五大连池火山堰塞湖表层沉积物中重金属的分布特征及生态风险评价

曾 颖，杨 臣，李月兴，潘 虹

(1.黑龙江省科学院火山与矿泉研究所，哈尔滨 150000； 2.黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨 150000)

五大连池火山堰塞湖表层沉积物中重金属的分布特征及生态风险评价

曾 颖1，2，杨 臣1，2，李月兴1，2，潘 虹1，2

(1.黑龙江省科学院火山与矿泉研究所，哈尔滨 150000； 2.黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨 150000)

以五大连池火山堰塞湖为研究对象，测定其表层沉积物中8种重金属元素(Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn、Pb及As)的含量，分析其分布特征并进行生态风险评价。结果表明：各池子表层沉积物中Hg的空间分布最不均匀；药泉湖中重金属总含量最高，体现了人类活动对湖泊生态的影响；单个及多种重金属的潜在生态危害指数均为轻微，但其中As和Hg与我国其他类似河流湖泊相比处于中等偏上的水平，必须提高监管力度，予以治理。

沉积物；火山堰塞湖；重金属；分布特征；生态风险评价

重金属是指密度在4.0以上的约60种元素或密度在5.0以上的约45种元素，在自然界中广泛存在。它通常以天然浓度广泛分布在自然界中，但随着工农业的发展和城镇化进程的加快，环境介质中的重金属通过地表径流、雨水冲刷、大气沉降等途径进入自然界，对生态系统造成了巨大的影响并对人类生活产生了严重危害[1]。沉积物是污染物在水环境中迁移转化的归宿、载体和蓄积池，往往被作为水环境中重金属污染程度的“指示剂”。

五大连池风景区拥有着世界上保存最完整、分布最集中的新老火山喷发遗迹，已先后获得“世界地质公园”、“世界生物圈保护区”、“中国矿泉城”等称号。区内由火山熔岩流堵塞河道形成6个较大的堰塞湖，有南至北依次为头池、二池、三池、四池、五池、药泉湖[1]。鉴于五大连池火山堰塞湖水体及沉积物的组分具有非常特殊的化学组成和物理结构，火山堰塞湖非常独特的水动力学过程也会影响重金属污染物在环境中的归趋。本文开展了其中重金属元素的分布特征分析和生态风险评价，以期全面了解五大连池火山堰塞湖的重金属污染现状，为其污染治理提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2016年3月，在严冬时节于五大连池火山堰塞湖(一池子、二池子、三池子、四池子、五池子和药泉湖)湖面中心凿冰洞，使用抓斗式采样器采集6个表层沉积物样品(标记为Y-N，A-N，B-N，C-N，D-N，E-N)，运回实验室后，冷冻干燥，研磨过筛并采用四分法至所需量，过120目尼龙网筛，装入棕色广口瓶中，以备分析。采样点如图1所示。

图1 五大连池火山堰塞湖表层沉积物采样位置图Fig.1 Map of sampling sites of volcano dammed lake in Wudalianchi

1.2 样品前处理及样品分析

沉积物中重金属的前处理方法：准确称取0.500 0 g样品放入9 mL浓硝酸和3 mL氢氟酸中微波消解15 min，5.5 min时间达到180℃，9.5 min使反应完成，冷却后，罐内的物质过滤分离，赶酸并定容至10 mL，以备检测。重金属元素测定采用电感耦合等离子体发射光谱PerkinElmer 5300DV进行。

2 结果与讨论

2.1 五大连池火山堰塞湖表层沉积物中重金属的分布特征

表1 五大连池火山堰塞湖表层沉积物中重金属的含量 mg/kgTab.1 The content of heavy metal in sediments of volcano dammed lake in Wudalianchi mg/kg

由表1可知，五大连池6个火山堰塞湖表层沉积物中8种重金属元素的变异系数(CV)在8%～39%，其中Hg的变异系数最大，表明Hg在五大连池火山堰塞湖表层沉积物中空间分布最不均匀，相对于其他重金属元素离散程度较大。且6个火山堰塞湖表层沉积物中Zn和Cr的含量均是排在前两位，Cd和Hg含量均排在最后两位。

