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沂河表层底泥重金属污染及其风险性评价

2016-05-13卓丽玲杜凡尹玉亭崔志明

枣庄学院学报 2016年2期
关键词:沂河重金属

卓丽玲,杜凡,尹玉亭,崔志明

(枣庄学院生命科学学院,山东枣庄 277160)



沂河表层底泥重金属污染及其风险性评价

卓丽玲,杜凡,尹玉亭,崔志明

(枣庄学院生命科学学院,山东枣庄277160)

[摘要]为了解临沂沂河干流小埠东橡胶坝至汤头段滨河大道开发造成的重金属污染状况,用火焰法原子吸收分光光度法对河道内表层底泥的重金属含量进行了研究,并采用地积累指数(I(geo))和潜在风险指数(RI)两种指标相结合的方法对其进行安全风险评价.结果表明,汤头至小埠东段河道内重金属污染以Cd为主,阳光沙滩呈极强污染,北外环桥和汤头呈强度污染,解放路桥、鸿福寺和新河村呈中~强度污染;单一元素潜在生态风险因子)评价阳光沙滩为极强生态污染,其他各点为很强生态污染;其次是Pb,在阳光沙滩呈极强污染,解放路桥、北外环桥、新河村和汤头为中度污染,鸿福寺为轻~中度污染. 评价在阳光沙滩处为强生态污染,其余各点轻微生态污染.依据潜在生态风险指数RI将河道分成三个风险功能区:解放路桥、鸿福寺、新河村为中等污染区,北外环桥、汤头为重污染区,阳光沙滩为极重污染区.

[关键词]重金属;生态风险评价;沂河

0引言

重金属是一类很难消除的累积性污染物,通过城市生活污水、农业灌溉、农药和化肥施用、工业“三废”排放以及大气沉降等途径进入生态系统,导致环境质量恶化[1],并可通过食物链逐级传递富集,对人体和其他生物的潜在威胁极大[2].20 世纪50年代,日本出现了由汞引起的“水俣病”和由镉污染引起的“骨痛病”后,重金属污染的环境问题引起公众和各级地方政府的关注[3].水体环境中的重金属被赋存于近岸沉积体系统,其浓度比水中的元素浓度高几个数量级,其危害比常规污染物更为严重,当水体环境条件发生变化时,沉积物中的重金属向上覆水体重新释放,造成对水体的二次污染,可以把底泥作为水环境中重金属污染程度的“指示剂”[4,5].如唐文清[6]对湘江(衡阳段)底泥重金属污染特征及生态风险动态评价.

沂河是淮河流域泗沂沭水系中的较大河流,是临沂的母亲河,位于山东省南部与江苏省北部,为古淮河支流泗水的支流.全长500余公里,流域面积1.16万平方公里.为了充分发挥沂河防洪、灌溉等作用,临沂当地政府先后在沂河干支流修建了小埠东、桃园、角沂等4座橡胶坝.人工蓄水工程可能对重金属具有较强的富集能力,特别是城市河流蓄水工程由于大量接纳工业废水和生活污水,重金属的富集现象将会更加明显,对小埠东橡胶坝前50 m处表层沉积物重金属的研究发现As、Cr、Cu和Pb具有轻微的生态危害;Cd具有很强的生态危害;Hg具有极强的生态危害[7].加之河道两边滨河大道景观的修建及开放,使河道的天然属性发生了改变.因此,本论文就小埠东上游,沿滨河大道至汤头段进行重金属检测,并用地积累指数(Igeo)和潜在风险指数(RI)对其进行生态安全风险评价,对城市化进程的稳步发展和城郊生态环境的可持续发展具有重要意义.

1实验

1.1主要仪器与试剂

SB-316-4电热板(湖南长沙市华光电炉厂)、AR1140型电子分析天平(美国Ohaus公司)、Z-2000型原子吸收分光光度计(日本株式会社日立高新技术那珂事所)、硝酸、高氯酸、氢氟酸等均为分析纯.

