太湖表层沉积物中重金属形态分布及其潜在生态风险分析
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太湖、巢湖沉积物中重金属污染的总量特征及其区域性差异太湖、巢湖沉积物中重金属污染的总量特征及其区域性差异摘要:选取太湖、巢湖污染较为严重的区域为研究对象,采集季节性沉积物柱状样,以0.5cm的间距高精度分割样品,分析其中的Fe,Mn,Cu,Zn等重金属元素的含量,对沉积物中重金属的总量特征及季节性变化特征进行了分析,得出以下结论:太湖、巢湖沉积物中重金属的总量均呈现出Fe>Mn>Zn>Cu的`特征,季节性变化幅度为Mn>Fe>Zn>Cu,重金属元素的地球化学性质对其季节性变化有很大的影响.同时,不同的区域背景差异(如元素丰度、污染状况等)导致了太湖、巢湖采样点沉积物中重金属元素季节性特征的差异.Abstract:The heavily polluted areas were chose as the sampling sites of Taihu lake and Chaohu lake. The sediments were sampled in different seasons, with the samples separated at 0.5cm intervals, Heavy metal contents (Fe, Mn, Cu, Zn)were analyzed, and the contents and seasonal variation characteristics of heavy metals were discussed. Comparisons were made between two lakes and the same lake in different sampling sites. The results show that the order of the heavy metal concentration is Fe > Mn > Zn > Cu, and the order of variation range is Mn > Fe > Zn > Cu. In large extent, the seasonal variation range is affected by the geochemical characteristics of the heavy metals. The different characteristics of heavy metal elements can be attributed to the regional differences and different pollution extents.作者:郑乐平刘玉梅钱显文施晓燕ZHENG Le-ping LIU Yu-mei QIAN Xian-wen SHI Xiao-yan 作者单位:郑乐平,ZHENG Le-ping(上海大学环境科学与工程系,上海,200444;环境地球化学国家重点实验室,中国科学院地球化学研究所,贵阳,550002)刘玉梅,钱显文,施晓燕,LIU Yu-mei,QIAN Xian-wen,SHI Xiao-yan(上海大学环境科学与工程系,上海,200444)期刊:环境化学ISTICPKU Journal:ENVIRONMENTAL CHEMISTRY 年,卷(期):2009, 28(6) 分类号:X13 关键词:沉积物重金属总量特征太湖巢湖. Keywords:sediment heavy metals content characteristics Taihu lake Chaohu lake.。
太湖沿岸湖区底泥重金属污染分布特征及生态风险评价秦红【期刊名称】《净水技术》【年(卷),期】2024(43)6【摘要】为进一步探究太湖底泥污染状况及环境治理措施,研究以太湖各沿岸湖区底泥重金属为研究对象,通过测定229个样点底泥中8种重金属的含量,分析了其分布特征、来源及生态风险。
结果显示,太湖表层底泥中Zn、Cr、Ni、Cu、Pb、As、Cd、Hg的平均值分别为(126.86±73.31)、(90.25±47.66)、(44.62±24.30)、(39.36±28.46)、(36.86±7.84)、(11.65±5.33)、(0.86±1.31)、(0.08±0.04)mg/kg,除Hg外,其余7种重金属含量均高于背景值。
地积累指数评价表明,Hg、As、Cr、Cd整体上呈清洁状态,Cu、Zn、Pb、Ni整体上呈轻度污染状态;潜在生态风险评价结果显示,除在0~30 cm深度内,西北沿岸区为重度潜在生态风险和竺山湖为中等生态风险外,其他湖区在0~100 cm内均为低潜在生态风险。
相关分析及主成分分析(PCA)结果表明,Zn、Cu、Ni、Cr、Hg和Pb间具有很强的同源性,为污染物的第一主成分,多为工业污染源;Cd为第二主要污染物,和其他组分同源性小,与农业污染源有关。
相较2003年,太湖表层底泥各沿岸湖区平均的Cr、Cu含量上升,Hg、Pb含量降低。
【总页数】9页(P161-168)【作者】秦红【作者单位】上海市青浦区水文勘测队【正文语种】中文【中图分类】X52【相关文献】1.竺山湖及太湖西沿岸北段的重金属分布特征及其生态风险评价2.滇池外海底泥重金属污染分布特征及风险评价3.安徽省怀宁城区排污河道底泥重金属污染特征分布及潜在生态风险评价4.太湖沿岸区浅层底泥重金属污染分析及生态风险评价5.“十三五”期间滇池外海底泥重金属污染特征分析及生态风险评价因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
太湖和辽河沉积物重金属质量基准及生态风险评估邓保乐;祝凌燕;刘慢;刘楠楠;杨丽萍;杜样【摘要】以太湖、辽河的表层沉积物为研究对象,运用相平衡分配法(EqP)初步探讨了两流域沉积物中4种重金属(Cd,Cu,Pb,Zn)的沉积物质量基准(CSQC)推荐值,并对两流域沉积物中的重金属进行了生态风险评估.根据美国国家环境保护局(US EPA)基于水生生物对重金属的最终慢性毒理水平的淡水水质基准,制定了太湖及辽河4种重金属(Cd,Cu,Pb和Zn)的沉积物质量基准推荐值分别为6.42,55.3,20.6和201.5 mg/kg及5.42,52.8,18.9和177.7 mg/kg.通过与不同国家及地区制定的CSQC值进行比较,推算出4种重金属的CSQC值大都接近所有数据的中间值.从沉积物固相和间隙水相2个不同的角度对沉积物中重金属进行的生态风险评估表明,两流域的大部分区域同步可提取重金属(SEM)与酸可挥发性硫化物(AVS)含量的差值大于0,而Σi[CTi]/[CSQC,i]值与Σi[CIW,i]/[CCCi]值均大于1,说明在整体上两流域沉积物中的重金属存一定的生态风险.由于未考虑各金属元素之间的拮抗或协同等作用以及底栖生物敏感性的问题,所使用的生态风险方法在评价生态风险方面可能会相对有所偏差.%The Equilibrium Partitioning (EqP) approach was used to preliminarily discuss the sediment quality criteria (SQC)recommended values of four heavy metals-cadmium (Cd) , copper (Cu), lead (Ph), and zinc (Zn) -for surface sediments from Taihu Lake and Liao River. Ecological risk assessment of the heavy metals in sediments from the two basins was conducted. The SQCs for the heavy metals were calculated using the US EPA fresh water quality criteria, which are based on aquatic toxicity of the final chronic level of heavy metals. The calculated SQCs of Cd, Cu, Pb and Zn of the two basins are, respectively, 6.42, 55.3,20. 6 and 201.5mg/kg(Taihu Lake basin), and 5.42, 52. 8, 18.9 and 177.7 mg/kg (Liao River basin). These values were compared with those of different countries and regions, and it was found that the SQCs obtained in this study were close to the median values in the referenced data. Sediment ecological risk assessment of heavy metals was conducted based on sediment solid phase and interstitial water phase, respectively. SEM-AVSvalues of most areas in the two basins were >0, and the ∑ i [ CTi ]/[CSOC.i ] and ∑i [ Clw,i] [ CCCi ] values were all > 1.This suggests that there exist some ecological risks from heavy metals in the sediments from the two basins on the whole.Without considering the antagonistic or synergistic effects between different metal elements and sensitivity of benthic organisms, the approach of ecological risk assessment used in this paper may be relatively biased.【期刊名称】《环境科学研究》【年(卷),期】2011(024)001【总页数】10页(P33-42)【关键词】相平衡分配法(EqP);重金属;沉积物质量基准;生态风险评估【作者】邓保乐;祝凌燕;刘慢;刘楠楠;杨丽萍;杜样【作者单位】南开大学环境科学与工程学院,教育部环境污染过程与基准重点实验室,天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室,天津,300071;天津市环境监测中心,天津,300191;南开大学环境科学与工程学院,教育部环境污染过程与基准重点实验室,天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室,天津,300071;南开大学环境科学与工程学院,教育部环境污染过程与基准重点实验室,天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室,天津,300071;南开大学环境科学与工程学院,教育部环境污染过程与基准重点实验室,天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室,天津,300071;南开大学环境科学与工程学院,教育部环境污染过程与基准重点实验室,天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室,天津,300071;南开大学环境科学与工程学院,教育部环境污染过程与基准重点实验室,天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室,天津,300071【正文语种】中文【中图分类】X131Abstract:The Equilibrium Partitioning(EqP)approach was used to prelim inarily discuss the sediment quality criteria(SQC) recommended values of four heavy metals-cadmium(Cd),copper(Cu),lead(Pb),and