淀山湖沉积物的污染特征及其风险评价

韩秀梅，马 超，郑 容，高效江

复旦大学环境科学与工程系，上海 200433

淀山湖位于上海西郊，苏、浙、沪3地的交界处，主要接受太湖流域上游来水，具有提供水源、调节径流、农田灌溉、水上航运、养殖以及风景旅游等功能。随着太湖流域经济的快速发展，淀山湖的水环境质量面临巨大的威胁［1］。近年来太湖流域湖泊和河流沉积物中磷、重金属、多环芳烃、有机氯农药等典型污染物日益受到关注［2-5］。在淀山湖沉积物的研究方面，关于水体沉积物中重金属的分布特征已有报道［5-6］，而对于沉积物中磷的形态特征以及有机污染化合物方面的研究还有欠缺。因此，该研究系统分析了淀山湖表层沉积物中磷和重金属的含量及其形态特征，测定了多环芳烃(PAHs)和有机氯农药(OCPs)含量水平，探讨了沉积物中这些主要污染物的风险水平，为淀山湖的生态环境保护提供科学依据。

1 实验部分

1.1 样品采集与处理

在淀山湖水域选择3个代表性点位，用抓斗式采样器采集表层(约10cm)沉积物样品。采集后立即用塑料袋密封并带回实验室处理。将一定量沉积物样品在50～60℃温度下烘干，研磨均匀，过0.770 mm筛，编号保存用于污染物分析;其余样品冷冻(－20℃)密闭保存备用。

1.2 沉积物中典型污染物的分析测定

磷。分别称取一定量的沉积物样品，采用高氯酸-硫酸消解法测定总磷(TP)，灼烧法测定有机磷(OP)，连续分级萃取法提取沉积物中不同形态的无机磷(IP)，包括可交换态(Exch-P)、铁铝结合态［(Al+Fe)-P)］、钙结合态(Ca-P)和残渣态磷(Re-P)。具体方法见文献［7］。

重金属。称取一定量沉积物样品，采用酸溶(HNO3-HF-HClO4)消解法消解测量重金属总量，修正的BCR连续分布提取法分布提取不同形态重金属。测定采用ICP-AES法。

TOC。称取表层沉积物样品1 g，用10%的盐酸浸泡24 h，蒸馏水洗净至中性。在60℃下烘干，于干燥器中平衡至恒重，取10mg样品上元素分析仪测定TOC含量。

PAHs和OCPs。称取沉积物样品30 g，分别加入PAHs回收率指示物混合标样(萘-d8、二氢苊-d10、菲-d10、菲-d12和苝-d12)，OCPs回收率指示物4，4，-二氯联苯和二氯甲烷索氏抽提72 h。提取液旋转蒸发浓缩，加入正己烷替换溶剂后继续浓缩，浓缩液过硅胶-氧化铝(体积比为2∶1)层析柱，用70 mL二氯甲烷-正己烷(体积比为3∶7)淋洗。洗脱液浓缩至0.2 mL，加入内标化合物，分别采用GC-MSD分析PAHs，内标法GC-ECD分析OCPs。具体方法见文献［8］。

2 结果与讨论

2.1 磷的污染特征及其风险评价

淀山湖表层沉积物中TP含量为1 072～1 229 mg/kg(以干重计，下同)，平均含量为1 173.5 mg/kg，高于太湖梅梁湾TP含量(280～580 mg/kg)，低于太湖五里湖TP含量(2 700～3 500 mg/kg)［4］，大约为 1997 年淀山湖沉积物中TP含量(510 mg/kg)［9］的2倍。表1显示了淀山湖沉积物中各形态磷的含量。

表1 淀山湖沉积物中各形态磷的含量 mg/kg

如表1所示，淀山湖沉积物TP中81.8%以IP形式存在，而IP中Ca-P含量最高，Exch-P最低。OP含量占18.23%，高于杭州湾、长江口等滨海地区(分别为10%、7%)［7］，可能是因为淀山湖相比于滨海地区受到的沿岸人类活动影响更大。

综合 Emil Rydin，Francoise等［10-11］对沉积物中生物可利用磷的估算方法，将 Exch-P、(Al+Fe)-P和60%的OP之和估算为生物可利用磷(BAP)。计算淀山湖沉积物中 BAP大概为492.29 mg/kg，占TP的42%，这部分磷在一定条件下可重新释放到水体中被生物利用，进而影响水体的富营养化。多年的水质监测结果表明，淀山湖水体处于中度富营养化状态［1］，且氧化还原电位的降低能导致Fe-P释放，微生物代谢过程能引起OP的矿化分解，这些反应都可能导致淀山湖水体富营养化恶化，所以淀山湖沉积物中高含量的BAP对淀山湖水体具有较大的潜在风险。

