松花江表层沉积物有毒重金属污染评价

张颖等

摘要：为反映中俄界河黑龙江第一大支流松花江的重金属污染状况，采用潜在生态风险指数及主成分分析对松花江全江段表层沉积物Hg，Pb，Cd，Cr和As 5种有毒重金属的污染特征、来源解析及潜在生态风险危害进行深入探讨.研究表明：松花江表层沉积物中，重金属含量平均值由大到小顺序为wCr>wPb>wAs> wCd>wHg；变异系数CV表明Hg和As的空间分布离散性较大，而Cd和Pb则相对较均匀；采用主成分分析法（PCA）对重金属污染物的来源进行了推断；Hg和Cd的单一重金属潜在生态风险因子Eri值较高，RI指数表明整体上松花江重金属污染处于低度风险水平，只有1#，2#

，7#和10# 4个断面处于中度风险水平.

关键词：有毒重金属；Pearson相关系数；主成分分析；潜在生态风险指数；松花江

中图分类号：P595 文献标识码：A

Abstract：This paper discussed the pollution characteristics and their sources of Hg， Cd， Cr， As and Pb in the bottom sediments of Songhua River in the Hakanson's Potential Ecological Risk Index Method （RI） and Principal Component Analysis （PCA） to reveal the metal pollution status of the whole Songhua River， which is the biggest tributary of the Heilongjiang River at the ChinaRussian border. The results showed that： the concentration order from high to low by average was wCr>wPb>wAs>wCd>wHg； the coefficient of variation （CV） revealed that the spatial distribution of Hg and As was discrete and Cd and Pb were homogeneous. In the method of PCA， the main sources of heavy metal pollutants were inferred. The Eri of Hg and Cd was higher，and the RI analysis uncovered that the potential ecological risk declined compared with the past， and just the 4 sections of 1#，2#， 7# and 10# were in moderate level only.

Key words：toxic heavy metal； Pearson correlation coefficient； principal component analysis （PCA）； potential ecological risk index； Songhua River

重金属为非降解性污染物，由于其持久性和高毒性而对水生态系统造成严重的环境危害[1-2]，已有研究表明，在受重金属污染的水体中，沉积物重金属含量可达水体的数百倍至数十万倍[3]；毒理学研究进一步表明，进入环境中的重金属，尤其是 Cd，Pb，Hg 和 As 等会通过食物链进入人体，产生生殖毒性、免疫毒性、神经毒性和内分泌干扰作用等严重危害[4].近10年来，河流[4-6]、湖泊[3，7-8]、海洋沉积物[9-10]重金属污染生态环境评价受到国内外学者的广泛关注，评价方法集中为以下3种：1）富集系数法（Sediment Enrichment Factors），该法以大量元素Fe或Al在地壳中不易受人类活动干扰为基础，采用沉积重金属元素与大量元素Fe或Al的标准化比值来判断其富集程度[11-12]；2）一致性沉积物质量基准[9，13]（ConsensusBased Sediment Quality Guidelines，CBSQGs），它通过筛选几种具有相似评价目标的单个沉积物质量基准（SQGs），取其几何平均值来获得相应致污物的效应浓度，对于每一种致污物，CBSQGs 包括两个阈值，即阈值效应浓度（Threshold Effect Concentration， TEC） 与可能效应浓度（Probable Effect Concentration，PEC），前者表示低于该阈值时，有害生物效应发生的可能性较小，而后者则表示高于PEC时，有害生物效应发生的可能性较大；3）潜在生态风险指数，瑞典科学家 Hakanson 1980年提出的潜在生态风险指数法综合考虑了重金属的毒性在沉积物中普遍的迁移转化规律、评价区域对重金属污染的敏感性以及重金属区域背景值的差异，可以综合反映沉积物中重金属的潜在生态影响，是国内外沉积物质量评价应用最为广泛的方法之一[14].

松花江是我国七大江河水系之一，是中俄界河黑龙江的最重要的支流，对黑龙江的水质影响很大，历史上曾出现过重金属严重污染的现象.国家“六五”、“七五”和“八五”期间，黑龙江省环科院、中科院长春地理所等科研院所曾对松花江进行过流域元素背景值调查，对汞的污染状况进行了较全面的研究，制定了我国甲基汞的水环境质量标准[15]；“十五”和“十一五”期间，吉林和黑龙江两省严格落实松花江流域水污染防治规划，沿江重金属工业污染源得到有效治理，期间国内学者对松花江部分江段重金属污染进行了探讨[16-17]，但对全江系统研究较少.近年来，随着松花江流域新一轮经济的快速发展，特别是国家振兴东北老工业基地和确保粮食安全战略计划地提出，经济快速发展和高强度人类活动引起的水、大气污染等可将重金属元素通过降雨、地表径流进入松花江水体，并且沿江人类活动加大对江水的扰动，部分江段沉积物中的重金属重新释放，可能成为水体的二次污染源.因此，进行松花江全江段重金属污染研究十分必要.