zinc(Zn)-for surface sediments from Taihu Lake and Liao River.Ecological risk assessment of the heavy metals in sediments from the two basins was conducted.The SQCs for the heavy metals were calculated using the US EPA fresh water quality criteria,which are based on aquatic toxicity of the final chronic level of heavy metals.The calculated SQCs of Cd,Cu,Pb and Zn of the two basins are,respectively,6.42,55.3,20.6 and 201.5mg/kg(Taihu Lake basin),and 5.42,52.8,18.9 and 177.7 mg/kg(Liao River basin).These values were compared with those of different countries and regions,and it was found that the SQCs obtained in this study were close to the median values in the referenced data.Sediment ecological risk assessment of heavy metals was conducted based on sediment solid phaseand interstitial water phase,respectively.SEM-AVS values ofmost areas in the two basins were>0,and theΣi[CTi]/[CSQC,i]andΣi[CIW,i]/[CCCi]values were all>1.This suggests that there exist some ecological risks from heavy metals in the sediments from the two basins on the whole.W ithout considering the antagonistic or synergistic effects between different metal elements and sensitivity of benthic organisms,the approach of ecological risk assessment used in this paper may be relatively biased.Key words:phase equilibrium partitioning method;heavy metals;sediment quality criteria;ecological risk assessment沉积物质量基准(CSQC)是水质基准的主要组成部分,是评价沉积物污染及其生态风险的基础和理论依据[1].基于非均相间热力学稳态交换的相平衡分配法(EqP),充分利用了大量生物毒性毒理试验所得的水质基准值(CWQC),将所包含的上覆水中污染物生物有效性的信息直接引入沉积物质量基准,其逻辑性强且简单易用,是美国国家环境保护局(US EPA)推荐的用于建立CSQC的首选方法之一[2-3].相平衡分配法既适用于沉积物重金属质量基准(CSQC/Metal)[4],也适合非离解型的疏水性有机污染物沉积物质量基准的建立.与国际上相比,我国在水体沉积物质量基准方面的研究还处于萌芽阶段,一些学者从不同的角度介绍了国际上CSQC 的研究进展并进行了初步尝试[5-7].但总体而言,我国在该领域的研究工作还十分薄弱,亟待开展深入系统的研究.辽河和太湖是我国水污染控制的重点流域,分别是北方和南方具有代表性的河流与湖泊,因此选取辽河和太湖作为研究区域,对两流域重金属的沉积物质量基准进行初步探讨.在生态风险评价方面,国际上已经形成了多种沉积物中重金属的评价方法,如德国的地积累指数法、瑞典的潜在生态危害指数法和英国的污染负荷指数法等[8].由于国际上尚没有统一规范的沉积物基准制订体系,上述生态风险评价方法都没有考虑沉积物基准,具有一定的局限性,US EPA建议结合沉积物基准进行沉积物中重金属的生态风险评估,并可以通过沉积物固相和间隙水相2个方面进行考虑[9]. 相平衡分配方法建立在3个重要的假设基础之上[10-12]:①化学物质在沉积物/间隙水相间的交换快速而可逆,处于热力学平衡状态,因而可用相平衡分配系数(Kp)描述这种平衡;②沉积物中化学物质的生物有效性与间隙水中该物质的游离浓度(非络合态的活性浓度)具有良好的相关关系,而与总浓度不相关;③底栖生物与上覆水生物具有相近的敏感性,因而可将水质基准应用于沉积物质量基准中.大量的文献资料和 US EPA的工作证实了这些经验假设的可行性[13].当然,由于上述假设是经验性的,在实际建立基准过程中,会带来不确定性和误差.因此,用该方法建立的基准值仍然是初步的,有赖于理论研究和技术条件的进一步完善.在沉积物中,第i种重金属在平衡的间隙水相中的浓度达到水质基准时,它在沉积物中的含量即可视为其沉积物质量基准,即:式中,CSQC,i和CWQC,i分别为第i种重金属的沉积物质量基准值和水质基准值;Kp为第i种重金属在表层沉积物固 -水相之间的相平衡分配系数;Cs为沉积物固相中具有生物有效性的重金属质量分数,mg/kg;CIW为该种重金属在间隙水相中的质量浓度,μg/L.式中,CT为沉积物固相中重金属总量,mg/kg;A为残渣态重金属质量分数占重金属总量的比例,%.沉积物原生矿物中含有的重金属(即残渣态重金属)通常不具有生物有效性,因此沉积物中的重金属并非都与间隙水中的重金属处于平衡[14].另外,DITORO等[15-17]发现,当沉积物中硫化物含量较高时,重金属强烈倾向于生成不具有生物有效性的重金属硫化物沉淀,并提出用酸可挥发性硫化物(AVS)含量来表示这一部分重金属.鉴于此,在以EqP法建立沉积物中重金属的质量基准时,可对式(1)进行修正:式中,[MRi]为沉积物中残渣态重金属质量分数,mg/kg;[MAVSi]为沉积物中与酸可挥发性硫化物(AVS)相结合的重金属含量,μmol/g;[AVS]为酸可挥发性硫化物的含量,μmol/g;Mi为金属元素的原子量;n为重金属的种类,在研究与AVS结合的重金属时,一般仅考虑Cu,Pb,Zn,Cd和Ni 5种金属,因此n的取值为5,由于该试验没有测得 Ni的含量,在考虑与Ni结合的AVS时,按其占AVS总量的1/5考虑,其余4种金属则按式(5)计算[18].2.1 样品采集及处理2009年6—7月分别在太湖和辽河用抓斗采泥器进行采样.在太湖共采集22个沉积物样品,采样深度为0~10 cm.采样点分布在全湖5个区域(T1为梅梁湖区域,T2为贡湖区域,T3为东部沿岸区,T4为南部沿岸区,T5为湖心区)均匀布设.在辽河共采集27个沉积物样品,采样深度为0~10 cm,分8个区域采样:L1为沈阳浑河大桥,L2为鲁家大桥,L3为抚顺将军桥,L4为大伙房水库,L5为北道沟浑河桥,L6为营口入海口,L7为赵家街大辽河大桥,L8为盘锦曙光大桥.在每个采样点同时用便携式水质分析仪对上覆水的基本理化参数进行测定,其中包括水的硬度.为了保持沉积物自身的物理化学性质,样品采集后,取未与器壁直接接触的部分,迅速加水密封保存在棕色试剂瓶中,并在4℃下冷藏保存.两水体中采样区域及点位如图1所示.2.2 分析测定方法沉积物固相中重金属质量分数(CT)的测定:将适量沉积物样品冷冻干燥后,准确称取0.2 g放入微波消解罐中,以10 m L浓硝酸作为消解液,用微波萃取快速消解系统(WX-4000,上海屹尧微波化学技术有限公司)进行多步消解,取上清液测定重金属质量分数.间隙水中重金属质量浓度(CIW),由沉积物离心过滤提取后测定.准确称取湿沉积物20 g,在高速离心机中以5 000 r/min离心30 m in后,经0.45 μm滤膜过滤为间隙水.残渣态重金属质量分数([MRi]),采用BCR逐级提取法进行重金属形态分析.具体方法:取冷冻干燥后的样品研磨后,准确称取1 g置于USEPA样品瓶中,加入相应的提取试剂,每步提取均经过振荡—离心—过滤—清洗过程,取每步过滤后的清液进行测定.重金属质量分数用 VARIAN公司的AA240FS原子吸收分光光度计(AAS)测定.酸可挥发性硫化物(AVS)含量采用氮气载气HCl提取法测定:准确称取湿沉积物3~5 g于三口瓶中,加入20 m L 6 mol/L的盐酸,通入氮气,流速控制在40cm3/min,反应产生挥发性H2S,通过测定c(H2S)来确定AVS含量.c(H2S)利用紫外分光光度仪(TU-1901,北京普析通用仪器有限公司)测定[19],mol/L.同步可提取重金属(SEM)为酸提取AVS过程中同时提取的重金属总量,将测定AVS后烧瓶中残留的混合物经0.45μm滤膜过滤后用 AAS测定滤液中重金属的含量(SEM).以上所有参数都是对同一样品进行2次重复测定,结果取平均值.3.1 固-液平衡分配系数由式(4)可以看出,求算重金属在沉积物-水相之间的平衡分配系数是建立CSQC的关键所在.各重金属在太湖及辽河中沉积物固相(Cs)和间隙水相的含量(CIW)以及相平衡分配系数(Kp)的测定结果如表1所示.利用现场或实验室测得的沉积物和间隙水中各重金属的含量,代入式(2)即可算出Kp.在数据质量有保证的前提下,该方法计算简便且可信度较高,避免了模型、参数的复杂计算及其主观选择带来的不确定性.表2列出了与其他水体沉积物重金属Kp的比较结果.由表2可以看出,太湖及辽河的Kp总体比较接近;与其他水体相比,太湖与辽河Kp略高于黄河水系,低于长江水系及其他湖泊.各水域的Kp之所以存在一定的差距,是因为Kp受一系列复杂因素的影响,包括沉积物自身性质和组成(如粒径分布、其他地球化学性质和表面性质等)以及沉积物-水界面环境条件(如pH,Eh和温度等)[20].3.2 重金属形态分析采用BCR提取法将重金属提取为可交换态碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物及硫化物结合态以及残渣态4种.沉积物中重金属的形态分布在一定程度上反映了重金属的生物有效性以及重金属迁移转化的能力和趋势[22].太湖及辽河沉积物中重金属形态分布情况如图2所示.由图2可以看出,太湖、辽河沉积物中4种重金属的形态分布特征基本相似.其中,Cu,Pb和Zn主要以残渣态和有机物及硫化物结合态存在,二者之和占总量的60%~80%,其中约有50%的Cu,Pb和Zn以稳定的残渣态存在.元素的残渣态代表了地球化学背景的原生状况,与人为活动、水体环境条件的改变和生物作用无关[23];两水体中Cd主要以可交换态及碳酸盐结合态,铁锰氧化物结合态,有机物及硫化物结合态存在,3种形态约占其总量的90%左右,其中可交换态及碳酸盐结合态约占30%.总的来说,太湖与辽河沉积物中Cu,Zn和Pb主要以有机物及硫化物结合态和残渣态等稳定形态存在,不易进入上覆水,其生物有效性较小,对环境危害较小;而Cd的可交换态和碳酸盐结合态等不稳定形态所占比例相对较大,对环境(尤其是pH)变换较敏感,容易进入上覆水和被生物吸收,因此对环境的危害较大.3.3 水质基准(CWQC)由于目前我国尚未制定有关河流重金属慢性生物毒性水质基准,因此CWQC采用US EPA最新颁布的、基于水生生物对重金属的最终慢性毒性水平和水质硬度制定的淡水水质基准[24](见表3).该基准包括长期基准浓度 (Criterion Continuous Concentration,CCC)和最大基准浓度(Criteria MaximumConcentration,CMC).前者是指对长期暴露于该浓度下的水生生物不产生不良影响的最高浓度值,亦即不对水生生物产生慢性毒性的最高浓度值.如选择CCC作为CWQC,则对应的CSQC意义明确,即保护底栖生物不受慢性毒害,因此笔者主要用CCC值来推算重金属CSQC.水的硬度直接影响了CCC值,它们之间的关系见表3.根据现场检测数据,辽河水CaCO3硬度平均值为122.8 mg/L,太湖水CaCO3硬度平均值为103.4 mg/L,表4列出了依据水质硬度推算的2个水体重金属CCC值.