重慶主城區(qū)段長江沉積物中重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險

張興英 翟勤

摘要：以重慶主城區(qū)段長江寸灘和望龍門斷面沉積物中重金屬為研究對象，以潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法為研究手段，對１９９６－２０１０年重金屬污染程度進(jìn)行了評價。結(jié)果表明，沉積物中各種重金屬均有一定程度的富集，重金屬濃度（除Ｐｂ外）年際間差異顯著；１５年平均生態(tài)風(fēng)險為中等，首要污染元素為Ｃｄ和Ｈｇ，應(yīng)考慮對其進(jìn)行優(yōu)先控制；１５年間兩斷面生態(tài)風(fēng)險趨勢為先上升后下降，峰值出現(xiàn)在２００５年，該年為極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險。“十一五”期間生態(tài)風(fēng)險顯著降低的原因有總量減排等環(huán)境政策的實施，上游地區(qū)污水處理廠、垃圾填埋場等環(huán)保設(shè)施的建設(shè)與投用，此外，三峽水庫蓄水引起水力條件改變，沉積物中的重金屬可能向上覆水再釋放，致使沉積物中的重金屬濃度降低。

關(guān)鍵詞：沉積物；重金屬；生態(tài)風(fēng)險；重慶

中圖分類號：Ｘ８２０．６文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）15－3219-03

Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｉｓｋ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｆｒｏｍ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ

（Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｄｏｗｎｔｏｗｎ Ｓｅｃｔｉｏｎ）

ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎｇ－ｙｉｎｇ，ＺＨＡＩ Ｑｉｎ

（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉａｎｇｐｉｎｇ Ｃｏｕｎｔｙ ｉｎ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０５２００， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ（ＲＩ） ｗａｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｉｎ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ｄｏｗｎｔｏｗｎ ｓｅｃｔｉｏｎ． According to ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄａｔａ ｉｎ ｌａｓｔ ｆｉｆｔｅｅｎ ｙｅａｒｓ ｆｒｏｍ ｔｗｏ ｎａｔｉｏｎａｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎｓ， ａｌｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ had been ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ to some extent． Ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｅｘｃｅｐｔ ｆｏｒ Ｐｂ． ＲＩ ｏｆ ｔｈｅ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ｄｏｗｎｔｏｗｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ａｓ ｍｏｄｅｒａｔｅ， to which Ｃｄ ａｎｄ Ｈｇ Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｄ ｔｈｅ ｍｏｓｔ， ｂｅｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｉｏｒｉｔｙ ｔｏ be mitigated． Ｔｈｅ ｐｅａｋ ｏｆ ＲＩ appeared ｉｎ ２００５， ｂｅｉｎｇ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ａｓ ｈｉｇｈ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ． ＲＩ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｓｈａｒｐｌｙ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ， which ｗｏｕｌｄ ｂｅ ａｔｔｒｉｂｕｔｅd ｔｏ ｔｈｅ ＷＷＴＰ， ＭＳＷ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｎｅｗ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｌｉｃｙ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｗａｔｅｒ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｉｍｐｏｕｎｄｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｉｖｅｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔ； ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ； ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ； Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ

水體沉積物是污染物重要的匯，由于吸附和沉降作用等因素，各種污染物常在沉積物中富集。同時，由于上覆水污染物濃度、水力條件或氧化還原電位的變化，沉積物中的污染物均可能再釋放到水體中，因此，水體沉積物也是潛在的污染源。如陳永川等［１］的研究表明，滇池沉積物中的可溶性磷的釋放是滇池藍(lán)藻大量發(fā)生的重要因素。此外，水體沉積物中的污染物還通過底棲生物進(jìn)入食物鏈，從而影響到整個生物圈。沉積物中的重金屬因具有毒性強(qiáng)、可進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)、能在生物體中富集等特點而備受關(guān)注。近年來，眾多學(xué)者對水體沉積物中重金屬污染評價的研究報告頻頻出現(xiàn)于各種學(xué)術(shù)刊物中，其中又以瑞典科學(xué)家Ｈａｋａｎｓｏｎ［２］提出的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ）使用最為頻繁。

重慶成為中國的直轄市以來，長江經(jīng)歷了三峽建壩、高水位蓄水等一系列的變化，水力學(xué)和水化學(xué)條件都有巨大的改變。重慶市的污染物排放特征也隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和環(huán)境政策的實施改變而呈現(xiàn)出一定的差異。兩者對沉積物中的重金屬濃度均有顯著影響，而以前的研究往往忽視了這兩個因素。如付川等［３］對長江萬州段沉積物的評價以及吳迪等［４］對烏江流域的評價結(jié)果均顯示有中等生態(tài)風(fēng)險，佟洪金等［５］對嘉陵江閬中斷面支流的評價為微弱生態(tài)風(fēng)險。

