温州某航道疏浚区沉积积物物重重金金属属污污染染特征和生态风险分析

浙江省第十一地质大队 潘大坚 柯玉钗

温州某航道疏浚区沉积积物物重重金金属属污污染染特征和生态风险分析

浙江省第十一地质大队 潘大坚 柯玉钗

土地是社会发展的基础要素，近年来沿海发达地区日益增长的土地需求与土地供给的现状产生了很大的矛盾，因此滨海城市往往把滩涂围垦土地视作重要的后备土地资源。目前滩涂围垦土地的获取方式主要分为人工促淤和吹填等方式，沿海地区往往把港口、航道疏浚及河道清淤工程得到的疏浚产物投入围垦区以同时解决这些疏浚物的消纳去向问题。然而重金属等污染物往往成为困扰滩涂围垦土地利用的难题之一。这是因为无论是沿海滩涂，还是近海及内河水体沉积物，重金属往往容易积累在这些地方。其来源主要分为自然源和人工源：自然源主要包括各种地质、地球化学作用；而人工源是指人类在社会发展过程中向周围排放的各种污染物质，如含有重金属的工业污水、矿山废水以及流失的农药等经地表径流汇入内陆水体和海洋，以及大气沉降也会带来大量的重金属输入，进入水体的重金属往往很快进入沉积物。这样重金属不但可以通过食物链对生态环境和人体健康产生很大影响，而且可能会通过围垦土地重新进入人类生存环境，因此对疏浚清淤产物进行污染特征和生态风险研究十分有必要。

本文以浙江省温州市某航道清淤工程为研究对象，经系统采样调查，通过对不同采样点样品中重金属含量的研究和生态风险评估，用定量的方法划分出潜在的生态危害程度，为使用疏浚产物加速滩涂围垦的生态风险评估和合理规划管理提供一定依据，并为其他地区相关研究提供参考。

一、材料与方法

（一）研究地概况

温州位于浙江省东南部，东濒东海，南毗福建，西及西北部与丽水市相连，北和东北部与台州市接壤，为中亚热带季风气候区，冬夏季风交替显著，温度适中，四季分明，雨量充沛，年降水量在1113-2494毫米之间。主要水系有瓯江、飞云江、螯江，境内大小河流150余条。

（二）沉积物样品采集与预处理

采样调查区位于温州市某岛附近某航道取砂区域进行，共3个采样点：2016年2月13号在某轨道交通线区域一个站点（站点编号zk1），取样11个，钻进取柱状样，采样深度为5米，以地面为±0.0，按±0.0、0.5m、1m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m位置取样；2月18日在某岛航道取砂区域定一个站点（站点编号CT1），取样11个，钻进取柱状样，采样深度为5米，以泥面为±0.0，按±0.0、0.5m、1m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m位置取样；于2月19日在某航道取砂区域定一个站点（站点编号CT2）；取样11个，钻进取柱状样，采样深度为5米，以泥面为±0.0，按±0.0、0.5m、1m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m位置取样。

取样之后将沉积物样品摊薄风干后去除石子砂砾、植物残体等杂物后，进行研磨，过120目尼龙筛，混匀后进行四分法取样并干燥保存。

（三）样品分析测试与方法

沉积物样品采用HNO3-HCLO4-HF消解，消解完毕后用超纯水转移至25mL容量瓶中，定容待测。样品中重金属元素Cu、Pb、Zn、Cr、Cd的含量采用原子吸收分光光度法测定，Hg和As含量采用双道原子荧光光度计测定。在测定过程中设置空白样，同时进行重复样和标样分析，保证实验数据可靠性。

（四）沉积物重金属污染评价方法及风机标准

1.地累积指数法

由德国科学家Muller于1969年提出的地累积指数法是一种反映沉积物中重金属富集程度的常用定量指标，考虑了人为污染因素、环境地球化学背景值，还特别考虑到自然成岩作用对背景值的影响，被广泛应用于土壤以及现代沉积物中重金属的污染评价，能较直观的反映外源重金属在沉积物中的富集程度，计算公式如下。

式中，Ci-沉积物重金属元素i的实测值（mg/kg）；Bi-该重金属元素该重金属元素的地球化学背景值，以浙江省温瑞平原土壤元素背景值作为参考。Muller 将土壤重金属污染程度划分为7级（表1）。本文采用地积累指数（Igeo）定量评价滩涂围垦土壤中重金属的污染程度。

