七星湿地Pb、Cd污染的空间特征和风险评估

刘晏伶

（沈阳建筑大学，辽宁 沈阳 110168）

重金属对生态系统中的生物多样性有很大影响，同时长期使用重金属含量超标的水质，也对人类身体健康有损伤。例如，Pb 超标会对人体神经、心血管造成损伤，Cd 超量会对水稻产生毒性，使得人体肾脏中毒[1]。七星湿地中根据采样点土壤Pb、Cd 的质量分数判断，污染物主要来源于汇入其中的上游3 条支流和中游汇入的长河支流，上游排放的河水随河水流动进入湿地，由于湿地内底泥介质、微生物以及植物的吸附固定作用，水中的重金属Pb、Cd 被沉积下来。因此选取上中下游的4 个采样点，并测定其中的Pb、Cd 质量分数，进行Pb、Cd污染评价和风险评估。沉积学中有多种重金属污染评价方法，本文选取的是潜在生态风险指数法和内梅罗指数法[2-4]。

1 湿地概况与采样点方位

七星湿地位于辽宁省沈阳市辽河保护区，有西小河、万泉河、羊肠河及长河4 条支流自东向西汇入，因此分别在湿地上游3 条河流汇入后、湿地中游、长河汇入口断面和湿地下游断面设置采样点，具体方位信息如表1 所示。

表1 湿地内采样点方位信息

2 重金属Pb、Cd 质量分数测定

根据土壤环境质量标准，七星湿地为国家自然保护区，适用Ⅰ类标准。其中 Cd 质量分数≤0.2 mg·kg-1，Pb 质量分数≤35 mg·kg-1。根据《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618—2018），土壤经过盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸消解后，采用石墨炉原子吸收分光光度法对土壤样本中Pb、Cd 的质量分数进行测量。在此过程中如果样品中浓度过高，可以先用超纯水稀释再进行测量；如果土壤消解不完全，可慢慢增加HClO4直到样品澄澈。所得数据如表2 所示。

表2 各点位Pb、Cd 质量分数

3 七星湿地Pb、Cd 污染评价及潜在风险评估

采用内梅罗指数法对湿地内Pb、Cd 污染情况进行评价，用单项潜在生态危害指数法对湿地内Pb、Cd 两种重金属的潜在污染风险进行评估计算。将辽河区域、辽宁省、全国土壤重金属质量分数平均值作为土壤重金属背景值参考值，如表3所示[5-6]。

表3 土壤中Pb、Cd 质量分数和相应背景值

3.1 内梅罗指数法

内梅罗法分为单因子和综合指数法，以此来判断区域内污染程度。根据P值判断污染程度，P≤1时，污染情况为非污染；1＜P≤2 为轻污染；2＜P≤3 为中污染；P＞3 为重污染。

3.1.1 单因子指数法

单因子评价重金属危害程度，以污染指数P来表示，公式如下：

式中：P—重金属污染指数；

C—各采样点重金属实测值；

S—重金属背景值。

土壤中Pb、Cd 污染指数与程度如表4 所示。经对比，Pb、Cd 的辽宁土壤质量分数最低，因此被选为本次评估的重金属背景值。Cd 土壤环境质量标准值S=0.11 mg·kg-1，Pb 土壤环境质量标准值S=21.4 mg·kg-1。

表4 土壤中Pb、Cd 污染指数与程度

3.1.2 综合指数法

单因子指数法能够反映出的重金属Pb、Cd 在湿地内某点的污染程度，综合污染指数法包括了单因子污染指数平均值和最高值，能够反映出重金属在七星湿地区域内综合污染程度。综合指数法计算公式如下：

式中：P综—重金属综合污染指数；

Pmax—重金属单项污染指数中的最大值。

得出PPb=2.06，Pb 在七星湿地内为中度污染情况，污染来源主要集中在4 条支流汇入后断面处，说明在上游的每一条汇入湿地的支流中都可能遭受Pb 的污染；PCd=1.10，在湿地内Cd 污染为轻度污染，污染来源集中在长河汇入处。

3.2 潜在生态风险评价

潜在风险指数评价法是表示沉积物中重金属潜在生态风险的标准方法，这里用来预测Pb、Cd 的潜在污染风险，公式如下：

式中：E—潜在生态危害指数；

C—采样点重金属质量分数实测值；

C0—重金属的背景值；

T—毒性系数，重金属铅的毒性系数TPb=5，重金属镉的毒性系数TCd=30[7-9]。

此污染风险预测方法对风险程度的划分标准为：E＜40 为轻度风险，40≤E＜80 为中度风险，80≤E＜160 为强度风险，160≤E＜320 潜在污染风险很强，当E≥320 时则为极度风险。根据上文计算得到的潜在生态危害指数对七星湿地中重金属Pb、Cd 进行污染程度的分类（如表5、表6 所示），根据受污染的级别选择合适的控制预防重金属Pb、Cd 污染的方法，阻止重金属对地下水的污染。

表5 Pb 污染指数与污染程度分级

表6 Cd 污染指数与污染程度分级

根据上表中得到的潜在生态危害指数可以看出，虽然Pb 质量分数超过了辽宁省土壤中Pb 的背景值，但是风险程度为轻度，可以依靠湿地内的微生物以及种植在湿地中能够富集重金属的植物进行系统自净[10-12]。

Cd 质量分数的污染风险仍在可控范围内，但是长河汇入处断面的危害指数较大[13-14]，经评估污染风险程度为中度，说明湿地系统对Cd 污染有一定净化控制效果，应该注意检测长河汇入处的Cd 质量分数，把控风险，并对长河的Cd 污染进行治理。

4 结 论

在七星湿地内，Pb 为中度污染情况，污染来源集中在4 条支流汇入后断面处；Cd 为轻度污染，污染来源主要集中在长河汇入处。根据单项潜在风险评估，Pb 和Cd 仍存在轻度到中度的污染风险。建议在湿地内种植适宜当地水文气象的富集性植物，将重金属吸收转移到地上部分，可通过人工收割等方式去除沉积在湿地区域内的重金属Pb、Cd 污染物，控制Pb、Cd 的污染情况，同时应该严加管控上游河流的污染排放。