該研究基于Ｈａｋａｎｓｏｎ［２］提出的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法對位于重慶主城區(qū)段長江的寸灘和望龍門兩個斷面１９９６－２０１０年的重金屬污染情況進(jìn)行評價，選取的重金屬主要包括砷（Ａｓ）、汞（Ｈｇ）、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐｂ）、鋅（Ｚｎ）、鎘（Ｃｄ）６種。

１材料與方法

１．１取樣點位置

重慶市環(huán)境監(jiān)測中心常年對長江兩個國控斷面寸灘和望龍門斷面進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測和沉積物監(jiān)測，其中每年對沉積物的監(jiān)測頻次不低于兩次，分別為枯水期和豐水期。如圖１所示，嘉陵江于朝天門匯入長江，望龍門和寸灘斷面分別位于朝天門的上游和下游。

１．２評價方法

采用Ｈａｋａｎｓｏｎ［２］提出的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法對沉積物中的重金屬污染情況進(jìn)行評價，計算公式為：

ＲＩ＝■E ■■=■T ■■·■

式中：ＲＩ——沉積物中多種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)；E ■■——第i種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)；ｍ——不同重金屬的種類；T ■■——第i種重金屬的毒性系數(shù)，反映生物對其污染的敏感程度，Ｈｇ＝４０，Ｃｄ＝３０，Ａｓ＝１０，Ｐｂ＝Ｃｕ＝５，Ｚｎ＝１；Ｃｉ——沉積物中重金屬濃度實測值；C ■■——計算所需的參比值或標(biāo)準(zhǔn)，文中采用的背景值如表１所示。

１．３評價標(biāo)準(zhǔn)

計算中采用的重金屬濃度參比值為三峽庫區(qū)土壤重金屬背景值（表１）［６］。生態(tài)危害和風(fēng)險程度劃分如表２所示［２］。

２結(jié)果與分析

２．１重金屬濃度分析結(jié)果

沉積物中各種重金屬濃度從大到小依次為：Ｚｎ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｈｇ。各種重金屬濃度均在一定程度上高于三峽庫區(qū)土壤中的重金屬濃度，統(tǒng)計結(jié)果如表３所示。對重金屬濃度進(jìn)行相關(guān)性分析得到Ｃｕ與Ｃｄ具有顯著的相關(guān)性，原因可能是兩者均為沉積物較活潑的金屬［７］，可能有相同的來源和轉(zhuǎn)化途徑，各元素的相關(guān)系數(shù)如表４所示。

以時間為變量對各重金屬進(jìn)行單因素方差分析。分析結(jié)果如表５所示，除Ｐｂ外所有重金屬濃度各年度間差異顯著，其中以Ｈｇ和Ｃｄ的差異較大，兩者濃度均呈先上升后下降的趨勢。嘉陵江在朝天門匯入長江，望龍門和寸灘兩個斷面分居匯水?dāng)嗝娴纳嫌魏拖掠危纱藢蓚€斷面的濃度進(jìn)行單因素方差分析，分析嘉陵江的匯入是否造成了沉積物中重金屬濃度的顯著差異。結(jié)果顯示，各種重金屬濃度的差異均不顯著，表明嘉陵江的匯入對沉積物重金屬濃度影響較小。

２．２生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果

望龍門和寸灘斷面沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（ＲＩ）如表６、表７所示。結(jié)果顯示，望龍門斷面的ＲＩ為７２．３２～８０７．６６，寸灘斷面的ＲＩ為８６．７７～８７７．１８。

望龍門和寸灘斷面平均為中等生態(tài)風(fēng)險。各種重金屬所致生態(tài)風(fēng)險順序為：Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ，與重金屬濃度關(guān)聯(lián)較小，各種重金屬對潛在生態(tài)風(fēng)險值的貢獻(xiàn)以Ｃｄ、Ｈｇ較大，應(yīng)該成為沉積物中重金屬治理的優(yōu)先控制污染物。

兩個斷面各年度生態(tài)風(fēng)險大體呈先上升后下降的趨勢，峰值均出現(xiàn)在２００５年，為很強(qiáng)生態(tài)危害，主要原因是該年的Ｈｇ濃度異常偏高，２００５年Ｈｇ為極強(qiáng)生態(tài)危害，可能是由于該年度的污染事故排放所致。