2.潜在生态风险评价法

瑞典科学家Hakanson于1980年提出了潜在生态风险指数评价法（potential ecological risk index，R I），根据重金属性质和环境行为特点，从沉积学角度提出的对土壤中重金属污染评价的方法。Hakanson指数法不但考虑土壤重金属含量，而且将重金属的生态效应、环境效应和毒理学联系起来，综合考虑重金属的毒性在土壤和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，消除了区域差异影响。由于分别计算与RI的数值，潜在生态风险指数法的计算结果不仅能够反映单一重金属对环境造成的影响，还能够说明多种重金属并存时对周围环境造成的综合影响程度，与RI的计算结果具有明确的划分等级标准，因而体现了生物有效性和相对贡献及地理空间差异等特点，是综合反映重金属对生态环境影响潜力的指标，适合于大区域范围沉积物和土壤进行评价比较，不同区域和时段的生态风险的评价结果之间也具有可比性。

参考Hakanson等的文献，设定5种重金属生物毒性响应因子的数值顺序为Hg（40）> Cd（30）> As（10）>Pb/Cu（5）> Cr（2）> Zn（1）。同时参考Hakanson根据8种污染物（PCB、Hg、Cd、As、Pb、Cu、Cr、 Zn）的含量对 、 、 和RI 值对应的污染等级进行了划分，见表2。

表1 地累积指数等级与污染程度

表2 沉积物重金属类污染等级划分

表3 疏浚区沉积物重金属含量

二、结果与分析

（一）不同区域沉积物的重金属分布特征

3个采样点的重金属含量平均值如表3所示，参照《国家土壤环境质量标准》（GB15618-1995）（见下表4）可知，调查区域内7种重金属除Cd外都小于一级标准限值，但3个采样点Cd含量全部超过三级标准限值，接近三级标准限值的2倍。与温瑞平原土壤背景值比较，其中所有样点Cd和As的含量均值超过背景值，zk1样点的Cu含量均值超过背景值。

对区域内各采样点沉积物柱的分层样品分析结果做统计图分析，结合表3数据分析，经LSD多重比较可知，zk1样点的Cu、Pb、Zn、Cr、Hg金属含量均显著高于CT1和CT2样点（P<0.05），而Cd和As这两种高于区域土壤背景值的重金属含量则没有明显差异。这可能说明zk1样点收到污染的程度要高于其他两个地点。

由以上结果可知，该航道疏浚区土壤受Cd污染最为严重，这与童敏等对温州灵昆岛围垦区土壤和宋力等对温瑞塘河沉积物重金属调查结果基本一致，也与刘恩玲等对温州市农业生产基地土壤重金属污染调查结果接近，但与陈华林等对温州城市土壤重金属含量的分析结果有所不同。综合以上，可认为该航道疏浚区域表现出来的Cd污染类型可能与温州过去发展过程中以制革和电镀等产业为主的高污染行业的无序排放导致重金属污染通过排放进入水体有关。

（二）沉积物重金属地累积指数评价

各采样点沉积物中重金属地累积指数均值如表5所示，Cd的地累积指数最大且只有Cd的Igeo在三个样点中均为正值，而其他6中重金属元素Igeo均为负值，同样也显示该疏浚区表现为只受到Cd污染，且程度达到3级/中度污染。其他重金属元素的地累积指数Igeo的顺序为As > Zn > Cr > Cu >Pb> Hg。

（三）沉积物重金属潜在生态风险指数评价

各潜在生态风险评价结果（表6）表明：调查区域内土壤重金属的潜在生态风险指数RI均大于300，处于强风险等级（参见表2），表明疏浚区域沉积物具有强潜在生态风险。而从各重金属的潜在生态危害系数来看，除Cd以外的其他6种重金属的值均小于40，也就是说其他6种重金属均不存在潜在生态风险；各种重金属对疏浚区整体重金属潜在生态风险指数贡献顺序为Cd>As> Hg > Cu >Pb> Cr > Zn。

表4 土壤环境质量标准（GB15618-1995）重金属含量

表5 疏浚区沉积物重金属地累积指数

表6 疏浚区沉积物重金属潜在生态风险指数

三、结论

1.分析7种重金属中6种重金属含量的平均值均未超过《国家土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）一级标准限制，但Cd在所有3个采样点中含量均超过了国家土壤环境质量三级标准，显示航道疏浚区沉积物均受Cd污染很严重。调查区域Zk1样点的重金属Cu、Pb、Zn、Cr、Hg含量均显著高于CT1和CT2样点。

2.在沉积物柱状样品分析中显示Zk1样点重金属含量变化较大，而CT1和CT2样点除Cd外其余6中重金属含量都比较均匀。

3.重金属Cd的地累积指数远远高于其他重金属元素，而其他6种重金属地积累指数Igeo均小于0，显示除了Cd以外，调查区域内沉积物没有受到其他单项重金属的污染。但调查区域Zk1样点的重金属Cu、Pb、Zn、Cr、Hg、As的Igeo仍显著高于CT1和CT2样点。

4.疏浚区沉积物达到了强潜在生态风险级别，重金属Cd对潜在生态风险的贡献最大。