由表4可以看出,由于水质硬度的差别,太湖的CWQC略小于辽河,但总体差别不大.3.4 沉积物质量基准(CSQC)根据式(4)和表4中推算的CCC值,可以计算太湖与辽河各重金属的沉积物质量基准,结果见表5;为了将建立的沉积物质量基准与国内外的研究结果进行比较,表5还列出了一些国际上已颁布的沉积物质量基准值以及我国一些学者在部分流域的研究结果.由表5可以看出,不同国家或地区所制定的沉积物基准值相差较大,尤其是Cd,其最大值与最小值相差50倍之多,而 MACDONALD等[27]制定的LEL水平几乎是所有基准中最严格的.造成上述差距的主要原因是各国家或地区制定沉积物质量基准的方法不同,保护目标和保护程度也有差异,在筛选关键环境因子以及在获得生物效应数据方面会产生差异(如污染物自身的迁移和形态变化,使得污染物在沉积物中的形态变化始终处在一个动态过程中,增加了污染物 -生物效应关系的复杂性)[31].基于美国慢性生物毒性淡水水质基准推算的沉积物基准值,太湖略高于辽河,但结果非常接近;与其他研究结果相比,除Pb以外,另外3种重金属的沉积物基准值均在其他研究结果之间,其中与佛罗里达环境保护局所制定的PEL值[28]最为接近.Pb的基准值与其他结果相比偏小,可能是由于确定CWQC时所选取的长期基准浓度过小所致〔比我国《地表水环境质量标准》(GHZB 1—1999)中的Ⅰ类水质标准小4~5倍〕.由于所用的水质基准是以美国的水生生物毒性为基础的,该基准是否能够保护我国流域的底栖生物还有待进一步验证.沉积物生态风险评估是基于生物毒性基础上对沉积物中污染物是否对底栖生物构成潜在威胁的一种评估和判断[32].由于沉积物包括固相和间隙水两部分,因此沉积物中重金属的生态风险评估也通常会从 2个不同的角度来进行.从沉积物角度出发,一种方法是以沉积物基准为依据来判断沉积物的毒性,另一种常见的方法是利用SEM与AVS含量的差值进行判断;从间隙水的角度出发,是将间隙水中的重金属含量与上覆水的生物慢性毒性水质基准进行比较,从而判断沉积物的毒性[33].笔者将分别采用3种方法对太湖及辽河沉积物重金属的生态风险进行评估.4.1 沉积物4.1.1SEM-AVS沉积物中AVS含量(AVS)对重金属在固/水相之间的分配作用有决定性影响[34],在氧化还原电位(Eh)升高或pH降低等条件下,与AVS结合的重金属会因为硫化物被氧化或溶解度增加而释放到间隙水和上覆水中,对水生生物产生危害[35].而SEM是操作意义上的概念,它是指在用酸提取AVS过程中同时提取的重金属总量.由于实际环境中不可能是某种重金属单一存在,而是多种金属同时存在,这些金属都可能与AVS结合形成不可溶解的AVS相,因此SEM与AVS之间的差别能反映所有重金属在沉积物中的分配情况,同时也可以反映沉积物中重金属的生态毒性,即当SEM-AVS>0时,沉积物为氧化态,只有部分金属与AVS结合,沉积物显示较显著的生态毒性;而当SEM-AVS<0时,沉积物为还原态,AVS是还原性沉积物中重金属主要的结合相,重金属对底栖生物的生态毒性效应不显著,该结论得到了许多实验室和现场毒性数据的验证[36-37]. 表 6列出了太湖及辽河沉积物中AVS和SEM的含量及其差值.从分析结果看,太湖与辽河SEM含量相差不大,均在0.95~1.88 mmol/kg的范围内;而AVS含量存在较大差异,在0~4.13 mmol/kg之间.太湖及辽河沉积物的AVS含量平均值相似,分别为1.56和1.67 mmol/kg.由表6可以看出,在太湖,T1和T2区域SEM-AVS<0,其他3个区域均大于0,说明太湖部分区域沉积物存在一定的生态风险;辽河除 L1,L2和 L5外,其余区域SEM-AVS也都大于0,说明辽河大部分区域的沉积物存在较为明显的生态风险.一般来说,在研究SEM时,通常考虑5种重金属(包括Cu,Pb,Zn,Cd和Ni),而笔者只测定和评价了4种重金属,所求得的SEM与AVS差值会相对偏小,因此SEM-AVS<0的区域不足以判断是否有生态风险,还需结合其他方法进行综合判断.4.1.2CT/CSQC第2种评估方法是基于沉积物中重金属含量(CT)和沉积物质量基准(CSQC)的比值来确定的[31].这里利用了沉积物的基准值,它是可以保护绝大多数的底栖生物和上覆水生生物免受特定化学物质危害的保护性临界水平值[8].具体评价方法:当各重金属在沉积物中的含量与CSQC的比值之和(Σi[CTi]/[CSQC,i])大于1时,则该沉积物具有生态风险,不足以保护底栖及上覆水生生物;如果Σi[CTi]/[CSQC,i]小于1,则该沉积物基本上不具有生态风险,能够保护对底栖及上覆水生生物.对于该研究中4种重金属:表7分别列出了两水域沉积物中重金属的含量与各自沉积物基准值的比值.从单个重金属的生态风险方面看,Cd与 Zn在各个区域的[CT/CSQC]均小于1,说明两水域中的Cd和Zn都没有明显的生态毒性;对于Cu和Pb来说,两水域中都有个别区域的[CT/CSQC]大于 1(如 Cu的[CT/CSQC]在 T1 和 L3 区域大于1,Pb 的[CT/CSQC]在T1,T3和L6区域大于1),说明在个别采样区域Cu和Pb存在一定的生态毒性,但大部分区域并没有明显的生态风险.在太湖,Pb的污染相对严重,其[CT/CSQC]的平均值为0.92,该值接近1并且均高于其他3种重金属,说明整个太湖沉积物中 Pb相对另外3种重金属存在一定的生态风险.在辽河,L3,L4和 L6等点位 Cu和Pb超标或接近超标,这几个点位均属于浑河,说明浑河沉积物中Cu和Pb的污染较为严重,需要引起关注.从4种重金属的综合生态毒性方面考虑,两水域Σi[CTi]/[CSQC,i]的平均值分别为2.69和2.28,均大于 1,在个别区域(如 T1,L3和L6) Σi[CTi]/[CSQC,i]大于3,说明4种重金属的同时存在可能会对底栖生物及上覆水生生物产生一定的生态风险.与实际情况相比,该方法可能相对严格,如L4区域为大伙房水库,该水库作为沈阳和抚顺两大城市居民饮用水的重要水源地,水质和沉积物都相对清洁,应该不会存在显著的生态毒性,但由该方法求得的L4区域的Σi[CTi]/[CSQC,i]却大于1.造成上述差异的原因可能是该方法在考虑重金属的综合毒性时,只是简单地将各金属元素的[CT/CSQC]相加,并没有考虑它们之间的拮抗或协同等作用,而在实际情况中,底栖生物并不是对每种重金属的生物毒性都十分敏感,因此该方法可能高估了沉积物中重金属的生态风险.4.2 间隙水第3种评估方法是基于间隙水中重金属含量和水质基准(CWQC)的最终慢性毒性值(Final Chronic Value,FCV)的比值确定的[32].其中水质基准的最终慢性毒性值就是在3.3节提到的长期基准浓度(CCC)[24].该方法也是US EPA推荐的评估沉积物毒性的方法之一,其总体思想同4.1.2节的CT/CSQC方法.该方法认为沉积物间隙水中的自由金属离子是可以被底栖生物利用并对其产生毒性的部分,以间隙水中各重金属浓度(CIW)与水质基准之比的和来判断沉积物中重金属的总毒性.具体评价方法:当各重金属在间隙水中的含量与最终慢性毒性的比值之和(Σi[CIW,i]/[CCCi])大于1时,该沉积物对底栖及上覆水生生物有明显生态风险;如果Σi[CIW,i]/[CCCi]小于1,则该沉积物对底栖及上覆水生生物没有显著的生态风险.对于上述4种重金属:表8列出了两水体沉积物间隙水中重金属含量与各自CCC的比值.该方法与4.1.2节的CT/CSQC方法类似,将评价的角度换作间隙水,结果和第2种方法接近.对于单一重金属来说,两水体均未发现超标区域,说明两水体中4种重金属各自都没有表现出明显的生态风险,但是太湖多数点位的Pb已接近临界值.而从综合指标来说,两水体中Σi[CIW,i]/[CCCi]均大于1,其平均值分别为2.37和1.91,说明大部分区域的沉积物中重金属具有一定的生态风险.由于用该方法评价的结果与上述第2种方法CT/CSQC的结果基本一致,而测定间隙水中重金属含量比较困难,因此可以考虑用第2种方法进行沉积物中重金属的生态风险评估.a.基于US EPA的水生生物对重金属的最终慢性毒理水平和水质硬度制定的淡水水质基准,运用修正的相平衡分配法推算了太湖及辽河4种重金属的沉积物质量基准,为判断流域中目标污染物的污染程度提供一定的科学依据.但是目前国际上尚未有统一的建立沉积物质量基准的标准方法,因此,重视多种方法相结合,综合运用沉积物化学分析、生物调查和毒理学试验手段,将是今后研究的重点和方向.b.首次尝试以所推算的沉积物基准为基础,分别从沉积物固相和间隙水相2个角度对两水体沉积物中重金属的生态风险进行评估.其中,SEM与AVS含量差值法评估的结果表明,在太湖和辽河部分区域存在一定的生态风险;而Σi[CTi]/[CSQC,i]和Σi[CIW,i]/[CCCi]方法的结果比较一致,对于单一重金属来说,两水体均未发现超标区域,说明单一重金属各自都没有表现出明显的生态风险,而从综合指标来说,两水体中Σi[CTi]/[CSQC,i]和Σi[CIW,i]/[CCCi]值均大于1,说明大部分水域的沉积物中重金属具有一定的生态风险.总的来说,沉积。
太湖水库和河川中重金属污染的调查与评估近年来,随着人类工业和城市化进程的加速推进,环境污染问题越来越引起人们的关注。
其中,水污染问题尤为突出。
太湖水库和周边河流,作为苏南地区的重要供水来源,其水质状况直接关系到广大民众的生产和生活。
然而,随着城市化的快速推进以及工业化进程的不断加速,太湖水库和河川中存在的重金属污染问题也逐渐显现出来,给当地居民带来诸多健康隐患。
一、太湖水库中重金属污染问题的调查太湖是我国南部沿海的重要淡水湖泊,长江流域的支流之一。
过去,长期存在着大量农业化肥和化工废水的排放,导致了太湖水质的下降。
至今,太湖仍然是一处重度污染水域,重金属污染也是其中之一。
近年来,通过对太湖水库中土壤和水样品的采集和分析,发现其中存在汞、镉、铅、铬等多种重金属元素。
而这些重金属元素具有极强的毒性和生物积累性,不仅可以对水环境造成污染,而且还会通过鱼类等底栖生物的食物链进入人体,对人体造成慢性中毒等诸多健康问题。
二、河流中重金属污染问题的评估除了太湖水库,周边的河流和水系也是重要的供水来源。
然而,由于当地工业污染和农业污染的存在,河流也面临着严峻的重金属污染问题。
在对周边河流进行调查时,发现其中重金属污染的程度远远高于国家环境保护标准的要求。
例如,苏州地段黄浦江中铅和镉的浓度均超过了国家二级标准。
另外,如上海市的吴淞江、长江和苏州河等地的重金属元素浓度也越来越高,已经超出了安全范围,对当地环境和居民健康造成了严重威胁。
针对这些问题,当地政府部门已经开始采取多种措施,以加强对重金属污染的监管和治理。
例如,加大对污染企业的排污限制,严格控制工业废水的排放,督促农业管理部门加强化肥和农药的管理等。
这些措施的实施,不仅可以有效提高环境水平,而且可以保证太湖水库和周边河流的供水质量得到改善。
三、面临的挑战和未来展望虽然当地政府部门已经采取了多种措施来解决重金属污染问题,但是要解决这些问题,需要政府部门、企业和社会各界共同牵手,共同努力,关注环境问题。
太湖北部表层沉积物重金属污染及其生物毒性研究马青清;王博;张责研;曾瑞;周刚;乔飞;雷坤;周斌;安立会【期刊名称】《生态毒理学报》【年(卷),期】2016(011)003【摘要】在分析太湖北部梅梁湾、竺山湾和贡湖表层沉积物和野生铜锈环棱螺体内重金属残留水平基础上,利用潜在生态危害指数法评价了区域重金属污染的潜在生态风险,并利用综合污染指数法评价了野生铜锈环棱螺受重金属污染的状况。
研究结果表明,3个区域表层沉积物孔隙水的生物综合毒性处于低毒到中毒水平,而表层沉积物重金属污染均处于较低的生态风险,但3个区域的野生铜锈环棱螺体内重金属的综合污染指数处于中度到重度的污染水平。
由此可以得出太湖北部沉积物重金属污染对底栖生物仍具有一定的潜在生态风险。
【总页数】7页(P204-210)【作者】马青清;王博;张责研;曾瑞;周刚;乔飞;雷坤;周斌;安立会【作者单位】中国海洋大学海洋生命学院,青岛266003; 中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院,北京100012;中国海洋大学海洋生命学院,青岛266003;中国环境科学研究院,北京100012【正文语种】中文【中图分类】X171.5【相关文献】1.太湖西北部表层沉积物粒度特征与沉积环境 [J], 章婷曦;文莹亭;董丹萍;王国祥2.南太湖区域表层沉积物中有机氯化合物及重金属污染现状 [J], 曹源;姚玉鑫;仇雁翎;杨晓红;李力;朱志良;赵建夫;程炳宏;陈江;张海燕3.太湖北部沉积物重金属污染及其潜在生态危害评价 [J], 黄顺生;范迪富;陈宝;金洋4.太湖北部小流域沉积物重金属污染特征与评价 [J], 孙恬;王延华;叶春;陈西5.北部湾北部海底表层沉积物重金属污染评价 [J], 夏嘉;高苑;林倩妮;宋之光因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
