应用潜在生态风险指数法评价滇池沉积物中的重金属污染

张海珍

(西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明650224)

应用潜在生态风险指数法评价滇池沉积物中的重金属污染

张海珍

(西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明650224)

测定了滇池8个断面表层沉积物中重金属(Cu、Zn、Pb及Cd)，结果表明，除Cd外，Cu、Zn及Pb在沉积物中的含量较高，这几种元素的含量顺序为Zn＞Cu＞Pb＞Cd。同时采用Hakanson指数法评价了沉积物中重金属生态风险，结果显示:滇池表层沉积物中重金属元素的潜在生态风险整体表现为轻微。其中海口西和观音山东断面总的重金属潜在生态风险指数最高。对于晖湾、观音山西、白渔口及海口西断面，Cu表现为首要的潜在生态风险因子;对于罗家营、观音山中及滇池南断面，Pb表现为首要的潜在生态风险因子;对于观音山东断面，Cd表现为首要潜在生态风险因子。

滇池;沉积物;重金属;生态风险指数法

水环境污染物中的重金属主要是指 Hg、Cd、Cr、As以及Cu、Zn、Ni、Co、Sn 等，其中以前四个元素毒性最大。沉积物作为重金属的蓄积库，能吸附排入到湖泊中的重金属，这在一定程度上净化了上覆水体。然而，当上覆水体的环境条件改变时，就会破坏沉积物——水界面的平衡，沉积物中的重金属可重新释放，造成水体的“二次污染”［1］。对沉积物中重金属的评价方法有很多，如Muller的地积累指数［2］;Tomlison的污染负荷法［3］;Hilton的回归过量分析法［4］;贾振邦的模糊集理论［5］和脸谱图法［6］等。但在不同的环境条件下，根据研究的目的应使用不同的评价方法。而 Hakanson生态风险指数法［7］综合考虑了重金属的毒性、重金属在沉积物中普遍的迁移转化规律和评价区域对重金属污染的敏感性，以及重金属区域背景值的差异，消除了区域差异和异源污染的影响，可以综合反映沉积物中重金属对生态环境的影响潜力，许多学者和专家利用该方法对不同地区的沉积物重金属污染进行了评价［8－11］。

滇池位于东经 102°02′～ 102°47′，北纬度 24°40′～ 25°02′，海拔1 888.5 m，湖体为南北分布，略呈弓形，弓背向东，北部有一天然湖堤将其分隔为南北两水区，中间有一船道相通。北区为内湖，称草海，面积 7.5 km2，湖容 0.188亿 m3。南区为滇池主体，称外湖，面积为287.1 km2，湖容约13.6亿m3，处在昆明城市的下游。滇池周围有20余条河流进入滇池，其中污染较重的是城市排污入湖河道，进入草海的有5条，进入外滇池的有4条。入湖河道接纳的城市污水主要分为两大类，即生活污水和工业废水。因此，滇池对昆明市乃至周边地区的发展有着重大影响。但目前国内外对滇池的研究主要集中于滇池富营养化，滇池面源污染及藻类等方面，对滇池沉积物中重金属污染状况的研究较少。因此本研究以滇池国家监控的8个断面(分别为晖湾、罗家营、观音山西、观音山中、观音山东、白渔口、海口西及滇池南)的沉积物为研究对象(断面位置见图1)，对其中的重金属元素(Cu、Pb、Cd、Zn)的分布状况及富集特征进行了研究，并用 Hakanson指数法对沉积物的污染程度进行评价，旨在为滇池水环境质量的综合评价及污染治理提供科学的依据。

1 材料和方法

1.1 样品的采集与处理

2010年12月，在滇池上设置8个采样断面，在每个采样断面设置3～5个采样点，用 PSC－200底泥采样器(江苏常州普森电子仪器厂)采集沉积物样品每个断面各采样点表层(0～20 cm)的沉积物样品1～2 kg，混合均匀后作为该断面的试验样品。样品采集后立即送回实验室，采用自然风干的方法对沉积物样品进行脱水，将干燥后的沉积物样品压碎，剔除杂质(砾石及动、植物残体等)，再用玛瑙研钵将其研磨后，通过100目尼龙筛。

