1、鄱陽湖底泥中重金屬污染現(xiàn)狀評價弓曉峰1,2,陳春麗2,周文斌1,簡敏菲3,張振輝4(1.南昌大學教育部鄱陽湖湖泊生態(tài)與生物資源利用實驗室,南昌330047; 2.南昌大學環(huán)境科學與工程學院,南昌330029; 3.江西師范大學地理與環(huán)境學院,南昌 330027; 4.南昌大學老科協(xié),南昌 330047摘要:為了解豐、枯水期鄱陽湖沉積物中重金屬含量以及各污染物的潛在生態(tài)危害程度,在對鄱陽湖污染現(xiàn)狀詳細調查與分析的基礎上,利用地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風險指數(shù)法對鄱陽湖底泥中的重金屬污染進行綜合性的評價分析,并與單因子指數(shù)評價結果相比較.結果表明,鄱陽湖底泥已經受到了不同程度的重金屬污染.從總體的污染

2、程度分析,各污染物的污染程度大小排列次序為:Cu>Pb>Zn>Cd,這與單因子指數(shù)法評價結果一致;各污染物對鄱陽湖生態(tài)風險構成危害的影響程度排列次序為:Cd>Pb>Zn>Cu;污染的地區(qū)和時間差異大,各采樣點污染程度排序為:鄱陽饒河>鄱陽湖龍口>鄱陽湖南磯山>星子冬枯山>星子漁民村,且枯水期普遍大于豐水期.關鍵詞:鄱陽湖;重金屬污染;地積累指數(shù);潛在生態(tài)風險中圖分類號:X524 文獻標識碼:A 文章編號:025023301(20060420732205Assessment on Heavy Metal Pollution in the

3、 Sediment of Poyang LakeGONG Xiao 2feng 1,2,CHEN Chun 2li 2,ZHOU Wen 2bin 1,JIAN Min 2fei 3,Z HANG Zhen 2hui 4(1.Key Laboratory of P oyang Lake Ecology and Bior esource Utilization of MOE,Nanchang University,Nanchang 330047,China;2.School of Environmental Science and Engineering of Nanchang Universi

4、ty,Nanchang 330029,China; 3.School of Geography and Environment,Nor mal Universit y of Jiangxi Province;Nanchang 330027,China; 4.T he OSA of Nanchang University,Nanchang 330047,ChinaAbstr act:In order to know the heavy metals content and the degree of the potential ecological r isk in the sediment o

5、f P oyang Lake in high 2water per iod and low 2water period,based on the detailed survey and analysis of the current state of pollution in Poyang Lake,using the Index of Geoaccumulation and the Potential Ecological Risk Index evaluate the heavy metals pollution of Poyang Lake.The r esults indicate t

6、hat Poyang Lake has been polluted by heavy metals in various degr ees.According to the Index of Geoaccumulation,t he order of the analyzed heavy metals,arranged from highest to lowest pollut ion degree,is as follows:Cu>Pb>Zn>Cd;The ecological risk to Poyang Lake is:Cd>Pb>Zn>Cu;And

7、t he pollution is different from space and t ime,the pollution degree of each sampling site is ar ranged in the following or der:Rao River >Longkou>Nanji shan>Dongku shan>Yumin village,and the degrees in low 2water season are bigger than the degrees that in the high 2water per iod common

8、ly.Key words:P oyang Lake;heavy metals pollution;Index of Geoaccumulation ;potential ecological risk收稿日期:2005205218;修訂日期:2005208208基金項目:教育部科學技術研究重點項目(204076;江西省教育廳科學技術資助項目作者簡介:弓曉峰(1962,女,教授,主要研究方向為環(huán)境監(jiān)測與評價.水體沉積物作為水環(huán)境中重金屬的主要蓄積庫,可以反映河流受重金屬污染的狀況1.評價沉積物中重金屬污染的方法有很多,如化學、生態(tài)學和毒理學等多學科綜合評價方法2,3、模糊集理論4、臉譜圖法5、地

9、積累指數(shù)法6以及回歸過量分析等7.鄱陽湖由于受到樂安河重金屬污染的影響,對其重金屬的研究成了人們關注的熱點之一813,但迄今為止多見于對樂安河沉積物中重金屬污染的評價報道1417,對湖區(qū)重金屬污染的評價卻不多見.本文認為采用德國學者Muller 提出的地積累指數(shù)法18(Index of Geoaccumulation和瑞典學者Hakanson 提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法19(The Potential Ecological Risk Index能定量地評價水體受重金屬污染的程度,用來對鄱陽湖濕地底泥中重金屬的污染程度以及潛在生態(tài)危害進行評價,得到了與單因子指數(shù)和綜合污染指數(shù)評價相一致的結果.1

