飞云江河口沉积物氮磷及重金属污染评价

2024-01-01杨书月唐庆蝉詹印波

环境科学导刊 2024年4期

摘要：在飞云江河口设点采集表层沉积物进行分析，研究表明TN、TP、OM平均含量高于其他江河湖库，TN评价为中度污染，TP为重度污染，As为轻度污染，Cu、Zn、Cd、Cr、Pb、As平均含量高于土壤环境背景值，部分元素高于其他区域实测值，TN、TP与OM没有相关性，Cr与Cu、Pb之间、Cd与Zn、As有着正相关关系，可能具有相近的来源。

关键词：飞云江；沉积物；营养物质；重金属；污染评价

中图分类号：X82 文献标志码：A 文章编号：1673-9655（2024）04-00-06

0 引言

近海沉积物是陆地生态系统中氮磷主要归宿[1]，进入水体的重金属也会通过复杂的物理化学过程进入底泥中，因此近海与河口沉积物成为氮、磷和重金属的重要蓄积库[2，3]。研究表明，在一定条件下，蕴藏于沉积物中的有机质、重金属可重新释放至上覆水体，成为内源性污染源[4-6]。研究河口地带沉积物中段有机质、氮、磷及重金属，可以指示海域污染特征，反映人类活动对海域环境的影响程度[7]。

飞云江位于浙江南部，是浙江八大水系之一，其下游水网密布，沿岸人口、工业较为密集。对飞云江及河口段生态环境的研究主要集中于环境质量、浮游生物等[8-10]，也有对入海口沉积物重金属污染及生态危害进行评价，但研究文献较少，研究范围多在飞云江口以外的东海区域[11]，未见河口段沉积物相关研究文献。

本研究通过测定飞云江口沉积物中有机质、氮、磷和部分重金属含量，阐明其污染程度、特征，并与其他江河湖海沉积物中这些物质的含量进行对比，进一步分析污染和对生态影响段程度，为飞云江近岸海域和沿岸污染防治、水环境质量提升提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

2021年6月在飞云江河口段布设6个采样点（如图1）。其中在地表水环境质量监测飞云渡口断面设立3个点，分别为1号（飞云渡口北）、2号（飞云渡口中）、3号（飞云渡口南）采样点，各点之间距离约220 m；在飞云渡口断面下游约7 km处的第三农业站水质监测断面设立3个点，分别为4号（第三农业站北）、5号（第三农业站中）、6号（第三农业站南）采样点，各点之间距离约330 m。

通过抓斗式采样器采集表层沉积物，样品装入聚乙烯包装袋密封带回实验室，风干后去除砾石颗粒物等杂物后研磨，过100目塑料筛，装入自封袋放冰箱内保持备用。

1.2 检测项目和方法

经处理后的样品，分别按土壤检测系列标准第6部分（NY/T 1211.6—2006）、第11部分（NY/T 1121.11—2006）测定有机质（OM）、总砷含量，按土壤全氮测定法（NY/T 53—1987）、土壤全磷测定法（NY/T 88—1988）测定总氮（TN）、总磷（TP）含量，重金属铜、锌、铅、镉、铬则参照土壤检测标准GB/T 17141—1997进行前处理后，利用ATC-155电感耦合等离子体质谱仪测定其含量。

1.3 评价方法

1.3.1 综合污染指数法

对表层沉积物TN、TP污染程度的评价普遍采用综合污染指数法[12]，公式如下：

式（1）中：Si—单项评价指数或标准指数，当Si＞1时表明含量超出评价标准；Ci—评价因子实测值，mg/kg；Cs—评价因子i的标准值，mg/kg，本研究参考1960年实测的太湖底泥TN、TP的平均值[13]作为标准值，即TN、TP的分别为670 mg/kg和440 mg/kg。

式（2）中：FF—综合污染指数；F—n项污染物的污染指数平均值（本研究为STN和STP的平均值）；Fmax—最大单项污染指数（即STN和STP的最大者）。

评价结果按表1的污染程度进行分级。

1.3.2 地积累指数法

地积累指数法是参考沉积物背景值作为比较前提的背景值法之一，由德国海德堡大学教授Muller提出的，已被广泛采用，为研究人类活动对水体沉积物重金属污染影响程度的方法[14]，公式如下：

式中：Igeo—地积累指数；Ci—元素在沉积物中的含量（mg/kg）；Bi—该元素的地球化学背景值，mg/kg；k—考虑到成岩作用可能会引起背景值变化而取的系数，本研究取值1.5[15]。