1.2 沉积物中重金属的分析测试

称取各断面沉积物样品0.1 g于50 ml高型硬质玻璃烧杯中，加少许蒸馏水润湿，加王水15 ml，同时做试剂空白。在电热板上加热微沸(140℃ ～160℃)，至有机物剧烈反应后，加高氯酸5 ml，继续加热至冒白烟，强火加热至土样呈灰白，小心赶去高氯酸(若出现棕色烧结干块，则继续加入少许王水，加热至灰白色)。取下样品，用15 ml 1%的硝酸加热溶解，以中速定量滤纸过滤于50 ml容量瓶中，用少量水冲洗残渣，将溶液定容至50 ml刻度。分别在WFX－130A原子吸收分光光度计(北京瑞利分析仪器公司)上测定Cu、Pb、Cd、Zn元素的质量浓度。

1.3 质量控制

本试验所有样本瓶和聚乙烯、玻璃器皿事先均用1:1硝酸浸泡、洗涤、烘干。在测定过程中进行了重复样及标样分析，以确保实验数据的可靠性。分析试剂除各种酸为优级纯外，其他均为分析纯。水为二次去离子水。

1.4 沉积物潜在生态风险评价

沉积物生态风险采用生态危害指数法(RI)进行评价:

表1 断面的位置和名称

表2 重金属的背景参照值和毒性系数［12］

表3 重金属潜在生态危害系数(Eri)，潜在生态危险指数(RI)与污染程度［13］

2 结果与讨论

2.1 沉积物中重金属的含量分布及富集特征

滇池各断面沉积物中重金属的含量见表4。

表4 滇池沉积物中重金属含量

从表4可知8个断面的Cu含量大小依次为:海口西(380.02 mg/kg)＞白渔口(121.96 mg/kg)＞晖湾(112.00 mg/kg)＞罗家营(106.58 mg/kg)＞观音山东(92.56 mg/kg)＞滇池南(92.47 mg/kg)＞观音山西(86.06 mg/kg)＞观音山中(65.72 mg/kg)。Zn含量大小顺序为:观音山西(244.31 mg/kg)＞海口西(216.75 mg/kg)＞罗家营(183.45 mg/kg)＞晖湾(178.79 mg/kg)＞白渔口(143.08 mg/kg)＞观音山中(133.47 mg/kg)＞滇池南(120.26 mg/kg)＞观音山东(116.36 mg/kg)。Pb含量大小依次为:观音山中(112.54 mg/kg)＞观音山东(104.10 mg/kg)＞罗家营(100.76 mg/kg)＞滇池南(98.52 mg/kg)＞白渔口(94.67 mg/kg)＞海口西(87.92 mg/kg)＞观音山西(66.98 mg/kg)＞晖湾(10.65 mg/kg)。而8个断面的Cd除了在观音山东断面检测到0.66 mg/kg的含量外，其余的断面均未检测到。此外除观音山中和白渔口断面外，其余6个断面沉积物中各重金属污染物的含量从高到低依次为:Zn＞Cu＞Pb＞Cd。这与李仁英等［14］对盘龙江口滇池沉积物中重金属的分布一致。而且由于滇池流域分布的母岩多为石灰岩、页岩、玄武岩和古红壤，因此，这也是造成表层沉积物中 Zn＞Cu＞Pb＞Cd的原因［9］。从多金属量加和来看，8个断面大小依次为:海口西＞观音山西＞罗家营＞白渔口＞观音山东＞观音山中＞滇池南＞晖湾，说明海口西断面和观音山西断面受重金属污染的程度较大、晖湾断面最小。表层沉积物中较高的重金属含量主要与改革开放初期湖区经济的迅猛发展使排入湖泊的废水量猛增等原因有关［14，15］。

