蔣奕雄 崔利峰 凌偉專 鄒麗珍 曾 濤

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福建省重要江河沉積環(huán)境硫化物狀況調(diào)查*

蔣奕雄 崔利峰 凌偉專 鄒麗珍 曾 濤

福建省淡水水產(chǎn)研究所

根據(jù)2009—2010年閩江、富屯溪、建溪及九龍江等福建省重要江河沉積物調(diào)查數(shù)據(jù)，對這些水域沉積環(huán)境的硫化物、有機碳及重金屬等進行了研究。結(jié)果表明，各流域硫化物含量在0.9347 ~ 3.9088μmol·g-1之間，有機碳含量在0.86 % ~ 2.48 %之間，兩者高值區(qū)域主要集中在汀江、九龍江，基本反映了沿岸人類活動的強度。沉積物重金屬含量基本呈現(xiàn)出Cu＞Pb＞As＞Cd＞Hg的趨勢，Cu和Pb是主要污染重金屬，但Pb和Cd對水生生物產(chǎn)生毒性的潛力較高；SEM含量在0.44 ~ 2.99μmol·g-1之間，高值站位出現(xiàn)在汀江流域，可能與汀江上中游存在的大規(guī)模礦山開采有關(guān)。各流域SEM/AVS（摩爾比值）均小于1，沉積物中AVS含量足以有效固定其中的重金屬，重金屬潛在生態(tài)危害風(fēng)險較小。

江河 沉積環(huán)境 硫化物 福建省

河流沉積物是江河自然過程和人類活動影響過程中的產(chǎn)物，不僅能反映河流污染的歷史狀況[1-2]，而且還能反映河流環(huán)境情況。特別是重金屬既可以被沉積物吸附結(jié)合，又可在沉積環(huán)境發(fā)生變化時釋放，從而影響水環(huán)境。自Di Toro[3]首次報道水體沉積物中酸可揮發(fā)性硫化物（AVS，Acid volatile sulfide）對Cd的生物有效性的強烈影響后，沉積物中的硫化物已成為水環(huán)境重金屬質(zhì)量評價研究的熱點。

有研究表明，硫化物對沉積物中重金屬在水和沉積物間的分配行為具有決定性影響，是重金屬活性和毒性的重要控制因素[4-6]，可以成為沉積物質(zhì)量評價的有效工具。因此通過研究沉積物中硫化物與同步提取檢測的重金屬（Simultaneous Extracted Metal，即SEM）含量及其變化，對于評價水環(huán)境重金屬生物有效性具有重要意義。福建水系密布，河流眾多，江河是經(jīng)濟發(fā)展的重要生態(tài)載體，近年來河流沿岸開發(fā)等人工活動增加，畜禽及網(wǎng)箱養(yǎng)殖密度不小，工業(yè)廢水和生活污水無序排放，使得河流富營養(yǎng)化逐步加劇，水域生態(tài)環(huán)境受到破壞。目前對福建省河流沉積物中硫化物分布特征的研究還未見報道，因此本文以2009—2010年沉積物硫化物及重金屬監(jiān)測結(jié)果為依據(jù)，探討福建省重要河流硫化物和重金屬的分布特征、環(huán)境因子及生態(tài)危害等，以期為福建河流重金屬污染評價及防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

依據(jù)福建省重要河流流域分布設(shè)置閩江、富屯溪、金溪、沙溪、古田溪、建溪、汀江和九龍江等8個采樣點，站位布設(shè)見圖1。用彼得森底泥采樣器采集表層沉積物樣品，采樣后迅速裝入塑料袋驅(qū)除空氣并密封，運回實驗室后于0～4℃的冰箱中保存，并盡快開展樣品測定及實驗。采樣時間選擇在每年8~9月。

1—閩江：118°44′30′′ E，26°19′36′′ N；2—富屯溪：117°36′56′′ E，27°08′53′′ N；3—金 溪：117°43′01′′ E，26°47′55′′ N；4—沙溪：117°59′30′′ E，26°33′07′′ N；5—古田溪：118°27′06′′ E，26°23′36′′ N；6—建溪：118°50′12′′ E，26°36′51′′ N；7—汀江：118°14′18′′ E，27°08′12′′ N；8—九龍江：116°33′54′′ E，24°40′40′′ N

圖1 福建省重要河流流域沉積物調(diào)查站位布設(shè)圖

1.2 樣品分析測定

參考海洋沉積物硫化物測定方法[7]，改進氮載氣冷法酸溶硫化物分析技術(shù)[8]碘量法測定沉積物中硫化物，沉積物樣品風(fēng)干后研磨過60目篩，采用重鉻酸鉀氧化—還原容量法[7][9]測定其中有機碳含量。重金屬測定采用原子吸收分光光度法測定銅、鉛、鎘[10-12]，原子熒光法測定總汞、總砷[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 硫化物分布特征及與有機碳關(guān)系