根据Igeo数值大小，将沉积物中重金属污染程度划分为表2列出的7个等级。

2 结果分析与讨论

2.1 TN、TP和OM含量分析与评价

飞云江河口沉积物TN、TP含量的检测结果见图2。

TN含量变化范围为933～1259 mg/kg，平均1098 mg/kg；TP含量变化范围为1144～1371 mg/kg，平均1309 mg/kg。同一监测断面各点之间TN、TP含量靠近江北的点略高于江南，但变化幅度并不明显，且位于江面中间点的TN含量都最低；不同监测断面之间，上游各点TP含量略高于下游各点，而TN含量则相反，即下游各点略高于上游各点。各点含量变化幅度较小可能与采样点之间距离较短有一定关系，靠近北侧的点其含量略高于南侧可能与北岸人口和工业企业数量更多有一定的关系。

根据公式（1）、（2）对沉积物中的TN、TP的综合污染指数进行测算，并对照表1进行评价，结果见表3。

从表3可见飞云江河口段沉积物中TN除1个点呈轻度污染外，其他5个点均为中度污染；所有点位当TP都呈现重度污染状况，综合污染评价结果也呈现重度污染状况。

飞云江河口沉积物OM含量检测结果见图3，变化范围为16340～18855 mg/kg，平均17878 mg/kg，上游监测断面三个点的含量比较接近，下游监测断面三个点的含量有一定的差距，尤其是北侧的点明显低于其他各点，除此点外，其他两个点均高于上游各点。

沉积物中的OM是反映底泥有机营养程度的重要标志[16]。利用SPSS软件分析OM含量与TN、TP含量的相关性，得图4，可见OM与TN、TP没有相关性（P＜0.05），表明沉积物中的TN、TP并非由OM富集所造成。同样在华东地区的湖库沉积物研究结果表明，太湖湖滨带底泥[12]、洞庭湖表层沉积物[17]OM含量与TN含量具有显著正相关性，与TP含量则呈现弱相关，跟水生生物死亡残骸长期积累有关。而本研究区域位于入海河口，与湖库的地理环境、水文特性及生态环境系统存在显著不同之处，不具备水生生物死亡残骸长期积累条件，可能是导致OM含量与TN含量相关性不同的主要原因，但需进一步研究确认。

2.2 重金属含量分析与评价

飞云江河口沉积物中各重金属元素含量范围，Cu 在40.5～42.52 mg/kg，平均41.65 mg/kg；Zn在135.28～144.89 mg/kg，平均135.29 mg/kg；Cd在0.19～0.21 mg/kg，平均0.19 mg/kg；Cr在107.66～118.87 mg/kg，平均112.08 mg/kg；Pb在42.24～44.30 mg/kg，平均43.08 mg/kg；As在11.54～11.86 mg/kg，平均11.65 mg/kg。采样点位于河海交汇处，分别以土壤风控标准、海洋沉积物质量标准对其进行评价，各点的Cu、Zn、Cd、Cr、Pb、As含量均在《GB 15618—2018农用地土壤污染风险管控标准》之内；依据《GB 18668—2002海洋沉积物质量》评判标准进行分类，Cu、Cr为第二类，Zn为第一类、但接近第二类，Cd、Pb、As为第一类。

基于检测结果，通过背景值法进行评价。背景值是指相对于不受污染的情况下，环境介质中环境要素的基本化学组成，对评价地区元素积累及人为污染强度具有十分重要意义。本研究区域没有详实的背景值，为客观反映受污染程度，通过与周边地域多种背景值（表4）进行比较，分析其污染程度。

从比较结果来看，本研究区域沉积物中各类重金属元素含量均高于地域背景值，与中国陆架沉积物丰度值相比较，Cu、Zn、Cd、Pb含量高出1倍以上，Cr、As含量高出50%；与浙江省嘉善县土壤环境背景值相比较，各元素含量高出28%～61%；与江苏省土壤环境背景值相比较，Zn、Cd含量高出1倍，Pb含量高出96%，其他元素高出24%～78%；与福建省土壤环境背景值相比较，Cd含量高出2倍，Cr、As含量高出1倍，Cu、Zn、Pb含量分别高出93%、64%、23%。本研究区域位于浙江省温瑞平原范围之内，各元素Cu、Zn、Cd、Cr、Pb、As含量分别高出39%、17%、7%、31%、5%、86%。综合以上分析，表明研究区域沉积物中各类重金属存在不同程度的污染，其中Cu、As、Cr污染程度相对略高。

本研究区域附近已有类似研究[8，11]，采样位置位于本区域以东的东海近岸海域，结果比较表明（表5），本研究的Cu比2012年春季高，与其他时间接近；Cd最高，且比2016年高出较多；Cr比2011年秋季、2012年春季高，与2016年接近；

