大凌河河口沉積物重金屬分布特征及生態(tài)風險評價

大凌河河口沉積物重金屬分布特征及生態(tài)風險評價

河口是河流和海洋的交匯處。它是污染物轉移和轉化的目標和積累的生態(tài)環(huán)境相對特殊、脆弱的地區(qū)。重金屬是陸源污染物進入近海的重要污染物之一,環(huán)境中的懸浮顆粒物吸附了大量的金屬離子,經(jīng)常年累月的絮凝沉降,使沉積物中儲存了大量的重金屬。沉積物中的重金屬一方面可以通過沉積物的再懸浮和解吸作用重新進入水體而造成二次污染;另一方面可以通過水生和底棲生物的攝取、富集放大作用進入食物鏈從而危害人類健康,日本水俁病和骨痛病就是沉積物中重金屬污染對人類健康產生影響的典型例子。因此,對沉積物中重金屬污染及潛在生態(tài)風險評價的研究具有重要的意義。大凌河是遼寧省西部最大的河流,經(jīng)凌海市匯入渤海遼東灣。近些年,隨著周邊地區(qū)工農業(yè)的快速發(fā)展,大量工農業(yè)廢水和生活污水直接排入大凌河,作為天然污染物質儲存和凈化場所的河口濕地污染負荷增加、生態(tài)系統(tǒng)退化、渤海海域污染嚴重。目前,對渤海沉積物中重金屬的研究主要集中在渤海西部地區(qū),對于渤海遼東灣河口濕地地區(qū)沉積物中重金屬研究鮮有報道。因此,本研究對渤海遼東灣大凌河河口地區(qū)表層沉積物中重金屬污染分布特征進行研究,利用潛在生態(tài)風險指數(shù)法對該地區(qū)重金屬的潛在生態(tài)風險進行評價,以期為河口濕地保護和渤海海洋環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。1材料和方法1.1點按區(qū)域劃分2011年5月,利用抓斗式采泥器采集渤海灣大凌河流域30個表層沉積物樣品,采樣點具體分布見(圖1)。將所有采樣點按區(qū)域劃分為大凌河流域(R01-R07)、大凌河入海河口區(qū)域(E01-E06)、濕地地區(qū)(W01-W05)、渤海遼東灣近海海域(S01-S07)及錦州灣(B01-B04);并于大凌河中下游地區(qū)某造紙廠排污口處設置一個排污口(Sew)采樣點。樣品經(jīng)冷凍干燥后,用瑪瑙研缽研磨后過200目篩絹網(wǎng),充分混勻后密封保存用于重金屬含量的測定。1.2直接汞分析hg重金屬Pb、Cr、As、Cd、Cu和Zn采用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS7700X型)測定(EPA6020a);Hg利用直接汞分析儀USATeledyneLeemanLabs(Hydra-C型)測定(EPA7473)。每批處理10個樣品中均設置空白、重復樣品與標準樣品進行質控,用于質控的標準品結果與參考值相比以及重復樣品重現(xiàn)性均<3%。2結果與討論2.1表面沉積物中重金屬污染分布特征2.1.1重金屬濃度范圍大凌河30個表層沉積物樣品中七種重金屬含量測定結果見表1。測定的Pb、Cr、Hg、As、Cd、Cu和Zn重金屬濃度范圍分別為16~93,33~78,0.0085~0.25,5.0~24,0.10~1.6,5.0~71和28~320mg·kg-1。調查區(qū)域表層沉積物中重金屬含量總體水平較低,除排污口Cd含量略高于國家海洋沉積物質量Ⅱ類標準(GB18668-2002)外,其它六種重金屬含量最高值均低于國家質量Ⅱ類標準。2.1.2造紙廠排污口和濕地沉積重金屬含量分布各采樣點重金屬總含量分布見圖2。從圖中可以看出,所調查流域出現(xiàn)一處明顯點源污染(Sew),該點沉積物樣品采集于大凌河中下游地區(qū)某造紙廠排污口處,此采樣點各重金屬含量極顯著高于其它地區(qū)(P<0.01),表明造紙廠排污口沉積物中重金屬污染較為嚴重。以造紙廠排污口為分界點,將大凌河流域采樣點劃分為造紙廠上游流域(R01-R03)和下游流域(R04-R07)進行討論,得出造紙廠下游采集的沉積物樣品重金屬含量顯著高于其上游地區(qū)(P<0.05),說明造紙廠排污對其下游流域環(huán)境造成顯著污染。并且,表層沉積物重金屬含量呈現(xiàn)出造紙廠下游流域>河口及濕地地區(qū)>近海海域(P<0.05)的趨勢,顯示出大凌河河口及濕地地區(qū)對陸源污染物向海洋排放具有一定的緩沖作用。