1.2实验方法

1.2.1样品的采集及处理

2014年4月份在在沂河干流小埠东橡胶坝至汤头段河道内选取解放路桥底、阳光沙滩,北外环桥底,鸿福寺,新河村,汤头等处采集浅层底泥,装入聚乙烯袋中密封,送实验室冷藏保存,去除底泥中石粒、杂草等杂质,放烘箱中烘干,磨碎,过100目筛.称取1g样品,用硝酸、高氯酸、和氢氟酸混合消解至澄清,定容,备测.

1.2.2重金属检测

采用火焰法原子吸收分光光度法检测重金属Pb、Cd、Cu、Cr、Ni、Mn的含量,并换算成以mg/kg为单位的数据.

1.3安全评价

沂河重金属的污染情况采用地积累指数(Igeo)和潜在生态风险指数(RI)相结合的方法进行安全风险评价.

1.3.1地累积指数:

计算公式如下:

Igeo=Log2[Cn/(K×Bn)]

式中Cn———元素n在沉积物中的含量,单位:mg·Kg-1

Bn———元素n在沉积物中的地球化学背景值,单位:mg·Kg-1

K———考虑当地岩石差异可能引起的背景值的变动而取的系数(一般取值为1.5)

地积累指数(Igeo)共分7级,即0~6级[8,9],地积累指数法与污染程度分级见表1

表1 地积累指数与污染程度分级

1.3.2潜在生态风险指数

计算公式如下:

Eir= Tir×Cif

表2 潜在生态风险评价指标与分级关系

2结果

2.1沂河底泥中重金属的含量及地累积指数

沂河不同采样点重金属含量见表3,与环境背景值对比看,Cd、Pb、Cu和Ni均高于背景值,Zn均低于背景值,Cr除在解放路桥底外,其余各点都高于环境背景值,Mn的含量除汤头外,其余各点均低于环境背景值.该河段污染物以Cd为主,其次是Pb,在阳光沙滩处高出环境背景值分别为30倍和23倍.

地积累指数和污染程度分级情况见表4,Cu的风险级别在阳光沙滩处为3,中~强度污染,在汤头处风险级别是2,污染程度为中度,在其他各点风险级别均是1,表现轻~中度污染;Ni在解放路桥、鸿福寺无污染,风险级别为0,其余各点风险级别均是1,轻~中度污染;毒性较大的重金属Pb、Cd和Cr的污染等级分别是:Pb阳光沙滩呈极强污染,解放路桥、北外环桥、新河村和汤头为中度污染,鸿福寺为轻~中度污染;Cd在阳光沙滩呈极强污染,北外环桥和汤头呈强度污染,解放路桥、鸿福寺和新河村呈中~强度污染;Cr在阳光沙滩和汤头处呈轻~中度污染,其余各点无污染.Zn和Mn在各采样点均无污染,风险级别均是0.

表3 沂河不同采样点底泥中重金属含量 单位:mg·Kg-1

表4沂河底泥中重金属的地积累指数及分级

2.2沂河底泥中重金属的潜在风险指数

表5沂河底泥重金属潜在生态风险指数及分级

3结论

通过对沂河汤头至小埠东段河道内底泥重金属的检测及地积累指数(Igeo)和潜在生态风险指数(RI)相结合的安全评价分析研究,初步得到以下认识:河道内重金属污染程度依次为阳光沙滩>汤头>北外环桥>新河村>鸿福寺>解放路桥,阳光沙滩为极重污染,汤头和北外环桥为重污染,解放路桥、鸿福寺、新河村处为中等污染;该河段重金属污染风险因子Cd的远高于其他元素,是构成潜在的生态危害的主要因素,在今后的区域生态环境的治理与恢复工程中,应特别关注Cd对生态环境的影响.

