1、环境污染与防治 网络版 第 3 期 2007 年 3 月1鄱阳湖及支流沉积物中重金属污染及生态风险评价*曹维鹏 1 罗明标 1# 丁建桦 1 王毛兰 2（1.东华理工学院应化系，江西 抚州 344000；2.教育部鄱阳湖湖泊生态与生物资源利用实验室，江西 南昌 330000)摘要 对鄱阳湖及支流沉积物中的重金属进行了形态分析和生态风险评价。结果表明，以西河沉积物为参比，鄱阳湖及除修水外的支流沉积物中重金属的潜在风险等级均在中值以上，饶河的风险等级最高，在被研究的5种重金属中，镉和铜的生态风险贡献率较高，是构成潜在生态风险的主要因素。关键词 形态分析 鄱阳湖及支流沉积物 生态风险评价 贡献率Th
2、e heavy metal pollution and ecological risk assessment of sediments in Poyang Lake and branches Cao Weipeng1, Luo Mingbiao1, Ding Jianhua1 , Wang Maolan2.（1.Applied Chemistry Department, East China Institute of Technology , Fuzhou Jiangxi 344000;2.The Key Lab. of Poyang Lake Ecology and Bio-resource
3、 Utilization, Ministry of Education, Nanchang Jiangxi 330000）Abstract：In this study, the heavy metals in sediments of Poyang Lake and branches was analysed and its ecological risk was evaluated. Experimental results showed: the risk grades of Poyang Lake and braches (except Xiushui River) were highe
4、r than middle values, the sediment in Xihe River as the reference. The sediment in Raohe River possessed the highest risk grade. In five studied heavy metals, the contribution ratios of cadmium and copper, the main factors to ecological risk, were higher than others. Keywords: Speciation analysis Se
5、diments of Poyang Lake and branches Ecological risk assessment Contribution ratio鄱 阳 湖 位 于 江 西 省 北 部 ， 长 江 中 下 游 南 岸 ， 地 理 坐 标 为 东 经 11549 11646， 北 纬2824 2946， 面 积 21 224.4 km2， 上 承 赣 、 抚 、 饶 、 信 、 修 五 河 之 水 ， 是 我 国 最 大 的 淡水 湖 。 湖 周 边 有 德 兴 和 永 平 两 铜 矿 ， 是 我 国 著 名 的 大 型 铜 业 基 地 ， 在 河 湖 交 接 处 ， 重 金属
6、含 量 较 高 ， 且 已 影 响 到 水 生 环 境 1。 湖 泊 表 层 沉 积 物 是 水 体 污 染 物 的 重 要 宿 体 ， 由 汇水 区 得 到 补 充 的 重 金 属 被 水 体 悬 浮 物 吸 附 并 最 终 沉 积 到 湖 泊 水 体 表 层 沉 积 物 中 2。 其 中的 污 染 物 又 可 以 通 过 微 生 物 、 底 栖 动 物 及 水 生 植 物 的 作 用 重 新 进 入 生 态 系 统 从 而 对 水 体生 态 系 统 构 成 长 期 威 胁 3。 因 此 ， 深 入 了 解 和 分 析 鄱 阳 湖 及 支 流 沉 积 物 中 重 金 属 的 污 染状 况 及
7、 其 生 态 风 险 具 有 极 其 重 要 的 意 义 。 在 各 种 沉 积 物 的 质 量 评 价 体 系 中 ， 瑞 典 科 学 家HAKANSON 4提 出 的 生 态 风 险 指 数 法 应 用 最 为 广 泛 ， 它 不 仅 反 映 了 某 一 特 定 环 境 下 沉积 物 中 各 种 污 染 物 对 环 境 的 影 响 和 环 境 中 多 种 污 染 物 的 综 合 效 应 ， 而 且 用 定 量 方 法 划 分出 了 潜 在 生 态 风 险 程 度 5。目 前 ， 国 内 外 应 用 生 态 风 险 指 数 法 对 沉 积 物 中 重 金 属 污 染 进 行 评 价 的 报
8、道 多 集 中 于 重金 属 总 量 污 染 6-9， 但 重 金 属 生 物 毒 性 主 要 取 决 于 重 金 属 形 态 及 形 态 浓 度 ， 而 这 方 面 的 报 道较 少 10-11。 本 文 使 用 改 进 的 五 步 连 续 萃 提 法 12对 鄱 阳 湖 及 支 流 沉 积 物 中 的 重 金 属（ Cu、 Co、 Cd、 Pb、 Ni） 进 行 形 态 区 分 ， 原 子 吸 收 分 光 光 度 计 测 得 各 元 素 各 形 态 的 含 量 ，1第一作者：曹维鹏，男，1980 年生，硕士研究生，主要从事环境中重金属形态方面的研究。#通讯作者。*国家自然科学基金资助项目（