此外,錦州灣(B01)采樣點沉積物中重金屬含量較高,顯示出此區(qū)域有不明污染源的排放,應給予注視。2.1.3大凌河沉積物重金屬污染同源性利用SPSS統(tǒng)計軟件分析沉積物樣品中各重金屬間的相關系數(shù),結果見表2。從表中可以看出,大凌河沉積物中Pb、Cr、Hg、As、Cd、Cu和Zn七種重金屬含量之間存在著極顯著(P<0.01)的相關關系(0.49~0.91),在一定程度上反映了上述七種重金屬污染的同源性,這與已報道的結果相一致。2.2重金屬潛在生態(tài)風險的評估2.2.1評價方法的確定目前,國際上有多種對沉積物中重金屬生態(tài)風險進行評價的方法,如污染負荷指數(shù)法、地積累指數(shù)法、臉譜圖法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法等,本研究采用瑞典學者Hakanson于1980年建立的潛在生態(tài)風險指數(shù)法對大凌河地區(qū)沉積物中重金屬潛在生態(tài)風險進行評價。此法是應用沉積學原理評價沉積物中污染物質污染及生態(tài)危害的一種方法,綜合考慮了污染物毒性及其遷移轉化規(guī)律,研究區(qū)域對污染物質的敏感程度和區(qū)域背景值差異的因素,從而消除了區(qū)域差異和異源污染的影響,適合大尺度區(qū)域不同源沉積物間的評價比較。計算公式為:Cfi=CDiCri-1,Cd=∑Cfi,Eri=Tri×Cfi,RI=∑Eir式中:Cfi為重金屬污染系數(shù);CDi為表層沉積物樣品濃度實測值(mg·kg-1);Cri為沉積物背景參比值(mg·kg-1);Cd為沉積物重金屬綜合污染程度;Eri為某一種重金屬潛在生態(tài)風險系數(shù),用來反映重金屬的毒性水平及生物對重金屬污染的敏感程度;Tri為污染物毒性相應系數(shù);RI為沉積物多種重金屬潛在生態(tài)風險指數(shù),等于所有重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)的總和。本研究沉積物重金屬的背景值采用大凌河河口地區(qū)采集沉積柱中1960年樣品中重金屬的含量,沉積物重金屬的背景值和毒性系數(shù)見表3,生態(tài)危害程度的評價標準見表4。2.2.2潛在生態(tài)風險按照潛在生態(tài)風險指數(shù)法評價大凌河河口地區(qū)表層沉積物樣品中單一重金屬的潛在生態(tài)風險系數(shù)(Eir)和重金屬綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)(RI),計算結果見表5。由表5可以看出,本研究區(qū)域表層沉積物樣品中單一重金屬潛在生態(tài)風險系數(shù)平均值都小于40,均處于低生態(tài)風險;但排污口(Sew)和錦州灣(B01)號站位Hg的潛在危險處于高生態(tài)風險,Cd處于中等生態(tài)風險;排污口下游流域(R04-R07)Hg的潛在危險處于中等生態(tài)風險水平。七種重金屬的潛在生態(tài)風險系數(shù)由大至小排序為:Hg>Cd>As>Cu>Pb>Cr>Zn,Hg的潛在生態(tài)危害系數(shù)最高,表明Hg是大凌河河口地區(qū)主要潛在生態(tài)風險因子。大凌河河口Hg污染較重可能與大凌河常年接納其下游某造紙廠水銀電解裝置電解產生的含Hg廢水有關。七種重金屬綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)平均值為69,遠小于135,屬于低生態(tài)危害范疇;從空間分布可以看出,研究區(qū)域內出現(xiàn)了兩個潛在生態(tài)危害指數(shù)高值站位,分別為排污口(Sew)和錦州灣(B01),處于中度生態(tài)風險。3重金屬污染治理與開放系統(tǒng)分析(1)大凌河河口地區(qū)表層沉積物重金屬出現(xiàn)一處明顯的點源污染,位于大凌河造紙廠排污口(Sew)采樣點,并且顯著影響其下游流域沉積物中重金屬含量(P<0.05)。(2)錦州灣(B01)采樣點沉積物中重金屬含量較高,表明此區(qū)域有不明污染源的排放,應給予注視。(3)河口濕地對陸源重金屬污染物向近海排放具有一定的緩沖作用。(4)通過對表層沉積物重金屬間相關性分析得出,Pb、Cr、Hg、As、Cd、Cu和Zn七種重金