派河干流表层沉积物重金属分布特征及潜在生态风险评价

夏兆昌， 张金流， 匡 武， 王 蕾， 蔡敬民

(1.合肥学院 生物与环境工程系，安徽 合肥 230601;2.安徽省环境科学研究院 安徽省污水处理技术研究重点实验室，安徽 合肥 230022)

近年来，随着巢湖流域城镇化、工业化的快速发展，大量的生活污水和工业废水排进了巢湖，巢湖水质日渐下降，出现湖泊富营养化、流域水土流失、湖泊淤积、水体污染、重金属污染等诸多环境问题。根据国家环保部在2004年公布的数据，入湖河流中的南淝河(含店埠河)、杭埠一丰乐河、派河等河流是污染最为严重的支流，造成巢湖西半湖的污染程度明显高于东半湖[1-2]。派河是巢湖流域西半湖主要入湖支流之一，是安徽省规划建设中“引江济淮”工程主要输水线路，根据《合肥市水功能区划》(2013年8月14日合肥市人民政府批准实施)，划为调水水源保护区，派河的水质状况对巢湖水质安全和“引江济淮”工程有重要意义。目前，关于巢湖流域的主要研究工作集中于巢湖的富营养化，而巢湖沉积物中的重金属污染研究相对较少，其中，派河底泥的沉积物重金属污染还未见相关报道。以派河干流表层沉积物为对象，于枯水期利用户外助手软件GPS定位在派河干流上游至入湖口设置十个采样点, 土样消解采用HNO3-HF-HClO4分解法，Hg、As利用普析原子荧光光度计(型号 PF5)检测，Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Pb利用固体原子吸收光谱仪(型号 ZEEnit 700P)检测。运用Origin 软件制图分析重金属总量分布，运用潜在生态危害系数法对重金属进行生态风险评价研究Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Pb、Hg、As 8种重金属总量分布，并在此基础上对沉积物中的重金属进行生态风险评价，指出主要污染物,以期为派河底泥重金属污染以及巢湖的治理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

派河是巢湖流域西半湖主要入湖支流之一，位于东经116.9°～117.3°、北纬31.62°～31.93°之间，发源于肥西县中部江淮分水岭，从西北到东南依次流经城西桥、上派、中派、下派，最后流入巢湖。集水区面积584.6 km2，总长度48.9 km，流域年降水量800～1 200 mm，属于雨源型河流[3]，上派至湖口常年通航，是巢湖主要的污染负荷来源之一。

1.2 样品采集及处理

于枯水期，利用户外助手软件GPS定位在派河干流上游至入湖口设置10个采样点，采样点经纬度(表1)和编号(图1)，并用底泥采样器采集表层沉积物0～10 cm样品1～2 kg，采样量不足时，可以在四周采集混匀代替，沉积物去除杂草、黄沙等后用聚乙烯自封袋密封于4 ℃环境下冷冻保存，风干后用玛瑙研磨钵研磨并过200目尼龙筛，装入样品袋封口备用。

表1 派河干流采样点经纬度

1、2号点位于派河上游高新区，附近有紫蓬山风景区，污染来源主要是紫蓬山脚下的众多农家乐污水、周边农村的生活污水、养殖废水及高新区工业园的工业废水；3、4号点位经过肥西县城，污染来源主要是城镇生活废水；5号点位于化肥厂旁边，污染源主要是周边的工业废水；6、7、8号点位于派河中下游包河区，周边建设有潭冲河湿地公园、莲花公园、牛角大圩等风景区，9、10号点位于派河下游和入湖口，周边建设有万达茂和岸上草原等旅游景点。派河下游污染源主要是城镇生活废水及游客携带垃圾等。

图1 派河干流采样点位分布图

1.3 方法

1.3.1 重金属分析方法 土样消解采用HNO3-HF-HClO4分解法[4]，Hg、As利用普析原子荧光光度计(型号 PF5)检测，Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Pb利用固体原子吸收光谱仪(型号 ZEEnit 700P)检测。数据处理采用Origin 9.1进行分析。

