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鸭绿江口湿地沉积物-上覆水重金属环境质量状况及其生态风险评价*

更新时间:2009-03-28

重金属是湿地生态环境中极为重要的环境因子,对湿地生态系统有着显著的影响,因此,一直受到湿地生态学、土壤学等多个学科的关注[1]。研究表明,进入水体中的重金属主要在沉积物中富集,并通过水与沉积物之间的交换在液-固两相之间转移[2-3]。重金属污染物不同于有机污染物,很难通过自然生物过程得以降解[4];相反,重金属可在生物体内富集而转化为毒性更强的复合物[5-6],从而导致生态风险。

鸭绿江口湿地位于辽宁省东港市境内,地处黄海海岸线的最北端,东起鸭绿江口的文安滩岛,西与大连庄河市接壤,北至鹤大公路,南临黄海,总面积108 057 hm2,大体位置为123°30′E~124°20′E、39°40′N~40°10′N,主要入海河流为鸭绿江和大洋河。由于河口地区人类活动的加剧,倾泻到鸭绿江河口地区的工农业污染物以及生活污水也在不断增加,另外湿地东西两端的两条主要河流——鸭绿江和大洋河为湿地带来了大量的污染物质,使得该地区生态环境压力日益增加[7]12,[8]431,[9]37

本研究对鸭绿江口湿地上覆水和沉积物两种介质中重金属污染的空间分布特征及污染程度进行研究,并对研究区域沉积物中重金属的潜在生态风险进行评价,以期为鸭绿江口湿地重金属环境污染研究及环境保护提供科学依据。

1 样品采集与分析方法

1.1 样品采集

考虑到研究区域的实际情况和地形地貌特点,结合研究目标,选取了34个代表性点位,其布设见图1,其中1#~12#点位组成断面1,代表鸭绿江主河道;13#~18#点位组成断面2,代表鸭绿江西水道;19#~23#、24#~28#点位组成断面3、4,均代表潮滩,分别记为潮滩1、2;29#~34#点位组成断面5,代表大洋河口。

援疆干部一六七团党委常委、副团长韩任章在一六七团工作期间,结下的第一个亲戚是赛力克,虽然民族不同,语言不同,但是通过“民族团结一家亲”活动却结下了深厚的友谊。

②外出务工的农民,多数是受过良好教育和拥有一技之长的高素质青壮年。实际务农多数为妇女与老人,身体素质差,组织协调能力弱,使农村坑塘建设所需人力资本严重稀缺,难以承担坑塘建设的人力需求。

  

图1 鸭绿江口湿地采样点位分布Fig.1 Location map of sampling stations in the Yalu River Estuary wetland

2.2.1 上覆水重金属污染评价

带回实验室进行预处理,其中水样在分析处理前保存于4 ℃冰箱中。沉积物样品在室温下经自然风干,去除石块、植物残体等杂物,放于烘箱内中烘干至恒重,用研钵研磨后过200目筛,置于聚乙烯密封袋中存放。

1.2 分析方法

从研究结果来看,鸭绿江口湿地不同区域上覆水污染强度为:鸭绿江主河道>鸭绿江西水道>潮滩>大洋河口。

1.3 评价方法与标准

1.3.1 上覆水质量评价

内梅罗指数法是水质评价最常用的综合评价方法[11-13],采用内梅罗指数法对上覆水污染情况进行综合评价,计算公式如下:

 

(1)

 

(2)

考虑到评价方法的一致性问题,参考文献[15]至[18],对沉积物中重金属污染状况的评价也采用内梅罗指数法。评价标准值采用《海洋沉积物质量》(GB 18668—2002)[19]中的一类标准,污染等级划分同样参照表1。

REUBROYCHAROEN Prasert(1980-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事多相催化与化学反应工程研究。

 

1 内梅罗指数分级标准Table 1 Pollution degree based on Nemerow index method

  

指标清洁(Ⅰ)较清洁(Ⅱ)轻污染(Ⅲ)中污染(Ⅳ)重污染(Ⅴ)P<0.60.6^<1.01.0^<2.62.6^<5.0≥5.0

1.3.2 沉积物质量评价

式中:P为内梅罗指数;Pi为污染指标i的单因子指数;Pmax为水质参数中最大的污染分指数,即Pi最大值;n为污染指标总数;Ci为污染指标i的实测值;Co,i为污染指标i的评价标准值,采用《海水水质标准》(GB 3097—1997)[14]中的一类标准;CiCo,i的单位视具体情况而定。基于内梅罗指数的污染等级划分参照文献[15],具体见表1。

高校的餐饮保障服务,历来都是学校后勤工作的重中之重,其不仅关系到师生的身体健康、学校的秩序稳定,更关系到社会的和谐大局、国家的长远发展。华中科技大学食堂服务的对象,基本上都是国家的精英和民族的脊梁,因而食堂对于餐饮服务的定位,同样也是站在这个高度和大局中去思考问题和开展工作,惟有如此,才真正将学校的食品安全演化为服务育人的坚实基础。

