城市污染河涌沉积物中重金属化学形态分析及生物毒性评价

宋宪强，梁钊雄

(佛山科学技术学院环境与土木建筑学院，广东佛山528000)

河涌沉积物中的重金属具有极强的富集和潜在毒害作用，作为一种持久性污染物，被认为是对水质及底栖生物有潜在影响的次生污染源，因此重金属的化学活性和生物可利用性已经成为重要的研究课题［1－3］。重金属对环境的危害除与其总量有关外，更大程度上取决于其在环境介质中的赋存形态［4－5］。该研究选择榄核河沉积物为研究对象，分析其中重金属元素(Cu、Zn、Pb和Cr)形态分布特征并进行生物毒性评价，以期为污染河涌沉积物的治理及无害化、资源化应用提供借鉴、参考。

1 材料与方法

1．1 沉积物样品的采集 榄核河属广州市南沙区榄核镇，河流自上游至下游呈树枝状分布，近年来水体受到污染，沉积物出现一定程度的累积。

从榄核大桥向磨碟头水闸方向每间隔100 m设一取样断面(共10个断面，分别标识LH1～LH10，图1)进行布点采样。采集表层沉积物装入聚乙烯塑料袋，赶尽空气后密封带回实验室冷冻保存，尽快完成样品各指标的测定分析。

1．2 测定方法 样品采用HCl-HNO3-HClO4进行消解，而后采用原子吸收分光光度计测定消解液中重金属的含量。各重金属元素的形态分布采用Tessier建立的五步连续萃取法分析，提取次序依次为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物与有机结合态、残渣态［6］。

1．3 生物毒性评价方法 该文使用已被我国部分学者［7－8］采纳、由Long E R［9］提出的沉积物质量基准法(Sediment Quality Guidelines，SQGs)来评价榄核河沉积物中重金属的毒性效应。该法可以快速预测污染沉积物的生物毒性，以鉴别出需要引起关注的水体沉积物区域［7］。近年来，部分国家和地区已经制定了适合于各自国或地区的水体沉积物重金属质量基准［10－11］。该法将各重金属的浓度与相应的生物毒性效应阈值ERL(Effects Range Low)和ERM(Effects Range Median)比较，若其结果高于ERM值，表明沉积物受到严重污染，并呈现严重生物毒性效应;若其结果低于ERL值，表明沉积物未污染或轻度污染，基本无生物毒性效应;而其值介于ERL与ERM之间时，沉积物属于中等污染水平。该基准的ERL和ERM临界值水平见表1。

表1 ERL和ERM重金属基准值 mg/kg

2 结果与分析

2．1 沉积物中重金属总量分析 图2表明榄核河沉积物中各重金属元素的含量均较高。从单一重金属含量情况看，Zn元素含量均值为2 278．57 mg/kg，明显高于其他3种金属。从各断面的污染情况看，Cu、Pb和Cr以LH8断面为最高含量点，可能与该断面位于榄核河与浅海涌的交汇口有关。

2．2 沉积物中重金属形态分析 以各重金属5种形态的总和作为100%计算各形态在其中的百分比，得到形态分布图(图3)。从整体形态分布上看，研究河段沉积物中各重金属元素主要以铁锰氧化态、有机态和残渣态等形式存在，可交换态及碳酸盐态含量较少。从单一元素上分析，Cu元素以残渣态为主，各采样点含量变化范围为37．97% ～48．54%，非残渣态以铁锰氧化态和有机态为主，平均含量分别为27.85%和23．02%;Zn元素非残渣态百分含量在4种元素中最高，占57．41%，结合各断面Zn元素总含量最大的情况，说明Zn元素活动性强，在外部环境条件发生变化时，容易被重新释放到水中造成水体的二次污染，是必须引起重视的元素;Pb元素和Cr元素各形态百分比分布与Cu元素相似，但Cr元素碳酸盐态百分含量有所上升，所占的百分比为5．33%。

2．3 沉积物质量基准法(SQGs)评价 根据SQGs基准中的ERL和ERM临界值水平，将榄核河沉积物各采样点重金属元素含量与相应的ERL和ERM值进行比较，其结果如图4所示。可以看出，研究河段各断面沉积物中重金属Cu、Zn、Pb和Cr的浓度均远远超过ERL值和ERM值水平，其平均含量分别为 ERM 值的4．93、5．56、4．22 和 2．54 倍，说明这 4种金属均对沉积物构成严重污染，可能会对底栖生物产生严重的负面影响，导致不利生物效应频繁发生，因此应对这4种金属做好防控措施，以减少其对水生生态系统的毒害作用。

3 结论

(1)榄核河沉积物中各重金属元素含量均较高，且Zn元素均值含量明显高于其他3种金属。

(2)榄核河沉积物中各重金属元素主要以铁锰氧化态、有机态和残渣态等形式存在，而非残渣态，以Zn元素含量最高。

(3)SQGs法评价表明，榄核河沉积物中4种重金属元素浓度均超过ERM水平，可能会对底栖生物产生潜在毒性，应加强防控。

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