太湖沉积物营养物及重金属污染分布特征及风险评估陈珏;支鸣强;朱德龙;李苑禾;殷鹏;唐婉莹;尹洪斌【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2024(44)3【摘要】以太湖不同湖区的沉积物为研究对象(53个点位),通过对沉积物表层及垂向中的总氮、总磷、有机质和8种重金属(Hg、As、Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Cr)含量的进行分析,基于ArcGIS制图软件绘制了沉积物氮、磷和重金属在不同湖区的空间分布特征,评估了各项污染指标的生态风险.结果表明,全太湖表层沉积物(0~10cm)的总氮为561~2707mg/kg,平均值1502mg/kg;总体处于中度污染.总磷为308~1156mg/kg,平均值532mg/kg;总体处于中度污染.有机质为1.69%~3.44%,平均值2.35%,污染区域空间上由湖中心往湖西北方向污染程度逐渐增加,尤其以竺山湖区、东太湖区和西沿岸北部这3个区域污染最为严重.重金属空间分布上自东南往西北污染程度逐步增加,尤其以竺山湖区、西沿岸区和南沿岸最为严重,Cd污染在8种重金属污染中最为严重.在纵向分布特征上,氮、磷与重金属含量在0~30cm上逐层降低,呈表层富集的特征.【总页数】9页(P1457-1465)【作者】陈珏;支鸣强;朱德龙;李苑禾;殷鹏;唐婉莹;尹洪斌【作者单位】南京理工大学化学与化工学院;江苏省太湖地区水利工程管理处;江苏省水资源服务中心;中国科学院南京地理与湖泊研究所【正文语种】中文【中图分类】X524【相关文献】1.太湖流域沉积物营养盐和重金属污染特征研究2.太湖湖体沉积物营养盐和重金属污染特征研究3.太湖流域殷村港沉积物中营养元素及重金属污染特征研究4.太湖沉积物重金属和营养盐变化特征及污染历史因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
太湖流域上游河网沉积物中铜的空间分布与污染特征王聪慧(安徽理工大学地球与环境学院,安徽淮南232001)摘要:在太湖流域上游的河网中设置35个沉积物采样点,采集表层沉积物样品后,用Tessier法对不同形态的铜(Cu)进行提取分析,应用地积累指数法、次生相-原生相比值法评价河网中沉积物中Cu的潜在生态风险。
结果表明:太湖流域上游河网表层沉积物Cu浓度在14~252mg/kg,在空间上存在较大的差异,其中下游河段沉积物中铜的污染较为严重,Cu浓度最高出现在常州下游的入湖区域附近。
关键词:太湖流域;平原河网;沉积物;铜;生态风险中图分类号X524文献标识码A文章编号1007-7731(2020)17-0145-04Spatial Distribution and Pollution Characteristics of Copper in Upper River Network Sediments of Taihu Lake BasinWANG Conghui(School of Earth and Environment,Anhui University of Science and Technology,Huainan232001,China)Abstract:Thirty-five sediment sampling points were set up in the river network in the upper reaches of Taihu Basin. After the surface sediment samples were collected,different forms of Copper(Cu)were extracted and analyzed byTessier method,Then the potential ecological risk of Cu in the sediments in the river network was evaluated by the geocentesis index method and the secondary facies-primary comparison value method.The results show that the con⁃centration range of Cu in the surface sediments of the upper reaches of taihu Basin is14~252mg/kg,and there is a great difference in space,among which the copper pollution in the sediments of the lower reaches is relatively seri⁃ous,and the concentration of Cu is highest near the lake-entering area in the lower reaches of Changzhou.Key words:Taihu Basin;Plain river network;Sediments;Copper;Ecological risk重金属作为一种典型的环境污染物,其环境污染和生态环境效应倍受关注。
山东农业大学硕士学位论文摘要湖泊重金属污染因其具有持久性、生物富集性和毒性而备受关注,一直是国际环境科学界的热点研究课题之一。
本文依托于国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07101),对太湖及滇池湖滨带表层底泥中几种主要重金属进行了调查研究,分析评价了重金属(Pb、Cd、Cu和Zn)污染程度、形态分布及其生态风险,并研究了不同环境因素对重金属释放的影响,旨在为合理预防和治理太湖、滇池重金属污染及湖滨带生态系统修复提供基础资料。
获得的主要研究成果及认识如下:(1) 与《全国土壤环境质量标准》(GB-15618-1995)比较,在研究的四种重金属中,太湖湖滨带表层沉积物中Cd污染严重,而滇池Cd和Cu污染严重,且滇池四种元素的平均含量均高于太湖,因此,就本次调查的四种重金属而言,其滇池重金属污染强度大于太湖。
根据区域内各点位所处地理位置,太湖重金属污染强度总体上是北部区域>南部区域,而滇池则呈现出草海>外海北部>外海南部,但两湖总体均符合入湖口污染重于出湖口的规律。
(2) 由沉积物中各重金属及TOC含量相关分析可知:太湖湖滨带沉积物中各重金属之间并无显著相关性,各重金属与TOC之间相关性也不大;而滇池沉积物中Cu-Cd,Cu-Zn,Zn-Cd间均极显著相关,但各重金属与TOC之间相关性不大。
(3) 太湖和滇池湖滨带沉积物中四种重金属的生物有效性顺序分别为Zn>Cu>Cd>Pb和Zn>Cd>Pb>Cu,有明显差异。
需要值得注意的是,太湖湖滨带沉积物中四种重金属的可提取态含量均超过60%,而滇池四种重金属中最高可提取态含量仅为53.06%,说明太湖湖滨带沉积物中四种重金属的活性较大,二次释放潜力高于滇池。
湖泊湖滨带沉积物重金属污染研究—以太湖、滇池为例(4) 以单个重金属潜在生态危害系数评价,太湖湖滨带表层沉积物中主要生态风险因子是元素Cd,达到强生态危害,其余三种元素属轻微生态危害,各重金属对太湖湖滨带生态风险影响程度由高到低依次为:Cd>Cu>Pb>Zn。
太湖流域典型湖泊沉积物中重金属污染的分布特征陈守莉;王平祖;秦明周;孙波;陈云增;钱新强;陈德超【期刊名称】《江苏农业学报》【年(卷),期】2007(023)002【摘要】水体沉积物是重金属元素的重要载体,其含量高低能够反应水系环境质量状况.本文研究了太湖流域典型湖泊沉积物表层(0~20 cm)重金属元素的全量和有效量,并利用潜在污染生态危害指数法评价了湖泊沉积物中重金属污染的风险.根据国家海洋沉积物质量一类标准、生态危害临界值(TEL)和国家土壤质量一级标准,湖泊进水口底泥中重金属的复合污染较严重,其它区域沉积物中的重金属全量也有不同程度的超标现象,底泥中污染重金属主要为Cu、Cd、Ni、Zn.根据国家土壤质量一级标准计算的底泥重金属潜在生态风险性指数(RI)表明,进水口区域为中等污染风险,而湖泊的围网养殖区处于轻度污染风险.底泥中Cd、As、Cu、Ni之间相关性明显,Pb与其他重金属元素间的相关性不显著.这说明湖泊底泥中大多数重金属的污染来源相同,主要是工业污染及沿岸排污;而Pb可能易于沉积和被吸附,导致其在湖泊进水口迅速沉降,因此其空间分布与其他重金属不同.【总页数】7页(P124-130)【作者】陈守莉;王平祖;秦明周;孙波;陈云增;钱新强;陈德超【作者单位】中国科学院南京土壤研究所,江苏,南京,210008;中国科学院南京土壤研究所,江苏,南京,210008;江苏泰州市野徐农业技术推广站,江苏,泰州,225326;河南大学环境与规划学院,河南,开封,475004;中国科学院南京土壤研究所,江苏,南京,210008;中国科学院南京土壤研究所,江苏,南京,210008;河南大学环境与规划学院,河南,开封,475004;苏州科技学院城市与环境科学系,江苏,苏州,215011;苏州科技学院城市与环境科学系,江苏,苏州,215011【正文语种】中文【中图分类】X524【相关文献】1.中国典型湖泊沉积物中脂肪烃的分布特征及来源 [J], 房吉敦;吴丰昌;熊永强;王丽芳;李芸2.云贵高原湖区典型湖泊沉积物溶解性有机氮分布特征研究 [J], 陈红;张靖天;华飞;何卓识;马春子3.卧龙湖沉积物中典型重金属污染评价及其空间分布特征 [J], 赵光辉4.东北典型湖泊沉积物氮磷和重金属分布特征及其污染评价研究 [J], 刘丽娜;马春子;张靖天;何卓识;霍守亮;席北斗5.黄石典型城市小型浅水湖泊沉积物重金属污染特征及潜在生态风险评价 [J], 吉芬芬;华江环;雷东桥;尚延平;李今因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
太湖沉积物中重金属的地球化学形态及特征分析袁旭音;王爱华;许乃政【期刊名称】《地球化学》【年(卷),期】2004(033)006【摘要】用连续提取法分析了太湖沉积物5种重金属的地球化学形态,对地球化学形态的组成和地理特征进行了分析研究.重金属地球化学形态配分的共同特点是可交换态最低,残渣态最高.两种形态中Cd的可交换态最高,Cr的残渣态最高,可交换态最低.Cd的碳酸盐态较高,Cr的最低;Pb、Cd的Fe-Mn氧化态较高,Cu的偏低;Cu的有机态最高,Cd的最低;Zn的地球化学形态比例大都处于中间.地域上变化较大的元素是Cd和Cu,变化不明显的元素有Pb和Zn.化学成分中Fe2O3、MnO 与重金属地球化学形态的相关性最好,TOC与Cu的形态相关系数最高.综合对比分析表明,太湖沉积物重金属的生物有效性以Cd为最高,其次为Pb.【总页数】8页(P611-618)【作者】袁旭音;王爱华;许乃政【作者单位】河海大学,环境科学与工程学院,江苏,南京,210098;中国地质调查局,南京地质矿产研究所,江苏,南京,210016;中国地质调查局,南京地质矿产研究所,江苏,南京,210016;中国地质调查局,南京地质矿产研究所,江苏,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】P595【相关文献】1.城市污染河涌沉积物中重金属化学形态分析及生物毒性评价 [J], 宋宪强;梁钊雄2.贵阳阿哈湖表层沉积物中重金属化学形态组成及污染研究 [J], 秦樊鑫;李存雄;张明时;龙健;吴迪;刘峰3.太湖MS岩芯重金属元素地球化学形态研究 [J], 刘恩峰;沈吉;刘兴起;朱育新4.某硫铁矿区废水池沉积物剖面中重金属化学形态分布和环境污染评价 [J], 钟桥辉;张兆峰;刘娟;王煜煊;任世兴;周玉婷;吴洋;殷美玲;韦旭东;白秀明;王津5.三峡库区沉积物中重金属化学形态分布特征与相关性分析 [J], 张伟杰;张正亚;徐建新因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
太湖主要入湖河口表层沉积物重金属分布特征及风险评价闫兴成;杨晓薇;黄烯茜;董傑靖;王明玥;韩睿明;王国祥【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2016(025)009【摘要】为揭示太湖主要入湖河口表层沉积物重金属分布特征及其生态风险,采集太湖西岸和北岸12条主要入湖河口表层沉积物样品,对沉积物中5种重金属元素(Cu、Zn、Ni、Pb、Cd)的含量及空间分布特征进行了分析,并利用地累积指数法和潜在生态风险指数法分别研究了表层沉积物重金属的累积程度及生态风险。
