海口市美舍河城區段沉積物中重金屬的分布特征及其污染評價

趙志忠等

摘要：選擇海口市美舍河城區段的11個沉積物樣本進行分析，結果表明：沉積物中的重金屬元素Cr、Ni、As、Cd的含量較高，城區居民的生產、生活可能導致Cr、Ni、Cd、Cu、Zn在河流沉積物中發生疊加富集，而As與城區周邊地區農業活動密切相關。通過利用Hakanson的潛在風險指數法進行美舍河河底沉積物重金屬綜合污染的研究，結果表明：該研究區主要重金屬污染因子是Cr，重金屬影響因子的順序由大到小為Cr>As>Cd>Ni>Pb>Cu>Zn；各種重金屬潛在生態危害系數由大到小為Cd>As>Cr>Ni>Pb>Cu>Zn；該研究區潛在生態風險指數平均為51.04，屬于輕微生態危害。

關鍵詞：美舍河；沉積物；重金屬元素；污染評價

中圖分類號：X522 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2014）04-0303-05

收稿日期：2013-08-09

基金項目：國家自然科學基金（編號：41261062）；海南省重點科技計劃（編號：ZDXM20130021）；海南省地理學重點（培育）學科項目。

作者簡介：趙志忠（1965—），男，湖南邵東人，博士，教授，主要研究自然地理學。E-mail：zhizhong@hainnu.edu.cn。近年來，由于城市化進程加快和人類活動加劇，城市工業廢水、生活污水大量排入河流，并導致河流沉積物中發生重金屬元素積累。現在，國內部分河流沉積物重金屬污染越來越嚴重，并通過食物鏈成為威脅人類健康的重要環境問題之一[1-6]。已有研究表明，重金屬元素是自然條件下不能被降解而成為水系統中最持久的污染物之一[7]，只有極少部分重金屬元素可以以溶解態停留在水體中，大部分重金屬元素會通過吸附和積聚以殘渣態等其他形態長期貯存在底部沉積物中[8]，而一旦河流沉積物發生重金屬污染，就會對水生生物產生長期而嚴重的危害[9]。正因為如此，城市河流沉積物重金屬污染已成為人們普遍關注的焦點[10-14]。

本研究選擇的美舍河為貫穿海口市區的一條外流河，該河流從沙坡水庫流經城區而入海，是海口市內流域面積最大、流經途徑最長、與居民生活最密切的一條河流。近20年來，由于海口市城市化進程加快，而城市基礎設置建設滯后，城市居民生活污水、城市垃圾無序排放，使美舍河成為了一條名副其實的“臭水溝”，雖經多次整治與清淤工作，但效果并不明顯，其環境污染嚴重影響了周圍居民的生產和生活以及海口市的城市形象。本研究探討美舍河海口市城區段沉積物中重金屬的組成特征、變化規律及形成原因，并探討城市居民的生產污水、生活污水及生活垃圾的排放對美舍河沉積物重金屬污染的影響，在此基礎上，對現階段城區河段沉積物中的污染情況進行科學評價，為該區域開展河流環境治理提供科學依據[15-16]。

1研究區概況

美舍河是縱貫海口市南北的一條主要河流，也被稱為府城地區的母親河。美舍河地處低緯度熱帶北緣，其所在區域具有熱帶海洋性季風氣候，流域內年均氣溫為23.8 ℃，年均降水量為1 684 mm，4—10月為豐水期，河流流量較大。

美舍河發源于海口市南部羊山地區，呈圓弧狀流經永興、城西、府城、白龍等4個鄉鎮及街道，在和平北路橋東側流入海甸溪，最終從新港碼頭歸入瓊州海峽，其城區段全長 23.86 km，流域面積為50.16 km2，是海口市生態環境建設的重要組成部分。

