河道底泥重金属污染及农用潜在风险评价

ｍａｋｅ ｔｈｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ
Ｒｉｖｅｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔ；Ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ；Ｓｅｄｉｍｅｎｔ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
辽宁省沈阳市作为东北老工业基地之一，随着工农业迅 速发展，为新中国建设做出贡献的同时，大量含有重金属的 工农业废水进入水体，引起水体污染。细河作为主要的纳污 河道，于１９６０年开始接纳沈阳市内的部分工业污水和生活 污水，监测结果显示，细河为劣Ｖ类水体，其主要污染指标： ＣＯＤ平均超标６．６倍，ＮＨ。＋．Ｎ超标２５．６倍，总磷超标７．８ 倍，成为重污染河道。进入水体的重金属污染物大部分由水 相进入同相，最终进入水体沉积物并逐步累积，当底泥环境 条件发生改变，如氧化还原条件的改变，沉积在底泥中的重 金属就会成为重金属污染的二次污染源¨Ｊ。因此，底泥不但 是污染物的汇，同时也是引起水体再污染的潜在污染源。 底泥中重金属的分布可以反映河流的污染状况，关于河 流沉积物重金属污染的评价方法很多，目前，国内常用且具 有代表性的有：地累积指数法、沉积物富集系数法和潜在生 态危害指数法等，不同的评价方法各有特点拉。ｏ。笔者以重 污染河道细河底泥为研究对象，在对其污染现状进行调查与 分析的基础上，采用地累积指数法、变异系数法和Ｈａｋａｎｓｏｎ 潜在生态危害指数法对其底泥中重金属污染状况和生态风 险进行评价，旨在为重污染河道综合治理和生态功能恢复提 供科学依据。 １材料与方法 １．１样品采集 根据细河的水文条件及支流汇水状况等，
安徽农业科学，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ａ如．￥ｃｉ．２０１０，３８（２１）：１ １４３６—１ １４３８
责任编辑李占东责任校对卢瑶
河道底泥重金属污染及农用潜在风险评价 刘志彦，别、丽娜‘，郑冬梅，罗庆
（沈阳大学区域污染环境生态修复教育部重点实验室，辽宁沈阳ｌｌ∞４４）
摘要以辽宁省沈阳市细河河道底泥为研究对象。采用地累积指数法、变异系数法和潜在生态危害指数法对底泥中重金属污染状况及 底泥农用进行风险评价。结粟表明．河道底泥重金属污染严重，Ｃｕ、Ｃｄ、Ｐｂ和ｃｒ的平均含量分别为３１９．６８、１６．０８、１８．２０和１５５．０９ ｍｓ／ｋｓ，均超过辽宁省土壤背景值，Ｃｕ、Ｃｄ含量超过污泥农用控制标准；底泥重金属富集程度为Ｃｄ＞Ｃｕ＞Ｃｒ＞Ｐｂ，其中Ｃｄ富集程度达６
由表３可知，各种重金属的富集程度为Ｃｄ＞Ｃｕ＞Ｃｒ＞ Ｐｂ，１０个断面中Ｃｄ除１个断面为重污染外，９个断面都为严 重污染，是主要的污染物；Ｃｕ有２个断面为偏中度污染，其 他在中度污染以上；Ｃｒ有７个断面为轻度污染，３个断面为 偏中度污染；Ｐｂ地累积指数变化明显，５个断面未受污染，５ 个断面为中度污染以上。总体来说，细河受到重金属污染， 呈富集程度高、污染范围广、污染变化大的特点。 ２．２．２变异系数法。变异系数的计算公式为：ＣＶ＝Ｓｎ／Ｌｎ。 式中，ＣＶ为重金属元素的变异系数，勘为该重金属元素在各 断面中含量的标准差，ｈ为该重金属元素各断面中含量的平 均值‘“。
Ｈｅａｖｙ
Ｍｅｔａｌ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｉｖｅｒ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ ａｎｄ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ肚ｋ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｆｏｒ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
ｅｔ
ＬＩＵ ＺＫ－ｙａｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ
ａｌ
ａｎｇ，Ｌｉａｎｏｎｉｎｇ ｌ Ｔｈｅ ａｎｄ ｍａｋｅ ｒｉｓｋ