10、鄱陽湖概況及重金屬來源鄱陽湖位于江西省北部、長江中下游交接處南岸,是我國最大的淡水湖泊20.目前,鄱陽湖的整體水質尚好,但有的湖區(qū)重金屬污染不容忽視.污染源大致可以分為4類11,12:第1類:礦山開采產生的含重金屬酸性廢水,德興銅礦開采y 樂安江y 饒河y 鄱陽湖;第2類:冶煉廠的排污廢水,以貴溪冶煉廠為主;第27卷第4期2006年4月環(huán) 境 科 學ENVIRONMENTAL SCIENCEVol.27,No.4Apr.,2006第3類:城市工業(yè)排污,以南昌市的城市工業(yè)污染為主;第4類:水土流失過程造成的重金屬污染.位于樂安河中下游的德興銅礦及位于信江中游的永平銅礦是我國著名的大型銅業(yè)基地,其

11、開采過程中產生的重金屬酸性廢水的排放,是這2個河口及湖區(qū)部分區(qū)域重金屬污染的主要來源.為對鄱陽湖進行保護,對其水體及沉積物中的重金屬污染研究很有必要.2 采樣布點與分析2.1 布點根據(jù)鄱陽湖濕地保護的特點以及重金屬污染主要來源,采樣點主要集中在湖體東部,樂安河下游的饒河入湖段.采樣點的布設采用選擇性布設和對照點布設,選擇性布設采樣點重點選在鄱陽縣及昌江與樂安河交匯后的饒河入湖河口一帶、鄱陽湖龍口一帶及樂安河中下游;對照點選擇遠離重金屬污染源的區(qū)域,它們是星子縣湖區(qū)漁民村以及冬枯山和南昌市郊南磯山湖區(qū),采樣點的布設見圖1所示 .圖1 鄱陽湖流域采樣點布設圖(比例尺1B 1500000Fig.1

12、Sampling sites at Poyang Lake (Scale 1B 15000002.2 采樣時間實地采樣分別于2003年豐水期(78月及枯水期(1011月2個時期進行.2個時期均適逢連續(xù)干旱,因此所采樣品的重金屬含量具有較好的代表性13.2.3 樣品的處理及測定將采集的底泥樣品轉移到干凈搪瓷盤中,自然風干后,除去沙石、動植物碎片等明顯異物,混合均勻,用瑪瑙碾缽將樣品研細過100目尼龍篩,用四分法進行縮分得到樣品,裝入聚乙烯塑料袋或廣口聚乙烯塑料瓶中并放入干燥器中保存?zhèn)溆?所用器皿均用用HNO 3處理過、亞沸水洗凈后烘干.采用微波密封溶樣消解法消解樣品,準確稱取上述制備后的樣品01

13、3000g,放入聚四氟乙烯消解罐中,依次加入濃HNO 38mL 、H F 2mL 、HClO 41mL,搖勻后將消解罐密封置于微波爐中消解12min,取出,冷至室溫后將消解罐中的溶樣全部轉于聚四氟乙烯燒杯中,置于電熱板上中溫加熱趕酸,待蒸至近干時,取下冷卻,加入2%的鹽酸溶液5mL,用亞沸水潤洗聚四氟乙烯罐及燒杯后,將溶液移入100mL 容量瓶中,亞沸水定容,過濾后備用.采用原子吸收分光光度計法(AAS測定樣品中Cu 、Zn 的總量;石墨爐系統(tǒng)測定樣品中Pb 、Cd 的總量;底泥的測定參照國家環(huán)境保護局1997212201實施的標準方法(GB/T1713821997和GB/T171412199

14、7.3 鄱陽湖沉積物中的重金屬測定結果及污染評價3.1 鄱陽湖豐水期水體與底泥中重金屬含量對豐水期鄱陽湖水體與底泥中的重金屬含量進行測定,結果如表1所示.從表1可以明顯看出,水相中的重金屬含量甚微,這與文獻11,12報道的研究結果一致.水相中的重金屬由于物理、化學乃至生物的作用,從水相轉入到固相,賦存于沉積物中,故沉積物中重金屬得到明顯富集.3.2 地積累指數(shù)評價法(IndexofGeoaccumulation,I geo 地積累指數(shù)是德國海德堡大學沉積物研究所的科學家Muller 18于1979年提出的一種研究水環(huán)境沉積物中重金屬污染的定量指標.計算公式如(1式:I geo =log c n

15、A (1.5B n 2(1式中,c n 是元素n 在小于2L m 沉積物中的含量;B n 為粘質沉積巖(即普通巖中該元素的地球化學背景值;115是考慮了各地巖石差異可能會引起的變動而取的系數(shù).I geo 值與重金屬污染水平關系如表2.在Muller 的地積累指數(shù)法中,采用作為沉積物世界性標準的頁巖(相當于<2L m 的粘土沉積物的平均組成參比值.但目前在我國,在研究河流顆粒物時,大部分篩選粒徑<63L m 或<50L m 的樣品7334期環(huán) 境 科 學表1豐水期鄱陽湖水體與底泥中重金屬含量Table1Content of heavy metals in the water a

