鄱阳湖五河尾闾沉积物表层重金属分布及潜在生态评价

张力薇，段茂庆

(1.江西水利职业学院，江西南昌 330013；2.南昌工程学院，江西南昌 330099)



鄱阳湖五河尾闾沉积物表层重金属分布及潜在生态评价

张力薇1，段茂庆2

(1.江西水利职业学院，江西南昌 330013；2.南昌工程学院，江西南昌 330099)

为掌握五河尾闾沉积物表层重金属的污染特征，选取6个典型代表性区域沉积物表层样品，并对6种重金属进行了测定分析。结果表明，沉积物中6种重金属Cu、As、Pb、Cr、Cd和Zn的质量分数范围分别为24.62～72.19、5.65～17.57、19.93～42.92、36.41～53.11、0.56～2.14、7.06～15.43 mg/kg；库区沉积物表层重金属存在一定程度污染，除Zn外，其余金属元素均已超过鄱阳湖背景值。地累积指数法和污染指数法分析表明，Cu与Cd是主要污染因子，各元素污染程度：Cu>Pb>Cd>Cr>As>Zn，各重金属元素呈正相关，具有相似迁移过程的规律与污染来源。Hakanson潜在生态风险指数法评价与污染程度评价结果基本一致，Cd达到较重风险水平，其余元素在各断面都处于中度风险水平。

沉积物；重金属；风险评价

鄱阳湖是我国第1大淡水湖，鄱阳湖及赣江、抚河、信江、饶河、修河5大河流组成了鄱阳湖水系，他的一口通长江，是一个过水性吞吐型湖泊。鄱阳湖流域面积为162 225 km2，其中江西境内有157 086 km2，占江西全省面积的94%。为江西省的工业、农业及生活用水提供重要保障。近年来由于鄱阳湖矿山资源的开发利用以及水土流失，加之五河上游城市工业的发展，有害重金属极易通过降雨径流汇入鄱阳湖中。其污染物来源是多方面的，但主要来源于“五河”入湖河道，流域内的生活污水、工业废水大部分未经过处理就直接排入河道而汇集于鄱阳湖。此外，江西省是一个农业大省，20世纪曾大量使用六六六、滴滴涕等有机氯农药，用于农作物的防虫防害以及使用五氯酚钠防治钉螺。相关研究数据表明，鄱阳湖重金属铜、锌、铅、镉检出率较高，水平质量分数超过渔业水质标准，局部地区更是超标严重。据统计，“五河”入湖污染负荷绝大多数占85%以上，是鄱阳湖最大的污染源。而水体沉积物能以各种形态存储99%的水体中的重金属，当外界条件发生变化时，沉积物中的重金属又会重新向水体释放，形成二次污染。沉积物中重金属的质量分数分布作为水体环境评价中的一个重要指标。因此，五河入口沉积物重金属分布及风险预测对保障鄱阳湖流域水质安全及今后开展相关监测研究具有基础意义。

1　材料和方法

1.1采样点设置

2011年5月，采用全球定位系统定位，对鄱阳湖五河入口6个采样断面S1(信江，116.43°E，28.718°N)、S2(赣江西支，116.321°E，28.91°N)、S3(赣江东支，116.038°E，29.306°N)、S4(抚河口，116.298°E，28.749°N)、S5(修河口，116.043°E，29.300°N)、S6(乐安河口，116.023°E，28.893°N)进行采样，如图1所示。

1.2样品处理

每个采样点选取2个断面，断面处用重力式抓斗采泥器采集0～10 cm的沉积物，装入聚乙烯袋，实验室自然风干，手工剔除明显的动植物残片，用4分法获得样品，置于陶瓷研钵中研磨并过100目(0.15 mm)筛后保存备用。称取0.200 0 g烘干样品，经HNO3-HCL体系消解后，采用原子荧光光度计测定Hg、As质量分数；经HNO3-HF-HCLO4体系消解后[5]，采用电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS(Aglient Elan9000)测定样品中的Cu、Zn、Pb、Cr、Cd和As的质量分数。沉积物中重金属含量分析时采用GSS-14配置的标准物质进行加标并回收，Cu、As、Pb、Cr、Cd和Zn的回收率分别为95.8%～103.4%、92.1%～97.8%、94.9%～102.3%、96.1%～102.1%、94.1%～98.5%及92.7%～97.2%。土壤样品消解所用的浓硝酸、高氯酸均为优级纯，浓盐酸为分析纯。

1.3数据分析

图形信息采集用MapInfo Professional 7.0软件因具有强大的空间分析功能而被广泛应用于图形绘制中，笔者采用该软件对研究区域进行数字化处理，相关图件的制作在该软件中完成，spass软件因具有完整的数据分析功能而被广泛应用于各行各业数据分析处理中，本研究中化学数据及生物数据统计、kolmogorov-Smirnov正态分布检验、重金属含量的因子分析及相关性分析采用SPSS19.0(美国)软件处理，在Excel2003中先求出各重金属元素含量的平均值，以平均值加减3倍为标准对数据进行异常性分析，结果表明：所测数据全部为有效数据，无异常值，判定为有效数据后进行相关性分析等后续操作。