1.3.2 重金属潜在生态风险评价方法 为了综合反映派河底泥重金属的潜在生态风险，采用“潜在生态风险指数法”评价派河表层沉积物[5],能定量的给出不同重金属的毒性大小，综合考虑重金属含量的地域性差异[6]。方法如下：

Ti、Ci、C0分别是第i个金属的毒性系数、实测值、参比值，Hakanso提出的重金属毒性响应系数中，Hg、As、Pb、Cd、Ni、Cr、Cu、Zn的值分别是40、10、5、30、5、2、5、1。参比值参照“安徽省江淮流域生态地球化学调查”项目中的背景值，Hg、As、Pb、Cd、Ni、Cr、Cu、Zn的背景值分别是0.041、9.40、25.9、0.104、25.0、69.4、24.9、53.2 mg/kg。Ei是单种金属的生态风险指数，RI是某一点位不同重金属的潜在危害指数。根据Ei、RI值的大小，将潜在生态风险评价分为五个等级(表2)。

表2 潜在生态风险分级

2 结果与分析

2.1 表层沉积物重金属分布特征

表层沉积物含量分布具有空间差异性，其中Pb、Cr、Zn的空间差异性较大(表3、图2)。Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Pb、Hg、As的基准值和背景值参照“安徽省江淮流域生态地球化学调查”项目[7]，8种元素中，Hg、Pb、Cd、Cu、Zn均不同程度地超过基准值，存在不同程度的污染，这可能是因为派河上游的紫蓬山风景区映射的很多农家乐中，大量生活污水未达标排放；途径经济开发区，工厂林立，城镇直排贡献率较高[8],Hg与Cd的污染程度较为严重，其中Cd含量远远超出基准值，这可能是因为我国目前没有明确的湖泊底泥沉积物重金属含量标准以及土壤基准值与沉积物基准值有较大差距有关。对比流经开发区前后点位重金属含量的差异，可见Hg、Pb、Ni含量有增加趋势，其中Pb含量增加趋势较为明显。对比派河干流上下游底泥重金属含量，发现Pb有明显增加趋势，其余7种重金属无随着水流含量累积增加现象。

表3 派河干流沉积物重金属含量分布特征

图2 派河干流底泥重金属含量

2.2 重金属潜在生态风险评价

派河干流表层沉积物重金属潜在生态风险评价(表4)，8种金属的潜在生态风险指数排序为Cd>Hg>Pb>Cu>Ni>Zn>As>Cr,Cd是主要贡献因子。从单种金属风险指数(Ei)的评价结果来看，As、Cr、Ni、Zn、Cu、Pb属于轻微等级污染，Hg、Cd属于极强等级污染；从综合潜在风险指数(RI)的评价结果来看，各点位均属于极强等级污染，因为各点位的Hg与Cd的贡献值巨大，其中，Hg的贡献率为11.89%，Cd的贡献率达到87.42%。虽然Cd存在土壤基准值与沉积物基准值有较大差距的原因，但是结果仍然具有很强的指示意义。相关研究表明，巢湖流域的Cd和Hg污染相对严重[9]，派河则是巢湖Cd和Hg污染的主要输送支流之一。因此，在对派河流域重金属污染进行治理时，应主抓Cd和Hg污染，降低派河以及巢湖Cd和Hg的生态风险。

表4 派河干流重金属潜在生态风险评价结果

3 结论与讨论

派河干流表层沉积物重金属潜在生态风险指数排序为Cd>Hg>Pb>Cu>Ni>Zn>As>Cr。从单种金属风险指数(Ei)的评价结果来看，As、Cr、Ni、Zn、Cu、Pb属于轻微等级污染，Hg、Cd属于极强等级污染；从综合潜在风险指数(RI)的评价结果来看，各点位均属于极强等级污染，其中，Hg的贡献率为11.89%，Cd的贡献率达到87.42%。

Hg、Pb、Ni含量在流经经济开发区后有增长趋势，其中Pb含量增加趋势较为明显；Pb有随着派河流向累积的趋势，其余其中重金属则无此明显趋势。

派河是巢湖Cd和Hg污染的主要输送支流之一。因此，在对派河流域重金属污染进行治理时，应主抓Cd和Hg污染，降低派河以及巢湖Cd和Hg的生态风险。