沂河表層底泥重金屬污染及其風險性評價

卓麗玲，杜凡，尹玉亭，崔志明

(棗莊學院生命科學學院，山東棗莊　277160)

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沂河表層底泥重金屬污染及其風險性評價

卓麗玲，杜凡，尹玉亭，崔志明

(棗莊學院生命科學學院，山東棗莊277160)

[摘要]為了解臨沂沂河干流小埠東橡膠壩至湯頭段濱河大道開發造成的重金屬污染狀況，用火焰法原子吸收分光光度法對河道內表層底泥的重金屬含量進行了研究，并采用地積累指數(I(geo))和潛在風險指數(RI)兩種指標相結合的方法對其進行安全風險評價.結果表明，湯頭至小埠東段河道內重金屬污染以Cd為主，陽光沙灘呈極強污染，北外環橋和湯頭呈強度污染，解放路橋、鴻福寺和新河村呈中～強度污染；單一元素潛在生態風險因子)評價陽光沙灘為極強生態污染，其他各點為很強生態污染；其次是Pb，在陽光沙灘呈極強污染，解放路橋、北外環橋、新河村和湯頭為中度污染，鴻福寺為輕～中度污染. 評價在陽光沙灘處為強生態污染，其余各點輕微生態污染.依據潛在生態風險指數RI將河道分成三個風險功能區：解放路橋、鴻福寺、新河村為中等污染區，北外環橋、湯頭為重污染區，陽光沙灘為極重污染區.

[關鍵詞]重金屬；生態風險評價；沂河

0引言

重金屬是一類很難消除的累積性污染物，通過城市生活污水、農業灌溉、農藥和化肥施用、工業“三廢”排放以及大氣沉降等途徑進入生態系統，導致環境質量惡化[1]，并可通過食物鏈逐級傳遞富集，對人體和其他生物的潛在威脅極大[2].20 世紀50年代，日本出現了由汞引起的“水俁病”和由鎘污染引起的“骨痛病”后，重金屬污染的環境問題引起公眾和各級地方政府的關注[3].水體環境中的重金屬被賦存于近岸沉積體系統，其濃度比水中的元素濃度高幾個數量級，其危害比常規污染物更為嚴重，當水體環境條件發生變化時，沉積物中的重金屬向上覆水體重新釋放，造成對水體的二次污染，可以把底泥作為水環境中重金屬污染程度的“指示劑”[4,5].如唐文清[6]對湘江(衡陽段)底泥重金屬污染特征及生態風險動態評價.

沂河是淮河流域泗沂沭水系中的較大河流，是臨沂的母親河，位于山東省南部與江蘇省北部，為古淮河支流泗水的支流.全長500余公里，流域面積1.16萬平方公里.為了充分發揮沂河防洪、灌溉等作用，臨沂當地政府先后在沂河干支流修建了小埠東、桃園、角沂等4座橡膠壩.人工蓄水工程可能對重金屬具有較強的富集能力，特別是城市河流蓄水工程由于大量接納工業廢水和生活污水，重金屬的富集現象將會更加明顯，對小埠東橡膠壩前50 m處表層沉積物重金屬的研究發現As、Cr、Cu和Pb具有輕微的生態危害；Cd具有很強的生態危害；Hg具有極強的生態危害[7].加之河道兩邊濱河大道景觀的修建及開放，使河道的天然屬性發生了改變.因此，本論文就小埠東上游，沿濱河大道至湯頭段進行重金屬檢測，并用地積累指數(Igeo)和潛在風險指數(RI)對其進行生態安全風險評價，對城市化進程的穩步發展和城郊生態環境的可持續發展具有重要意義.

1實驗

1.1主要儀器與試劑

SB-316-4電熱板(湖南長沙市華光電爐廠)、AR1140型電子分析天平(美國Ohaus公司)、Z-2000型原子吸收分光光度計(日本株式會社日立高新技術那珂事所)、硝酸、高氯酸、氫氟酸等均為分析純.

1.2實驗方法

1.2.1樣品的采集及處理

2014年4月份在在沂河干流小埠東橡膠壩至湯頭段河道內選取解放路橋底、陽光沙灘，北外環橋底，鴻福寺，新河村，湯頭等處采集淺層底泥，裝入聚乙烯袋中密封，送實驗室冷藏保存，去除底泥中石粒、雜草等雜質，放烘箱中烘干，磨碎，過100目篩.稱取1g樣品，用硝酸、高氯酸、和氫氟酸混合消解至澄清，定容，備測.

1.2.2重金屬檢測

采用火焰法原子吸收分光光度法檢測重金屬Pb、Cd、Cu、Cr、Ni、Mn的含量，并換算成以mg/kg為單位的數據.

1.3安全評價

沂河重金屬的污染情況采用地積累指數(Igeo)和潛在生態風險指數(RI)相結合的方法進行安全風險評價.