“十五”期間兩個斷面的生態(tài)危害高于“九五”和“十一五”期間，可能與該階段重慶經(jīng)濟(jì)發(fā)展起飛，污染物排放大量增加有關(guān)。“十一五”期間的生態(tài)風(fēng)險顯著降低可能是因為２００６年起全國范圍內(nèi)實施總量減排等環(huán)境政策，上游各地區(qū)的污水處理廠、垃圾填埋場等環(huán)保設(shè)施的建設(shè)與投用的結(jié)果。此外，三峽工程蓄水以后，水流變緩，長江上游的輸入型污染物減少，這可能是“十一五”期間Ｃｄ顯著降低的主要原因［８］。另外，三峽水庫蓄水以后，上覆水的重金屬濃度由于稀釋作用而降低，打破了重金屬在固液兩相間原有的分布平衡，促使沉積物中的重金屬向上覆水再釋放，從而降低了沉積物中的重金屬濃度。

３結(jié)論與建議

沉積物中各種重金屬濃度大小順序為：Ｚｎ、 Ｃｕ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｈｇ，各種重金屬均有一定程度的富集，各年度重金屬濃度（除Ｐｂ外）差異顯著，其中以Ｈｇ和Ｃｄ的差異較大，兩者濃度均呈先上升后下降的趨勢。嘉陵江的匯入未造成兩個斷面重金屬濃度的顯著差異。

兩斷面１５年平均生態(tài)風(fēng)險為中等，各種重金屬所致生態(tài)風(fēng)險順序為：Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ，各種重金屬對潛在生態(tài)風(fēng)險值的貢獻(xiàn)以Ｃｄ最大，其次是Ｈｇ，由此兩者均應(yīng)被列入沉積物治理中的優(yōu)先控制污染物名單。兩個斷面各年度生態(tài)風(fēng)險大體呈先上升后下降的趨勢，其中峰值均出現(xiàn)在２００５年，該年為很強(qiáng)生態(tài)危害，主要原因是２００５年Ｈｇ濃度異常偏高。

“十一五”期間的生態(tài)風(fēng)險顯著降低可能是因為總量減排等一系列環(huán)境政策的實施，上游地區(qū)的污水處理廠、垃圾填埋場等環(huán)保設(shè)施的建設(shè)與投用，以及三峽工程蓄水后水流變緩，輸入型污染物減少，上覆水中重金屬濃度由于稀釋作用而降低，沉積物中的重金屬向上覆水再釋放。“十一五”末的生態(tài)風(fēng)險為中等，且呈回升趨勢，因此，對于當(dāng)前的環(huán)境政策的實施效果還不能樂觀，應(yīng)繼續(xù)強(qiáng)化危險性廢物處置管理及城市生活垃圾的收集與處置。

致謝：感謝重慶市環(huán)境監(jiān)測中心提供１９９６－２０１０年長江兩斷面的沉積物重金屬濃度數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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［２］ ＨＡＫＡＮＳＯＮ Ｌ． Ａｎ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ ｆｏｒ ａｑｕａｔｉｃ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ－a ｓｅｄｉｍｅｎｔo ｌｏｇｉｃａｌ ａｐｐｒｏａｃｈ［Ｊ］． Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９８０，１４：９７５－１００１．

［３］ 付川，潘杰，牟新利，等．長江（萬州段）沉積物中重金屬污染生態(tài)風(fēng)險評價［Ｊ］．長江流域資源與環(huán)境，２００７，１６（２）：２３６－２４０．

［４］ 吳迪，陳滸，李存雄，等．烏江流域沉積物重金屬污染特征及生態(tài)危害評價［Ｊ］．土壤通報，２０１０，４１（５）：１１８０－１１８３．

［５］ 佟洪金，任春坪，錢駿，等．成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)主要河流沉積物重金屬賦存形態(tài)及生態(tài)風(fēng)險評估［Ｊ］．四川環(huán)境，２０１１，３０（４）：５０－５５．

［６］ 唐將，鐘遠(yuǎn)平，王力．三峽庫區(qū)土壤重金屬背景值研究［Ｊ］．中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，２００８，１６（４）：８４８－８５２．

［７］ 周諧，鄭堅，張晟． 三峽庫區(qū)重慶段淹沒區(qū)土壤重金屬分布及評價［Ｊ］．中國環(huán)境監(jiān)測，２００６，２２（６）：８６－８８．

［８］ 唐將． 三峽庫區(qū)鎘等重金屬元素遷移富集及轉(zhuǎn)化規(guī)律［Ｄ］．成都：成都理工大學(xué)，２００５．