级，为严重污染，重金属Ｃｕ和Ｐｂ的变异系数较大；以辽宁省土壤背景值作为参比值进行评价，细河处于严重的潜在生态危害程度，４种
重金属的生态危害顺序为Ｃｄ＞Ｃｕ＞Ｐｂ＞Ｃｒ，细河河道底泥农用存在严重风险。 关键词 河道底泥；重金属；底泥农用；生态风险评价 文献标识码Ａ 中图分类号￥７０５ 文章编号０５１７—６６１ｌ（２０１０）２１—１１４３６一∞
０．３６／ｌ １．００／ｌ
２．１６／３
１．８５／２ １．７１／２
２．０８／３ —４．０５／０ ２．２０／３ ３．１３／４
５．３２／６
６．２４／６
２．９０／３
１．６３／２
注：…／’前后数据分别表示地累积指数及其污染级。 Ｎｏｔｅ：Ｄａｔａ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ…／’ｓｔａｎｄ ｆｏｒ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ
ａｎｄ ｇｒａｄｅｓ ｏｆ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ
ｌ级０＜，。≤ｌ
ｌ＜，。≤２ ２＜，。≤３ ３＜，。≤４
ｅｃｏｉｏｇｉｃａ！ｒｉｓｋ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ
ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ
生态危害系数（Ｅ：）
Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｄａｍａｇｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
污染程度
Ｐｏ．１ｌｕｓｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ
生态危害指数（彤）
ｌｅｖｅｌ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．
ｉｎｄｅｘ
ａｎｄ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ
细河底泥中ｃｕ、Ｃｄ、Ｐｂ、ｃｒ的变异系数分别为０．５３、０．４９、 １．２６、０．３３。各元素变异系数大小为Ｐｂ＞Ｃｕ＞Ｃｄ＞Ｃｒ。由图２ 可知，Ｐｂ和Ｃｕ沿程变化较大，Ｃｄ和Ｃｒ变化较缓，总体上无明 ２．２细河底泥中重金属污染评价 ２．２．１地累积指数法。地累积指数法是德国海德堡大学沉 积物研究所ＭｕＩｌｅｒｇ教授提出，定量研究了水系沉积物中重 金属元素的污染状况ｍ１。地积累指数计算公式： 显规律，这与河道水文条件和沿岸排污点有一定关系。
ｓｅｒｉｏｕｓ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ
ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ：Ｃｄ＞Ｃｕ＞Ｃｒ＞Ｐｂ．Ｔｈｅ
ｗｅｒｅ
ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ
ｄｅｇｒｅｅ．Ｔｈｅ
ｖｅｒｙ
ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｅｏｅｆｌｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ Ｃｕ ａｎｄ Ｐｂ
ｂｉｇ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ
ｔｏ
ｓｏｉｌ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｖａｌｕｅｓ
Ｅｃｏｌｏｇｉ，１ａｌ
ｄａｍｅｇｅ ｉｎｄｅｘ
危害程度
Ｄａｍａｇｅ ｄｅｇｒｅｅ
５级４＜，。≤５
Ｉｐ．＞５
Ｅ＜４０ ４０。＜Ｅ：＜８０
ห้องสมุดไป่ตู้
轻微生态污染 彤＜１５０ 中等生态污染 强生态污染 很强生态污染 极强乍态污染 １５０≤彤＜３００ ３００≤彤＜６００
Ｒ／≥６００
低度乍态危害 中度生态危害 重度乍态危害 严重生态危害
万方数据
３８卷２１期
刘志彦等
河道底泥重金属污染及农用潜在风险评价