表層沉積物硫化物對生態(tài)環(huán)境的影響遠高于下層[14]，因此本研究的主要對象為表層沉積物。

2009—2010年福建省重要河流流域沉積物硫化物和有機碳監(jiān)測結(jié)果見表1。結(jié)果表明，各流域硫化物含量在0.9347 ~ 3.9088μmol·g-1之間，有機碳含量在0.86 % ~ 2.48 %之間，兩年硫化物平均值在1.0169 ~ 3.4438μmol·g-1之間，有機碳平均值在1.08 % ~ 2.26 %之間。通常硫化物含量差異與污染物的污染狀況有關(guān)，污染程度高，硫酸鹽還原菌作用強，還原性硫的含量也會增加，古田溪和金溪沿岸開發(fā)活動較少，硫化物含量水平維持在較低水平，高值區(qū)域主要集中在汀江、九龍江，造成這一現(xiàn)象的原因可能是沿岸工礦業(yè)發(fā)達，畜禽養(yǎng)殖分布眾多，人為活動影響較大；與此相對應(yīng)的是有機碳含量也較高，沉積物中的H2S 來源于硫酸鹽還原細菌（SRB）對有機質(zhì)的氧化[15]，陸源含氮有機質(zhì)的輸入易被硫酸鹽還原菌利用，從而有利于硫化物的增加，這與武漢東湖[16]、新疆博斯騰湖[17]等水域情形基本一致，同樣反映了沿岸人類活動的強度。

表1 福建省重要河流流域沉積物硫化物和有機碳監(jiān)測結(jié)果

2.2 重金屬分布特征及AVS和SEM關(guān)系

2009—2010年福建省重要河流流域沉積物重金屬（Cu，Pb，Cd，Hg，As）監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 福建省重要河流流域沉積物重金屬監(jiān)測結(jié)果 單位：μmol·g-1

結(jié)果表明，沉積物中重金屬的兩年平均含量基本呈現(xiàn)Cu＞Pb＞As＞Cd＞Hg的趨勢，其中Cu和Pb是主要污染重金屬，約占SEM總量的90%。但含量高的重金屬元素并不表示其對水生生物產(chǎn)生毒性的潛力大，與水體沉積物中金屬元素對底棲生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)的閾值（見表3）比較，各流域Pb和Cd介于低限效應(yīng)值和上限效應(yīng)值之間，而Cu除汀江、建溪和九龍江流域外其他流域均低于低限效應(yīng)值。一般認為，重金屬含量低于低限效應(yīng)值（TEL）幾乎不會對生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)，高于上限效應(yīng)值（UET）會經(jīng)常產(chǎn)生毒性，介于兩者之間則會偶然產(chǎn)生毒性效應(yīng)[18]，由此推斷Pb和Cd可能產(chǎn)生的生物有效性高于Cu，有對底棲生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)的潛力。

表3 水體沉積物中金屬元素對底棲生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)的閾值[19]（單位：μmol·g-1）

2009—2010年福建省主要河流流域AVS和SEM關(guān)系見表4。

表4 福建省重要河流流域沉積物AVS和SEM關(guān)系

沉積物中重金屬多為親硫元素，其生物有效性和生物毒性與沉積物中AVS和SEM濃度的比值（SEM/AVS）存在密切聯(lián)系[3, 19]，當(dāng)SEM/AVS < 1時，與沉積物結(jié)合的重金屬不會對水生生物產(chǎn)生毒性；當(dāng)SEM/AVS > 1時，沉積物中的重金屬具有潛在生物毒性。從表4可見，各流域SEM含量在0.44 ~ 2.99μmol·g-1之間，兩年SEM平均含量在0.47 ~ 1.78μmol·g-1之間，高值站位出現(xiàn)在汀江流域，重金屬污染較大，這可能與汀江上中游存在的大規(guī)模礦山開采有關(guān)。SEM/AVS（摩爾比值）均小于1，說明沉積物中AVS含量足以有效固定其中的重金屬，降低其遷移性，從而使得間隙水中重金屬自由離子（此部分重金屬最易為底棲動物所利用）較低，重金屬潛在生態(tài)危害風(fēng)險較小。

3 結(jié)論

（1）2009—2010年福建省重要河流流域沉積物硫化物和有機碳分布與污染物的污染狀況有關(guān)，高值區(qū)域主要集中在汀江、九龍江，受沿岸人類活動和入河污染物的輸入影響大。

（2）各流域沉積物重金屬（Cu，Pb，Cd，Hg和As）的兩年平均含量基本呈現(xiàn)Cu＞Pb＞As＞Cd＞Hg的趨勢，其中Cu和Pb是主要污染重金屬，約占SEM總量的90%，但Pb和Cd含量高于對底棲生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)的低限效應(yīng)值，有對底棲生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)的潛力。

（3）各流域SEM含量在0.44 ~ 2.99μmol·g-1之間，兩年SEM平均含量在0.47 ~ 1.78μmol·g-1之間，高值站位出現(xiàn)在汀江流域，這可能與汀江上中游存在的大規(guī)模礦山開采有關(guān)。各流域SEM/AVS（摩爾比值）均小于1，說明沉積物中AVS含量足以有效固定其中的重金屬，降低其遷移性，從而使重金屬潛在生態(tài)危害風(fēng)險較小。

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福建省省屬公益類科研院所基本科研專項（編號：2014R1002—5）。