2.2 重金属的污染特征及风险评价

淀山湖沉积物中重金属(Cu、Cr、Zn、Pb)平均含量水平分别为 25.5、34.1、244.5、32.2 mg/kg。其中 Cu主要以 Fe/Mn氧化物结合态存在(40.75%)，其次是残渣态、有机物及硫化物结合态;Cr主要以残渣态存在(50%)，而可交换态及碳酸盐结合态含量几乎为0;Zn的各形态含量相差不大，含量最高的为有机物及硫化物结合态(34.3%)，最低为残渣态(18.5%);Pb主要为Fe/Mn氧化物结合态(53.1%)，其次是有机物及硫化物结合态，残渣态和可交换态及碳酸盐结合态含量几乎为零。

选用瑞典学者Hakanson于1980年提出的沉积物潜在生态危害评价方法［12］对沉积物中重金属进行评价。单因子指数和综合污染指数计算公式分别见式(1)、式(2)。

表2 重金属污染指数及潜在风险参数

从的结果来看，4种重金属的污染程度排序为 Zn＞Pb＞Cu＞Cr，且均小于3，为中度污染。Cd值为5.55＜8，表明淀山湖沉积物的重金属总污染程度为低度污染。

2.3 PAHs污染特征及风险评价

表3显示了淀山湖沉积物中PAHs的含量及其与风险效应低值(ERL)和风险效应中值(ERM)的比较。

表3 PAHs含量及其与ERL和ERM的比较

如表 3所示，PAHs总量为 617.1～843.2 ng/g，平均值为730.2 ng/g。与国内其他湖泊河口相比，淀山湖 PAHs总量高于太湖(312 ng/g)［2］、 杭 州 湾 地 区 (7.1 ～226.2 ng/g)［8］，低于淡水沉积物中 PAHs生态基准值(4 000 ng/g)［17］，总体处于中等污染水平。16种优控PAHs的含量范围为288.7～451.2 ng/g，平均值为375.1 ng/g。在16种优控PAHs中，2～3环PAHs仅占11.3% ～14.9%，以4环及以上的母体PAHs为主，说明污染来源主要是不完全燃烧。测得TOC含量为0.9%～1.1%，低于海洋沉积物质量一类标准(2%)［14］，与庄云龙等［15］测量数据(0.8%)相近。

根据美国学者Long等［16］提出的用于确定海洋与河口沉积物中有机污染物潜在风险效应的ERL值(生物效应几率小于10%)和ERM值(生物效应几率大于50%)评价淀山湖沉积物中有机污染物：当污染物含量小于ERL，则产生负面生态效应的可能性不大;若污染物含量在两者之间，则具有潜在的生态风险;若污染物含量大于ERM，则可能产生严重的生态风险。评估结果表明，淀山湖沉积物中的16种优控PAHs及其总量均未超出ERL值，该区域内表层沉积物的PAHs尚未对生物造成不利影响，生态风险水平低。

2.4 OCPs污染特征及风险评价

淀山湖沉积物中能检测到绝大多数的OCPs，但不同种类的OCPs含量差异较大，见表4。

表4 淀山湖沉积物中OCPs指标及浓度 ng/g

由表4可知，含量最高的是o-BHC，平均水平达到 4.73 ng/g，其次是 Endrin Ketone，含量为2.24 ng/g，含量最低的是4，4-DDE。总 OCPs含量范围为22.03～28.94 ng/g，高于太湖(1.35～13.8 ng/g)［2］，与巢湖(8.26 ～ 31.73 ng/g)［18］相当。∑OCPs、∑BHC、∑DDT平均含量水平依次为12.22、6.36、1.06 ng/g，其他含氯农药的总量为4.66 ng/g。作为示踪滴滴涕类农药降解程度和降解环境的(DDD+DDE)/DDE和DDD/DDE均远大于1，说明淀山湖沉积物中的DDT来源于风化较久的受农药污染的土壤，近期没有新的污染源输入，沉积环境主要为还原环境，由厌氧性生物还原降解［19］。

同样采用Long等［16］提出的ERL和ERM值评价淀山湖沉积物中OCPs的风险水平。结果表明，除DDT浓度介于沉积物标准的ERL与ERM之间外，其他指标均未超过ERL值，生态风险较低。但作为上海主要的饮用水源地之一，可能存在的滴滴涕类OCPs污染不容忽视，应该尽快保护和治理。

3 结论

1)淀山湖沉积物中TP含量范围为1 072～1 229 mg/kg，主要以IP为主，其中 Ca-P含量最高，Exch-P最低。BAP含量较高，沉积物中活性磷的释放对水体富营养化具有潜在的威胁。

2)沉积物中重金属的污染程度大小依次为Zn＞Pb＞Cu＞Cr，各重金属的潜在生态风险程度序列为Pb＞Cu＞Zn＞Cr。总体上，淀山湖沉积物中的重金属处于低度生态风险。

3)淀山湖沉积物中的16种优控PAHs及其总量和大部分OCPs组分均未超出ERL值，尚未对生物造成不利影响，生态风险较低。但DDT含量超过ERL值，存在一定风险，不容忽视。

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