柴敏平，吳偉明，李金輝，鄧修龍，盧琳

（1.江西理工大學冶金與化學工程學院，江西贛州341000；2.贛州市環(huán)境監(jiān)測站，江西贛州341000）

贛南河流底質(zhì)重金屬潛在生態(tài)風險評價及形態(tài)分析研究

柴敏平1，吳偉明1，李金輝1，鄧修龍2，盧琳2

（1.江西理工大學冶金與化學工程學院，江西贛州341000；2.贛州市環(huán)境監(jiān)測站，江西贛州341000）

對贛州市河流底質(zhì)中6種重金屬進行潛在生態(tài)風險評價及形態(tài)分析.結果表明，底質(zhì)中As、Hg為強危害程度，Cu為中等危害程度，Ni、Cr、Zn為輕微危害程度；市自來水廠、茶灘、大余新城點位的重金屬處于強生態(tài)危害程度，新廟前、東山橋、博羅三點位處于輕微危害程度.As在大余新城、茶灘和市自來水廠三點位各形態(tài)含量都較多，大余新城Hg主要以有機結合態(tài)為主，市自來水廠Hg主要以鐵錳氧化物結合態(tài)為主，在一定的環(huán)境條件下容易浸出從而產(chǎn)生二次污染，特別是As更應引起相關部門的重視.研究還發(fā)現(xiàn)，潛在生態(tài)風險評價法和次生相與原生相比值法評價結果具有一定的差異.

贛州；底質(zhì)；重金屬；潛在生態(tài)風險評價；形態(tài)分布特征

贛州市是江西省最大的行政區(qū)，總面積3.94萬平方公里，全市戶籍總人口907萬人（2011年），素有“世界鎢都”“稀土王國”“生態(tài)王國”等美譽.近年來由于工業(yè)的發(fā)展，大量的廢水排入境內(nèi)河流章江、貢江以及贛江水體中，對水體環(huán)境產(chǎn)生一定的污染.利用Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)法可反映出河流底質(zhì)中重金屬的含量、多種重金屬元素的協(xié)同作用、重金屬的毒性水平以及生態(tài)對重金屬的敏感性[1-2]，適合于大區(qū)域不同源沉積物之間進行評價比較，而沉積物中重金屬的毒性及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律不僅與其總量有關，更大程度上是由其形態(tài)分布所決定的[3-5].

目前研究較多的是先對沉積物重金屬進行形態(tài)研究，后利用總量對其進行生態(tài)效應評價，這種過程就忽略了形態(tài)分布在生態(tài)效應評價中的影響.文中結合2011年全國重點區(qū)域地表水重金屬專項監(jiān)測項目，對確定的贛州市六個監(jiān)測點底質(zhì)重金屬進行監(jiān)測，評價其潛在危害性，后進行形態(tài)分析，并利用陳靜生等[6-7]提出的次生相與原生相比值法對其評價結果作出比較，所得結果可為及時發(fā)現(xiàn)地表水重金屬污染狀況和潛在風險提供數(shù)據(jù)支持和技術支撐，也為贛州市水環(huán)境保護和管理提供一定的指導與借鑒作用.

1 監(jiān)測與研究方法

1.1 樣品采集與制備

依據(jù)2011年全國重點區(qū)域地表水重金屬專項監(jiān)測所確定的六個監(jiān)測點（新廟前、大余新城、東山橋、茶灘、博羅、市自來水廠）進行布點，采用抓斗式采樣器采集1～2 kg底質(zhì)樣品，剔除礫石、貝殼、動植物殘體等雜物，裝入塑料袋中帶回實驗室保存.自然風干后用研缽研磨至樣品過0.15 mm篩，裝入棕色廣口瓶中備測.

1.2 分析測定

采用火焰原子吸收法測定底質(zhì)樣品中的銅、鋅、總鉻、鎳（上海安捷儀器公司，4510型原子吸收分光光度計）；利用氫化物發(fā)生-原子熒光光度法測定樣品中的砷和汞（北京科創(chuàng)海光儀器有限公司，AFS-230E型原子熒光光度計）.方法來源均為國家標準或《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版增補版）里面的方法.

實驗所用試劑均為優(yōu)級純或分析純.

1.3 Hakanson潛在生態(tài)風險評價

文中采用Hakanson[8]的重金屬潛在生態(tài)風險評價法評價底質(zhì)中重金屬的潛在危害性，其計算方法為：

表1 重金屬參照值()與毒性響應系數(shù)()

表1 重金屬參照值()與毒性響應系數(shù)()

?