１１４３７
表３ 表１
Ｔａｂｌｅ
１
细河底泥中重金属地累积指数及其污染分级 ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ
ｉｎ
细河底泥中重金属含■
ｍｅｔａｌｓ
ｉｎ
Ｔａｂｌｅ ３ Ｘｉｈｅ
ｍｓ／ｋｓ
Ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｇｅｏ－ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ
ｈｅ
ｓｅｄｉｍｅｎｔ
ｃｏｎｔｅｎｔ
ｄｅｘ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ．ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ １６．０８，１８．２０ ａｎｄ １５５．０９ ｏｆ Ｃｄ ｒｅａｃｈｅｄ ｇｒａｄｅ ６．ｔｈｅ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｔｈｅ ｍｅｔａｌｓ
ｗａｓ
ｓｅｖｅｒｅｌｙ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ｂｙ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ，ｔｈｅ
在细河全程布置１０个监测断面（图１），并按照上游至下游的
顺序进行编号，依次为ｌ＃富官、２耀家、３掌大潘、４撑前庙子、５＃
双树、６＃９ｔ：兀拉、７＃前余、８样土台、９＃土西和１０＃黄腊坨。采用
基金项目
国家水专项——城市重污染河道综合整治技术研究（２００８．
ＺＸ０７２０８Ｊ００３舶４）。
作者简介刘志彦（１９８５一），男，辽宁北票人，硕士研究生，研究方向： 污染环境修复与环境风险评价。＋通讯作者。 收稿日期２０１０－０４．１５
ｈｅａｖｙ
ｍｅｔａｌ
指标Ｉｎｄｅｘ ０级 ２级 ３级 ４级 ６级
地积累指数，。
，。≤０
污染指标Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ 清洁 轻度污染 偏中度污染 中度污染 偏重污染 重污染 严重污染
Ｔａｂｌｅ
Ｆｉｇ．２
Ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ
ｉｎ
ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ
ｏｆ ｘｉｈｅ
表４
４ Ｉｎｄｉｃｅｓ
重金属污染潜在生态危害指标与分级关系
ｗｅｒｅ
ｏｆ Ｃｕ。Ｃｄ。Ｐｂ ａｎｄ Ｃｒ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｔｈｅ
ｗｅｒｅ
３１９．６８， ｏｆ Ｃｕ
ｍｓ／ｋｇ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈ
ｍｏｓｔ
ｈｉ【ｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｓｏｉｌ ｖａｌｕｅｓ
ｗｅｒｅ
ｉｎ
ｃｏｎｔｅｎｔ
ａｎｄ Ｐｂ ｅｘｃｅｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏＩ ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ ａｇｒｉｃｕｈｕｒａ／ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ
Ｏｎ Ｏ Ｏ ， ，口５ Ｏ ｎ仉
４ Ｏｎ
１，
Ｏ
ｎｕ
ｋ＝ｌ０９２Ｃｎ／（Ｋ・Ｂ。）
式中，Ｇｎ为实测重金属浓度（ｍｇ／ｋｇ）；Ｂ。为土壤重金属背景 值（辽宁省土壤背景值）；Ｋ为各种因素引起的背景值波动而 设的常数，一般为１．５０。 细河中重金属的地累积指数与重金属污染程度的关系 见表２。
表２
Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ
ｗａｓ ｏｎ
ｒｉｖｅｒ
ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ． ｔｈｅ Ｇｅｏ—ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ．ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎ・ ａｖｅｒａｇｅ
ｎｕ
Ｏｎ
Ｏ
蛩／暑ＩⅡｆ『嘲如峨岛州 ＿矗『１９ｕ；＿窖挚日墨 ２ ０ ｎ
ｌ０ ｎ
ｎｕ
ｎｕ
地累积指数与重金属污染程度的关系
ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｇｅｏ
ａｎｄ
箸重鬟主姿量囊：ｌ萋量萋耋器量驾虿罩虿囊喜
ｄｅｇｒｅｅ
ｒｅｌａｆｉｑｎ
ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ
ｏｆ
采样点Ｓｍｐｔｉｎｇ ｓｉｔｅ 图２细河底泥中重金属含量沿程分布
（Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｅｃｏ—ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙ－ １００４４）
ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｏｆ Ｘｉｈｅ ｉｎ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｃｉｔｙ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｆｏｒ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ
管式泥芯采样器在各监测断面采集多年淤积河道下Ｏ～２０ ｃｍ底泥层，制备的底泥样品按监测断面的顺序依次标号。
图１细河采样点
Ｆｉｇ．１
Ｓａｍ＃ｉｎｇ ｓｉｔｅｓ
ａｌｏｎｇ
Ｘｉｈｅ
１．２样品分析
采集的底泥样品去除石块和动植物残体，
自然风干，研磨，过１００目尼龙筛，装袋备用。Ｃｕ采用ＨＮＯ，． ＨＣＩＯ。．ＨＦ消解，火焰原子吸收分光光度法测定；Ｐｂ、Ｃｄ采用 ＨＮ０３－ＨＦ．ＨＣｌ０４消解，原子吸收石墨炉法测定；Ｃｒ采用 Ｈ，ＳＯ。．ＨＮＯｓ－ＨＦ消懈，火焰原子吸收分光光度法测定Ｈ。ｊ。 试验过程中的试剂为优级纯，用水为超纯水，玻璃器皿以 １０％的硝酸浸泡２４ ｈ以上，并用超纯水冲洗干净。 ２结果与分析 ２．１细河底泥重金属污染状况由表ｌ可知，细河底泥中 重金属的平均含量均超过辽宁省土壤背景值，其中超标最严 重的为Ｃｄ，超标量高达１００．５倍；以农用污泥中污染物控制 标准（ＧＢ４２８４－８４）进行评价分析，重金属Ｃｕ、Ｃｄ含量超过污 泥农用控制标准，成为制约底泥农用的主要元素。
ｏｆ
ｘｌ・
Ｃｏｎｔｅｎｔｓ
ｏｆ ｈｅａｖｙ
ｓｅｄｉｍｅｎｔ
ｏｆ
ａｎｄ ｔｈｅ
ｒａｎｋ ｏｆ
ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ
富官Ｆｕｇｕａｎ 翟家ｚｈａｉｊｉａ 大潘Ｄａｐａｎ 前庙子Ｑｉａｎｍｉａｏｚｉ 双树Ｓｈｕａｎｇｓｈｕ 大兀拉Ｄａｗｕｌａ 前余Ｑｉａｎｙｕ 土台Ｔｕ“ 土两Ｔｕｘｉ 黄腊坨Ｈｕａｎｇｌａｔｕｏ
ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ Ｘｉｈｅ ｓｈｏｗｅｄ
ｉｓ
ｓｅｒｉｏｕｓ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ ｏｆ
ｔｏ
ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｈｅａｖｙ
Ｃｄ＞Ｃｕ＞Ｐｂ＞Ｃｒ．ｉｔ
ｓｅｒｉｏｕｓ ｆｏｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｏｆ Ｘｉｈｅ ｆｉｖｅｒ
３．３８／４ ３．４８／４ ３．０５／４ ２．７９／３ ３．７８／４
４．１２／５
７．１２／６
４．１６／５
１．０２／２
５．７６／６ ５．５６／６ ６．６７／６ ５．９７／６ ６．０９／６ ５．８２／６
４．６４／５
—１．０５／Ｏ —０．９７／Ｏ ３．４２／４ 一１．３５／０
—４．０５／ｏ
０．９２／ｌ ０．２７／１ ０．９５／１ ０．４９／ｌ ０．０６／１ １．０５／２