近年來，由于海口城市化進程加快，城市污水處理及排污措施力度不夠，導致城市生活污水及部分工廠生產廢水大量排入美舍河下游，在河流周邊到處可見排污口，反映出河流受附近居民生產和生活的影響較大，河流水質一直在Ⅳ～Ⅴ級之間。所以對美舍河的治理也成為海口市城市建設的重要內容之一。

2樣品采集及研究方法

本研究主要選擇海口市美舍河城區段河底沉積物進行研究，并在不同區段進行采樣分析。采樣時間為2012年11月，共采集11個樣品（各樣品點分布如圖1所示），11個樣點沿河段均勻分布，可信度較好。在室內又將采到的河底沉積物樣品經自然晾干及烘干→人工壓碎→礫石及動植物殘體剔除→混勻碾磨→過篩（150目）等步驟處理，選取0.1 g用于Cr、Ni、Cu、As、Cd、Pb等6種重金屬并測定含量。沉積物重金屬元素成分采用ICP-MS方法進行分析測定。

3美舍河城區河段中重金屬元素的組成特征

根據表4中各重金屬污染系數和表2中各重金屬的毒性響應系數可計算得到美舍河河底沉積物中不同重金屬的潛在生態危害系數和各部位的整體潛在生態風險指數（表5）。由表5可看出，不同重金屬元素的潛在生態危害系數由大到小為Cd>As>Cr>Ni>Pb>Cu>Zn，7種重金屬的潛在生態危害系數平均值均小于40，潛在生態風險指數RI也遠小于150，屬于低危害生態范疇，表明區內7種重金屬元素的潛在生態危害系數和潛在生態風險指數均處于低污染水平，說明美舍河海口市城區段沉積物中重金屬污染屬于輕微污染。

5結論

參考文獻：

[1]Mielke H W，Gonzales C R，Smith M K，et al. The urban environment and childrens health：soils as an integrator of lead，zinc，and cadmium in New Orleans，Louisiana，U.S.A[J]. Environmental Research，1999，81（2）：117-129.

[2]李海華，劉建武，李樹人，等. 土壤——植物系統中重金屬污染及作物富集研究進展[J]. 河南農業大學學報，2000，34（1）：30-34.

[3]Banat K M，Howari F M，Al-Hamad A A. Heavy metals in urban soils of central Jordan：should we worry about their environmental risks？[J]. Environmental Research，2005，97（3）：258-273.endprint

[4]吳新民，李戀卿，潘根興，等. 南京市不同功能城區土壤中重金屬Cu、Zn、Pb和Cd的污染特征[J]. 環境科學，2003，24（3）：105-111.

[5]趙志忠，畢華，劉強. 海南島西部地區磚紅壤中稀土元素含量的空間分異特征[J]. 土壤，2005，37（5）：44-49.

[6]郭躍品，吳國愛，付楊榮，等. 海南省胡椒種植基地土壤中重金屬元素污染評價[J]. 地質科技情報，2007，26（4）：91-96.

[7]Arnason J G，Fletcher B A.A 40 year record of Cd，Hg，Pb，and U deposition in sediments of Patroon Reservoir，Albany County，NY，USA[J]. Environmental Pollution，2003，123（3）：383-391.

[8]Moore J W，Ramamoorthy S. Heavy metals in natural waters：applied monitoring and impact assessment[M]. New York：Springer，1984.

[9]杜曉麗，曲久輝，劉會娟，等. 溫榆河水體中重金屬含量分布及賦存狀態解析[J]. 環境科學學報，2012，32（1）：37-42.

[10]林肇信，劉天齊，劉逸農. 環境保護概論[M]. 北京：高等教育出版社，2011：158-162.

[11]Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control：a sediment logical approach[J]. Water Research，1980，14（8）：975-1001.

[12]丁海霞，南忠仁，劉曉文，等. 金昌市郊農田土壤重金屬的污染特征[J]. 農業環境科學學報，2008，27（6）：2183-2188.

[13]曹會聰，王金達，張學林. 吉林黑土中Cd、Pb、As的空間分布及潛在生態風險[J]. 中國環境科學，2007，27（1）：89-92.