结果表明,调查的12条入湖河流河口表层沉积物均受到不同程度的重金属污染,Cu、Zn、Ni、Pb、Cd的平均质量分数分别为63.04、173.11、56.71、37.05、2.23 mg∙kg-1。
各重金属在空间分布上具有差异性,总体表现为大港河(DGH)、乌溪港(WXG)庙渎港(MDG)、大浦港(DPG)、陈东港(CDG)、官渎港(GDG)、洪巷港(HXG)、社渎港(SDG)河口表层沉积物以重金属Cd污染为主,而沙塘港(STG)、太滆运河(TG)、直湖港(ZHG)、梁溪河(LXH)河口表层沉积物表现为 Cu、Zn、Ni、Pb的复合污染。
地累积指数法评价表明,各入湖河流河口表层沉积物重金属的污染程度表现为Cd>Cu>Zn>Ni>Pb。
潜在风险指数( riE )表明各重金属的潜在生态风险表现为 Cd>Cu>Ni>Pb>Zn,主要污染物为 Cd。
其中庙渎港(MDG)和社渎港(SDG)处于严重风险状态,大港河(DGH)、乌溪港(WXG)、大浦港(DPG)、官渎港(GDG)、洪巷港(HXG)处于重度风险状态,陈东港(CDG)、太滆运河(TG)处于中度风险状态,其余点位生态风险较低。
研究表明,西岸入湖河流表层沉积物重金属潜在生态风险等级高于北岸,但北岸入湖河流河口表层沉积物中Cu、Zn、Ni、Pb的累积也应当得到重视。
中国环境科学 2017,37(3):1162~1170 China Environmental Science 太湖及周边河流表层沉积物中PAHs的分布、来源与风险评价康杰1,2,胡健3*,朱兆洲1,刘小龙1,王中良1,白莉1,李军1(1.天津师范大学天津市水资源与水环境重点实验室,天津 300387;2.天津师范大学城市与环境科学学院,天津 300387;3.中国科学院地球化学研究所,环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳 550002)摘要:对太湖及周边河流表层沉积物中16种美国环保署优先控制的PAHs含量进行了检测和分析.结果表明,太湖沉积物中PAHs总量介于0.77~4.20µg/g之间,平均值为1.63µg/g,太湖周边河流沉积物中PAHs总量介于0.58~6.13µg/g之间,平均值为2.92µg/g.不同湖区沉积物中PAHs的空间分布差异显著,其中梅梁湾、贡湖湾以及东太湖沉积物中PAHs含量分别为(2.48±1.14)µg/g、(1.89±0.52)µg/g和(2.13±0.50)µg/g,周边河流中梁溪河、吴淞江及长兴港含量分别为7.34,6.13,5.54µg/g.利用低环/高环比值法、同分异构体比值法和主成分分析-多元线性回归(PCA-MLR)模型分析了污染源类型及贡献率,结果表明,太湖及其周边河流表层沉积物中PAHs主要来源为燃烧来源,太湖沉积物PAHs 石油源贡献率为24%,燃烧源贡献率为76%,太湖周边河流石油源贡献率为41%,燃烧源贡献率为59%.使用沉积物质量标准法(SQSs)和BaPE(BaP当量浓度)对PAHs毒性进行评估,得出太湖及周边河流具有一定的潜在毒性,尤其是太湖周边河流.关键词:多环芳烃;沉积物;来源;风险评价;太湖中图分类号:X131 文献标识码:A 文章编号:1000-6923(2017)03-1162-09Distribution, source and risk assessment of PAHs in surface sediments from Taihu Lake and its surrounding rivers. KANG Jie1,2, HU Jian3*, ZHU Zhao-zhou1, LIU Xiao-long1, WANG Zhong-liang1,BAI Li1, LI Jun1 (1.Tianjin Key Laboratory of Water Resources and Environment, Tianjin Normal University, Tianjin 300387, China;2.Urban and Environmental Science College, Tianjin Normal University, Tianjin 300387, China;3.State Key Laboratory of Environmental Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550002, China). China Environmental Science, 2017,37(3):1162~1170Abstract:The concentrations of 16US EPA priority PAHs in surface sediments from Taihu Lake and its surrounding rivers were detected and analyzed. It was found that the total concentrations of PAHs in surface sediments from Taihu Lake ranged from 0.77 to 4.20µg/g, with a mean of 1.63µg/g, and the total concentrations in surrounding rivers ranged from 0.58 to 6.13µg/g, with a mean of 2.92µg/g. A significant difference of PAHs was found in spatial distribution from different lake sediments. The mean concentrations of Meiliang Bay, Gonghu Bay and the East Taihu Lake were 2.48±1.14µg/g, 1.89±0.52µg/g and 2.13±0.50µg/g, respectively, and the mean concentrations of its surrounding rivers Liangxi River, Suzhou River and Changxing Harbor were 7.34µg/g, 6.13µg/g and 5.54µg/g, respectively. Using the ratio method, the isomer ratio method, and P rincipal Component Analysis and Multiple Linear Regression (P CA-MLR), this study analyzed the pollution sources and contribution rates, suggesting that the main source of PAHs in surface sediments from Taihu Lake and its surrounding rivers was the combustion source. The oil source contribution rate of Taihu Lake was 24%, and the combustion source contribution rate was 76%, while the oil source contribution rate of its surrounding rivers was 41%, and the combustion source contribution rate was 59%. Sediment quality criteria (SQSs) and BaPE(BaP equivalent concentrations) were employed to assess the toxicity of PAHs. It was concluded that Taihu Lake and it surrounding rivers had a certain potential toxicity, especially in its surrounding rivers.Key words:PAHs;sediments;source;risk assessment;Taihu Lake收稿日期:2016-07-15基金项目:国家科技重大专项(2012ZX07503003001);国家自然科学基金(41302285,41403082,40703021);天津自然科学基金(14JCQNJC08600,14JCQNJC08800)* 责任作者, 副研究员, hujian@3期 康 杰等:太湖及周边河流表层沉积物中PAHs 的分布、来源与风险评价 1163多环芳烃(PAHs)是一类化学性质稳定、很难自然降解且具有生物积累性的持久性有机污染物,多数单体PAH 具有致癌性、致畸性和致突变性,因此PAHs 在自然环境中的累积和环境效应受到广泛的关注[1].由于具有较高的辛醇-水分配系数,水体中的PAHs 多吸附在悬浮颗粒物上,沉积物成了PAHs 的主要载体和最终归宿[2],而且沉积物中的PAHs 会通过食物链逐级传递,危害人类健康并影响周围生态环境[3].太湖位于长江三角洲的南部,是我国第二大淡水湖.近年来,由于长三角地区经济发展迅速,太湖及其周边河流人类活动强度加大,农业生物质燃料、工业化石燃料燃烧、车船尾气排放和油类泄露产生的PAHs 对太湖及周边河流产生了巨大的影响[4-7].因而,近年来太湖及周边河流表层沉积物中PAHs 的相关研究引起了广泛的关注,但当前对太湖及周边河流PAHs 来源和风险评价的研究较少,研究多集中在湖泊沉积物[8-10],缺乏对太湖及周边河流沉积物中PAHs 差异的系统把握.本文选取了25个太湖湖区及13个周边河流样点进行了沉积物PAHs 含量研究,并对其中沉积物中PAHs 的潜在毒性做了评价,旨在为太湖的管理提供参考. 1 材料与方法1.1 样品采集与处理于2015年9月对太湖及周边河流进行了沉积物样品的采集,采样点位置根据GPS 数据进行布设, 使用抓斗式采泥器(德国Hydro -Bios 公司)分别采集了25个湖区和13个周边河流表层沉积物样品样品,采样点分布见图1.湖泊采样点主要按湖区功能和网格设置,河流样品主要在河流近湖口设置.太湖研究区主要包括梅梁湾(点位1,2,3)、竺山湾(点位8,9,10)、贡湖(点位4,5,6)、胥湖(点位14,20,21,22)、东太湖(点位23,24,25)、西南沿岸区(点位12,17,18,19)和湖心区(点位7,11,13,15,16).样品保存于保温箱中运至实验室后,于-20℃冷冻干燥保存,过100目筛后备用.样品采用超声萃取方法,准确称量5g 沉积物、3g 无水Na 2SO 4于离心管中,添加回收率指示物200μL,用二氯甲烷进行超声萃取,固相萃取小柱(沃特世OAsis HLB 固相萃取小柱)回收,旋蒸至1mL.120°E120°30′E31°30′N 31°NN图1 采样分布示意 Fig.1 Sampling point distribution1164 中 国 环 境 科 学 37卷1.2 样品分析本研究中测定的16种PAHs,分别是萘(Nap)、苊烯(Acy)、苊(Ace)、芴(Flu)、菲(Phe)、蒽(Ant)、荧蒽(Flua)、芘(Pyr)、苯并[a]蒽(BaA)、䓛(Chr)、苯并[b]荧蒽(BbF)、苯并[k]荧蒽(BkF)、苯并[a]芘(BaP)、茚并[1,2,3-cd]芘(IcdP)、二苯并[a,h]蒽(DahA)、苯并[ghi]芘(BghiP).PAHs 的测定采用Thermo 气相色谱质谱联用仪(DSQ II Single Quadrupole GC/MS with FOCUS GC).气相色谱柱为Agilent 毛细管色谱柱(DB -5MS,60m× 0.25mm×0.25μm),以高纯度氦气为载气,流速为1mL/min.升温程序:起始温度80℃,保持5min,然后以4℃/min 升温至290℃,保持20min 至样品完全流出.选择离子模式(SIM)进行GC -MS 分析. 1.3 质量控制本实验选取了16种PAHs 标样、回收率指示物(Nap -d8、Ace -d10、Phe -d10、Chr -d12和Pyr -d12)和内标物(2-fluorobiphenyl 、P -Terphenyl -d 14)定量,包括方法空白、加标空白、基质加标、基质加标平行、样品平行样进行质量保证和质量控制.