9、No.40371067） ；江西省自然科学基金资助项目（No.0520002） 。环境污染与防治 网络版 第 3 期 2007 年 3 月2并 应 用 HAKANSON提 出 的 生 态 风 险 指 数 法 对 沉 积 物 中 重 金 属 各 形 态 的 潜 在 生 态 风 险 进 行 了评 价 。1 样品的采集及形态含量的测定2005年8月18日至21日，选择鄱阳湖和五条支流（修水、西河、饶河、抚河、赣江）的10个采样点，以3011型GPS 定位仪确定各点位置（见图1）后，采集表层0 15 cm的沉积物样品，装入聚四氟乙烯袋中冷冻保存。在实验室将冷冻的土样取出，自然风干，磨碎，过100目筛，
10、冷藏备用。根据AKCAY等 12报道的五步连续萃提法，依次使用 1.0 mol/L MgCl2溶液、1.0 mol/L CH3COONa溶液、0.004 mol/L HONH3Cl 溶液、0.02 mol/L HNO3和30H 2O2、HNO 3/HF/HClO4/HCl混酸5类萃提剂将沉积物样品中的重金属（Cu、 Co、 Cd、Pb 、Ni） 区分为可交换态（S1） 、碳酸盐结合态（S2）、铁锰氧化物结合态（S3）、有机物结合态（S4 ）、残渣（S5）5种形态，原子吸收测定重金属各形态含量。图1 工作区域及采样点Fig.1 Working area and sampling points f
11、or Poyang Lake and branches2 沉积物中重金属潜在生态风险等级计算HAKANSON 4指出，建立沉积物重金属生态风险评价体系指标必须满足以下 4 项：浓度条件，即潜在生态风险指数（Risk Index，RI）随沉积物中金属污染程度的加重而增加；种类数条件，即沉积物的金属污染具有加和性，即多金属污染的潜在生态风险更大，其中铜、铅、镉、铬是优先考虑对象；毒性响应条件，即生物毒性强的金属对RI 具有较高权重，其依据是沉积物中金属元素的“汇效应”(Sink Effects)具有不同的“指纹特征”(Fingerprints) 和校正丰度的数量级；基于生物生产量指数(BPI) 的
12、灵敏度条件，即不同水质系统对金属污染的敏感性不同。环境污染与防治 网络版 第 3 期 2007 年 3 月3生态风险评价指标的计算包括 3 步：金属污染程度（Metal Pollution Level, MPL）等于沉积物样品中重金属的实测含量（Determined Content, DC）与其评价参考值（Evaluation Reference Value, ERV）之比；单个重金属的生态危害系数 EHC 等于其污染程度与毒性响应系数（Toxic Response Coefficient, TRC）之积；多种重金属的潜在生态风险指数 RI 等于单一重金属的生态危害系数 EHC 之和。由于金属
13、的生物毒性和生态效应与其赋存形态密切相关 13，14 ，因此，重金属的潜在生态风险指数 RI 应为产生毒性的各形态生态风险指数之和。结合鄱阳湖沉积物中重金属污染现状，设定 5 种重金属毒性响应系数依次为：Cd(30)Cu=Pb(5)Co(2)=Ni(2)。由于沉积物质量评价的置信度主要是准确参考值比较的函数 13，所以参考值的选取十分重要。本文选取鄱阳湖污染较轻的支流西河沉积物（R2）中重金属各形态含量作为参比值 15。根据各形态在环境中的生物可利用性，将由五步连续萃提法区分的 5 种形态划分为 3 种组形态 16，即：生物易利用态（S1） 、生物中等利用态(S2S3 S4)和生物惰性态（S5
14、） 。在天然环境中，生物惰性态（S5）的生物活泼性弱，产生的生物毒性小，因此，在生态风险评价中不予计算。根据潜在生态风险指数（RI）的大小，将鄱阳湖及支流沉积物重金属污染程度划分为 4 个等级 17：RI110 低值（弱污染区） ，110RI220 为中值（轻度污染区） ，220RI440 为高值（中度污染区） ，RI440 为极高值（重度污染区） 。3 结果与讨论计算鄱阳湖及支流沉积物中各重金属的生态风险评价指标，各样品重金属的单重金属生态危害系数 EHC、潜在生态风险指数 RI 和潜在生态风险等级如表 2 所示。表 2 不同采样点的单重金属生态危害系数、潜在风险指数及风险等级Table 2
15、 EHC, ecological risk index and relative grade for each site of Poyang Lake and branches生态危害系数（EHC）采样点Cu Cd Co Pb Ni风险指数（IR） 风险等级R1 29.71 48.75 2.87 5.23 2.69 89.25 低值R2 10.00 60.00 4.00 10.00 4.00 88.00 低值R3 152.22 209.00 4.54 14.26 4.74 384.76 高值R4 115.76 76.00 6.83 9.45 2.00 210.04 中值R5 49.12 61.