表2 潛在生態(tài)風險評價指標與分級關系

1.4 重金屬形態(tài)分析

采用Tessier[11]等提出的五步提取法提取沉積物中6種重金屬的形態(tài)，即可交換離子態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳氧化物結合態(tài)、有機結合態(tài)和殘渣態(tài)，可交換離子態(tài)重金屬被吸附在腐殖質(zhì)、粘土表層，易遷移轉(zhuǎn)化和被植物吸收；碳酸鹽態(tài)重金屬被吸附在碳酸鹽表面或以共沉淀形式存在，當pH值下降易重新釋放入環(huán)境中[12]；鐵錳氧化物結合態(tài)重金屬以礦物外囊物和細分散顆粒存在，在鐵錳氧化物表面被吸附和共沉淀，pH、Eh較高時有利于該形態(tài)的形成；有機結合態(tài)重金屬主要以有機態(tài)或有機絡合態(tài)存在，與土壤結合力較強；殘渣態(tài)重金屬存在于硅酸鹽礦物晶格中，正常條件下不易釋放.

陳靜生等[6-7]把顆粒物中的原生礦物稱為原生相，把原生礦物的風化產(chǎn)物（可交換離子、碳酸鹽與鐵錳氧化物等）和外來的次生物質(zhì)（如有機質(zhì)等）統(tǒng)稱為次生相，并提出用存在于次生相中重金屬的含量與存在于原生相中重金屬的含量的比值來評價沉積物中重金屬的來源和污染水平.計算公式為：RSP=Msec/Mprim，式中RSP表示污染程度，Msec表示次生相中重金屬的含量，Mprim表示原生相中重金屬的含量，RSP＜1為無污染，1≤RSD＜2為輕度污染，2≤RSD＜3為中度污染，RSD≥3為重度污染.

2 結果與討論

2.1 表層沉積物中重金屬的含量

底質(zhì)樣品中Cu、Zn、Cr、Ni、As、Hg等6種重金屬的含量見表3，范圍分別為24～262，92.5～423，58～119，18～108，12.4～290，0.044～0.401 mg/kg，平均值分別為123.8、221.4、75.8、35.5、110.1、0.156 mg/kg，其中大余新城的Hg含量最高，是最低點位新廟前的9.11倍，是贛州市表土背景值的6.68倍，茶灘的Cu、As含量最高，分別是最低點位新廟前、東山橋的10.9、23.4倍，市自來水廠Zn、Cr、Ni含量最高，分別是最低點位新廟前、茶灘、博羅的4.57、2.05、6.00倍.

表3 表層沉積物中重金屬的含量/（mg·kg-1）

2.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)評價

贛州市重點區(qū)域河流底質(zhì)重金屬的潛在生態(tài)風險評價結果見表4.6種重金屬的潛在生態(tài)風險因子（從大到小依次為As＞Hg＞Cu＞Ni＞Cr＞Zn，As、Hg為強危害程度，Cu為中等危害程度，Ni、Cr、Zn為輕微危害程度；As在茶灘點位為極強危害程度，在市自來水廠為很強危害程度，在大余新城為強危害程度；Hg在大余新城和市自來水廠為很強危害程度，在東山橋和茶灘為中等危害程度；Cu在茶灘點位為強危害程度，在大余新城和市自來水廠為中等危害程度；Ni在市自來水廠為中等危害程度；其余為輕微危害程度.值得注意的是，6個點位中新廟前和博羅點位Hg監(jiān)測含量分別為0.044 mg/kg和0.047 mg/kg，都低于贛州市表土環(huán)境背景值（0.06 mg/kg），但因Hg的毒性響應系數(shù)最大且大余新城和是自來水廠點位Hg含量高，故Hg成為強危害程度元素.

以多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）來看，市自來水廠、茶灘、大余新城點位的RI處于300≤RI＜600之間，處于強生態(tài)危害程度，新廟前、東山橋、博羅三點位處于輕微危害程度.6個點位平均生態(tài)危害程度為中等.

綜上所述，贛州市河流底泥受到一定程度的As、Hg污染，其中As的污染最為嚴重，在茶灘點位甚至到了極強危害程度；市自來水廠潛在生態(tài)危害指數(shù)為強危害程度，因其特殊功能更需引起相關部門的重視.

表4 重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)（）和危害指數(shù)（RI）

表4 重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)（）和危害指數(shù)（RI）

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2.3 重金屬形態(tài)分析

Tessier連續(xù)提取法測得底質(zhì)中6種重金屬Cu、Zn、Cr、Ni、As、Hg各形態(tài)分布特征見圖1.重金屬在各監(jiān)測點位因元素不同而呈現(xiàn)出明顯的差異，由圖1可知，新廟前和東山橋具有較為相似的重金屬形態(tài)分布特征，Cu在新廟前和東山橋點位主要以殘渣態(tài)為主（分別為57.48%和72.86%），大余新城Cu有機結合態(tài)（37.33%）、茶灘和市自來水廠Cu鐵錳氧化物結合態(tài)（33.52%、30.81%）也占有一定的比例；Zn在次生相中主要以碳酸鹽結合態(tài)為主（10.53%～35.66%），Cr主要以殘渣態(tài)為主，其次為可交換離子態(tài)（14.58%～18.98%），Ni在次生相中以鐵錳氧化物結合態(tài)為主，市自來水廠Ni有機結合態(tài)也占有一定比例（33.43%）.

