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(huán)境資本，也是富集生物多樣性和具有較高生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)。它不但蘊涵豐富的自然資源 ，還具有巨大的環(huán)境調(diào)節(jié)功能和生態(tài)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(huán)境調(diào)節(jié)功能和生態(tài)效益，與森林、海洋一起并稱為全球三大生態(tài)系統(tǒng)，在維持生物多樣性、防洪抗旱、調(diào)節(jié)氣候、降解污染物、美化環(huán)境、提供生產(chǎn)生活資料等方面具有其他系統(tǒng)不可替代的作用，是人類最重要的自然資源與生存環(huán)境之一，被譽為“地球之腎”。在人類文明的發(fā)展過程中 ， 濕地以其豐富的野生動植物資源、礦產(chǎn)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(zhì)基礎(chǔ)。

濕地沉積物中重金屬的來源

由于濕地一般發(fā)育在地勢較低的部位，承接了由環(huán)境變遷以及人類活動所產(chǎn)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(zhì)、地球化學(xué)作用，如地質(zhì)構(gòu)造活動、巖石風(fēng)化與成土過程等，重金屬的自然來源形成了它們在某區(qū)域的自然豐度，即環(huán)境背景值。人為來源則主要包括工業(yè)生產(chǎn)污染、交通污染、生活垃圾以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中含重金屬的化肥、有機肥、城市廢棄物和農(nóng)藥的不合理施用以及污水灌溉所產(chǎn)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(dǎo)致濕地沉積物中重金屬的累積。

濕地沉積物重金屬污染風(fēng)險評價的方法

沉積物重金屬污染生態(tài)風(fēng)險評價常用的方法有：內(nèi)梅羅指數(shù)法、地質(zhì)累積指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法、生物效應(yīng)濃度法以及基于重金屬形態(tài)分析的評價方法等。其中內(nèi)梅羅指數(shù)法和地質(zhì)累積指數(shù)法評價的思路是依據(jù)環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)和元素的地球化學(xué)背景值，通過一系列的計算得到一個評價指數(shù)，然后根據(jù)評價指數(shù)與評價標(biāo)準(zhǔn)的對比判別風(fēng)險的大小。該方法的優(yōu)點是評價方法簡單和易于操作，但由于評價指數(shù)計算時的參考標(biāo)準(zhǔn)不易獲取，評價過程中不同研究人員的評價標(biāo)準(zhǔn)并不一致，所以這兩種評價方法所得出的評價結(jié)果的可信度以及可比性都不高。潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法、生物效應(yīng)濃度法以及基于重金屬形態(tài)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(yīng)來展開，其中，潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法由瑞典化學(xué)家 Hakanson 最先提出，是沉積物質(zhì)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(yīng)用，但最突出的問題是，評價中的毒性效應(yīng)參數(shù)大多直接引用國外的參數(shù)值，沒有針對我國的實際情況進行修正。因此，評價的結(jié)果具有一定的偏差。生物效應(yīng)濃度法又稱為基于沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)（sediment quality guidelines，SQG）的風(fēng)險評價方法，該方法將各重金屬的濃度與相應(yīng)的生物毒性效應(yīng)范圍低值（effects range low，ERL ）或效應(yīng)范圍中值（ effects range median，ERM）比較，若其結(jié)果高于 ERM，表明沉積物受到嚴重污染，不利生物毒性效應(yīng)將頻繁發(fā)生；介于 ERL 與 ERM 之間，表明重金屬對生物的毒性效應(yīng)偶爾發(fā)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(yīng)。由于我國尚未建立自己的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)，該方法在我國應(yīng)用時，仍然需要參考國外（主要是美國）的一些質(zhì)量基準(zhǔn)，因此，該方法在我國的應(yīng)用受到一定的限制?；谛螒B(tài)分析的評價方法與其他評價方法最大的區(qū)別是在計算重金屬生態(tài)風(fēng)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(shù)（mobility factor，MF）作為計算的參數(shù)進行生態(tài)風(fēng)險值的計算，遷移系數(shù)用連續(xù)提取法獲得的交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬元素占重金屬總量的百分數(shù)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(xué)者提出用“酸可揮發(fā)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(dāng) SEM/AVS>1，會產(chǎn)生毒性效應(yīng)；SEM/AVS<1，一般不會產(chǎn)生毒性效應(yīng)。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(xiàn) SEM/AVS>1，但不會產(chǎn)生毒性；同時，AVS 不一定都能與金屬結(jié)合，SEM/AVS<1 時，同樣有可能產(chǎn)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(xué)“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”校級項目（201610166300170）和院級項目資助。endprint