草海湿地沉积物中重金属的潜在生态风险研究*

胡 菁，龙云川，周 伟，周少奇，3▲

(1贵州科学院，贵州 贵阳 550001；2贵州大学 资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550003；3华南理工大学 环境与能源学院，广东 广州 510006)

0 引言

作为地球表层物质和能量交换最活跃的生态系统，湿地在地球化学循环中作为源、汇和转化器而影响自身与其周围生态系统的结构和功能[1-3]。虽然湿地是一个十分重要的生态系统，但其内部却是非常脆弱的，容易受污染物质的影响[4-5]。而重金属元素作为其中最常见的污染物之一，其在水体中的累积，可对水生生物的生长发育产生毒害作用，且具有污染持久性、致癌性和难降解性等特点[6-7]。因此，重金属常作为环境监测和水质评价的重要指标。

草海湿地位于贵州省西部威宁县县城西南面，草海地理坐标为北纬26°47′32″～26°52′52″，东经104°10′16″～104°20′40″，水域面积46.5 km2，是一个典型且完整的高原退化湿地生态系统。草海湿地水生植物种类繁多，构成挺水、浮水和沉水水生植物群落，生物产量高，为草海的鱼类、鸟类提供了丰富的食物，是中国重要的生物多样性保护区域之一。在“中国生物多样性保护行动计划”中，草海被列为国内一级重要保护湿地。同时，草海湿地也是当地渔民养殖的重要渔场，湿地的水环境是养殖业生存的基本条件，湿地水质安全是养殖业可持续发展的重要保障，加之重金属具有生物富集性，因此，基于草海湿地水资源的功能定位与重金属的危险性，加强对草海湿地重金属污染状况的研究对人民生活安全具有重大意义。

1 样品采集及分析方法

1.1 样品采集

为了准确反映草海湿地沉积物中重金属的浓度水平，本研究采用网格布点法，对整个湖区设置了11个采样点位，于2018年8月对草海湿地流域表层沉积物进行了样品采集。

1.2 沉积物中重金属浓度分析

对于沉积物中重金属含量的测定，取0.1 g研磨过筛后的沉积物，用2 mL王水(HNO3/HCl，1∶3 v/v)在110 ℃下消化3 h。在每一步消化过程中，还加入了重复样品和试剂空白。采用原子荧光光谱仪(AFS，Titian，中国)测定Hg、As的含量；采用原子吸收分光光度计(FAAS，美国Perkin Elmer)测定Pb、Cd、Cu、Cr和Zn的含量。

1.3 潜在生态风险评价

风险指数(RI)是瑞典学者Hakanson于1980年提出的一种生态风险评估方法。其可以用于研究沉积物中重金属的毒性、生态和环境效应，同时采用可比较、等价的属性指标分类方案定量地确定了潜在的生态危害程度，因此广泛应用于沉积物中重金属污染的质量评价。其计算公式为：

表1 潜在生态风险评价指标的分级

2 草海沉积物中的重金属

沉积物是重金属元素的主要收集器。部分研究表明，重金属通过各种途径输入到水体之中后，呈悬浮态随水流迁移，但当负载荷量超过搬运能力时，重金属会积沉下来进入沉积物，绝大部分重金属都会由水相转入沉积物中[8]。为了了解草海湿地沉积物中的金属污染程度，表2提供了其他区域记录的污染水平以供比较。

表2 草海湿地表层沉积物中重金属浓度

由表2知，草海湿地表层沉积物中重金属浓度，Hg为0.17～1.22 μg/g，As为8.86～23.57 μg/g，Cd为1.74～23.41 μg/g，Pb为20.04～54.31 μg/g，Cr为24.47～58.63 μg/g，Cu为18.28～23.31 μg/g，Zn为289.23～457.82 μg/g。

经过数据对比，草海湿地沉积物中Cd和Zn的浓度远高于表2所列的其他湿地，表明Cd和Zn元素在草海湿地有很高的富集。曾有文献报道湿地周围土法炼锌的土灶经雨水淋蚀后，重金属Zn和Cd溶出，并随地表径流汇入草海[9]。

由于暂无湿地沉积物质量标准，因此本研究参考《海洋沉积物质量》(GB 18668—2002)对草海湿地沉积物中重金属含量进行评价。结果显示，重金属Hg、Cd、Zn超I类标准，Zn超II类标准，Cd超III类标准。研究区域显然受到重金属污染，而且锌和镉的富集程度很高。草海湿地沉积物中重金属污染已达到严重污染水平。

3 重金属潜在生态风险评价

草海湿地作为当地饮用和灌溉的主要水源，为附近居民提供了大量的水产品。考虑到重金属元素的难降解性、生物毒性和生物富集性，因此，显然有必要对沉积物中重金属的潜在风险进行准确评估。

本研究利用Hakanson的生态风险指数法进行计算，其结果如表3。由表3可知，就平均值而言，在草海湿地沉积物中，As、Pb、Cr、Cu、Zn的生态危害程度为轻微，Hg的生态危害程度为强，Cd的生态危害程度为极强。按生态危害程度排序，草海湿地沉积物中重金属元素的生态危害的顺序从高到低依次为：Cd>Hg>As>Pb>Zn>Cu>Cr。多种重金属联合的潜在生态风险指数显示，草海湿地沉积物中的重金属潜在生态风险程度为极强，而且多种重金属的联合生态风险指数中主要的贡献因子是Cd和Hg。

表3 草海湿沉积物中重金属的潜在生态危害系数及生态风险指数

4 总结

本研究在野外采样、实验室分析的基础上，对草海湿地沉积物中重金属的污染水平进行了分析和评价。其结果显示草海湿地沉积物中存在重金属污染，且主要污染物为Hg、Cd和Zn，都超过了参考的海洋沉积物标准。潜在生态风险评价结果显示Hg、Cd有很大潜在生态危害。中重金属污染需要引起高度的重视，尽早从源头治理，避免污染进一步的加剧。