参考文献

[1]崔元俊,李肖鹏,董建,等.山东烟台金矿区及城镇周边土壤重金属化学形态分布及转化[J].物探与化探,2013, 37(6):1100-1106.

[2]秦延文,郑丙辉,李小宝,等.渤海湾海岸带开发对近岸沉积物重金属的影响[J].环境科学,2012,3(7):2359 -2367.

[3]孙铁珩,周启星,李培军.污染生态学[M].北京:科学出版社,2001: 282- 283.

[4]杨丽原,沈吉,张祖陆,等.南四湖表层底泥重金属污染及其风险性评价[J].湖泊科学,2003,15(3):252-256.

[5]孙启耀,宋建国,高彦博,等.烟台近岸典型生态区沉积物重金属形态分布及其污染状况[J].海洋科学,2011,35(9):30-35.

[6]唐文清,曾荣英,冯泳兰,等. 湘江(衡阳段)底泥重金属污染特征及生态风险动态评价[J]. 衡阳师范学院学报, 2015,(3):56-61.

[7]李宝,孙春意,张智慧,等. 小埠东橡胶坝对沂河临沂城区蓄水段沉积物重金属分布的影响[J].水土保持学报,2014,28(4):243-247.

[8]郁亚娟,黄宏,王晓栋,等.淮河沉积物重金属的测定和污染评价[J]. 环境科学研究,2003,16(6):26-28.

[9]许金生,冯永兰,袁亚莉,等.大源渡库区表层沉积物重金属污染状况[J].环境化学,2002,21(1):100-102.

[10]孙海,张亚玉,孙长伟,等. 林下参土壤中重金属形态分布及生态风险评估[J].农业环境科学学报,2014,3(5):928-934.

[11]Shun-hong HUANG. Fractional distribution and risk assessment of heavy metal contaminated soil in vicinity of a lead/zinc mine [J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2014,(24):3324-3331.

[责任编辑:闫昕]

Distribution and Ecological Risk Assessment for Heavy Metals in Superficial Sediments of Yihe River

ZHUO Li-ling*, DU Fan, YIN Yu-ting, CUI Zhi-ming

(College of Life Sciences, Zaozhuang University, Zaozhuang 277160, China)

Abstract:To explore the trend of the changes in heavy metal pollution caused by the development of riverside in Yihe rever. The determination of the heavy metal distribution of the superficial sediments was carried out by flame Atomic absorption spectrophotometry. The potential ecological risk index (RI) and geological acumination index (I(geo)), as the quantitative diagnostic tools, were used to evaluate the pollution degree of various heavy metals in the sediments. The results show the cadmium (Cd) pollution in the Tangtou to Xiao bu dong was the primary, and the sun beach was the strongest pollution, the north loop’s bridge and tangtou was strong pollution, the liberation road’s bridge and hongfu monastery and xinhe village were middle to strong pollution; the sun beach was the strongest ecological pollution by evaluation, other points was strong ecological pollution. Secondly, plumbum (Pb), in sun beach was the strongest pollution, and in liberation road’s bridge, north loop’s bridge, xinhe village and tang tou were moderate pollution, in hongfu monastery was middle to strong pollution; the sun beach was strong ecological pollution, and other points was minor ecological pollution. The results showed the distribution of pollutants in the sediments could be divided into three sections with different ecological risk characteristics: the medium pollution area in liberation road’s bridge, hongfu monastery and xinhe village; the heavy pollution area in north loop’s bridge and tangtou; the heavier pollution area in sun beach.

Key words:heavy metal; ecological risk assessment; yihe rever

[中图分类号]X552

[文献标识码]A

[文章编号]1004-7077(2016)02-0082-05

[作者简介]卓丽玲(1976-),女,山东聊城人,枣庄学院生命科学学院副教授,博士,主要从事毒理学研究.

[基金项目]枣庄学院国家级基金预研究项目(项目编号:2014YY09);国家大学生创新创业训练计划项目(项目编号:31190901).

[收稿日期]2016-01-18

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