图们江中游表层沉积物的重金属污染特征与生态风险评价

姚艳红

(延边大学分析测试中心,吉林 延吉 133002)

人类生产、生活中产生的重金属废弃物排入水体时，其绝大部分易于由水相通过悬浮物沉降进入沉积物而造成对沉积物的污染，进而对底栖生物构成威胁，通过食物链影响人类健康[1]；因此，研究重金属元素在沉积物中的含量、分布、变化形式及迁移规律具有重要意义.文献[2-6]研究了河流沉积物中重金属的背景值、沿程分布规律和赋存形态，确定了重金属的生物毒性及其可能的污染源，并预测了生态风险.本文在对图们江中游表层沉积物中磷[7]和几种重金属赋存形态研究[8]的基础上，利用地积累指数法和潜在生态风险指数法对图们江中游表层沉积物中重金属进行评价，为图们江流域的环境保护提供参考.

1 实验部分

1.1 样品采集与处理

根据《地表水和污水监测技术规范》(HJ/T91-2002)，在图们江中游选择茂山铁矿汇口(T1)、茂山铁矿下游(T2)、开山屯上游(T3)、开山屯下游(T4)、白龙(T5)、日光(T6)、图们公园(T7)、图们下游(T8)8个点采集样品,采样点地理位置见文献[7-8].采集0～5 cm表层沉积物样品及平行样品，自然风干后用玛瑙研钵研磨，过60目尼龙筛，然后用四分法取样，在干燥器内保存备用.

1.2 样品分析

沉积物样品中重金属总量采用王水-氢氟酸-高氯酸微波消解，用7500电感耦合等离子质谱仪(美国安捷伦公司)测定.

1.3 质量控制

实验数据的可靠性通过加标和平行样控制.全程空白控制：总量各步提取过程中，同时做分析空白，以检查控制样品在处理测试过程中可能带来的污染；精密度控制：用平行样控制样品测试的精密度，每个样品平行测定3次；准确度控制：用中国土壤标准控制样品GBW07437确保分析质量.

1.4 生态风险评价方法

1)地积累指数(Igeo)法[9]的计算公式为

Igeo=log2[Ci/(k×Bi)]，

(1)

式中:Ci为元素在沉积物中的测定值;Bi为沉积物中该元素的地球化学背景值,本研究以延边地区土壤重金属含量值[10]为背景值;k是考虑不同地区岩石差异可能会引起背景值变动而取的系数，一般情况下k=1.5.

2)潜在生态风险指数法的计算公式[11]为：

(2)

(3)

(4)

2 结果与分析

2.1 图们江中游表层沉积物中重金属的含量分布特征

图们江中游表层沉积物中重金属的含量见表1.由表1可以看出：图们江中游表层沉积物中重金属平均浓度的高低顺序为As、Pb、Zn、Cu、Ni、Cr、Co、Cd，除Cu和Ni的变异系数较小外，其他元素的变异系数较大，说明这些元素都是点污染.8个采样点中，T6、T5、T7 3处采样点的污染较为严重.8种重金属中，As的平均浓度为182.35 mg/kg，高于其他7种重金属的浓度,可能源于农药、茂山铁矿和开山屯化学纤维浆厂排放的废水；Cd的平均浓度为0.76 mg/kg，是使用农药和化肥的标识[12].Pb的平均浓度为176.85 mg/kg，可能源于机动车尾气的排放和茂山铁矿排放的废水； Cu和Ni的平均浓度分别为66.62 mg/kg和63.08 mg/kg,可能源于茂山铁矿和开山屯化学纤维浆厂排放的废水.

表1 沉积物中各重金属的含量

2.2 图们江中游表层沉积物中重金属的相关性与来源分析

利用SAS(Statistics Analysis System)软件得到重金属含量的相关系数矩阵，见表2.在同一条河流内，由于不同重金属的含量不同，其相关分析可以揭示不同重金属之间的来源关系，若金属元素之间存在相关关系，说明它们可能有相似的来源[13].由表2的相关系数矩阵可以看出：As与Cr、Cu和Zn、Cr与Cu和Zn、Cu与Pb和Zn高度相关(相关系数r≥0.8)，这表明As、Cr、Cu、Zn这4种元素的来源相同； As与Pb、Cd与Cu和Zn、Cr与Co和Pb、Zn与Pb中度相关(相关系数0.5≤r≤0.8)，这表明As、Pb、Cr、Co的来源可能相同； As与Cd和Co、Cd与Cr、Co与Ni低度相关，这表明As、Cd、Ni这些元素的来源不同.

表2 沉积物中各重金属含量的相关系数矩阵

2.3 沉积物中各重金属的污染状况与风险评价

2.3.1地积累指数(Igeo)法 以延边土壤环境重金属的背景值作为参比值，按照(1)式计算8种重金属的地积累指数，见表3.从表3可以看出:在8个采样点中，As、Cd、Cu和Pb的污染较重.按地积累指数与污染程度分级[14]，Pb和Cd的地积累指数范围为2≤Igeo<3，属于中度污染；As、Cu和Ni的地积累指数范围为1≤Igeo<2，属于偏中度污染；Co和Zn的地积累指数范围为0≤Igeo<1，属于轻度污染；Cr的地积累指数为Igeo<0，属于无污染；污染程度由高到低的顺序为：Pb、Cd、Cu、As、Ni、Co、Zn、Cr.

表3 沉积物中各重金属的地积累指数

表4 沉积物中各重金属的生态风险系数和潜在生态风险指数(RI)

3 结论

本文探讨了图们江中游表层沉积物中8种重金属的污染特征，评价了其生态风险，给出了沉积物中各重金属平均浓度由高到低的次序.8个采样点中，有3处采样点为污染严重.地积累指数和生态风险系数综合评价结果表明，有7处采样点处于强生态风险.本结果可为图们江流域的环境保护提供数据支持.不同季节图们江中游和图们江全流域的表层沉积物的重金属特征正在进一步研究中.

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