[14]周國華，馬生明，喻勁松，等. 土壤剖面元素分布及其地質、環境意義[J]. 地質與勘探，2002，38（6）：70-75.

[15]唐曉嬌，黃瑾輝，李飛，等. 基于盲數理論的水體沉積物重金屬污染評價模型[J]. 環境科學學報，2012，32（5）：1104-1112.

[16]孟翊，劉蒼字，程江. 長江口沉積物重金屬元素地球化學特征及其底質環境評價[J]. 海洋地質與第四紀地質，2003，23（3）：37-43.

[17]陳懷滿，鄭春榮，周東美，等. 土壤中化學物質的行為與環境質量[M]. 北京：科學出版社，2002.

[18]王鵬，趙志忠，王軍廣，等. 海南島磚紅壤重金屬污染特征及其風險評價[J]. 江蘇農業科學，2011，39（5）：461-463.

[19]于萬輝，王俊杰，臧淑英. 松嫩平原湖泊底泥重金屬空間變異特征及其風險評價[J]. 地理科學，2012，32（8）：1000-1005.

[20]王鵬，趙志忠，王軍廣，等. 海南島西部地區磚紅壤中重金屬分布特征及潛在生態風險評價[J]. 安徽農業科學，2011，39（9）：5210-5212，5339.

[21]丁喜桂，葉思源，高宗軍. 近海沉積物重金屬污染評價方法[J]. 海洋地質動態，2005，21（8）：31-36.endprint

[4]吳新民，李戀卿，潘根興，等. 南京市不同功能城區土壤中重金屬Cu、Zn、Pb和Cd的污染特征[J]. 環境科學，2003，24（3）：105-111.

[5]趙志忠，畢華，劉強. 海南島西部地區磚紅壤中稀土元素含量的空間分異特征[J]. 土壤，2005，37（5）：44-49.

[6]郭躍品，吳國愛，付楊榮，等. 海南省胡椒種植基地土壤中重金屬元素污染評價[J]. 地質科技情報，2007，26（4）：91-96.

[7]Arnason J G，Fletcher B A.A 40 year record of Cd，Hg，Pb，and U deposition in sediments of Patroon Reservoir，Albany County，NY，USA[J]. Environmental Pollution，2003，123（3）：383-391.

[8]Moore J W，Ramamoorthy S. Heavy metals in natural waters：applied monitoring and impact assessment[M]. New York：Springer，1984.

[9]杜曉麗，曲久輝，劉會娟，等. 溫榆河水體中重金屬含量分布及賦存狀態解析[J]. 環境科學學報，2012，32（1）：37-42.

[10]林肇信，劉天齊，劉逸農. 環境保護概論[M]. 北京：高等教育出版社，2011：158-162.

[11]Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control：a sediment logical approach[J]. Water Research，1980，14（8）：975-1001.

[12]丁海霞，南忠仁，劉曉文，等. 金昌市郊農田土壤重金屬的污染特征[J]. 農業環境科學學報，2008，27（6）：2183-2188.

[13]曹會聰，王金達，張學林. 吉林黑土中Cd、Pb、As的空間分布及潛在生態風險[J]. 中國環境科學，2007，27（1）：89-92.

[14]周國華，馬生明，喻勁松，等. 土壤剖面元素分布及其地質、環境意義[J]. 地質與勘探，2002，38（6）：70-75.

[15]唐曉嬌，黃瑾輝，李飛，等. 基于盲數理論的水體沉積物重金屬污染評價模型[J]. 環境科學學報，2012，32（5）：1104-1112.

[16]孟翊，劉蒼字，程江. 長江口沉積物重金屬元素地球化學特征及其底質環境評價[J]. 海洋地質與第四紀地質，2003，23（3）：37-43.

[17]陳懷滿，鄭春榮，周東美，等. 土壤中化學物質的行為與環境質量[M]. 北京：科學出版社，2002.