16、00 3.80 6.41 3.14 123.47 中值L1 36.29 107.50 7.99 9.06 3.18 164.02 中值L2 14.41 105.50 6.15 8.77 3.36 138.19 中值L3 62.10 114.00 5.55 19.91 3.00 204.56 中值L4 37.26 125.25 2.58 7.65 2.32 175.06 中值L5 47.60 117.75 4.21 36.06 10.19 215.81 中值从表 2 可以看出，如果以污染较小的西河沉积物中重金属形态含量为参比，鄱阳湖及其他支流沉积物中重金属的潜在生态危害指数均比西河的风险指数高，
17、除修水外，风险等级均比西河高，而最高值出现在饶河，其产生重金属污染的原因可能是由于中上游铜矿开采，刘文新等 11以上游沉积物为参比的风险等级评价也发现部分河段出现高值甚环境污染与防治 网络版 第 3 期 2007 年 3 月4至极高值现象。根据重金属的污染程度可将鄱阳湖和各支流分为 3 个生态风险功能区：鄱阳湖北部的修水、西河的弱污染区，鄱阳湖、赣江、抚河的轻度污染区和饶河为中度污染区。在鄱阳湖流域重金属污染的治理与恢复工程中，可根据当地的社会、经济和技术条件，按生态风险功能区划，有针对性分别加以治理。57.152.71 7.07 2.1530.9201530456075Cu Cd Co Pb
18、 Ni元 素 种 类贡献率/图 2 不同重金属元素对 RI 的贡献率Fig. 2 Contribution of metals to RI用某一重金属各采样点 EHC 的平均值（N10）除以各采样点的 RI 值，计算各重金属对生态风险的贡献率。结果如图 2 所示。在 5 种重金属中贡献率最大的是 Cd，其次是Cu，两者共占近 90的贡献率，而 Co 和 Ni 的贡献率均较低。在鄱阳湖流域重金属污染治理过程中，应该着重做好 Cd、Cu 两种元素的监控与治理，严格控制工业废水的排放，降低重金属对鄱阳湖环境及渔业资源的影响与破坏，提高生态安全性。4 结 论利用潜在生态风险指标体系对鄱阳湖及支流沉积物
19、中重金属的生态风险进行了评价，发现以西河沉积物中重金属各形态含量为参比，除修水外，鄱阳湖及各支流的生态风险普遍较高，饶河的生态风险等级最高。按重金属的污染程度将研究区域划分为 3 个生态风险功能区。在研究的 5 种重金属中，镉和铜两种元素对生态风险的贡献率高，是构成潜在生态风险的主要因素。参考文献1 甘筱青，黄新建. 为了鄱阳湖的明天：鄱阳湖生态保护与综合治理开发 M. 北京：中国经济出版社，2004.2 范成新, 朱育新, 吉志军，等 . 太湖宜溧河水系沉积物的重金属污染特征J.湖泊科学,2002,14(3):235-241.3 MLLER H W, SCHWAIGHOFER B, KALM
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