摘 要：為了解宿鴨湖水庫庫底沉積物中重金屬污染水平，對(duì)沉積物中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg等8種重金屬含量進(jìn)行了研究，并采用地積累指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法、沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)法及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：重金屬在沉積物上部含量較高，且Cd、Hg在空間分布上差異較大;根據(jù)相關(guān)性分析，Ni、Cr、As、Pb、Zn之間以及Cd、Hg之間關(guān)系密切;Cd的地積累指數(shù)值較高，屬于無污染到中污染;根據(jù)污染負(fù)荷指數(shù)法污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，所有采樣點(diǎn)中有4個(gè)采樣點(diǎn)為無污染，16個(gè)采樣點(diǎn)為中等污染;根據(jù)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)法，Ni和As可能對(duì)水體產(chǎn)生不利影響;根據(jù)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，宿鴨湖水庫庫底沉積物重金屬整體處于輕微風(fēng)險(xiǎn)至中等風(fēng)險(xiǎn)，且主要受Hg和Cd的影響。

　　關(guān)鍵詞：重金屬;統(tǒng)計(jì)分析;地積累指數(shù)法;污染負(fù)荷指數(shù)法;沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)法;潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法;宿鴨湖水庫

　　水庫庫底沉積物作為水庫水環(huán)境中重金屬的主要蓄積庫，可以反映水體受重金屬污染的狀況。同時(shí)，由于沉積物和水體中的重金屬可以發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化，因此庫底沉積物兼具污染受體與污染源的雙重屬性[1]。水體中重金屬經(jīng)上游河道進(jìn)入水庫，在相對(duì)滯緩的水流條件下隨懸浮物沉降進(jìn)入沉積物;當(dāng)水體受到擾動(dòng)或化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，沉積物中重金屬又可以向水體擴(kuò)散。因此，充分認(rèn)識(shí)沉積物中重金屬的污染狀況和釋放風(fēng)險(xiǎn)可以為水庫污染防治提供依據(jù)。目前關(guān)于水庫沉積物的研究主要是對(duì)沉積物進(jìn)行采樣并監(jiān)測(cè)其重金屬元素含量，進(jìn)而獲得重金屬在整個(gè)庫區(qū)范圍內(nèi)或某一位置不同深度處的空間分布特征[2-3]，基于相關(guān)性分析、主成分分析或聚類分析等統(tǒng)計(jì)分析方法獲得各項(xiàng)重金屬指標(biāo)間的內(nèi)在聯(lián)系[4-5]，應(yīng)用地積累指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法等進(jìn)行污染評(píng)價(jià)[6-7]。

　　宿鴨湖位于河南省駐馬店市汝南縣境內(nèi)汝河干流，是一座以防洪為主，兼具灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等功能的大(1)型平原水庫。由于水庫水面面積大、庫床比降小等，因此水庫庫底泥沙淤積較為嚴(yán)重[8-9]。為充分發(fā)揮水庫效益，改善水體環(huán)境，宿鴨湖水庫清淤擴(kuò)容工程已逐步展開，并作為河南省“四水同治”的十大水利工程之一。目前對(duì)宿鴨湖水庫淤積方面的研究主要集中在淤積量估算以及淤積影響等方面，而對(duì)庫底沉積物中重金屬的研究相對(duì)較少。因此筆者以宿鴨湖水庫庫底沉積物中重金屬為研究對(duì)象，對(duì)As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg等重金屬含量進(jìn)行分析，并采用地積累指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法、沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)法及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法等對(duì)其污染程度和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為清淤過程中重金屬的環(huán)境監(jiān)測(cè)以及清出沉積物的合理利用提供指導(dǎo)。

　　1 樣品采集與分析

　　宿鴨湖采樣自北向南共選取5個(gè)斷面，在每個(gè)斷面上選取4個(gè)采樣點(diǎn)，共計(jì)20個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)位置見圖1。根據(jù)前期勘察，宿鴨湖水庫庫底沉積物由淺至深包括3層：上層主要為淤泥，多含腐殖質(zhì)和貝殼碎片等;中層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，多呈軟可塑狀;下層主要為粉質(zhì)黏土，多為灰黃色可塑狀。因此，每個(gè)采樣點(diǎn)分上、中、下3層分別進(jìn)行取樣。采用柱狀采樣器對(duì)沉積物進(jìn)行采樣，樣品密封于聚乙烯袋中，低溫保存運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室待測(cè)。As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等7種重金屬含量采用ICP-MS(安捷倫，7700X型)測(cè)定，Hg含量采用全自動(dòng)測(cè)汞儀(利曼，Hydra-c型)測(cè)定。

　　2 評(píng)價(jià)方法

　　2.1 地積累指數(shù)法

　　地積累指數(shù)法是德國學(xué)者M(jìn)üller提出的一種定量評(píng)價(jià)沉積物中重金屬污染程度的方法，該方法將實(shí)測(cè)重金屬濃度與該重金屬的區(qū)域土壤地球化學(xué)背景值進(jìn)行對(duì)比，不僅考慮了重金屬元素外界輸入的影響，還考慮了其最初的背景值含量。地積累指數(shù)法計(jì)算公式[10]：

　　Igeo=lbCm1.5Bm(1)

　　式中：Igeo為地積累指數(shù);Cm為淤積物中重金屬m(m為重金屬編號(hào))的測(cè)定值;Bm為重金屬m在該區(qū)域的土壤地球化學(xué)背景值。