As在大余新城、茶灘和市自來水廠三點位各形態(tài)含量都較多，與其受污染程度有關，可交換離子態(tài)與碳酸鹽結合態(tài)之和占28.69%～47.94%，易釋放入水中從而對水體產(chǎn)生二次污染.大余新城Hg主要以有機結合態(tài)為主（42.62%），市自來水廠Hg主要以鐵錳氧化物結合態(tài)為主（45.17%），在一定的環(huán)境狀況下都將對水體產(chǎn)生嚴重的污染.

圖16 個監(jiān)測點重金屬元素不同形態(tài)分布特征

2.4 次生相與原生相比值法評價結果

各監(jiān)測點位6種重金屬在兩相中的分布比值（RSP）如圖2，大余新城Cu（RSP=7.26）、As（RSP=9.10）、Hg（RSP=7.93），茶灘Cu（RSP=6.61）、As（RSP=15.84），博羅Cu（RSP=5.84），市自來水廠Cu（RSP=6.65）、Zn（RSP=3.62），Ni（RSP=5.85）、As（RSP=8.08）、Hg（RSP=3.33）均大于3，屬重度污染；大余新城Zn（RSP=2.04）、茶灘Zn（RSP=2.46）為中度污染；博羅Zn（RSP=1.52）、市自來水廠Cr（RSP=1.19）為輕微污染；新廟前點位各重金屬元素RSP均小于1，為無污染.

圖2 次生相與原生相分布比值法對6種重金屬的評價結果

結果可知，次生相與原生相比值法（RSP）評價結果與潛在生態(tài)風險評價法評價結果有一定的差異，主要是評價方法及評價指標體系的不同造成的.因此，在生態(tài)風險評價過程中，兩種方法都應加以考慮.

3 結論

（1）贛州市河流底質(zhì)受到一定程度的重金屬污染，潛在生態(tài)風險因子（）從大到小依次為As＞Hg＞Cu＞Ni＞Cr＞Zn，其中As、Hg為強危害程度，平時環(huán)保工作中需特別注意.市自來水廠、茶灘、大余新城點位重金屬處于強生態(tài)危害程度，新廟前、東山橋、博羅三點位處于輕微危害程度，6個點位平均生態(tài)危害程度為中等.

（2）As在大余新城、茶灘和市自來水廠3點位各形態(tài)含量都較多，大余新城Hg主要以有機結合態(tài)為主，市自來水廠Hg主要以鐵錳氧化物結合態(tài)為主，Cu在新廟前和東山橋點位主要以殘渣態(tài)為主，Zn在次生相中主要以碳酸鹽結合態(tài)為主，Cr主要以殘渣態(tài)為主，Ni在次生相中以鐵錳氧化物結合態(tài)為主，在以后的環(huán)境治理中可根據(jù)各自形態(tài)提出不同的方法進行治理.

（3）應綜合考慮潛在生態(tài)風險評價法和次生相與原生相比值法（RSP）在生態(tài)風險評價中的作用，同時增加對兩種方法評價指標體系的研究，為未來評價工作常態(tài)化、程序化打好基礎.

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Potential ecological risk assessment and configuration analysis of heavy metals in the surface sediments from rivers in Ganzhou

CHAI Min-ping1,WU Wei-ming1,LI Jin-hui1,DENG Xiu-long2,LU Lin2

(1.School of Metallurgy and Chemical Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China;2.Ganzhou Environmental Monitoring Station,Ganzhou 341000,China)

This paper makes a potential ecological risk assessment and form analysis of 6 heavy metals in sediment of Ganzhou rivers.The results show that Hg and As have reached a strongly harmful degree,and Cu medium,Ni,Cr and Zn a slight degree.The heavy metals in Ganzhou city water plants,Tea beach,and Dayu Newtown all show a strong bad effect on ecology and the effect in Xin Miao Qian,Dong Shan Bridge,Bo Luo is slight.As exists in Municipal waterworks,Tea beach,Dayu Newtown in each form content.Hg mainly exists in the form of organic combination in Dayu Newtown,while iron and Mn oxide combination in Municipal waterworks.Under certain environmental conditions,the heavy metals are all easy to leach to bring secondary pollution,especially As should be paid more attention.Results also reveal that some differences exist between the method of potential ecological risk assessment and the ratio method of secondary phrase to primary phrase.

Ganzhou;sediment;heavy metals;potential ecological risk assessment;form distribution characteristics

X820.4

A

2012-03-07

江西省教育廳科技資助項目（GJJ10157）

柴敏平（1987-），男，碩士研究生，主要從事環(huán)境監(jiān)測與評價等方面的研究，E-mail：chaiminping@163.com.

2095-3046（2012）03-0001-05