七星濕地Pb、Cd污染的空間特征和風險評估

劉晏伶

（沈陽建筑大學，遼寧 沈陽 110168）

重金屬對生態系統中的生物多樣性有很大影響，同時長期使用重金屬含量超標的水質，也對人類身體健康有損傷。例如，Pb 超標會對人體神經、心血管造成損傷，Cd 超量會對水稻產生毒性，使得人體腎臟中毒[1]。七星濕地中根據采樣點土壤Pb、Cd 的質量分數判斷，污染物主要來源于匯入其中的上游3 條支流和中游匯入的長河支流，上游排放的河水隨河水流動進入濕地，由于濕地內底泥介質、微生物以及植物的吸附固定作用，水中的重金屬Pb、Cd 被沉積下來。因此選取上中下游的4 個采樣點，并測定其中的Pb、Cd 質量分數，進行Pb、Cd污染評價和風險評估。沉積學中有多種重金屬污染評價方法，本文選取的是潛在生態風險指數法和內梅羅指數法[2-4]。

1 濕地概況與采樣點方位

七星濕地位于遼寧省沈陽市遼河保護區，有西小河、萬泉河、羊腸河及長河4 條支流自東向西匯入，因此分別在濕地上游3 條河流匯入后、濕地中游、長河匯入口斷面和濕地下游斷面設置采樣點，具體方位信息如表1 所示。

表1 濕地內采樣點方位信息

2 重金屬Pb、Cd 質量分數測定

根據土壤環境質量標準，七星濕地為國家自然保護區，適用Ⅰ類標準。其中 Cd 質量分數≤0.2 mg·kg-1，Pb 質量分數≤35 mg·kg-1。根據《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準》（GB 15618—2018），土壤經過鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解后，采用石墨爐原子吸收分光光度法對土壤樣本中Pb、Cd 的質量分數進行測量。在此過程中如果樣品中濃度過高，可以先用超純水稀釋再進行測量；如果土壤消解不完全，可慢慢增加HClO4直到樣品澄澈。所得數據如表2 所示。

表2 各點位Pb、Cd 質量分數

3 七星濕地Pb、Cd 污染評價及潛在風險評估

采用內梅羅指數法對濕地內Pb、Cd 污染情況進行評價，用單項潛在生態危害指數法對濕地內Pb、Cd 兩種重金屬的潛在污染風險進行評估計算。將遼河區域、遼寧省、全國土壤重金屬質量分數平均值作為土壤重金屬背景值參考值，如表3所示[5-6]。

表3 土壤中Pb、Cd 質量分數和相應背景值

3.1 內梅羅指數法

內梅羅法分為單因子和綜合指數法，以此來判斷區域內污染程度。根據P值判斷污染程度，P≤1時，污染情況為非污染；1＜P≤2 為輕污染；2＜P≤3 為中污染；P＞3 為重污染。

3.1.1 單因子指數法

單因子評價重金屬危害程度，以污染指數P來表示，公式如下：

式中：P—重金屬污染指數；

C—各采樣點重金屬實測值；

S—重金屬背景值。

土壤中Pb、Cd 污染指數與程度如表4 所示。經對比，Pb、Cd 的遼寧土壤質量分數最低，因此被選為本次評估的重金屬背景值。Cd 土壤環境質量標準值S=0.11 mg·kg-1，Pb 土壤環境質量標準值S=21.4 mg·kg-1。

表4 土壤中Pb、Cd 污染指數與程度

3.1.2 綜合指數法

單因子指數法能夠反映出的重金屬Pb、Cd 在濕地內某點的污染程度，綜合污染指數法包括了單因子污染指數平均值和最高值，能夠反映出重金屬在七星濕地區域內綜合污染程度。綜合指數法計算公式如下：

式中：P綜—重金屬綜合污染指數；

Pmax—重金屬單項污染指數中的最大值。

得出PPb=2.06，Pb 在七星濕地內為中度污染情況，污染來源主要集中在4 條支流匯入后斷面處，說明在上游的每一條匯入濕地的支流中都可能遭受Pb 的污染；PCd=1.10，在濕地內Cd 污染為輕度污染，污染來源集中在長河匯入處。

3.2 潛在生態風險評價

潛在風險指數評價法是表示沉積物中重金屬潛在生態風險的標準方法，這里用來預測Pb、Cd 的潛在污染風險，公式如下：

式中：E—潛在生態危害指數；

C—采樣點重金屬質量分數實測值；

C0—重金屬的背景值；

T—毒性系數，重金屬鉛的毒性系數TPb=5，重金屬鎘的毒性系數TCd=30[7-9]。

此污染風險預測方法對風險程度的劃分標準為：E＜40 為輕度風險，40≤E＜80 為中度風險，80≤E＜160 為強度風險，160≤E＜320 潛在污染風險很強，當E≥320 時則為極度風險。根據上文計算得到的潛在生態危害指數對七星濕地中重金屬Pb、Cd 進行污染程度的分類（如表5、表6 所示），根據受污染的級別選擇合適的控制預防重金屬Pb、Cd 污染的方法，阻止重金屬對地下水的污染。

表5 Pb 污染指數與污染程度分級

表6 Cd 污染指數與污染程度分級

根據上表中得到的潛在生態危害指數可以看出，雖然Pb 質量分數超過了遼寧省土壤中Pb 的背景值，但是風險程度為輕度，可以依靠濕地內的微生物以及種植在濕地中能夠富集重金屬的植物進行系統自凈[10-12]。

Cd 質量分數的污染風險仍在可控范圍內，但是長河匯入處斷面的危害指數較大[13-14]，經評估污染風險程度為中度，說明濕地系統對Cd 污染有一定凈化控制效果，應該注意檢測長河匯入處的Cd 質量分數，把控風險，并對長河的Cd 污染進行治理。

4 結 論

在七星濕地內，Pb 為中度污染情況，污染來源集中在4 條支流匯入后斷面處；Cd 為輕度污染，污染來源主要集中在長河匯入處。根據單項潛在風險評估，Pb 和Cd 仍存在輕度到中度的污染風險。建議在濕地內種植適宜當地水文氣象的富集性植物，將重金屬吸收轉移到地上部分，可通過人工收割等方式去除沉積在濕地區域內的重金屬Pb、Cd 污染物，控制Pb、Cd 的污染情況，同時應該嚴加管控上游河流的污染排放。