　　2.2 污染負(fù)荷指數(shù)法

　　污染負(fù)荷指數(shù)(PLI)法是由Tomlinson提出的一種綜合分析沉積物中重金屬污染程度的計(jì)算方法，其計(jì)算公式為[11]

　　PLI=nCF1CF2…CFn(2)

　　式中：CFm(m=1，2，…，n;n為測(cè)定重金屬的種類數(shù)量)為重金屬m的污染指數(shù)，CFm=Cm/Bm。

　　污染負(fù)荷指數(shù)法污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：PLI<1屬于無污染，13屬于極強(qiáng)污染。

　　2.3 沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)法

　　沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)(簡(jiǎn)稱SQG)用以評(píng)估重金屬對(duì)水生生物的潛在生物毒性，常用指標(biāo)包括效應(yīng)低值(ERL)和效應(yīng)中值(ERM)。沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)法可以用來衡量多種重金屬元素的混合生物毒性，計(jì)算公式[12]：

　　m-ERM-Q=∑Cm/ERMmn(3)

　　式中：m-ERM-Q為平均沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)商;ERMm為重金屬m的影響范圍中值。

　　2.4 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

　　潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法于1980年由瑞典學(xué)者Hakanson提出，可以定量評(píng)估沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)由實(shí)測(cè)重金屬含量、重金屬在研究區(qū)的土壤地球化學(xué)背景值以及毒理指數(shù)求得，該指標(biāo)不僅可以反映單項(xiàng)重金屬指標(biāo)的毒理性質(zhì)，還可以綜合反映多種重金屬指標(biāo)的協(xié)同效應(yīng)，其計(jì)算公式[13]：

　　RI=∑Erm=∑CFmTm=∑CmBmTm(4)

　　式中：RI為多種重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);Erm為單項(xiàng)重金屬m的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);Tm為重金屬m的生態(tài)毒性，根據(jù)已有研究，Cu、Cr、Zn、Pb、Cd、As、Hg、Ni所對(duì)應(yīng)的生態(tài)毒性分別為5、2、1、5、30、10、40、5。

　　對(duì)于單項(xiàng)重金屬m，Erm的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：Erm≤40屬于輕微風(fēng)險(xiǎn)，40320屬于極強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于多種重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI，其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：RI≤150屬于輕微風(fēng)險(xiǎn)，1501 200屬于極強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)。

　　3 結(jié)果與討論

　　3.1 統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

　　為總體了解各重金屬元素在庫底不同深度的含量，計(jì)算其均值與變異系數(shù)，見表1，其中：均值是反映樣本集中趨勢(shì)的一項(xiàng)指標(biāo)，而變異系數(shù)則可以反映其離散程度。

　　從上、中、下各部位重金屬含量的平均值來看，除下部Pb、As含量略大于其中部含量外，其余各重金屬含量皆為上部>中部>下部，因此主要對(duì)上部沉積物中的重金屬指標(biāo)進(jìn)行分析。

　　變異系數(shù)可以反映數(shù)據(jù)的離散程度，當(dāng)變異系數(shù)小于15%時(shí)為弱變異，當(dāng)變異系數(shù)介于15%與35%之間時(shí)為中度變異，變異系數(shù)大于35%時(shí)為高度變異[14]。對(duì)比上、中、下各部位重金屬的變異系數(shù)可知，中部Pb的變異系數(shù)小于15%，為弱變異;上部、下部Pb，以及上、中、下部Zn、Cu、Cr、Ni、As的變異系數(shù)均大于15%，為中度變異;Cd、Hg的變異系數(shù)均大于35%，為高度變異，說明Cd、Hg在庫區(qū)范圍內(nèi)分布不均衡，不同部位含量差異相對(duì)較大。

　　由表1可知，上部沉積物中各重金屬元素含量相對(duì)較高，同時(shí)在清淤擴(kuò)容過程中，對(duì)該部位擾動(dòng)也相對(duì)較大，為監(jiān)測(cè)清淤擴(kuò)容過程中沉積物中重金屬向水體的擴(kuò)散遷移情況，需對(duì)該層重金屬指標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。重金屬指標(biāo)包括Cu、Cr、Zn、Pb、Cd、As、Hg、Ni，為研究各重金屬指標(biāo)之間的聯(lián)系并選擇代表性的重金屬元素進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析，若重金屬含量間相關(guān)性顯著，則說明可能存在相同的來源。沉積物上部重金屬元素間相關(guān)關(guān)系見表2，由表2可以看出，8種重金屬指標(biāo)可以分為3類：Ni、Cr、As、Pb和Zn這5項(xiàng)指標(biāo)相關(guān)關(guān)系極為密切，其相關(guān)系數(shù)皆達(dá)到了0.9，其中Ni、Cr、As之間以及Zn、Pb之間更是達(dá)到了0.97，因此清淤擴(kuò)容過程中，可選取其中的Ni或Cr等作為該類的代表性元素進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè);Cd、Hg之間的相關(guān)關(guān)系也較為密切，其相關(guān)系數(shù)為0.804，因此污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中可二者擇其一作為代表性指標(biāo)重點(diǎn)關(guān)注;Cu與其他元素間相關(guān)關(guān)系皆較弱，相關(guān)系數(shù)均在0.65以下，因此該項(xiàng)指標(biāo)需單獨(dú)作為一類進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

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