濕地重金屬沉積物污染的評價方法研究

張俊宇++張明惠++羅迪

濕地的基本概況

濕地是人類重要的環境資本，也是富集生物多樣性和具有較高生產力的生態系統。它不但蘊涵豐富的自然資源 ，還具有巨大的環境調節功能和生態效益 。按照《國際濕地公約》的定義，濕地是指天然的或人工的、永久的或臨時的沼澤地、泥炭地或水域地帶，帶有靜止或流動的淡水、半咸水或咸水水體，包括低潮時水深不超過 6 m 的水域。濕地作為水陸過渡帶，有著巨大的環境調節功能和生態效益，與森林、海洋一起并稱為全球三大生態系統，在維持生物多樣性、防洪抗旱、調節氣候、降解污染物、美化環境、提供生產生活資料等方面具有其他系統不可替代的作用，是人類最重要的自然資源與生存環境之一，被譽為“地球之腎”。在人類文明的發展過程中 ， 濕地以其豐富的野生動植物資源、礦產資源、水資源及景觀資源為人類社會提供了大量的不可或缺的重要資源 ，是人類賴以生存的重要物質基礎。

濕地沉積物中重金屬的來源

由于濕地一般發育在地勢較低的部位，承接了由環境變遷以及人類活動所產生的大量污染物，濕地沉積物中重金屬來源可分為自然來源和人為來源兩種途徑。自然來源是指各種地質、地球化學作用，如地質構造活動、巖石風化與成土過程等，重金屬的自然來源形成了它們在某區域的自然豐度，即環境背景值。人為來源則主要包括工業生產污染、交通污染、生活垃圾以及農業生產過程中含重金屬的化肥、有機肥、城市廢棄物和農藥的不合理施用以及污水灌溉所產生的面源污染等，這些污染物中的重金屬通過地表徑流以及大氣沉降而進入沉積物，最終導致濕地沉積物中重金屬的累積。

濕地沉積物重金屬污染風險評價的方法

沉積物重金屬污染生態風險評價常用的方法有：內梅羅指數法、地質累積指數法、潛在生態風險指數法、生物效應濃度法以及基于重金屬形態分析的評價方法等。其中內梅羅指數法和地質累積指數法評價的思路是依據環境質量基準和元素的地球化學背景值，通過一系列的計算得到一個評價指數，然后根據評價指數與評價標準的對比判別風險的大小。該方法的優點是評價方法簡單和易于操作，但由于評價指數計算時的參考標準不易獲取，評價過程中不同研究人員的評價標準并不一致，所以這兩種評價方法所得出的評價結果的可信度以及可比性都不高。潛在生態風險指數法、生物效應濃度法以及基于重金屬形態分析的評價方法，其評價思路都是基于重金屬污染物對生物體的毒性效應來展開，其中，潛在生態風險指數法由瑞典化學家 Hakanson 最先提出，是沉積物質量評價中最常用的方法之一。該方法自引入我國以來，便得到廣泛的應用，但最突出的問題是，評價中的毒性效應參數大多直接引用國外的參數值，沒有針對我國的實際情況進行修正。因此，評價的結果具有一定的偏差。生物效應濃度法又稱為基于沉積物質量基準（sediment quality guidelines，SQG）的風險評價方法，該方法將各重金屬的濃度與相應的生物毒性效應范圍低值（effects range low，ERL ）或效應范圍中值（ effects range median，ERM）比較，若其結果高于 ERM，表明沉積物受到嚴重污染，不利生物毒性效應將頻繁發生；介于 ERL 與 ERM 之間，表明重金屬對生物的毒性效應偶爾發生；若低于 ERL值，表明沉積物未污染或輕度污染，基本無生物毒性效應。由于我國尚未建立自己的沉積物質量基準，該方法在我國應用時，仍然需要參考國外（主要是美國）的一些質量基準，因此，該方法在我國的應用受到一定的限制。基于形態分析的評價方法與其他評價方法最大的區別是在計算重金屬生態風險時考慮了其生物有性，將重金屬元素在沉積物中的遷移系數（mobility factor，MF）作為計算的參數進行生態風險值的計算，遷移系數用連續提取法獲得的交換態和碳酸鹽結合態重金屬元素占重金屬總量的百分數表示。近些年來，在水體沉積物重金屬污染物生物有效性評價的研究中，一些學者提出用“酸可揮發性硫化物（AVS）”與“同步可提取重金屬（SEM）”比例來指示沉積物重金屬生物有效性，即：當 SEM/AVS>1，會產生毒性效應；SEM/AVS<1，一般不會產生毒性效應。但 Long 等和 Hare 等認為，僅用 SEM/AVS 評估沉積物是否具有毒性過于簡單化，在金屬和AVS 含量同時很低時，雖然會出現 SEM/AVS>1，但不會產生毒性；同時，AVS 不一定都能與金屬結合，SEM/AVS<1 時，同樣有可能產生毒性，從而造成對沉積物毒性的低估。

基金項目：沈陽師范大學“大學生創新創業訓練計劃”校級項目（201610166300170）和院級項目資助。endprint