福建省重要江河沉积环境硫化物状况调查*

蒋奕雄 崔利峰 凌伟专 邹丽珍 曾 涛



福建省重要江河沉积环境硫化物状况调查*

蒋奕雄 崔利峰 凌伟专 邹丽珍 曾 涛

福建省淡水水产研究所

根据2009—2010年闽江、富屯溪、建溪及九龙江等福建省重要江河沉积物调查数据，对这些水域沉积环境的硫化物、有机碳及重金属等进行了研究。结果表明，各流域硫化物含量在0.9347 ~ 3.9088μmol·g-1之间，有机碳含量在0.86 % ~ 2.48 %之间，两者高值区域主要集中在汀江、九龙江，基本反映了沿岸人类活动的强度。沉积物重金属含量基本呈现出Cu＞Pb＞As＞Cd＞Hg的趋势，Cu和Pb是主要污染重金属，但Pb和Cd对水生生物产生毒性的潜力较高；SEM含量在0.44 ~ 2.99μmol·g-1之间，高值站位出现在汀江流域，可能与汀江上中游存在的大规模矿山开采有关。各流域SEM/AVS（摩尔比值）均小于1，沉积物中AVS含量足以有效固定其中的重金属，重金属潜在生态危害风险较小。

江河 沉积环境 硫化物 福建省

河流沉积物是江河自然过程和人类活动影响过程中的产物，不仅能反映河流污染的历史状况[1-2]，而且还能反映河流环境情况。特别是重金属既可以被沉积物吸附结合，又可在沉积环境发生变化时释放，从而影响水环境。自Di Toro[3]首次报道水体沉积物中酸可挥发性硫化物（AVS，Acid volatile sulfide）对Cd的生物有效性的强烈影响后，沉积物中的硫化物已成为水环境重金属质量评价研究的热点。

有研究表明，硫化物对沉积物中重金属在水和沉积物间的分配行为具有决定性影响，是重金属活性和毒性的重要控制因素[4-6]，可以成为沉积物质量评价的有效工具。因此通过研究沉积物中硫化物与同步提取检测的重金属（Simultaneous Extracted Metal，即SEM）含量及其变化，对于评价水环境重金属生物有效性具有重要意义。福建水系密布，河流众多，江河是经济发展的重要生态载体，近年来河流沿岸开发等人工活动增加，畜禽及网箱养殖密度不小，工业废水和生活污水无序排放，使得河流富营养化逐步加剧，水域生态环境受到破坏。目前对福建省河流沉积物中硫化物分布特征的研究还未见报道，因此本文以2009—2010年沉积物硫化物及重金属监测结果为依据，探讨福建省重要河流硫化物和重金属的分布特征、环境因子及生态危害等，以期为福建河流重金属污染评价及防治提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

依据福建省重要河流流域分布设置闽江、富屯溪、金溪、沙溪、古田溪、建溪、汀江和九龙江等8个采样点，站位布设见图1。用彼得森底泥采样器采集表层沉积物样品，采样后迅速装入塑料袋驱除空气并密封，运回实验室后于0～4℃的冰箱中保存，并尽快开展样品测定及实验。采样时间选择在每年8~9月。

1—闽江：118°44′30′′ E，26°19′36′′ N；2—富屯溪：117°36′56′′ E，27°08′53′′ N；3—金 溪：117°43′01′′ E，26°47′55′′ N；4—沙溪：117°59′30′′ E，26°33′07′′ N；5—古田溪：118°27′06′′ E，26°23′36′′ N；6—建溪：118°50′12′′ E，26°36′51′′ N；7—汀江：118°14′18′′ E，27°08′12′′ N；8—九龙江：116°33′54′′ E，24°40′40′′ N

图1 福建省重要河流流域沉积物调查站位布设图

1.2 样品分析测定

参考海洋沉积物硫化物测定方法[7]，改进氮载气冷法酸溶硫化物分析技术[8]碘量法测定沉积物中硫化物，沉积物样品风干后研磨过60目筛，采用重铬酸钾氧化—还原容量法[7][9]测定其中有机碳含量。重金属测定采用原子吸收分光光度法测定铜、铅、镉[10-12]，原子荧光法测定总汞、总砷[13]。