[18]王鵬，趙志忠，王軍廣，等. 海南島磚紅壤重金屬污染特征及其風險評價[J]. 江蘇農業科學，2011，39（5）：461-463.

[19]于萬輝，王俊杰，臧淑英. 松嫩平原湖泊底泥重金屬空間變異特征及其風險評價[J]. 地理科學，2012，32（8）：1000-1005.

[20]王鵬，趙志忠，王軍廣，等. 海南島西部地區磚紅壤中重金屬分布特征及潛在生態風險評價[J]. 安徽農業科學，2011，39（9）：5210-5212，5339.

[21]丁喜桂，葉思源，高宗軍. 近海沉積物重金屬污染評價方法[J]. 海洋地質動態，2005，21（8）：31-36.endprint

[4]吳新民，李戀卿，潘根興，等. 南京市不同功能城區土壤中重金屬Cu、Zn、Pb和Cd的污染特征[J]. 環境科學，2003，24（3）：105-111.

[5]趙志忠，畢華，劉強. 海南島西部地區磚紅壤中稀土元素含量的空間分異特征[J]. 土壤，2005，37（5）：44-49.

[6]郭躍品，吳國愛，付楊榮，等. 海南省胡椒種植基地土壤中重金屬元素污染評價[J]. 地質科技情報，2007，26（4）：91-96.

[7]Arnason J G，Fletcher B A.A 40 year record of Cd，Hg，Pb，and U deposition in sediments of Patroon Reservoir，Albany County，NY，USA[J]. Environmental Pollution，2003，123（3）：383-391.

[8]Moore J W，Ramamoorthy S. Heavy metals in natural waters：applied monitoring and impact assessment[M]. New York：Springer，1984.

[9]杜曉麗，曲久輝，劉會娟，等. 溫榆河水體中重金屬含量分布及賦存狀態解析[J]. 環境科學學報，2012，32（1）：37-42.

[10]林肇信，劉天齊，劉逸農. 環境保護概論[M]. 北京：高等教育出版社，2011：158-162.

[11]Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control：a sediment logical approach[J]. Water Research，1980，14（8）：975-1001.

[12]丁海霞，南忠仁，劉曉文，等. 金昌市郊農田土壤重金屬的污染特征[J]. 農業環境科學學報，2008，27（6）：2183-2188.

[13]曹會聰，王金達，張學林. 吉林黑土中Cd、Pb、As的空間分布及潛在生態風險[J]. 中國環境科學，2007，27（1）：89-92.

[14]周國華，馬生明，喻勁松，等. 土壤剖面元素分布及其地質、環境意義[J]. 地質與勘探，2002，38（6）：70-75.

[15]唐曉嬌，黃瑾輝，李飛，等. 基于盲數理論的水體沉積物重金屬污染評價模型[J]. 環境科學學報，2012，32（5）：1104-1112.

[16]孟翊，劉蒼字，程江. 長江口沉積物重金屬元素地球化學特征及其底質環境評價[J]. 海洋地質與第四紀地質，2003，23（3）：37-43.

[17]陳懷滿，鄭春榮，周東美，等. 土壤中化學物質的行為與環境質量[M]. 北京：科學出版社，2002.

[18]王鵬，趙志忠，王軍廣，等. 海南島磚紅壤重金屬污染特征及其風險評價[J]. 江蘇農業科學，2011，39（5）：461-463.

[19]于萬輝，王俊杰，臧淑英. 松嫩平原湖泊底泥重金屬空間變異特征及其風險評價[J]. 地理科學，2012，32（8）：1000-1005.

[20]王鵬，趙志忠，王軍廣，等. 海南島西部地區磚紅壤中重金屬分布特征及潛在生態風險評價[J]. 安徽農業科學，2011，39（9）：5210-5212，5339.

[21]丁喜桂，葉思源，高宗軍. 近海沉積物重金屬污染評價方法[J]. 海洋地質動態，2005，21（8）：31-36.endprint