16、nd sediment in Poyang Lake in high2water period重金屬鄱陽饒河口鄱陽湖龍口星子漁民村星子冬枯山鄱陽湖南磯山水體/mg#L-1底泥/mg#kg-1水體/mg#L-1底泥/mg#kg-1水體/mg#L-1底泥/mg#kg-1水體/mg#L-1底泥/mg#kg-1水體/mg#L-1底泥/mg#kg-1表2地累積指數(shù)I geo與污染程度分級Table2Index of Geoaccumulation and series of degreeI geo<001>12>23>34>45>5級數(shù)污染程度0無1無中2中3中強4強

17、5強極強6極強進行研究,這樣,以粒徑<2L m的頁巖組成作為參比值將使得計算出的重金屬污染水平等級降低21.一般來說,采用所研究的河流的實際顆粒物的平均元素組成作為地積累指數(shù)評價法的背景值是最合適的22.所以本文采用鄱陽湖實際地球化學背景值20作為參照標準,見表3.各采樣點底泥中重金屬的測定值、地積累指數(shù)以及指數(shù)分級見表4.表3鄱陽湖重金屬元素背景值/mg#kg-1Table3The background level of heavy metals i n Poyang Lake/mg#kg-1元素Cu Zn Pb Cd表4各樣點豐水、枯水期底泥中重金屬元素含量、地積累指數(shù)及指數(shù)分級/m

18、g#kg-1Table4Content of heavy m etals、I geo and Series of I geo in high2water and low2water peri ods in each sampli ng site/mg#kg-1采樣點采樣時間/年2月2日Cu Zn Pb Cd 含量I geo分級含量I geo分級含量I geo分級含量I geo分級底泥中重金屬在地區(qū)分布上差異較大,鄱陽饒河河床底泥和鄱陽湖龍口湖床底泥中重金屬的地積累指數(shù)相比較其他幾個采樣點來說要相對高一些.底泥中重金屬在時間分布上也有很大差異,枯水期各樣點各元素的地積累指數(shù)要普遍高于豐水期.這可

19、能與豐水期河流沖積過快,造成底泥中泥沙含量過高,使得底泥中測出的重金屬含量偏低,而枯水期各河水水流平穩(wěn),各采樣點底泥中含沙量小,底泥中測出的重金屬含量普遍偏高.總的來說,Cu、Pb的地積累指數(shù)在4個元素中較突出,在豐水期,除了星子冬枯山湖床底泥中Cu 的地積累指數(shù)為2,屬中度污染之外,其余均達到3,為中度到強度污染;在枯水期,鄱陽饒河河床底泥和鄱陽湖龍口河床底泥中Cu的地積累指數(shù)均為4,已經達到了強污染等級;Pb的地積累指數(shù)除了鄱陽饒河河床底泥和鄱陽湖龍口湖床底泥為1,基本沒有Pb污染外,其余各采樣點的Pb污染地積累指數(shù)均為3,屬于中度接近強度污染.從總體的污染程度分析,各污染物的污染程度73

20、4環(huán)境科學27卷大小排列次序為:Cu>Pb>Zn>Cd.這與文獻8中用單因子及綜合污染指數(shù)評價得到的結果是一致的.瑞典學者Hakanson 1980年提出了沉積物潛在生態(tài)危害評價方法19,計算公式如(2式:RI =6miE i r =6miT ir c i c in (2式中,RI 為沉積物中多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù);c if =c i c i n 為單因子污染物污染參數(shù):c i 為實測值(10-6,c in 為參比值,參比值采用工業(yè)化以前沉積物中重金屬的最高背景值;T i r 為第i 種重金屬的毒性系數(shù),反映其毒性水平和生物對其污染的敏感程度;E i r 為第i 種重金屬

21、的潛在生態(tài)危害系數(shù).各種重金屬的參比值c i n 和毒性系數(shù)T i r 的值見表5.表5 重金屬的參比值(c i n 和毒性系數(shù)(T i r T able 5 c i n and T i r of the heavy metal元素Cu Zn Pb Cd c i n 3080250.50T i r51530將表5數(shù)據(jù)代入(2式中,可得各采樣點潛在風險參數(shù)和風險指數(shù)以及各單因子污染參數(shù)c if .結果見表6;多因子污染物污染程度C d 、單因子污染物污染參數(shù)c i f 、潛在生態(tài)風險參數(shù)E i r 和潛在生態(tài)風險指數(shù)RI 值相對應的污染程度以及總潛在生態(tài)風險程度如表7所示.表6 各采樣點位潛在風