2.2 潜在风险评价结果

监测数据的Eri、RI统计分析结果见表5，所有监测断面表层沉积物重金属潜在生态风险指数RI值远低于150，说明滇池表层沉积物中重金属元素的潜在生态风险整体表现为轻微，即沉积物中重金属的生态危害效应较小。但在不同的断面，潜在生态风险指数RI具有差异性。在海口西和观音山东断面总的重金属潜在生态风险指数最高，分别为83.63和77.30;其余断面的潜在生态风险指数 RI介于26.24～41.12。说明了汇入滇池的支流(如盘龙江等)的输入对近岸沉积物中重金属的含量有一定影响。沉积物中单个重金属潜在风险因子除海口西断面的Cu为63.34外，其余断面均低于40，说明单因子污染物生态危害程度轻微。4种重金属元素对晖湾、观音山西、白渔口及海口西断面潜在生态综合危害的大小贡献顺序为:Cu＞Pb＞Zn＞Cd。Cu的值对RI值的权重贡献最大，即Cu表现为首要的潜在生态风险因子。而对罗家营、观音山中及滇池南断面潜在生态综合危害的大小贡献顺序为:Pb＞Cu＞Zn＞Cd。Pb的值对RI值的权重贡献最大，即Pb表现为首要的潜在生态风险因子。但是对于观音山东断面，Cd的Eri值最高，因此Cd为该断面的首要潜在生态风险因子。由于该断面主要有盘龙江等几个支流汇入，而李仁英等［14］通过对盘龙江表层沉积物重金属的研究发现Cd污染最重，这和我们的研究一致。而且认为昆明纺织厂、云南毛巾厂和云南纺织厂等纺织印染企业是盘龙江流域中重金属 Cd 重要来源［14，16］。

表5 沉积物中重金属元素的潜在生态危害系数(Eri)和危害指数(RI)

3 结论

1)滇池沉积物中重金属含量从高到低依次为:Zn＞Cu＞Pb＞Cd;从多金属量加和来看，8个断面大小依次为:海口西＞观音山西＞罗家营＞白渔口＞观音山东＞观音山中＞滇池南＞晖湾。

2)从重金属单因子污染物分析，对于晖湾、观音山西、白渔口及海口西断面，Cu表现为首要的潜在生态风险因子;对于罗家营、观音山中及滇池南断面，Pb表现为首要的潜在生态风险因子;对于观音山东断面，Cd表现为首要潜在生态风险因子。

3)从重金属总的潜在生态风险评价结果显示，滇池表层沉积物中重金属的潜在生态风险整体表现为轻微。

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Application of the Potential Ecological Risk Index to Evaluate Heavy Metals Pollution in Dianchi Lake

ZHANG Hai－zhen
(Environment science and Engineering School，Southwest Forestry University Kunming 650224，Yunnan)

Determination of heavy metals(Cu，of Zn，Pb and Cd)of the surface sediments on the eight sections of Dianchi Lake，the results show，in addition to Cd，Cu，Zn and Pb in sediments with higher levels of content，the order of several elements is Zn＞ Cu＞ Pb＞ Cd.Meanwhile，it takes the Hakanson index method to evaluate the heavy metals ecological risk in the sediments，its results show that:the overall performance of the potential ecological risk of heavy metals in the surface sediments in Dianchi Lake is as mild.The overall heavy metal potential ecological risk index in the section of Haikou West and the Buddha Mountain east is highest.For Hui Wan，Buddha Mountain west，Baiyu port and Haikou West sections，Cu represents the most important and potential ecological risk factor.For Luojiaying，Buddha Mountain and Dianchi South sections，Pb represents the most important and potential ecological factor.For Buddha Mountain section，Cd represents the first important and potential ecological risk factor.

Dianchi;Sediments;heavy metal and the ecological risk index

X131.2

A

1004－1184(2012)03－0099－03

2012－01－09

［项目资助］云南省应用基础研究计划(2011FZ135);云南省教育厅科学研究基金(2011Y269)

张海珍(1975－)，女，山西阳泉人，博士，讲师，主要从事环境化学和环境毒理学的研究。