重金属污染生态风险评价［Ｊ］．长江流域资源与环境，２００７，１６（２）：２３６－２４０．

［４］ 吴迪，陈浒，李存雄，等．乌江流域沉积物重金属污染特征及生态危害评价［Ｊ］．土壤通报，２０１０，４１（５）：１１８０－１１８３．

［５］ 佟洪金，任春坪，钱骏，等．成渝经济区主要河流沉积物重金属赋存形态及生态风险评估［Ｊ］．四川环境，２０１１，３０（４）：５０－５５．

［６］ 唐将，钟远平，王力．三峡库区土壤重金属背景值研究［Ｊ］．中国生态农业学报，２００８，１６（４）：８４８－８５２．

［７］ 周谐，郑坚，张晟． 三峡库区重庆段淹没区土壤重金属分布及评价［Ｊ］．中国环境监测，２００６，２２（６）：８６－８８．

［８］ 唐将． 三峡库区镉等重金属元素迁移富集及转化规律［Ｄ］．成都：成都理工大学，２００５．