样品的加标回收率为72%~ 116%.平行样的相对标准偏差均控制在18%以内.空白样品未检出目标污染物. 2 结果与讨论2.1 太湖及周边河流沉积物中PAHs 含量与组成太湖及周边河流表层沉积物中PAHs 的分析结果表明,16种PAHs 均有检出,如图2,太湖PAHs 总量介于0.77~4.20µg/g 之间,平均值为1.63µg/g,最小值点出现在太湖中部的10号点,最大值点出现在梅梁湾的2号点;太湖周边河流PAHs 总量介于0.58~6.13µg/g 之间,平均值为2.92µg/g,最小值出现在漕桥河,最大值出现在吴淞江.4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0太湖P A H s 含量(µg /g )1 2 3 4 6 8 1012141618 2022 5 7 9 11131517 1921 2324 25a. 太湖b. 河流8.07.06.05.04.03.02.01.0太湖周边P A H s 含量(µg /g )合溪溪运河漕桥河梁溪河西苕溪太滆运河望虞河太浦河殷村港雅浦港东苕溪吴淞江长兴港采样点河流图2 太湖及周边河流PAHs 含量分布Fig.2 Concentrations of PAHs in sediments from Taihu Lake and its surrounding rivers结果显示表层沉积物中PAHs 的空间分布具有显著差异.如图3,梅梁湾、贡湖及东太湖含量较高,分别为2.48±1.14µg/g 、1.89±0.52µg/g 和2.13±0.50µg/g,其中梅梁湾不同点位间PAHs 含量变化差异较大,已有的研究也发现,梅梁湾和贡湖湾往往具有较高的PAHs 含量[4].望虞河、梁溪河、雅浦港、太滆运河、漕桥河、殷村港、东苕溪、西苕溪和长兴港是太湖主要的入湖河流.太滆运河、漕桥河和殷村港所在的湖西区是入湖水量的主要来源,占入湖水量的71%.望虞河是太湖入湖水量最大的入湖河流,沿岸人口密度大,工业集中,而且支流众多,污染较为严重,治理难度较大.太湖出湖河流主要为太浦河和吴淞江,其中太浦河是太湖主要的出湖河流,占出湖水量的23%.周边河流表层沉积物中PAHs 含量显著区别于湖区沉积物,总体来说,河流沉积物中具有较高的PAHs,并且河流之间含量差异较大(2.92±1.57µg/g).其中,河流沉积物中PAHs 的最高含量出现在梁溪河(7.34µg/g)、吴淞江(6.13µg/g)和长兴港(5.54µg/g),而最低值出现3期 康 杰等:太湖及周边河流表层沉积物中PAHs 的分布、来源与风险评价 1165在漕桥河(0.58µg/g)和太滆运河(0.83µg/g),赵学强等对环太湖河流沉积物的研究发现,最高含量出现在太湖西北部河流,梅梁湾入口的梁溪河具有较高的暴露水平,这与本文的研究结果类似[11].竺山湾及周边太滆运河、漕桥河和殷村港PAHs 含量均较小,此区域受到的污染较小.长兴港是西南沿岸区中PAHs 含量明显偏高的一个点,说明点源PAHs 可能会显著影响部分河段,需要继续开展对类似河流的研究工作.在采集的25个太湖沉积物样品中,PAHs 以2~3环为主,占PAHs 平均比例为46.44%,4环所占平均比例为29.24%,5~6环为24.31%.13个太湖河流沉积物样品中PAHs 以4环为主,占43.96%,2~3环所占PAHs 平均比例的29.24%,5环占到26.80%.陈启明[12]、张明亮[13]与本研究结果不同,可能由于所处区域PAHs 来源方式不同所致.如图4,在组成上,太湖及其周边河流PAHs 的组分Flua 、Pyr 比例均较大,而且变化幅度也很大,组分Acy 、Ace 、Flu 、Ant 、DahA 变化范围较小.通过对比太湖及其周边河流各单体PAH 的含量变化,发现湖泊与河流单体PAH 之间的浓度差异具有类似规律,并且与各单体在自然界中的差异性相一致.太湖各采样点中Chr 检出率只有36%,18号采样点有5个组分未检出;太湖周边河流中Chr 的检出率依旧很低,只有38%,漕桥河有7个组分未检出,太滆运河有4个组分未检出,从检出率可以推断竺山湾所在区域受PAHs 影响较小.543210太湖P A H s 含量(µg /g )梅梁湾竺山湾贡湖胥湖东太湖西南沿岸区湖心区周边河流湖区图3 太湖沉积物PAHs 含量空间分布 Fig.3 Spatial distribution of PAHs in sediments fromTaihu Lake0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1太湖中P A H s 含量(µg /g )a. 太湖N a p A c y A c e F l u P h e A n t F l u a P y r B a A C h r B k F l c d P D a h A B g h i PB b F B a P 1.21.00.60.20-0.2太湖河流P A H s 含量(µg /g )b. 河流N a p A c y A c e F l u P h e A n t F l u a P y r B a A C h r B k F l c d P D a h A B g h i PB b F B a P 0.80.4PAHsPAHs图4 太湖及周边河流PAHs 各组分平均含量Fig.4 Average concentrations of individual PAH compound from Taihu Lake and its surrounding rivers与国内外其他水体沉积物中PAHs 含量对比见表1,本次调查区域的PAHs 含量,与环太湖河流[11]、松花江[14]、土耳其地中海沿岸河流[15]和法国城市河流[16]沉积物中的含量比较接近,与千岛湖[17]、巢湖[10]和顿和下游[18]沉积物中PAHs 含量相比,处于较高水平,可以看出虽然近年来太1166 中 国 环 境 科 学 37卷湖治理工作取得了显著进展,但是对太湖PAHs 的控制并没有取得良好的效果,尚需要进一步开展有针对性的治理措施. 表1 国内外水体沉积物PAHs 含量比较Table 1 Comparison of PAHs concentrations in sediments of different water body 样点 浓度范围(µg/g)平均含量(µg/g)参考文献太湖 0.77~4.201 1.631 本研究 太湖周边河流 0.582~6.135 2.925 本研究千岛湖 0.258~0.906 0.558 [17]太湖 0.262~1.087 0.491 [4]巢湖 0.116~2.832 0.898 [10]环太湖河流 0.382~2.268 1.056 [11] 松花江 0.226~10.079 2.23 [14]海河 0.445~2.185 0.964 [19] 土耳其地中海沿岸 0.51~4.04 1.85 [15] 法国城市河流 0.572~4.235 1.966 [16] 顿河下游 0.014~0.529 0.163 [18]2.2 PAHs 来源分析 2.2.1 高低环比值法 PAHs 的来源通常分为高温燃烧和石油类污染,环数的高低可以判断PAHs 的来源类型[20-23],低环数的PAHs(2~3环)主要来源于石油污染,高环数的PAHs(4~6环)主要来源于各种燃烧[24-25].本实验中25个湖泊样品低环/高环(LMW/HMW)比值平均值为0.46,表明PAHs 主要来自高温燃烧,13个河流样品平均比值为0.29,指示燃烧污染的特征更加明显.2.2.2 特征比值法 同分异构体比值法可以更具体的判定PAHs 的来源,本研究选用Ant/(Ant+Phe)和Flua/(Flua+Pyr)的比值来判断表层沉积物中PAHs 的来源[8,11].当Ant/(Ant+Phe)< 0.1时通常意味着油类排放来源,>0.1则主要是燃烧来源; 当Flua/( Flua+Pyr)<0.4时意味着油类排放来源,>0.5主要是木柴、煤燃烧来源,位于0.4~0.5则意味着石油及其精炼产品的燃烧来源[21,26]. 借助对比太湖及其周边河流PAHs 的两组同分异构体Ant/(Ant+Phe)和Flua/(Flua+Pyr)之间的关系,来示踪PAHs 的来源[27],如图5所示.太湖Ant/(Ant+Phe)比值除一个样点外,其余比值均>0.1,Flua/(Flua+Pyr)比值有一个样点接近0.5,其余都>0.5;太湖周边河流Ant/(Ant+Phe)比值有两个样点<0.1,其余均>0.1,Flua/(Flua+Pyr)比值有一个样点介于0.4~0.5,其余均>0.5.综合分析结果,太湖及其周边河流沉积物中PAHs 主要以燃烧来源为主.0.650.60 0.55 0.50 0.45F l u a /(F l u a +P y r )木柴、煤燃烧 a. 太湖 燃烧油类排放及燃烧-0.1 0 0.10.20.3 0.4 0.5Ant/(Ant+Phe) 0.650.600.550.500.45F l u a /(F l u a +P y r )木柴、煤燃烧 b. 河流燃烧油类排放及燃烧-0.10.10.20.3 0.4 0.5Ant/(Ant+Phe)图5 太湖及周边河流PAHs 来源分析Fig.5 Source apportionment of PAHs from Taihu Lake and its surrounding rivers2.2.3 主成分分析-多元线性回归法 主成分分析-多元线性回归(PCA -MLR)模型是可定量分析沉积物中PAHs 来源[9],主要利用降维的思想[28],来筛选代表PAHs 在样品中含量的几个主成分,通过主因子载荷来识别PAHs 的来源类型,分析其两次最小二乘法多元线性回归,得到污染源的贡献率[29].在来源判定中,将16种PAHs 分为4类:低分子量Nap 、Acy 、Ace 、Flu 代表石油源3期 康 杰等:太湖及周边河流表层沉积物中PAHs 的分布、来源与风险评价 1167污染;高分子量BbF 、BkF 、BaP 、IcdP 代表燃油燃烧来源,Phe 、Ant 、Flua 、Pyr 可能与生物质和化石燃料燃烧有关,BaA 、Chr 代表天然气燃烧来源[30-37].对太湖及周边河流表层沉积物中PAHs 进行主成分分析,经过Varimax 旋转,对25个湖泊样品提取出特征值大于1的因子有3个,累计方差贡献率达91.94%.其中,因子1的载荷为48.75%,以BaP 、Pyr 、Chr 、BghiP 、IcdP 、Flua 、BaA 为主;因子2的载荷为25.19%,以Nap 、Acy 、Ace 、Flu 为主;因子3的载荷为18%,以DahA 、Ant 为主;其中因子1代表了各种燃烧来源,因子2代表了石油源污染,因子3特征不是很明确,近似归为燃烧来源.对13个河流样品提取出特征值大于1的因子有3个,累计方差贡献率达97.34%.其中,因子1的载荷为63.29%,以BaA 、BaP 、BghiP 、IcdP 、Pyr 、Flua 、DahA 为主;因子2的载荷为21.76%,以Chr 、Nap 为主;因子3的载荷为12.28%,以Ace 为主,其中因子1代表燃烧来源,因子2、3代表石油源污染[4,9]. 根据PCA 的结果,将计算得到的绝对主因子得分作为自变量,与PAHs 总浓度进行回归分析,计算出各因子贡献率.太湖及周边河流沉积物中PAHs 各因子贡献方程分别为: ∑16PAHs 湖泊=0.83PC1+0.39PC2+0.38PC3 (1)∑16PAHs 河流=0.89PC1+0.39PC2+0.23PC3 (2) 根据公式分别计算湖泊和河流中污染物的贡献率,得到太湖沉积物PAHs 石油源贡献率为24%,燃烧源贡献率为76%;太湖周边河流石油源贡献率为41%,燃烧源贡献率为59%.入湖河流污染物输入是太湖主要污染来源,梁溪河是本次研究PAHs 污染最严重的河流,是无锡入湖的主要通道,生活污水和工业废水是主要污染源,区域内的重点污染企业是机电和纺织,有32家重点污染企业[38].吴淞江是苏州的主要水上交通线和重要航道,作为太湖水体流出的重要河道,集中了数以千计的纺织厂、印刷厂、化工厂和石油化工机械设备厂,而且吴淞江流域船舶、港口、码头众多,吴淞江沉积物中PAHs 受面源和太湖湖区沉积物物理搬运的双层影响,因而PAHs 来源方式多样,含量偏高.梅梁湾、贡湖和东太湖所在区域主要位于太湖东部,为苏州和无锡的辖区,经济发达,工农业活动密度较大,船舶往来频繁,研究发现1船污染等于21万辆卡车,太湖船舶用于水产渔业运输居多,多不具备环保处理装置,船舶燃油和泄露污染成为了太湖流域PAHs 最大的污染源.