22、險指數(shù)及單因子污染參數(shù)Table 6 Index of potenti al risk and si ngle factor pollution parameter in each sampling site采樣點采樣時間/年2月2日CuZnPbCd20032102137.1481.431.3561.3621.34.3270.956.8057.946表7 C d 、c i f 、E i r 和RI 值相對應的污染程度以及潛在生態(tài)風險程度Table 7 C d ,c i f ,E i r ,RI ,the corresponding pollution degree and potential

23、ecologi cal risk degree污染參數(shù)c i f 范圍單因子污染物污染程度多因子污染物污染程度(C d 范圍總體污染程度潛在生態(tài)風險參數(shù)E i r單因子污染物生態(tài)風險程度潛在生態(tài)風險指數(shù)RI 范圍總潛在生態(tài)風險程度c i f <1低度C d <8低度E i r <40低RI <150低度1c i f <3中度8C d <16中度40E i r <80中150RI <300中度3c i f <6重度16C d <32重度80E i r <160較重300RI <600重度c i f 6嚴重C d 32嚴重16

24、0E i r <320E i r 320重嚴重RI 600嚴重從各采樣點總的污染程度C d 值來看,只有枯水期鄱陽饒河河床底泥的污染程度>16,說明它的污染程度為重度污染,鄱陽湖龍口湖床底泥的污染程度非常接近于16,說明它的污染程度也屬于重度污染,這與地積累指數(shù)法評價結果一致.而且污染程度C d 值始終是枯水期大于豐水期,這也與地積累指數(shù)評價結果相符.具體分析單因子c i f ,不論是在枯水期還是豐水期,鄱陽饒河河床底泥和鄱陽湖龍口湖床底泥的Cd 污染都達到了重度和嚴重程度.Pb 污染在鄱陽饒河和鄱陽湖龍口兩個采樣點的豐水期為中度污染,在枯水期為重度污染,其余各采樣點不論豐水期還是

25、枯水期均達到了重度污染.Zn 除了在鄱陽饒河和鄱陽湖龍口之處為重度污染外,其余各樣點均為中度污染.Cu 大部分屬于中度污染,個別屬于低度污染.7354期環(huán) 境 科 學分析總的潛在生態(tài)風險RI,只有鄱陽饒河和鄱陽湖龍口的RI>150,達到中度污染,其余均為低度生態(tài)風險.鄱陽湖各采樣點總體污染程度分析,各污染物對鄱陽湖生態(tài)風險構成危害的影響程度排列次序為:Cd>Pb>Zn>Cu.4結論(1從總體污染程度分析,各污染物的污染程度大小排列次序為:Cu>Pb>Zn>Cd.(2從各采樣點潛在生態(tài)污染程度分析,各污染物對鄱陽湖生態(tài)風險構成危害的影響程度排列次序為:C

26、d>Pb>Zn>Cu.(3各采樣點污染程度排序為:鄱陽饒河>鄱陽湖龍口>鄱陽湖南磯山>星子冬枯山>星子漁民村.(4污染程度始終是枯水期大于豐水期.(5對達到或接近強度污染湖區(qū)應引起重視,加強檢測;對確定的污染源應采取治理措施,以免污染進一步擴大危及其它湖區(qū).參考文獻:1Forstner U,Wittmann G T W.Metal Pollution in the AquaticEnvironmentM.Berlin:Springer2Verlag,1979,110192.2B arlas N,Akbulut N,Avdoqan M.Assessmen

27、t of heavy metalresidues in the sediment and water sam ples of Uluabat LakeJ.3Doyle C J,pablo F,Lim R P,et al.Assessment of metal tox icityin sediment pore water from lake MacquarieJ.Arcg.Environ.Contam.Toxicol.,2003,44:343350.4賈振邦.柴河沉積物中重金屬的聚類分析研究J.環(huán)境科技,1993,17(4:4144.5賈振邦,汪安,吳平.用臉譜圖對太子河本溪市區(qū)段河流沉積物中重金屬污染進行評價的研究J.北京大學學報(自然科學版,1993,29(6:736744.6賈振邦,周華,張寶權,等.應用地積累指數(shù)法評價太子河沉積物中重金屬污染J.北京大學學報(自然科學版,2000,36(4:525530.7賈振邦,于澎濤.應用回歸過量分析法評價太子河沉積物中重金屬污染的研究J.北京大學學報(自然科學版,1995,31(4:451459.8簡敏菲,弓曉峰,游海,等.鄱陽湖水土環(huán)境及其水生維管束植物重金屬污染的研究J.長江流域資源與環(huán)境,2004,13(6:589593.9簡敏菲,弓