长江水库表层沉积物重金属现状及生态风险

李茂亿 张颖姬 高裕雯 苏冠谕

(中山市环境监测站，广东中山，528400)

重金属具有毒性强、难以降解、可以在生物体内积累富集等特性，它们可以通过食物链等途径进入生物体内，并在生物体内产生富集，对生物和人类健康产生损害[1-3]。

沉积物是水体的重要组成部分，水中的重金属能够通过物理途径及化学变化等进入沉积物中，沉积物中的重金属也可以通过扩散或者悬浮等进入水体中，从而进一步对水体产生影响[1-3]。对沉积物中的重金属含量和潜在生态风险研究能在一定程度揭示水体中重金属的污染和累积情况，对保证水源水体安全和人体健康具有积极意义[1-4]。

本研究以中山市长江水库饮用水源取水口为研究对象，采集取水口附近表层沉积物样品，对沉积物中的重金属进行分析研究，并运用地质累积指数法和潜在生态风险指数法对其进行评价分析。

1 材料与方法

1.1 样品采集及分析

2019年3月和7月分别在中山市长江水库饮用水源取水口附近使用采泥器各采集了5个点位0～20cm表层沉积物1kg左右，采样后，置于实验室风干、研磨、筛分后消解，镉、铬、铜、镍、铅、锌等使用PE NexION 300X型ICP-MS进行分析测定，汞、砷等使用吉天9130原子荧光仪进行分析测定，分析过程同时进行质控样测定，质量控制结果满足分析要求。

1.2 评价方法

1.2.1 地质累积指数法

地质累积指数法[4-6]是Müller提出的一种对土壤和沉积物中的重金属污染进行评价的方法。通过计算地质累积指数值(Igeo)将重金属的污染程度分为 7 个级别，具体见表1。

地质累积指数的计算公式为：

Igeo=log2[Ci÷(K×Bi)]

(1)

公式(1)中， Ci为土壤或沉积物中某重金属实测含量(单位： mg/kg)， K一般取1.5， Bi为相应重金属背景值(单位：mg/kg)。

1.2.2 潜在生态风险指数法

潜在生态风险指数法[4,5,7]是从沉积学的角度对土壤和沉积物的污染情况进行评价的方法。目前广泛用于重金属潜在生态风险的评价。其计算公式如下：

(2)

(3)

表1 依据地质累积指数法污染程度等级划分

表2 潜在生态风险分级

2 结果

2.1 沉积物中各重金属现状

研究对象表层沉积物中各重金属浓度情况见表3。

沉积物中，各重金属平均浓度大小为: 锌>铅>铬>铜>镍>砷>镉>汞。其中锌浓度范围为95 mg/kg-116 mg/kg，均值为104 mg/kg，均值在8种重金属中最高，汞浓度范围为0.084 mg/kg -0.120 mg/kg，均值为0.106 mg/kg，均值在8种重金属中最低。

变异系数最高的为镉，其变异系数为26.1%，其次为铅，其变异系数为15.3%。8种重金属中只有镉和铅变异系数大于15%，说明8种重金属中镉和铅受到中等程度人为影响[5]，其他6种金属元素受人为因素影响相对较小。

2.2 地质累积指数法

以《中国土壤元素背景值》[8]中广东省土壤环境背景值为参考，按地质累积指数法公式分别计算出各重金属地质累积指数及分级，汇总于表4。

8种重金属地质累积指数按大小排序依次为：镉(1.84)>锌(0.55)>铅(0.42)>汞(-0.14)>砷(-0.93)>镍(-1.19)>铜(-1.35)>铬(-1.49)。依照地质累积指数分级来看，镉为2级，属于偏中度污染，锌和铅为 1级，属于轻度污染，汞、砷、镍、铜、铬为0级，属于无污染。以广东省土壤背景值为参考值，大多数重金属无污染，累积程度较少。

表3 沉积物中重金属浓度情况

表4 沉积物中重金属地质累积指数及分级情况

2.3 潜在生态风险指数法

根据各重金属浓度均值，以《中国土壤元素背景值》中广东省土壤环境背景值为参考，各重金属毒性系数使用：汞=40、砷=10、铬=2、镍=5、铜=5、锌=1、镉=30、铅=5[3,5]，分别计算各重金属潜在生态风险指数，汇总于表5。

表5 沉积物中重金属潜在生态风险情况

8种重金属按Eri大小排序依次为：镉(160.71)>汞(54.36)>铅(10.00)>砷(7.85)>镍(3.28)>铜(2.94)>锌(2.20)>铬(1.07)。其中砷、铬、镍、铜、锌的Eri小于10，铅的Eri= 10.00。砷、铬、镍、铜、锌和铅的潜在生态风险程度为轻微。汞的潜在生态风险程度为中等，镉的潜在生态风险程度为较强。

3 结论

(1)依照地质累积指数分级，汞、砷、镍、铜、铬为0级，属于无污染，锌和铅为 1级，属于轻度污染，镉为2级，属于偏中度污染。

(2)以广东省土壤环境背景值为参考，砷、铬、镍、铜等4种重金浓度均值低于背景值，汞、锌、镉、铅等4种重金属浓度均值高于背景值。

(3)按照潜在生态风险指数评价，沉积物中砷、铬、镍、铜、锌、铅等重金属的潜在生态风险程度为轻微，汞的潜在生态风险程度为中等，镉的潜在生态风险程度为较强。