综和污染源的排放角度和PAHs 高低环比值、Ant/(Ant+Phe)和Flua/( Flua+Pyr)同分异构体比值和PCA -MLR 模型可知,燃烧源是太湖及其河流PAHs 的主要来源,但差异主要是由于不同水域和河流车船及工业影响强度不同所致,石油源也占到一定的贡献比例[4,8-9,11].需要进一步加强太湖及其周边河流船舶的管理,并对太湖及周边工农业活动进行科学的管控. 2.3 PAHs 风险评价2.3.1 沉积物质量标准法 沉积物质量标准法(SQSs)是一种综合考虑了社会、经济、自然等方面因素的分类方法,相对于常用的沉积物质量基准法(SQGs),其结果更加详细和具体[39].SQSs 通常分为5个阈值,分别是生物毒性影响的罕见效应浓度值(REL)、临界效应浓度值(TEL)、偶然效应浓度值(OEl)、可能效应浓度值(PEL)和频繁效应浓度值(FEL)[40],分类标准和本研究结果见表2. 表2 加拿大魁北克沉积物PAHs 质量评价标准(µg/g)Table 2 Sediment Quality Standards (SQSs) ofPAHs(µg/g)沉积物质量标准 本次调查平均值PAHs单体RE L TE L OE L PE L FE L 湖泊 河流Nap 17 35 120390 1200 176 182Acy 3.3 5.9 30 130 340 313 315 Ace 3.7 6.7 21 89 940 162 154Flu 10 21 61 140 1200 40 49Phe 25 42 130520 1100 46 118Ant 16 47 110240 1100 20 37Flua 47 1104502400 4900 230 593 Pyr 29 53 230880 1500 189 549Chr 26 57 240860 1600 16 35BaA 14 32 120390 760 41 109BaP 11 32 150780 3200 58 153 DahA 3.3 6.2 43 140 200 51 661168 中国环境科学 37卷由表2可见,大多数PAHs单体处于TEL附近,太湖及周边河流中的Nap、Acy、Ace超过了OEl,周边河流中的Flua、Pyr也超过了OEl,需要引起重视.与母清林在长江口表层沉积物中PAHs的污染水平类似,多数呈现在TEL~OEL之间[22],低于陈明华[24]在太湖竺山湾湖滨带沉积物中PAHs的研究.在本次调查中16种PAHs单体,河流中含量大多数高于湖泊,说明河流对太湖的污染是显著地,对治理太湖流域PAHs有明确的导向作用,要重点防控入湖河流PAHs的污染. BbF、BkF、IcdP、BghiP是高环致癌的多环芳烃,没有最低安全阈值,在湖泊和河流中均有不同程度的检出.2.3.2 BaP当量浓度法研究者通常利用BaP 评估PAHs的潜在毒性,除了BaP外,BaA、BbF、BkF、DahA、IcdP也有很强的致癌性[41-43],因而,利用BaPE(BaP当量浓度) 定量评价沉积物中PAHs的潜在风险[37,44-45].计算公式如下[46]: [BaPE]i=[BaA]i×0.06+[BbF]i×0.07+[BkF]i×0.07+ [BaP]i+[DahA]i×0.60+[IcdP]i×0.08 (3)其中:[BaPE]i是第i个样品BaP当量浓度值(ng/g);[BaA]i、[BbF]i、[BkF]i、[BaP]i、[DahA]i、[IcdP]i分别是第i个样品中BaA、BbF、BkF、BaP、DahA、IcdP的PAHs组分的浓度值,µg/g.计算结果表明,太湖表层沉积物中PAHs的BaPE是0.10µg/g,表明湖泊沉积物中PAHs具有潜在毒性,另外,太湖周边河流的BaPE是0.22µg/g,显著高于湖泊表层沉积物,用BaP当量浓度法依然得出和沉积物质量标准法类似的结果,太湖周边河流PAHs的污染对太湖有显著地影响,说明相对于湖泊来说河流具有较高的潜在毒性[11,47].与国内外其它研究的计算结果类似[9,48],本研究发现梁溪河、吴淞江和长兴港的PAHs污染潜势较高,与周边人类活动强度大有关,尤其是梁溪河、吴淞江,船舶污染严重,需要开展持续监测及相应的治理工作.3结论3.1太湖沉积物中PAHs总量介于0.77~4.20µg/g之间,平均值为1.63µg/g,太湖周边河流沉积物中PAHs总量介于0.58~6.13µg/g之间,平均值为2.92µg/g.空间分布表明,梅梁湾、贡湖湾以及太湖东部沉积物中PAHs含量偏高,周边河流中梁溪河、吴淞江及长兴港沉积物中含量较高,要重点监控周边河流对太湖的污染.3.2太湖沉积物PAHs石油源贡献率为24%,燃烧源贡献率为76%,太湖周边河流石油源贡献率为41%,燃烧源贡献率为59%.太湖及其周边河流表层沉积物中PAHs主要来源为燃烧来源, 石油源也占到一定的贡献比例,船舶燃油和泄露污染成为了太湖及周边河流最大的污染源,需要严控太湖及周边河流行船污染物质的排放.3.3太湖及其周边河流部分PAHs单体超过了OEl,而且BbF、BkF、IcdP、BghiP等高环致癌PAHs单体均有不同程度的检出,已经呈现一定的潜在毒性,湖泊与河流BaPE含量均保持在较高水平,太湖周边河流检出值显著高于太湖,要重点防控入湖河流PAHs的污染,加大对太湖周边河流的持续监测和防控工作.参考文献:[1] Wang Z, Chen J, Qiao X, et al. 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太湖表层沉积物中重金属形态分布及其潜在生态风险分析陈春霄;姜霞;战玉柱;金相灿;赵铮【摘要】BCR three stage sequential extraction procedure was applied to examine the speciation and concentration of four heavy metals(Ni,Cu,Zn and Pb) in sediments of Lake Taihu,and the potential ecological risk of these heavy metals was assessed based on the rations secondary phase and primary phase (RSP). Concentrations of heavy metals in surface sediments were significantly higher than the background value of Taihu Lake sediment, which was 80.3%, 13.5%, 25.9%, 69.6% beyond the background value of Ni, Cu, Zn, Pb. Trie major speciation of four heavy metals were Fe-Mn oxide fractions and residue fraction, the percentage of fractions extracted form in total content was greater than 50%, the four heavy metals had a high potential for secondary release.Base on the RSP, the potential ecological risk of heavy metals was in the descending order of Ni, Zn, Cu and Pb. Total content of fractions extracted of heavy metals in the spatial distribution of apparent north bay>west lake>other regions.%利用BCR3步提取法对太湖37个表层沉积物样品中重金属Ni、Cu、Zn和Pb的形态进行调查研究,并基于重金属形态评价方法(RSP)对太湖沉积物中4种重金属的潜在生态风险进行了初步评价.结果表明,太湖表层沉积物中Ni、Cu、Zn和Pb含量显著高于太湖沉积物背景值,分别超出背景值80.3%、13.5%、25.9%和69.6,表现出明显的累积效应.残渣态和Fe-Mn氧化物结合态是太湖表层沉积物中4种重金属的主要赋存形态,4种重金属的可提取态比例均大于50%,具有较高的二次释放潜力.从RSP污染指数分析,太湖表层沉积物中4种重金属的潜在生态风险大小为为Ni>Zn>Cu>Pb,表层沉积物中可提取态重金属的空间分布特征明显,表现为北部湖湾>西太湖>其他区域【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2011(031)011【总页数】7页(P1842-1848)【关键词】太湖;沉积物;重金属;形态;评价【作者】陈春霄;姜霞;战玉柱;金相灿;赵铮【作者单位】北京师范大学,北京100875;中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院,北京100012;山东科技大学化学与环境工程学院,山东青岛266510;中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院,北京100012;贵州大学资源与环境工程学院,贵州贵阳550002【正文语种】中文【中图分类】X131.2排入水体中的重金属大部分通过各种物理化学作用迅速转移到沉积物中,表现出很强的累积效应[1].重金属很难被生物降解,且进入水体沉积物中的重金属往往会通过生物富集和放大作用对人体和生态系统构成直接和间接威胁.因此,水体沉积物中的重金属引起的环境污染问题日益受到关注[2].水体沉积物中重金属总量分析可以提供沉积物受污染的状况,但不能真实反应其潜在的生态危害性[3].不同赋存形态的重金属环境行为和生态效应也不同[4],水体沉积物中重金属的迁移转化、毒性及其潜在环境危害更大程度上取决于其赋存形态[5-6].太湖是我国第三大淡水湖泊,湖泊面积2338km2,位于江苏省南部,在区域和社会经济发展中具有举足轻重的地位.但随着太湖流域经济的快速发展,煤、石油等燃料的消耗量增加,皮革、电镀、造纸、印染、黑色金属冶炼、化工等工业污水及生活废水通过河道进入太湖[7],太湖湖区及其流域的水环境污染日益严重,太湖沉积物中的重金属污染已经成为威胁太湖生态环境的主要问题[8-10],因此关于重金属来源及污染程度的研究已经成为了迫切的需求.然而目前对太湖沉积物中重金属的污染研究多集中在局部区域的表层重金属含量分析,对全太湖的重金属形态采用ArcGIS直观的表现及通过形态学的方法对太湖重金属的生态风险进行分析的研究较少.本文采用BCR 3步连续提取法研究了太湖表层沉积中重金属的形态分布特征和空间分布特征,并利用基于形态学研究的次生相与原生相比值法对太湖沉积物中重金属进行了潜在生态风险评价,以期为合理预防和治理太湖重金属污染提供科学依据. 于2009年5月底在太湖进行采样,采用探路者500型手持GPS定位仪定位,具体采样点见图1.使用抓斗式采泥器采集太湖表层10cm的沉积物样品.采出的样品除去与采样器接触的少量样品,将剩余沉积物样品装入干净的聚乙烯袋中,排出袋中空气,密封,迅速保存至-4℃的保温箱中保存.运回实验室冷冻干燥,剔除植物和贝类等残体,过100目尼龙网筛后,保存干燥自封袋中,备用.1.2.1 重金属总量采用美国 CEM 微波消解仪进行消解,消解程序参照EPA3051[11]方法.消解完毕用超纯水将样品转移到100mL容量瓶中定容,过0.45µm混纤膜,4℃下保存待测.1.2.2 重金属形态采用改进的BCR 3步连续提取法[12-13],具体步骤如下:可交换态和弱酸溶解态(F1):准确称取1.00g样品置于50mL离心管中,加入40mL 0.11mol/L的 HAc溶液,在(22±5)℃条件下连续振荡16h, 3000×g/min离心20min分离上清液,转入50mL容量瓶中定容,待测;残渣用5mL超纯水清洗.Fe-Mn氧化物结合态(F2):向步骤F1的残渣中加入40mL 0.5mol/L的NH2OH·HCl(用HNO3调节pH至1.5).将此混合物在上述同样条件下振荡,离心、定容、待测.有机物及硫化物结合态(F3):向步骤F2的残渣中加入10mL 8.8mol/L的H2O2,为避免剧烈反应引起损失,混合物在低温下放置 1h,后于(85±2)℃水浴条件下蒸干;再次加入 10mL的H2O2操作步骤同上,蒸干冷却后,加入 50mL 1mol/L的NH4Ac 在先前同样条件下振荡,离心、定容、待测.