城市污染河涌沉積物中重金屬化學形態分析及生物毒性評價

宋憲強，梁釗雄

(佛山科學技術學院環境與土木建筑學院，廣東佛山528000)

河涌沉積物中的重金屬具有極強的富集和潛在毒害作用，作為一種持久性污染物，被認為是對水質及底棲生物有潛在影響的次生污染源，因此重金屬的化學活性和生物可利用性已經成為重要的研究課題［1－3］。重金屬對環境的危害除與其總量有關外，更大程度上取決于其在環境介質中的賦存形態［4－5］。該研究選擇欖核河沉積物為研究對象，分析其中重金屬元素(Cu、Zn、Pb和Cr)形態分布特征并進行生物毒性評價，以期為污染河涌沉積物的治理及無害化、資源化應用提供借鑒、參考。

1 材料與方法

1．1 沉積物樣品的采集 欖核河屬廣州市南沙區欖核鎮，河流自上游至下游呈樹枝狀分布，近年來水體受到污染，沉積物出現一定程度的累積。

從欖核大橋向磨碟頭水閘方向每間隔100 m設一取樣斷面(共10個斷面，分別標識LH1～LH10，圖1)進行布點采樣。采集表層沉積物裝入聚乙烯塑料袋，趕盡空氣后密封帶回實驗室冷凍保存，盡快完成樣品各指標的測定分析。

1．2 測定方法 樣品采用HCl-HNO3-HClO4進行消解，而后采用原子吸收分光光度計測定消解液中重金屬的含量。各重金屬元素的形態分布采用Tessier建立的五步連續萃取法分析，提取次序依次為可交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、硫化物與有機結合態、殘渣態［6］。

1．3 生物毒性評價方法 該文使用已被我國部分學者［7－8］采納、由Long E R［9］提出的沉積物質量基準法(Sediment Quality Guidelines，SQGs)來評價欖核河沉積物中重金屬的毒性效應。該法可以快速預測污染沉積物的生物毒性，以鑒別出需要引起關注的水體沉積物區域［7］。近年來，部分國家和地區已經制定了適合于各自國或地區的水體沉積物重金屬質量基準［10－11］。該法將各重金屬的濃度與相應的生物毒性效應閾值ERL(Effects Range Low)和ERM(Effects Range Median)比較，若其結果高于ERM值，表明沉積物受到嚴重污染，并呈現嚴重生物毒性效應;若其結果低于ERL值，表明沉積物未污染或輕度污染，基本無生物毒性效應;而其值介于ERL與ERM之間時，沉積物屬于中等污染水平。該基準的ERL和ERM臨界值水平見表1。

表1 ERL和ERM重金屬基準值 mg/kg

2 結果與分析

2．1 沉積物中重金屬總量分析 圖2表明欖核河沉積物中各重金屬元素的含量均較高。從單一重金屬含量情況看，Zn元素含量均值為2 278．57 mg/kg，明顯高于其他3種金屬。從各斷面的污染情況看，Cu、Pb和Cr以LH8斷面為最高含量點，可能與該斷面位于欖核河與淺海涌的交匯口有關。

2．2 沉積物中重金屬形態分析 以各重金屬5種形態的總和作為100%計算各形態在其中的百分比，得到形態分布圖(圖3)。從整體形態分布上看，研究河段沉積物中各重金屬元素主要以鐵錳氧化態、有機態和殘渣態等形式存在，可交換態及碳酸鹽態含量較少。從單一元素上分析，Cu元素以殘渣態為主，各采樣點含量變化范圍為37．97% ～48．54%，非殘渣態以鐵錳氧化態和有機態為主，平均含量分別為27.85%和23．02%;Zn元素非殘渣態百分含量在4種元素中最高，占57．41%，結合各斷面Zn元素總含量最大的情況，說明Zn元素活動性強，在外部環境條件發生變化時，容易被重新釋放到水中造成水體的二次污染，是必須引起重視的元素;Pb元素和Cr元素各形態百分比分布與Cu元素相似，但Cr元素碳酸鹽態百分含量有所上升，所占的百分比為5．33%。

2．3 沉積物質量基準法(SQGs)評價 根據SQGs基準中的ERL和ERM臨界值水平，將欖核河沉積物各采樣點重金屬元素含量與相應的ERL和ERM值進行比較，其結果如圖4所示?？梢钥闯?，研究河段各斷面沉積物中重金屬Cu、Zn、Pb和Cr的濃度均遠遠超過ERL值和ERM值水平，其平均含量分別為 ERM 值的4．93、5．56、4．22 和 2．54 倍，說明這 4種金屬均對沉積物構成嚴重污染，可能會對底棲生物產生嚴重的負面影響，導致不利生物效應頻繁發生，因此應對這4種金屬做好防控措施，以減少其對水生生態系統的毒害作用。

3 結論

(1)欖核河沉積物中各重金屬元素含量均較高，且Zn元素均值含量明顯高于其他3種金屬。

(2)欖核河沉積物中各重金屬元素主要以鐵錳氧化態、有機態和殘渣態等形式存在，而非殘渣態，以Zn元素含量最高。

(3)SQGs法評價表明，欖核河沉積物中4種重金屬元素濃度均超過ERM水平，可能會對底棲生物產生潛在毒性，應加強防控。

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