2　结果与讨论

2.1分布特征分析

库区表层沉积物重金属质量分数的分析结果如表1所示。由表1可以看出，6个采样点表层沉积物重金属中Cd元素的变异系数较大，其他元素空间变异系数较小。除Cu以外，其他重金属元素平均质量分数都低于或略高于全国平均质量分数，其中As元素的平均质量分数和全国平均值非常接近，而Cr、Cu元素的平均质量分数分别是中国水系沉积物平均值的23.1、2.2倍，尤其是Cr元素的质量分数远超过全国平均值[6-8]。其中，S1断面处Cu、As、Pb、Cd重金属元素质量分数均已超过研究区域的均值和全国的均值，这与此处人口与交通密集有关。

表1　五河尾闾沉积物表层重金属元素平均质量分数　(mg·kg-1)

以鄱阳湖背景值为评价标准，利用单因子污染指数对库区沉积物中的重金属污染进行计算，结果如表1所示。由表1可知，除As、Zn外，其余单因子污染指数平均值均达到污染水平，Cu属于沉积物中最重要的污染因子，污染指数为9.59，重金属污染因子的顺序为：Cu>Cd>Pb>Cr>As>Zn。

采用SPSS 19.0对各重金属含量进行Pearson相关分析，结果如表2所示。

表2　库区沉积物不同元素间相关关系

注：①在0.05水平(双侧)上显著相关；②在0.01水平(双侧)上显著相关。

相关性分析表明，除了重金属元素Cd以外，其他元素呈现正相关，其中Cu与Cr、Zn等元素的相关系数分别为0.657、0.932，反映他们的迁移过程具有相似的规律，在沉积物中他们的质量分数具有共同的变化趋势。从地球化学的角度看，他们之间具有相近的地球化学特性，说明其具有相似的污染来源，且主要来自于工业污染废水排放[10-11]。

2.2污染程度分析2.2.1地累积指数法评价

地累积指数法详见参考文献[12]。通常依据Geo-accumulation index (Igeo)将污染程度分为7个等级：等级 0(Igeo<0，清洁)、等级1(0Pb>Cd>Cr>As>Zn。

表3　调查区域表层沉积物重金属的地累积指数

2.2.2污染指数法评价

污染指数法公式为[13]：

(1)

各评价指标的污染程度分级如表4所示。

表4　污染指数等级表

为避免采用大尺度平均值产生的偏差，笔者选取江西省地区土壤环境质量作为背景值评价重金属的污染情况[14-16]，结果如表5所示。

表5　重金属的背景浓度值及毒性响应系数

表6　重金属污染单因子评价结果

2.3潜在生态风险法评价

采用瑞典学者Hakanson提出的潜在生态风险指数法对库区各监测断面重金属的生态风险进行评价：

(2)

表7　重金属潜在生态风险系数及风险指数

3　结论

通过对五河口沉积物中Cu、As、Pb、Cr、Cd和Zn共6种重金属的相关性分析、污染分布特征分析及潜在生态分析评价可得出以下结论：

(1)五河口沉积物表层已受一定程度重金属的污染，除As外，其余金属元素质量均已经超过鄱阳湖各重金属元素质量分数背景值。与全国水系沉积物重金属平均水平比较，As、Pb元素的平均质量分数和全国平均值非常接近，而Cu、Cd元素的平均质量分数均超过中国水系沉积物平均值水平。

(2)污染程度评价表明，Cd与Cu是主要的污染因子，污染程度较高；As、Zn属于低污染水平；Pb、Cr元素介于两者之间；Cu与Cr、Zn重金属元素呈正相关，具有相似迁移过程的规律与污染来源，且主要来自于工业污染废水排放。

(3)不同断面沉积物中重金属质量分数分布差别较大，污染最重为S1与S3，周围无污染源的S6断面污染较轻；生态风险评价与污染程度评价结果基本一致，鉴于研究区域印染等工业废水不达标排放，建议应加强对当地这些企业排放的监控和管理。

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Distribution of Heavy Metals in Surface Sediments and Risk Assessment in 5 Main Rivers of Poyang Lake

ZHANG Li-wei1, DUAN Mao-qing2

(1.Jiangxi Water Resources Institute, Nanchang 330013， China; 2.Nanchang institute of technology， Nanchang 330099, China)

To master the five river pollution characteristics of heavy metals in the surface sediments Tail, selected six typical regional representative sample surface sediments, and six kinds of heavy metals were determined and analyzed. The results show that the content ranges of six kinds of heavy metals in sediment Cu, As, Pb, Cr, Cd and Zn are 24.62～72.19,5.65～17.57,19.93～42.92,36.41～53.11,0.56～2.14,7.06～15.43 mg/kg. There is a certain degree of pollution inreservoir sediments of heavy metals in the surface.In addition to Zn, other metal elements hasalready exceeded the background values of Poyang Lake. Accumulates index and pollution index show that Cu and Cd arethe main pollution factors. Each element contamination sort is as follows: Cu>Pb>Cd>Cr>As>Zn. Each heavy metal element is positively correlated with similar migration laws and pollution source. Hakanson potential ecological risk index assessment and evaluation results are basically in the same degree of contamination. Cd reachesthe relatively highlevel of risk, and the remaining elements in each section are at a moderate risk level.

sediment; heavy metals; risk assessment

2015-02-18

张力薇(1991—)，硕士，研究方向为水资源与生态修复，E-mail:1341178296@qq.com。

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