残渣态(F4):重金属总量减去前 3种形态之和为残渣态含量.1.2.3 样品分析参照 EPA200.8[14]方法,采用Agilent7500型电感耦合等离子体质谱仪(ICPMS)测定重金属Ni、Cu、Zn和Pb的含量.试验所用玻璃及聚乙烯器皿均以2mol/L的HNO3充分浸泡24h以上后,分析过程采用超纯水,利用国家沉积物标准品 GSD-7(GBW-07307)、平行样和空白样进行质量控制,测定的标准物质的含量与实际值相对标准偏差均小于 5%,平行样品之间的相对标准偏差均小于 3%,空白样品的含量低于0.01ppb,结果符合质控要求.基于形态学研究的次生相与原生相比值法对太湖沉积物中重金属进行潜在生态风险评价.式中: RSP表示污染程度; Msec表示沉积物中次生相中的重金属含量; Mprim表示原生相中的重金属含量.RSP≤1,表示无污染;1<RSP≤2,表示轻度污染;2<RSP≤3,表示中度污染,RSP>3表示重度污染.次生相以前 3步提取的总量计算,即:F1+F2+F3;原生相以残渣态含量计算,即F4.所有样品分析均重复进行3次,以提高精确度和减小随机误差,试验结果取平均值.正态分布检验(Ps-w)采用 Origin 8.0,统计分析采用 SPSS 16.0完成,空间分析采用Arc GIS 9.3完成.由表1可见,太湖表层沉积物中Ni、Cu、Zn、Pb含量原始数据经对数转换后均符合正态分布.中Ni、Cu、Zn和Pb的变异系数分别为20.2%、29.1%、36.15%和42.19%(表1),其变异系数均大于 20%,说明太湖沉积物重金属空间分布具有一定的差异性.重金属 Pb的变异系数达到了42.19%,属于中等变异强度[19],表明太湖西南部表层沉积物中Pb金属元素含量的空间分布极不均匀,离散性相对较大,说明太湖表层沉积物中Pb的含量可能已经受到了一定程度人类活动的影响.由图2可以看出,研究区域内沉积物中4种重金属空间分布上表现出相似的特征.太湖沉积物中重金属Ni、Cu、Zn和Pb的含量与太湖沉积物背景值(Ni、Cu、Zn 和Pb分别为 79.3、15.7、18.9、59.2、19.5mg/kg)[15-16]相比,分别超过背景值 80.3%、13.5%、25.9%和68.6%,表现出显著的累积效应.变异系数反映了各个样点之间的平均变异程度[17-18],太湖沉积物利用SPSS16.0对太湖表层沉积物37个点位4种重金属进行聚类分析(欧氏距离,华氏法).由图3可见,太湖表层沉积物大体可分为3类,其中第一类沉积物包括23、30、31、1号等点位,主要位于太湖西、南岸区以及东太湖,这些点位位于太湖入湖河流区域,重金属的含量较高;第二类沉积物包括10、15、13、17号等点位,为太湖的湖心区和东部区域,重金属的含量较低;第三类为2号点位,该点重金属的含量在采样点中处于高峰值点.从曲线峰值点以及第一和第三类的地理位置上看,重金属含量较高的点位都出现在离太湖岸边较近人类活动活跃区域,1~6号及16号点主要位于太湖北部湖湾,尤其是竺山湾和梅梁湾,太湖北部湖湾离无锡市和常州市距离较近,湖湾周边分散着大量的小型企业如纺织厂、造纸厂、冶炼厂、制革厂等[7],居民的生活污水和企业生产废水通过太滆运河等入湖河流排入太湖,是造成该区域沉积物中重金属含量相对较高的另一因素.17~23号点主要位于离太湖岸边较近区域及东太湖,离岸边较近主要受人为活动影响较大,而东太湖由于地形影响,为半封闭湖湾,进入东太湖的水在湖湾停留时间长,污染物由于重力作用逐渐沉淀,使得这一区域沉积物中重金属含量较高.30~35号点主要位于西太湖,该区域分布着洋溪港、湛渎港、大浦港、官渎港等港口且入湖河流较多如洋溪河、新渎河等,人类活动及从入湖河流带入的工业废水等是该区域沉积物中重金属含量较高的一个重要因素.其重金属的生物有效性越大,而残渣态主要赋存于矿物晶格中,只有在风化过程才能释放,而风化过程是以地质年代计算的,相对于生命周期来说,残渣态基本上不为生物所利用[20].人为污染的重金属主要叠加在沉积物次生相中[21],重金属可提取态的含量较高也表明其受到的人为污染较重.由图4可知,太湖沉积物中各重金属的可提取态比例均大于50%,且从总量上明显超出背景值,因此可以推断太湖沉积物中Ni、Cu、Zn、Pb具有较高的二次释放潜力.太湖表层沉积物中重金属的可提取态含量的比例高于王海等[22]、刘恩峰等[13]的结果,由于外源重金属污染主要叠加在可提取态中,说明太湖表层沉积物中重金属在近几年有污染加剧的现象.由图4可见,Ni的弱酸溶解态、Fe-Mn氧化物结合态、有机物及硫化物结合态和残渣态比例分别为13%、32%、20%和35%;Cu的比例分别为16%、31%、16%和37%;Zn的比例分别为13%、33%、18%和37%;Pb的比例分别为8%、41%、6%和45%.沉积物中弱酸溶解态、Fe-Mn氧化物结合态和有机物及硫化物结合态3种可提取态重金属的比例越高,越易释放出来造成二次污染,应用ArcGIS9.3对太湖沉积物重金属中4种重金属的可提取态绘制空间分布图(图5).从图5中可以看出,Ni、Cu、Zn、Pb的可提取态总量在全太湖均有明显的浓度梯度分布,Ni、Cu、Zn的可提取态总量在北部湖湾区域浓度最大,并且随采样点离太湖北部主要排污区域距离的增加而逐步降低.浓度分布基本符合太湖北部湖湾>太湖西部>其他区域(湖心、东太湖等),说明太湖沉积物中Ni、Cu、Zn的污染与人为污染物的排放有关.而Pb的可提取态总量浓度最大区域却出现在太湖西部区域,这可能意味着Pb和Ni、Cu、Zn的来源不完全相同.可交换态和弱酸溶解态(F1)重金属对环境变化最敏感,在酸性和中性条件下可释放出来,最容易对环境造成影响.太湖沉积物中 4种重金属弱酸溶解态重金属比例7.9%~15.33%之间,而太湖沉积物的pH值平均为7.47呈中性至弱碱性[22],因此当太湖受到酸雨等环境条件时,沉积物中可交换态和弱酸溶解态重金属具有二次释放的风险.从区域上看,太湖北部湖湾4种重金属的弱酸溶解态含量明显高于其他区域,说明太湖北部重金属污染的生态风险明显大于太湖其他区域.为了进一步分析太湖沉积物中 4种重金属的空间相关性及来源,采用SPSS16.0软件对4种重金属的可提取态总量进行Pearson相关性分析.结果显示Ni、Cu、Zn 的可提取态总量之间存在极显著的相关关系(表2),重金属之间极显著相关关系说明其具有相似的污染程度和污染源[23],因此太湖表层沉积物中重金属Ni、Cu和Zn 可能为同一污染来源.重金属Pb与Ni之间不存在极显著的相关关系,却与Cu和Zn存在极显著关系,因此推断重金属Pb虽然与Ni、Cu、Zn在不同区域污染程度有所差异,但仍属于同一污染来源.4种重金属的F2态比例在30.83%~ 41.80%之间,其中Zn的F2态平均为38.60%,这与已有报道[24-25]Zn在土壤和沉积物中与Fe-Mn氧化物相结合具有高稳定常数的结论较为吻合.F2态(Fe-Mn氧化物结合态)属于较强的离子键结合的化学形态,所以不易释放.但当水体中氧化还原电位降低时,或水体严重缺氧时,这种结合形态的重金属键被还原,可能造成对水体的二次污染.因此,在太湖蓝藻水华暴发后期水体严重缺氧时,沉积物中的重金属有重新释放的风险.有机物及硫化物结合态重金属(F3)态以金属离子为中心离子,以有机质活性基团为配位体的结合或是硫离子与重金属生成难溶于水的物质.就F3态而言,Pb的F3态比例最低, Ni、Cu和Zn相对较高(15.83%~21.02%).由于F3态在强氧化条件下才可以分解,太湖沉积物在正常的中度还原至弱氧化环境下金属不易释放.本研究的4种重金属的有机物及硫化物结合态含量在北部湖湾区域明显高于其他区域,北部湖湾区靠近无锡和常州市区,且各类企业分布密集,入湖河流带入的大量生活废水和工业废水使沉积物呈厌氧还原状态,含硫量比太湖其他湖区要高[24],沉积物中的重金属易与硫及有机物结合,导致这一区域沉积物中重金属的有机物及硫化物结合态含量明显高于其他区域.根据重金属总量进行潜在生态风险评价,仅可以了解重金属的污染程度,难以区分沉积物中重金属的自然来源和人为来源,难以反映沉积物中重金属的化学活性和生物可利用性.金属的生物毒性和生态效应与其赋存形态密切相关[26],因此在进行潜在的生态风险评价时,需考虑金属形态分布对其的影响.在未受污染的条件下,大部分重金属分布于矿物晶格中和存在于作为颗粒物包裹膜的铁、锰氧化物中,人为污染的重金属主要以被吸附的形态存在于颗粒物表面或与颗粒物中的有机质结合[27].根据水体颗粒物各地球化学相自身的起源和其中重金属的来源,按传统地球化学观念,陈静生[28]把颗粒物中的原生矿物称为原生地球化学相(简称原生相),把原生矿物的风化产物(如碳酸盐和铁锰氧化物等)和外来次生物质(如有机质等)统称为次生地球化学相(简称次生相),并提出用存在于各次生相中金属的总百分含量与存在于原生相中金属的百分含量的比值来反映和评价颗粒物中重金属的来源和污染水平.利用基于形态学研究的次生相与原生相比值法对太湖沉积物中重金属进行潜在生态风险评价,评价结果见图6.由图6可见,Ni的RSP污染指数较高,指数范围从1.827~4.21,平均污染指数为1.92,中度污染和严重污染的样品个数分别为6和4个,其余样品均属于轻度污染,占总样品量的 72.97%,表明太湖表层沉积物已经受到了Ni的污染,污染程度为接近中度污染.Cu和Zn的平均RSP污染指数分别为1.71和1.74,从平均污染指数上分析为轻度污染,且太湖表层沉积物Cu和Zn的污染程度相差不大.然而Cu无污染、中度污染和严重污染的样品量分别占总量的2.99%、18.92%和0.Zn无污染、中度污染和严重污染的样品量分别占总量的2.7%、13.51%和2.99%,因此太湖表层沉积物Zn的污染程度仍高于Cu.太湖沉积物Pb的总量超标率明显大于Cu和Zn,但由于Pb的优势结合态为残渣态,因此Pb的RSP指数反而最小仅为1.30.从RSP污染指数分析,太湖沉积物已经受到了 Ni、Cu、Zn、Pb的污染,接近中度污染,4种重金属均具有较高的二次释放潜力,潜在危害的大小为Ni>Zn>Cu>Pb.从区域上看,不同功能区的沉积物中重金属污染程度不同.Ni:北部湖湾(2.53)>西太湖(1.70)>其他区域(1.54);Cu:北部湖湾(1.96)>西太湖(1.65)>其他区域(1.52); Zn:北部湖湾(2.05)>西太湖(1.62)>其他区域(1.55); Pb:北部湖湾(1.51)>西太湖(1.30)>其他区域(1.07).从区域污染程度看,北部湖湾>西太湖>其他区域.北部湖湾区各类型企业分布密集,沉积物中重金属污染与该区域工业排污有密切关系;同时该区域分布着太滆运河、梁溪河、大溪河、望虞河等多条入湖河流,是太湖入湖河流的密集区域,因而太湖北部湖湾区沉积物中重金属污染较为严重也不足为奇.西太湖区域内同样分布着多条入湖河流,但由于太湖流域企业主要集中分布在北部湖湾周围,从入湖河流带入的工业废水总量与北部湖湾相比要少很多,因此西太湖沉积物中重金属污染与北部湖湾相比要轻.其他区域主要为湖心区、太湖南区和东太湖,从地理位置上看,这3个区域距离无锡、常州距离较远,区域内多以出湖河流为主且企业分布较少,因此区域内沉积物重金属污染较轻.从RSP污染指数分析,太湖北部湖湾区沉积物污染最重,沉积物中Ni和Zn的RSP值均>2.0具有较高的二次释放潜力,而Cu和Pb RSP值也均>1.5,接近中度污染,因此对于太湖北部湖湾重金属的潜在危害应引起高度重视.3.1 太湖沉积物中 Ni、Cu、Zn、Pb含量分别超出背景值80.3%;13.5%;25.9%;68.6%,表现出显著的累积效应.从空间分布上看,重金属含量较高的区域主要为北部湖湾及离湖岸较近区域.3.2 太湖沉积物中重金属 Ni、Cu、Zn、Pb的优势结合态主要为残渣态和Fe-Mn 氧化物结合态.4种重金属的可提取态比例均大于50%,有较高的二次释放潜力.沉积物中可提取态重金属总量在北部湖湾区域浓度最大,并且随样点离太湖北部主要排污区域距离的增加而逐步降低.3.3 从RSP污染指数分析,太湖沉积物中4种重金属的潜在危害大小为Ni>Zn>Cu>Pb.从区域污染程度看,北部湖湾>西太湖>其他区域,北部湖湾中Ni和Zn的RSP值均>2.0,为中度污染,因此北部湖湾重金属的潜在危害应高度重视.【相关文献】[1] 朱广伟,陈英旭,周根娣,等.运河(杭州段)沉积物中重金属分布特征及变化 [J]. 中国环境科学, 2001,21(1):65-69.[2] 戴树桂.环境化学 [M]. 北京:高等教育出版社, 2000:229.[3] Singh K P, Mohan D, Singh V K, et al. 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