1.3.1地累積指數：

計算公式如下：

Igeo=Log2[Cn/(K×Bn)]

式中Cn———元素n在沉積物中的含量，單位：mg·Kg-1

Bn———元素n在沉積物中的地球化學背景值，單位：mg·Kg-1

K———考慮當地巖石差異可能引起的背景值的變動而取的系數(一般取值為1.5)

地積累指數(Igeo)共分7級，即0～6級[8,9]，地積累指數法與污染程度分級見表1

表1　地積累指數與污染程度分級

1.3.2潛在生態風險指數

計算公式如下：

Eir= Tir×Cif

表2　潛在生態風險評價指標與分級關系

2結果

2.1沂河底泥中重金屬的含量及地累積指數

沂河不同采樣點重金屬含量見表3，與環境背景值對比看，Cd、Pb、Cu和Ni均高于背景值，Zn均低于背景值，Cr除在解放路橋底外，其余各點都高于環境背景值，Mn的含量除湯頭外，其余各點均低于環境背景值.該河段污染物以Cd為主，其次是Pb，在陽光沙灘處高出環境背景值分別為30倍和23倍.

地積累指數和污染程度分級情況見表4，Cu的風險級別在陽光沙灘處為3，中～強度污染，在湯頭處風險級別是2，污染程度為中度，在其他各點風險級別均是1，表現輕～中度污染；Ni在解放路橋、鴻福寺無污染，風險級別為0，其余各點風險級別均是1，輕～中度污染；毒性較大的重金屬Pb、Cd和Cr的污染等級分別是：Pb陽光沙灘呈極強污染，解放路橋、北外環橋、新河村和湯頭為中度污染，鴻福寺為輕～中度污染；Cd在陽光沙灘呈極強污染，北外環橋和湯頭呈強度污染，解放路橋、鴻福寺和新河村呈中～強度污染；Cr在陽光沙灘和湯頭處呈輕～中度污染，其余各點無污染.Zn和Mn在各采樣點均無污染，風險級別均是0.

表3　沂河不同采樣點底泥中重金屬含量　單位：mg·Kg-1

表4沂河底泥中重金屬的地積累指數及分級

2.2沂河底泥中重金屬的潛在風險指數

表5沂河底泥重金屬潛在生態風險指數及分級

3結論

通過對沂河湯頭至小埠東段河道內底泥重金屬的檢測及地積累指數(Igeo)和潛在生態風險指數(RI)相結合的安全評價分析研究，初步得到以下認識：河道內重金屬污染程度依次為陽光沙灘>湯頭>北外環橋>新河村>鴻福寺>解放路橋，陽光沙灘為極重污染，湯頭和北外環橋為重污染，解放路橋、鴻福寺、新河村處為中等污染；該河段重金屬污染風險因子Cd的遠高于其他元素，是構成潛在的生態危害的主要因素，在今后的區域生態環境的治理與恢復工程中，應特別關注Cd對生態環境的影響.

參考文獻

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[責任編輯：閆昕]

Distribution and Ecological Risk Assessment for Heavy Metals in Superficial Sediments of Yihe River

ZHUO Li-ling*, DU Fan, YIN Yu-ting, CUI Zhi-ming

(College of Life Sciences, Zaozhuang University, Zaozhuang 277160, China)

Abstract：To explore the trend of the changes in heavy metal pollution caused by the development of riverside in Yihe rever. The determination of the heavy metal distribution of the superficial sediments was carried out by flame Atomic absorption spectrophotometry. The potential ecological risk index (RI) and geological acumination index (I(geo)), as the quantitative diagnostic tools, were used to evaluate the pollution degree of various heavy metals in the sediments. The results show the cadmium (Cd) pollution in the Tangtou to Xiao bu dong was the primary, and the sun beach was the strongest pollution, the north loop’s bridge and tangtou was strong pollution, the liberation road’s bridge and hongfu monastery and xinhe village were middle to strong pollution; the sun beach was the strongest ecological pollution by evaluation, other points was strong ecological pollution. Secondly, plumbum (Pb), in sun beach was the strongest pollution, and in liberation road’s bridge, north loop’s bridge, xinhe village and tang tou were moderate pollution, in hongfu monastery was middle to strong pollution; the sun beach was strong ecological pollution, and other points was minor ecological pollution. The results showed the distribution of pollutants in the sediments could be divided into three sections with different ecological risk characteristics: the medium pollution area in liberation road’s bridge, hongfu monastery and xinhe village; the heavy pollution area in north loop’s bridge and tangtou; the heavier pollution area in sun beach.

Key words：heavy metal; ecological risk assessment; yihe rever

[中圖分類號]X552

[文獻標識碼]A

[文章編號]1004-7077(2016)02-0082-05

[作者簡介]卓麗玲(1976-)，女，山東聊城人，棗莊學院生命科學學院副教授，博士，主要從事毒理學研究.

[基金項目]棗莊學院國家級基金預研究項目(項目編號：2014YY09)；國家大學生創新創業訓練計劃項目(項目編號：31190901).

[收稿日期]2016-01-18