五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬的分布特征及生態風險評價

曾 穎，楊 臣，李月興，潘 虹

(1.黑龍江省科學院火山與礦泉研究所，哈爾濱 150000； 2.黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱 150000)

五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬的分布特征及生態風險評價

曾 穎1，2，楊 臣1，2，李月興1，2，潘 虹1，2

(1.黑龍江省科學院火山與礦泉研究所，哈爾濱 150000； 2.黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱 150000)

以五大連池火山堰塞湖為研究對象，測定其表層沉積物中8種重金屬元素(Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn、Pb及As)的含量，分析其分布特征并進行生態風險評價。結果表明：各池子表層沉積物中Hg的空間分布最不均勻；藥泉湖中重金屬總含量最高，體現了人類活動對湖泊生態的影響；單個及多種重金屬的潛在生態危害指數均為輕微，但其中As和Hg與我國其他類似河流湖泊相比處于中等偏上的水平，必須提高監管力度，予以治理。

沉積物；火山堰塞湖；重金屬；分布特征；生態風險評價

重金屬是指密度在4.0以上的約60種元素或密度在5.0以上的約45種元素，在自然界中廣泛存在。它通常以天然濃度廣泛分布在自然界中，但隨著工農業的發展和城鎮化進程的加快，環境介質中的重金屬通過地表徑流、雨水沖刷、大氣沉降等途徑進入自然界，對生態系統造成了巨大的影響并對人類生活產生了嚴重危害[1]。沉積物是污染物在水環境中遷移轉化的歸宿、載體和蓄積池，往往被作為水環境中重金屬污染程度的“指示劑”。

五大連池風景區擁有著世界上保存最完整、分布最集中的新老火山噴發遺跡，已先后獲得“世界地質公園”、“世界生物圈保護區”、“中國礦泉城”等稱號。區內由火山熔巖流堵塞河道形成6個較大的堰塞湖，有南至北依次為頭池、二池、三池、四池、五池、藥泉湖[1]。鑒于五大連池火山堰塞湖水體及沉積物的組分具有非常特殊的化學組成和物理結構，火山堰塞湖非常獨特的水動力學過程也會影響重金屬污染物在環境中的歸趨。本文開展了其中重金屬元素的分布特征分析和生態風險評價，以期全面了解五大連池火山堰塞湖的重金屬污染現狀，為其污染治理提供數據參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2016年3月，在嚴冬時節于五大連池火山堰塞湖(一池子、二池子、三池子、四池子、五池子和藥泉湖)湖面中心鑿冰洞，使用抓斗式采樣器采集6個表層沉積物樣品(標記為Y-N，A-N，B-N，C-N，D-N，E-N)，運回實驗室后，冷凍干燥，研磨過篩并采用四分法至所需量，過120目尼龍網篩，裝入棕色廣口瓶中，以備分析。采樣點如圖1所示。

圖1 五大連池火山堰塞湖表層沉積物采樣位置圖Fig.1 Map of sampling sites of volcano dammed lake in Wudalianchi

1.2 樣品前處理及樣品分析

沉積物中重金屬的前處理方法：準確稱取0.500 0 g樣品放入9 mL濃硝酸和3 mL氫氟酸中微波消解15 min，5.5 min時間達到180℃，9.5 min使反應完成，冷卻后，罐內的物質過濾分離，趕酸并定容至10 mL，以備檢測。重金屬元素測定采用電感耦合等離子體發射光譜PerkinElmer 5300DV進行。

2 結果與討論

2.1 五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬的分布特征

表1 五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬的含量 mg/kgTab.1 The content of heavy metal in sediments of volcano dammed lake in Wudalianchi mg/kg

由表1可知，五大連池6個火山堰塞湖表層沉積物中8種重金屬元素的變異系數(CV)在8%～39%，其中Hg的變異系數最大，表明Hg在五大連池火山堰塞湖表層沉積物中空間分布最不均勻，相對于其他重金屬元素離散程度較大。且6個火山堰塞湖表層沉積物中Zn和Cr的含量均是排在前兩位，Cd和Hg含量均排在最后兩位。