2 结果与分析

2.1 硫化物分布特征及与有机碳关系

表层沉积物硫化物对生态环境的影响远高于下层[14]，因此本研究的主要对象为表层沉积物。

2009—2010年福建省重要河流流域沉积物硫化物和有机碳监测结果见表1。结果表明，各流域硫化物含量在0.9347 ~ 3.9088μmol·g-1之间，有机碳含量在0.86 % ~ 2.48 %之间，两年硫化物平均值在1.0169 ~ 3.4438μmol·g-1之间，有机碳平均值在1.08 % ~ 2.26 %之间。通常硫化物含量差异与污染物的污染状况有关，污染程度高，硫酸盐还原菌作用强，还原性硫的含量也会增加，古田溪和金溪沿岸开发活动较少，硫化物含量水平维持在较低水平，高值区域主要集中在汀江、九龙江，造成这一现象的原因可能是沿岸工矿业发达，畜禽养殖分布众多，人为活动影响较大；与此相对应的是有机碳含量也较高，沉积物中的H2S 来源于硫酸盐还原细菌（SRB）对有机质的氧化[15]，陆源含氮有机质的输入易被硫酸盐还原菌利用，从而有利于硫化物的增加，这与武汉东湖[16]、新疆博斯腾湖[17]等水域情形基本一致，同样反映了沿岸人类活动的强度。

表1 福建省重要河流流域沉积物硫化物和有机碳监测结果

2.2 重金属分布特征及AVS和SEM关系

2009—2010年福建省重要河流流域沉积物重金属（Cu，Pb，Cd，Hg，As）监测结果见表2。

表2 福建省重要河流流域沉积物重金属监测结果 单位：μmol·g-1

结果表明，沉积物中重金属的两年平均含量基本呈现Cu＞Pb＞As＞Cd＞Hg的趋势，其中Cu和Pb是主要污染重金属，约占SEM总量的90%。但含量高的重金属元素并不表示其对水生生物产生毒性的潜力大，与水体沉积物中金属元素对底栖生物产生毒性效应的阈值（见表3）比较，各流域Pb和Cd介于低限效应值和上限效应值之间，而Cu除汀江、建溪和九龙江流域外其他流域均低于低限效应值。一般认为，重金属含量低于低限效应值（TEL）几乎不会对生物产生毒性效应，高于上限效应值（UET）会经常产生毒性，介于两者之间则会偶然产生毒性效应[18]，由此推断Pb和Cd可能产生的生物有效性高于Cu，有对底栖生物产生毒性效应的潜力。

表3 水体沉积物中金属元素对底栖生物产生毒性效应的阈值[19]（单位：μmol·g-1）

2009—2010年福建省主要河流流域AVS和SEM关系见表4。

表4 福建省重要河流流域沉积物AVS和SEM关系

沉积物中重金属多为亲硫元素，其生物有效性和生物毒性与沉积物中AVS和SEM浓度的比值（SEM/AVS）存在密切联系[3, 19]，当SEM/AVS < 1时，与沉积物结合的重金属不会对水生生物产生毒性；当SEM/AVS > 1时，沉积物中的重金属具有潜在生物毒性。从表4可见，各流域SEM含量在0.44 ~ 2.99μmol·g-1之间，两年SEM平均含量在0.47 ~ 1.78μmol·g-1之间，高值站位出现在汀江流域，重金属污染较大，这可能与汀江上中游存在的大规模矿山开采有关。SEM/AVS（摩尔比值）均小于1，说明沉积物中AVS含量足以有效固定其中的重金属，降低其迁移性，从而使得间隙水中重金属自由离子（此部分重金属最易为底栖动物所利用）较低，重金属潜在生态危害风险较小。

3 结论

（1）2009—2010年福建省重要河流流域沉积物硫化物和有机碳分布与污染物的污染状况有关，高值区域主要集中在汀江、九龙江，受沿岸人类活动和入河污染物的输入影响大。

（2）各流域沉积物重金属（Cu，Pb，Cd，Hg和As）的两年平均含量基本呈现Cu＞Pb＞As＞Cd＞Hg的趋势，其中Cu和Pb是主要污染重金属，约占SEM总量的90%，但Pb和Cd含量高于对底栖生物产生毒性效应的低限效应值，有对底栖生物产生毒性效应的潜力。

（3）各流域SEM含量在0.44 ~ 2.99μmol·g-1之间，两年SEM平均含量在0.47 ~ 1.78μmol·g-1之间，高值站位出现在汀江流域，这可能与汀江上中游存在的大规模矿山开采有关。各流域SEM/AVS（摩尔比值）均小于1，说明沉积物中AVS含量足以有效固定其中的重金属，降低其迁移性，从而使重金属潜在生态危害风险较小。

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福建省省属公益类科研院所基本科研专项（编号：2014R1002—5）。