淀山湖沉积物重金属污染分布及潜在生态风险评估

石 磊

(上海市青浦区水文勘测队，上海 201799)

1 引言

近年来，随着经济社会的发展以及工业化水平的提高，重金属污染也越来越突出，对人民健康及水生态系统健康产生较大威胁。重金属作为主要的环境污染物之一，具有毒性大、不能被生物降解且易累积的特性，广泛存在于水体、土壤、生物体中，而土壤、底泥是其最终的归宿[1]。湖泊底泥作为生态系统的一部分，其中所沉积的重金属在一定的条件下重新释放进入水体而成为潜在的内源污染，形成二次污染。因此，重金属作为一种潜在污染物是湖泊水环境评价的重要指标，监测研究沉积物中重金属含量能够直观地反映出湖泊受重金属污染程度，对了解湖泊水环境质量以及湖泊环境保护具有重要意义[2～4]。

淀山湖是上海最大的淡水湖泊，位于上海市青浦区与江苏省昆山市交界地带，水系畅通，历史上就是重要的航运要津[5]。淀山湖是弱感潮湖泊，不仅具有调节径流的作用，还兼具灌溉、旅游、水源等功能。近年来，关于淀山湖水环境研究有很多，但关于淀山湖底泥沉积物的监测及污染物分布分析较少。在长三角一体化国家战略的大背景下，研究地处绿色示范区的淀山湖底泥沉积物中污染物分布，对淀山湖的水环境管理具有重要作用。本文通过采集淀山湖湖泊沉积物、分析沉积物中重金属含量，探讨了淀山湖中重金属污染物的分布特征。

2 监测点位

全湖布设12个监测，使用箱式采样器采集表层沉积物，采样量约1.5 kg，密封袋装样，按照《水环境监测规范》与底泥监测标准方法的要求低温保存。采用国家标准方法或行业标准方法检测其中重金属铜、锌、铅、镉、镍、镉、铬、汞含量。其中6#、7#、10#、12#位于入湖河口区域，3#和4#位于出湖河口区域(图1)。

3 结果与讨论

3.1 重金属含量空间分布

淀山湖沉积物重金属铜的平均含量为63.6 mg/kg、铅29.4 mg/kg、镉0.20 mg/kg、锌144.1 mg/kg、砷9.1 mg/kg、镍54.0 mg/kg、汞0.078 mg/kg、铬90.1 mg/kg，与上海市土壤背景值相比[6]，铜、铅、镉、锌、砷、镍、铬含量均高于背景值，其中铜、镍、锌、铬浓度升高较明显；汞含量低于背景值。8种重金属元素含量分布如图2所示，各元素含量分布较为相似，即湖区北部浓度高于湖区南部，主要入湖河口(6#、7#、10#、12#)区域高于出湖河口(2#、3#)，表明淀山湖沉积物中重金属主要来源为上游来水。与上海市土壤背景值比较，监测的重金属元素中，铜、铅、镉、锌、砷、镍、汞、铬最大浓度分别为背景值的7.5倍、1.7倍、1.7倍、3.0倍、1.6倍、2.5倍、0.97倍、2.5倍。

图1 淀山湖监测点位

3.2 地累积指数

地累计指数法[7]能够有效评价沉积物中重金属污染状况，利用测定的重金属浓度与研究区域背景值之间的关系，综合考虑自然及认为影响因素，通过定量分析，反映重金属累计程度。地累积指数计算公式：

Igeo=log2[Ci/(k×Bi)]

(1)

公式(1)中:Igeo是重金属i的地累积指数,Ci是重金属i在沉积物中的测定含量(mg/kg),Bi是研究区域沉积岩中i金属的地球化学背景值(mg/kg),本文中选择上海市土壤元素背景值为参照。k指岩性差异引起重金属地球化学背景值产生变异的系数,一般k=1.5。

图2 淀山湖各金属元素的空间分布

从各重金属元素的地累积指数评价结果(表1)可

知，全湖沉积物中重金属Igeo平均值为-1.39～0.37，各元素Igeo结果为铜>铬>镍>锌>镉>铅>砷>汞，整体上表现为湖区北部大于湖区南部。其中，所有监测点位汞Igeo值均小于0，表明汞一直处于“无”污染的累积状态；铜、锌、镍的Igeo值平均值均小于1，整体处于轻-中度污染水平，位于湖区北部入湖河口区域的12#点位铜、锌、镍的Igeo值均最高(铜Igeo值为2.33，处于中等-强污染状态；锌Igeo值为1.01，处于中等污染水平；镍Igeo值为0.71，为轻度-中等污染)，表明铜、锌、镍主要来自上游来水；铅、镉、铬、砷的Igeo平均值均小于0，整体处于无污染状态。对监测的重金属元素进行Pearson相关性分析，沉积物中许多元素含量的相关性较差，这可能是由于不同时期淀山湖周围人为污染源的不同导致的沉积物中重金属元素来源不同。

表1 重金属元素地累积指数评价结果

3.3 潜在生态风险指数

潜在生态风险指数法利用沉积物实测重金属含量与工业化以前沉积物重金属的最高背景值的比值乘以重金属的生物毒性系数，进行加权求和得到多种重金属潜在生态危害指数，其主要考虑不同金属毒性对生物的生态风险[8,9]。

(2)

(3)

(4)

表2 沉积物中重金属生态风险系数(Er)及潜在生态风险指数(RI)

4 结论

本文通过在淀山湖全湖范围内布设监测点位、监测沉积物中重金属的含量，评价了沉积物中重金属的污染程度及潜在的生态风险指数。淀山湖沉积物中重金属浓度分布呈现北高南低、入湖河口高于湖区及出湖河口区域，说明淀山湖重金属污染主要受上游来水影响。从地积累指数计算结果可知，淀山湖重金属整体污染程度较低，湖区北部入湖河口区域的12#点位铜、锌、镍的Igeo值均最高，处于中等污染水平；潜在生态风险指数表明，全湖单个重金属生态风险系数均处于低风险，潜在生态风险指数也处于低风险等级，入湖河口的12#点位RI值最大，接近中风险标准限制，潜在风险最高。