滴水湖及其引水河道沉積物重金屬時空變化趨勢及生態(tài)風險評價.pdf

1、滴水湖作為目前國內(nèi)最大的人工湖泊，位于上海市臨港新城，總面積達5.56 km2。滴水湖水源來自大治河水，經(jīng)隨塘河、農(nóng)場中心河、蘆潮引河，再由滴水湖周邊河網(wǎng)水系引水入湖，最終流入東海。重金屬具有難降解、可通過食物鏈富集、強生物毒性等特點，了解其污染狀況、時空分布、污染來源對于滴水湖湖泊污染防治具有重要現(xiàn)實意義。
　　本論文以上海滴水湖及其引水河道中的表層沉積物為研究對象，于2011年2月-2012年10月，在滴水湖及其引水河道共10

2、個采樣點，每個季度個采集一次，共8次。本論文測定了滴水湖湖區(qū)、閘內(nèi)引水河、閘外引水河的沉積物7種重金屬（Cu、Pb、Cr、Cd、Zn、Hg、As）的總量及不同賦存形態(tài)的含量、總有機碳、總氮等指標，并分析了其時空分布變化特征，并選用相應的評價方法對其環(huán)境生態(tài)風險進行了探討，分析了其污染來源，以期加強人們對滴水湖重金屬污染的系統(tǒng)認識，為滴水湖的水質(zhì)管理提供更詳實的基礎(chǔ)資料。研究結(jié)果如下：
　?。?）2011年-2012年期間，滴水湖及

3、其引水河道沉積物中7種重金屬的年平均值為Zn(202.719mg·kg-1)> Cr(24.806mg·kg-1)> Pb(22.586mg·kg-1)>Cu(20.924mg·kg-1)>As(14.448mg·kg-1)>Hg(0.494mg·kg-1)>Cd(0.475mg·kg-1)。滴水湖水系沉積物中重金屬存在鮮明的空間分布特征，引水河道重金屬含量高于湖區(qū)，并呈現(xiàn)隨塘河三三公路段>閘外引水河>閘內(nèi)引水河>滴水湖湖區(qū)的趨勢。滴水

4、湖水系沉積物重金屬與TOC、TN之間存在極為顯著的兩兩相關(guān)性。TOC與重金屬之間的極顯著正相關(guān)性表明這些元素在沉積物中與有機質(zhì)結(jié)合緊密；TN與滴水湖重金屬之間基本呈現(xiàn)負相關(guān)性，說明與重金屬不存在共同來源，甚至存在拮抗作用。主成分分析表明，滴水湖沉積物中7種重金屬污染可由兩個主成分來反映。前兩個主成分其累計貢獻率為80.788％。第一主成分的貢獻率為68.978%，7種重金屬Cd、Pb、Cr、As、C u、Hg、Zn及TOC都表現(xiàn)出較高的

5、正載荷。第二主成分的貢獻率為11.810%，只有TN呈現(xiàn)出較高的正載荷。說明第一主成分代表所研究的重金屬的主要污染來源，人類活動和大氣沉降。
　?。?）采用BCR連續(xù)提取法對重金屬的形態(tài)進行研究。結(jié)果表明，Hg、As、C r、Zn（除隨塘河三三公路段）在滴水湖引水河道及其引水河各采樣點總體以殘渣態(tài)為主，其殘渣態(tài)的年平均含量分別為0.296 mg·kg-1、10.724 mg·kg-1、15.706 mg·kg-1、81.594 m

6、g·kg-1，生物有效性較弱；Cu以殘渣態(tài)為主（年平均含量為12.522 mg·kg-1），其次為鐵/錳氧化物結(jié)合態(tài)（年平均含量為6.029mg·kg-1）；Cd在各采樣點的可提取態(tài)普遍高于殘渣態(tài)，在可提取態(tài)中以可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)為主要賦存形態(tài)；Pb在各采樣點主要以殘渣態(tài)和鐵/錳氧化物結(jié)合態(tài)存在。運用Pears on相關(guān)性分析法對滴水湖及其閘外、閘內(nèi)引水河沉積物中重金屬5種賦存形態(tài)含量進行兩兩間相關(guān)分析，并進一步將其與TOC、TN含

7、量進行相關(guān)性分析。7種重金屬的5種不同形態(tài)與TOC相關(guān)性顯著。除Hg外，所有重金屬的還原態(tài)及氧化態(tài)含量與TOC的相關(guān)性最為顯著，兩形態(tài)的質(zhì)量分數(shù)主要受有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的影響。TN與Cd、Hg的水溶態(tài)、弱酸態(tài)、還原態(tài)、氧化態(tài)之間表現(xiàn)出顯著的負相關(guān)性，而只與Cd的殘渣態(tài)呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)性。此外，Cu的水溶態(tài)和弱酸態(tài)及Pb的弱酸態(tài)與TN也都呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)性。
　?。?）基于滴水湖沉積物總量，通過兩種不同的評價方法對沉積物中重金屬污

8、染狀況進行評價。以Hakanson潛在生態(tài)風險指數(shù)法對滴水湖及其引水河道沉積物中7種重金屬的污染狀態(tài)進行生態(tài)風險評價，湖區(qū)及引水河道10個采樣點的沉積物中重金屬潛在生態(tài)風險指數(shù)R I均值為616.344，具有很強潛在生態(tài)風險。各重金屬的生態(tài)風險系數(shù)從大到小為Hg>Cd>As>Cu>Pb>Zn>Cr。Hg與Cd在各采樣點表現(xiàn)為極強生態(tài)危害，各采樣點的Eri均值分別為395.306、158.226，是滴水湖及其引水河道表層沉積物中主要的生態(tài)

9、風險因子。從空間分布上看，各采樣點的生態(tài)風險程度依次為閘外引水河>閘內(nèi)引水河>滴水湖湖區(qū)。根據(jù)平均沉積物質(zhì)量基準系數(shù)(SQG-Q)評價，滴水湖水系各采樣點的平均沉積物質(zhì)量基準系數(shù)(SQG-Q)的范圍為0.242-0.903，均在0.1-1之間，表現(xiàn)為中等潛在不利生物效應。在研究區(qū)域上，閘外引水河中隨塘河三三公路段的SQ G-Q值為0.903，接近1，應該引起重視。
　　基于形態(tài)學研究利用RSP次生相與原生相比值法對重金屬形態(tài)進行污

10、染評價。研究結(jié)果表明，滴水湖水系表層沉積物重金屬元素中Cd的RSP污染指數(shù)最高，平均值為1.268，各采樣點總體呈現(xiàn)輕度污染，但在隨塘河三三公路段呈中度污染。7種重金屬元素的污染程度進行排序，大致如下：Cd>Pb>Zn>Cu>Cr>Hg>As。
　　滴水湖水系沉積物重金屬生態(tài)風險評價結(jié)果顯示，基于重金屬總量的評價方法相較于重金屬形態(tài)評價方法，其生態(tài)風險程度較強。從不同采樣點的污染排序來看，兩種方法所得結(jié)果基本相同，各采樣點的重金屬