6个火山堰塞湖表层沉积物中8种重金属元素总含量统计如图2所示。呈现药泉湖gt;一池子gt;五池子gt;四池子gt;二池子gt;三池子的分布规律。其中药泉湖含量最高与其位于五大连池风景区旅游集中区有关，湖周边生活垃圾和建筑垃圾倾倒点较多，其中的重金属元素随着雨水淋滤等途径进入湖水中并汇集在表层沉积物中，导致其中重金属总含量最高。其他相连的五个池子中重金属的含量没有大的起伏，一池子表层沉积物中重金属总含量最高，可能与一池子位于五个池子的最下游，重金属随着湖水的流动沉降导致输入不断增加。

图2 五大连池火山堰塞湖表层沉积物中重金属总含量分布图Fig.2 Distribution map of total content of heavy metal in sediments of volcano dammed lake in Wudalianchi

2.2 五大连池火山堰塞湖表层沉积物中重金属污染的生态风险评价

表2 五大连池火山堰塞湖表层沉积物中重金属的潜在生态危害系数和危害指数RITab.2 and RI of heavy metal in sediments of volcano dammed lake in Wudalianchi

为了了解6个火山堰塞湖表层沉积物中重金属的污染程度，将其与我国具有类似功能的河流湖泊表层沉积物中重金属的污染状况进行对比[4-6]。结果显示：6个五大连池火山堰塞湖表层沉积物中As和Hg的含量处于中等偏上的水平，其余6种重金属元素的含量处于中等偏低水平。

3 结论

8种重金属元素在6个五大连池火山堰塞湖表层沉积物的空间分布呈现不同程度的差异性，其中Hg的分布最不均匀；6个火山堰塞湖中重金属总含量最高的为药泉湖，体现了人类活动对湖泊生态的影响，而相连的五个池子中总含量最高的为一池子，推断可能与河流走向导致的输入累加相关；单个及多种重金属元素的潜在生态危害均为轻微，但其中As和Hg与我国具有类似功能的河流湖泊相比处于中等偏上的水平。鉴于五大连池火山堰塞湖是当地最重要及代表性的旅游景点之一，其水质况状将直接影响地下矿泉水带的水质及其中养殖的矿泉鱼的品质，因此对其污染状况的评价必须更加严格。本次研究反映出的重金属污染状况不容忽视，相关管理机构应该给予重视，提高监管力度，迅速制定防治措施。

[1] 曾颖，杨臣，王希英，等. 运用主成分分析法解析五大连池火山堰塞湖表层沉积物中重金属元素的来源[J].环境与可持续发展，2017，42(2)：168-170.

[2] 李晓铭，赵世民，王道玮，等.滇池表层沉积物中重金属污染特征及评价[J]. 地球与环境，2013，41(6)：647-655.

[3] 毛志刚，谷孝鸿，陆小明，等．太湖东部不同类型湖区疏浚后沉积物重金属污染及潜在生态风险评价[J]. 环境科学，2014，35(1)：186-193．

[4] 刘强. 辽河干流河岸带沉积物重金属污染特征研究[D]. 沈阳：辽宁大学，2013．

[5] 王晓君，刘玉青，佘中盛. 镜泊湖沉积物中重金属的研究[J]. 环境科学丛刊，1990，11(1)：46-51.

[6] 丁佳佳，蔡庆，李江华. 玉滩湖表层沉积物重金属污染特征及潜在生态风险评价[J]. 四川环境，2016，35(4)：107-112.

DistributionandpotentialecologicalriskassessmentofheavymetalpollutioninsedimentsofvolcanodammedlakeinWudalianchi

ZENG Ying1,2, YANG Chen1,2, LI Yue-xing1,2, PAN Hong1,2

(1.Institute of Volcano and Spring, Heilongjiang Academy of sciences, Harbin 150000, China; 2.Institute of Advanced Technology, Heilongjiang Academy of sciences, Harbin 150000, China)

The content of heavy metals (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Zn, Pb and As) in sediments of volcano dammed lake in Wudalianchi was researched and their distribution characteristics and ecological risk assessment was analyzed. The results show that the distribution of Hg was the most scattered. The total content of heavy metal in sediments of Drug Spring Lake was the highest, which reflected the influence of human activities on it. Potential ecological index of both the single and multiple heavy metal was slight, but the content of As and Hg in comparison with other similar rivers and lakes in our country was over the average level, which must be given vigilant and governance.

Sediments; Volcano dammed lake; Heavy metal; Distribution; Potential ecological risk assessment

X524

A

1674-8646(2017)21-0013-03

2017-08-27

黑龙江省科学院科学基金项目(KY2016HS01)

曾颖(1982-)，女，硕士，助理研究员。