地质沉积物中重金属Cr,Ni污染现状及生态风险评价

李宗春，张 杰，杨海兵，焦海洋，毛学佳，颜 涵

（江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏 南京 210000）

地质沉积物作为生态系统中的关键部分，能够直接影响地质条件，由于地质沉积物中重金属Cr,Ni污染问题出现次数频繁，已经成为相关人士重点关注的问题。由于地质沉积物中重金属Cr,Ni污染中包含对人类健康危害极大的Cr,Ni化学元素，这些化学元素一旦通过食物链进入人体，会引发多种疾病，常见的有泰国的“黑脚病”、日本的“骨痛病”以及粤北的“癌症村”。重金属Cr,Ni污染作为当今污染面积广、污染程度严重的环境问题，必须通过生态风险评价，切实得到解决[1]。

针对地质沉积物中重金属Cr,Ni污染现状及生态风险评价研究在国内外已经进行了大量的报道，主要包括两种思路，分别为：潜在生态风险评价以及富集系数评价。而本文提出的生态风险评价以地累积指数法为核心方法，通过计算地累积指数，在地质沉积物中重金属Cr,Ni生态风险评价方面取得了显著的进展。

生态风险评价作为修复重金属Cr,Ni污染的前提条件，为有效解决地质沉积物中重金属污染问题，本文提出地质沉积物中重金属Cr,Ni污染现状及生态风险评价研究。采用地累积指数、富集系数以及潜在生态风险指数作为生态风险评价指标，致力于为地质沉积物中重金属Cr,Ni污染防治工作提供基础数据。

1 地质沉积物中重金属Cr,Ni污染现状

近年来，随着工业化进程加快，大量含有Cr,Ni重金属的工业废水和城市生活污水排放到环境中，对大气、土壤和水环境造成了严重污染[2]。地质沉积物中重金属Cr,Ni污染，大多数来源于电镀、冶金、矿山、石油化工等行业，并且具有毒性强、持久性，不可降解性等特点，这些重金属在地质沉积物中可通过食物链影响动植物生长最终威胁人类健康。

据调查，现阶段地质沉积物中重金属污染主要集中在下游区域。分析地质沉积物中重金属污染现状，必须考虑地质沉积物中Cr,Ni重金属的隐蔽性、长期性、不可逆性以及表聚性。隐蔽性意味着地质沉积物中的重金属一般不宜被发现，大部分是通过食物链传递给人或是动物，需要一定的累计量，才能发现其危害的严重性；长期性指的是重金属污染物在地质沉积物中滞留时间的长；不可逆性是由于Cr,Ni重金属无法通过微生物的降解作用而从地质沉积物中彻底清除，这也是地质沉积物中重金属污染现状的一个重要特性；表聚性指的是Cr,Ni重金属污染物主要集中在地质沉积物表层，极少数的情况下会向地质沉积物下层移动。考虑到Cr,Ni重金属元素天然存在于自然环境中，岩石风化、火山活动等地质活动以及采矿对地质条件的改变都会将岩石中的重金属元素释放到环境中，引起地质沉积物中内重金属浓度升高。同时，Cr,Ni重金属是工业常用原料，金属冶炼、矿产开发等工业活动都会产生大量富含Cr,Ni重金属元素的废弃物[3]。因此，地质沉积物中重金属污染现状十分不乐观，地质沉积物中重金Ni不仅会污染水体和土壤，还会影响大气质量。

2 地质沉积物中重金属Cr,Ni生态风险评价

2.1 计算地累积指数

在明确地质沉积物中重金属Cr,Ni污染现状的基础上，通过地累积指数法，判断地质沉积物中重金属生态风险级别[4]。

地累积指数作为地累积指数评价的主要参数，运用德国科学家Müller提出的地累积指数计算公式，进行重金属Cr,Ni生态风险评价。设地累积指数为，则其计算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，Ci指的是地质沉积物中重金属元素质量分数的实测值；k指的是不同岩石引起的背景值变化系数，一般情况下取值为2.0；Si指的是地质沉积物中重金属元素质量分数的平均值。为保证求得地累积指数的准确性，可以将地质沉积物中重金属Cr,Ni地累积指数导入数值组。在此过程中，不难发现重金属Cr,Ni地累积数值组的网格数会非常多。

这就意味着，在计算地累积指数的实际操作过程中可能需要用并行机计算。

2.2 模拟重金属Cr,Ni生态风险

考虑到通过地累积指数模拟重金属Cr,Ni生态风险历史拟合平面储层的不连续问题，因此可以采用有效厚度或有效孔隙度做截至值，将其他地方设为无效网格。

为了确保重金属Cr,Ni生态风险模拟历史拟合的非均质性，有可能需要建立多个基于地质沉积物中的重金属污染类型分区，再根据不同的重金属污染化学元素以及土体性质、变形特性以及渗透特性等用不同的相渗曲线和毛管压力曲线。

在模拟重金属生态风险的实际操作中，重金属污染的强度数值组越大，证明重金属Cr,Ni存在的潜在生态风险越大[5]。必须严格按照地质沉积物修复功能材料研发及应用研讨会重要内容，评价地质沉积物水性性质、变形特性以及渗透特性等复杂重金属Cr,Ni生态风险数据。综上所述，重金属Cr,Ni生态风险模拟历史拟合的储量取决于孔隙体积和饱和度。重金属生态风险模拟历史拟合孔隙体积与重金属污染地质沉积物监测分区的构造和孔隙度有关，饱和度则与数据初始化相关。

所以，在重金属Cr,Ni生态风险模拟历史拟合时可以根据重金属污染地质沉积物监测分区的实际情况对以下参数做出相应的调整，分别为：重金属污染监测分区的孔隙度、NTG、地质沉积物的油水界面以及地质沉积物的毛管压力。通过对每个网格的重金属Cr,Ni生态风险模拟历史拟合储量，可以有效提高对地质沉积物中重金属Cr,Ni生态风险评价的精准度，为地质沉积物中重金属生态风险评价奠定扎实的基础。

2.3 评价重金属Cr,Ni生态风险

本文采用中国土壤环境质量标准一级标准(背景值)为参比值,评价重金属Cr,Ni生态风险[6]。

根据模拟重金属Cr,Ni生态风险结果，可将重金属Cr,Ni生态风险因子程度进行分级，按照由低到高顺序，依次为：轻微生态污染、中等生态污染、强的生态污染、很强生态污染以及极强生态污染。轻微生态污染的地累积指数范围为30～50；中等生态污染的地累积指数范围为50～70；中等生态污染的地累积指数范围为70～90；强的生态污染的地累积指数范围为90～110；很强生态污染的地累积指数范围为110～130；极强生态污染的地累积指数范围为130～150，遵循重金属Cr,Ni生态风险评价指标，综合分析地质沉积物中重金属生态风险，进而为环境容量、环境质量的研究提供基础数据。

3 结语

由于地质沉积物中Cr,Ni重金属污染向来具有症像隐蔽、分布不均、累积性强且长期存在等特点，地质沉积物中Cr,Ni重金属污染更是整体类型多、超标点位多、复合污染问题严重，重金属生态风险评价行业还处于“方兴未艾”的阶段，地质沉积物重金属污染防治与修复工作任重道远。虽然现阶段地质沉积物中重金属Cr,Ni生态风险评价仍处于不完全成熟的阶段，但是重金属Cr,Ni生态风险评价方法将随着科学技术的进步而进步，是永无止境的。因此，有必要加大对重金属生态风险评价方面的研究，为日后更好的开展重金属修复工作提供理论依据。