6個火山堰塞湖表層沉積物中8種重金屬元素總含量統計如圖2所示。呈現藥泉湖gt;一池子gt;五池子gt;四池子gt;二池子gt;三池子的分布規律。其中藥泉湖含量最高與其位于五大連池風景區旅游集中區有關，湖周邊生活垃圾和建筑垃圾傾倒點較多，其中的重金屬元素隨著雨水淋濾等途徑進入湖水中并匯集在表層沉積物中，導致其中重金屬總含量最高。其他相連的五個池子中重金屬的含量沒有大的起伏，一池子表層沉積物中重金屬總含量最高，可能與一池子位于五個池子的最下游，重金屬隨著湖水的流動沉降導致輸入不斷增加。

圖2 五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬總含量分布圖Fig.2 Distribution map of total content of heavy metal in sediments of volcano dammed lake in Wudalianchi

2.2 五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬污染的生態風險評價

表2 五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬的潛在生態危害系數和危害指數RITab.2 and RI of heavy metal in sediments of volcano dammed lake in Wudalianchi

為了了解6個火山堰塞湖表層沉積物中重金屬的污染程度，將其與我國具有類似功能的河流湖泊表層沉積物中重金屬的污染狀況進行對比[4-6]。結果顯示：6個五大連池火山堰塞湖表層沉積物中As和Hg的含量處于中等偏上的水平，其余6種重金屬元素的含量處于中等偏低水平。

3 結論

8種重金屬元素在6個五大連池火山堰塞湖表層沉積物的空間分布呈現不同程度的差異性，其中Hg的分布最不均勻；6個火山堰塞湖中重金屬總含量最高的為藥泉湖，體現了人類活動對湖泊生態的影響，而相連的五個池子中總含量最高的為一池子，推斷可能與河流走向導致的輸入累加相關；單個及多種重金屬元素的潛在生態危害均為輕微，但其中As和Hg與我國具有類似功能的河流湖泊相比處于中等偏上的水平。鑒于五大連池火山堰塞湖是當地最重要及代表性的旅游景點之一，其水質況狀將直接影響地下礦泉水帶的水質及其中養殖的礦泉魚的品質，因此對其污染狀況的評價必須更加嚴格。本次研究反映出的重金屬污染狀況不容忽視，相關管理機構應該給予重視，提高監管力度，迅速制定防治措施。

[1] 曾穎，楊臣，王希英，等. 運用主成分分析法解析五大連池火山堰塞湖表層沉積物中重金屬元素的來源[J].環境與可持續發展，2017，42(2)：168-170.

[2] 李曉銘，趙世民，王道瑋，等.滇池表層沉積物中重金屬污染特征及評價[J]. 地球與環境，2013，41(6)：647-655.

[3] 毛志剛，谷孝鴻，陸小明，等．太湖東部不同類型湖區疏浚后沉積物重金屬污染及潛在生態風險評價[J]. 環境科學，2014，35(1)：186-193．

[4] 劉強. 遼河干流河岸帶沉積物重金屬污染特征研究[D]. 沈陽：遼寧大學，2013．

[5] 王曉君，劉玉青，佘中盛. 鏡泊湖沉積物中重金屬的研究[J]. 環境科學叢刊，1990，11(1)：46-51.

[6] 丁佳佳，蔡慶，李江華. 玉灘湖表層沉積物重金屬污染特征及潛在生態風險評價[J]. 四川環境，2016，35(4)：107-112.

DistributionandpotentialecologicalriskassessmentofheavymetalpollutioninsedimentsofvolcanodammedlakeinWudalianchi

ZENG Ying1,2, YANG Chen1,2, LI Yue-xing1,2, PAN Hong1,2

(1.Institute of Volcano and Spring, Heilongjiang Academy of sciences, Harbin 150000, China; 2.Institute of Advanced Technology, Heilongjiang Academy of sciences, Harbin 150000, China)

The content of heavy metals (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Zn, Pb and As) in sediments of volcano dammed lake in Wudalianchi was researched and their distribution characteristics and ecological risk assessment was analyzed. The results show that the distribution of Hg was the most scattered. The total content of heavy metal in sediments of Drug Spring Lake was the highest, which reflected the influence of human activities on it. Potential ecological index of both the single and multiple heavy metal was slight, but the content of As and Hg in comparison with other similar rivers and lakes in our country was over the average level, which must be given vigilant and governance.

Sediments; Volcano dammed lake; Heavy metal; Distribution; Potential ecological risk assessment

X524

A

1674-8646(2017)21-0013-03

2017-08-27

黑龍江省科學院科學基金項目(KY2016HS01)

曾穎(1982-)，女，碩士，助理研究員。