Pb比2011年秋季、2016年高，与2012年春季接近；As比2012年春季高，与2011年秋季接近。海洋沉积物质量评价结果方面，本研究、2016年均评定Cu、Cr为二类，2011年秋季评定Cu为二类，2012年春天评定Cu为一类。

基于浙江省温瑞平原土壤背景值，根据公式（3）测算其地积累指数，其中As的污染程度显示为1级（轻度污染），其他为0级（清洁），按污染程度表现为As＞Cu＞Cr＞Zn＞Cd＞Pb。该评价与陈星星对该区域近岸海域的评价没有完全一致，但从污染程度表现上看，在Cu、Cr污染程度上存在一定意义的一致性，但在Zn的污染程度评价上存在不同之处，有继续研究的必要性。

分析各元素的相关关系，使用Pearson相关系数表示相关关系的强弱情况，分析结果见表6。由表6可知：Cr与Cu、Pb之间呈现出显著性，相关系数值分别是0.915和0.928，意味着Cr与Cu、Pb之间有着正相关关系，Cd与Zn、As呈现出正相关性，相关系数值分别是0.942和0.866，说明他们可能具有相近的来源。采样点两岸工业企业较为集中，存在一些排放重金属类污染物的生产工艺，初步判断是该区域沉积物中重金属元素的主要来源。但调查发现沿岸并没有涉及排放Cd污染物的工业废水，该元素的污染源需要进一步研究判断。

2.3 与其他区域研究成果对比

将检测结果与文献中其他区域研究成果进行比较也可间接反映污染程度。其他区域沉积物中氮、磷和重金属含量的研究结果见表7。

对比之下，飞云江河口沉积物中TN含量低于阳澄湖，高于嘉兴北部湖荡、上海地区池塘等区域，表明相对而言含量较高，污染偏重；TP含量则高于其他3个研究区域（无数据区域除外，下同），含量较高，污染明显较重，且TP高于TN的现象也不同于其他区域，其机理需要进一步研究确定。重金属中，飞云江河口沉积物中Cu含量低于钱塘江，高于其他11个研究区域，其中比海陵湾高出4倍，比嘉兴北部湖荡高出3倍，比江苏近岸海域等4个区域高出1倍，含量处于较高水平；Zn含量低于阳澄湖、嘉兴北部湖荡、钱塘江，高于其他9个研究区域，其中比黄河口高出5倍，比海陵湾高出2倍，比上海地区池塘等4个区域高出1倍，含量处于较高水平；Cd含量低于阳澄湖、嘉兴北部湖荡、钱塘江、渤海湾，高于其他6个研究区域，其中比海陵湾高出1倍，含量处于中等偏高水平；Cr含量高于其他11个研究区域，其中比黄河口高出5倍，比上海地区池塘等4个区域高出1倍，含量处于较高水平；Pb含量低于钱塘江，高于其他11个区域，其中比嘉兴北部湖荡、阳澄湖高出2倍，比上海地区池塘等5个区域高出1倍，含量处于偏高水平；As含量低于阳澄湖、温州近岸海域、舟山海域、钱塘江、江苏近岸海域、泉州湾、长江口等7个研究区域，高于剩余的其他5个区域，其中比上海地区池塘、舟山海域高出1倍，含量处于中等以下水平。

3 结论

（1）飞云江河口沉积物中TN、TP、OM的平均含量分别为1098 mg/kg、1309 mg/kg 、17878 mg/kg，通过比较分析，显示含量高于其他研究区域。根据综合污染指数法评价，TN为中度污染，TP为重度污染，综合评价结果为重度污染。Pearson相关性分析表明OM与TN、TP之间没有相关性，表明沉积物中的TN、TP并非由OM富集所造成。

（2）飞云江河口沉积物中Cu、Zn、Cd、Cr、Pb、As平均含量分别为41.65 mg/kg、135.29 mg/kg、0.19 mg/kg、112.08 mg/kg、43.08 mg/kg、11.65 mg/kg，通过比较分析，显示含量高于地域背景值，Cu、Zn、Cr、Pb含量高于其他大部分海湾区域和池塘，As略高于部分海湾区域和池塘，综合分析后判断Cu、Zn、Cr、As含量偏高。Cr与Cu、Pb之间、Cd与Zn、As有着正相关关系，说明他们可能具有相近的来源。

（3）飞云江为入海河流，但对其沉积物的研究偏少，纵向对比分析不足，本次研究显示OM与TN、TP相关性分析与其他区域不同，建议对其机理和对上覆水的影响进一步研究，并进行污染源源解析；重金属含量普遍高于背景值和其他区域研究结果，建议进行生态风险研究，并开展污染源解析。

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