1.3.3 沉积物重金属污染的潜在生态风险评价

Hakanson潜在生态风险指数法能追溯至20世纪80年代[20],是目前最常用的沉积物中重金属生态风险评价方法[21-23],相关计算方法见式(3)至式(6)。该方法以沉积物中重金属的背景参照值为基准,结合重金属的生物毒性(见表2,数据来源于文献[24])、污染程度指数、潜在生态危害系数计算潜在生态风险指数,从而判断其潜在生态风险程度。

 

2 重金属的背景参照值和毒性系数Table 2 Background reference values and toxicity coefficient of heavy metals

  

指标CrCuZnCdPbAsCin/(mg·kg-1) 6030800.52515Tir25130510

 

(3)

 

(4)

 

(5)

 

(6)

式中:为单因子污染系数;Ci为沉积物中重金属i的实测值;为重金属i的背景参照值,单位视具体情况而定;Pd为污染程度指数,用于衡量多种重金属的富集程度;m为重金属种类总数;为重金属i的潜在生态危害系数;为重金属i的毒性系数;RI为潜在生态风险指数。

各指标的分级标准参考文献[24],分别见表3至表6。

早在2008年,我国国土资源部就开展了相关工作,以进一步促进经济管理工作的全面发展,而财政税收预算管理工作作为其中一个重要的组成部分,要求社会各部门重视预算管理中出现的一些问题,并提出相应的解决措施。

 

3 单因子污染系数分级标准Table 3 Classification standard of single contamination factor

  

指标低污染中度污染重度污染严重污染Cif<11^<33^<6≥6

 

4 污染程度指数分级标准Table 4 Classification standard of overall pollution degree index

  

指标低污染中度污染重度污染严重污染Pd<88^<1616^<32≥32

2 结果与讨论

2.1 重金属实测值

鸭绿江口湿地沉积物与上覆水样品中重金属的质量浓度测定结果如表7所示。重金属浓度呈现明显的区域差异。上覆水中6种重金属在不同研究区域的平均值均表现为鸭绿江主河道>鸭绿江西水道>潮滩>大洋河口。而沉积物中6种重金属中,Cu、As表现为鸭绿江主河道>鸭绿江西水道>潮滩>大洋河口,Zn、Cd表现为鸭绿江西水道>鸭绿江主河道>潮滩>大洋河口。

2.2 鸭绿江口湿地重金属污染评价与对比分析

2015年8月用手持全球定位系统(GPS)定位,进行了相关点位样品的采集工作。每个点位用抓斗式采泥器采集表层沉积物(以下简称沉积物),用塑料勺取其中央未受干扰的表层(0~2cm)泥样,封于聚乙烯密封袋中;用有机玻璃采水器采集水体表层约0.5 m深度的水样3份,混合后装入聚乙烯塑料瓶中,其中用于测定重金属的上覆水样品中加硝酸酸化至pH<2,所有样品在野外置于装有冰块的泡沫箱内存放。

沉积物与上覆水内梅罗指数的沿程变化如图2所示。在鸭绿江主河道,上覆水中的重金属污染强度随着水面的开阔有明显的降低趋势;而沉积物中的重金属污染强度基本保持不变,但是在2#~4#、10#~11#点位处,上覆水和沉积物中的重金属污染都有一个明显的跃升,这可能与鸭绿江口最大混浊带悬浮沉积物对重金属的吸附作用有关[7]20,[8]436,[25]。在鸭绿江西水道,上覆水中重金属污染强度在15#、16#点位明显高于其他点位,考虑到15#、16#点位处于东港市区范围,重金属污染较为严重可能是因为城市活动产生的大量生活污水、工业废水于此处汇入西水道,造成重金属浓度升高[9]39-40,说明除受鸭绿江上游地区影响以外,该区域污染物可能主要来源于东港市;而沉积物中重金属污染强度在此区域没有明显变化,究其原因可能是因为鸭绿江西水道属于潮汐性水道,鸭绿江径流对其影响较小,受涨落潮影响较大,水流的往复运动使得沉积物中重金属的分布没有明显的规律性。在潮滩,上覆水和沉积物中重金属的污染强度都大体呈现出由岸向海逐渐降低的趋势,说明近岸活动是其污染物主要来源,鸭绿江口潮滩是北黄海重要的滩涂贝类养殖区,贝类养殖本身产生的污染[26-27]也会加重沉积物的污染程度,多方面因素影响导致潮滩沉积物污染程度较重。大洋河口由河向海沉积物和上覆水中重金属污染强度没有出现随着水体的开阔而降低的情况,相反有轻微的升高趋势,说明该区域重金属并非主要来源于大洋河径流输送,可能是辽东沿岸流的输送[28-29]

对鸭绿江口湿地沉积物环境质量评价的结果如表9所示。鸭绿江口湿地沉积物总体污染等级为Ⅱ级,属于较清洁水平。自鸭绿江河口到大洋河口污染强度逐渐降低。鸭绿江西水道、主河道为Ⅲ级,处于轻污染水平;潮滩为Ⅱ级,处于较清洁水平;大洋河口为Ⅰ级,处于清洁水平。从研究结果来看,鸭绿江口湿地不同区域沉积物污染程度表现为:鸭绿江西水道>鸭绿江主河道>潮滩>大洋河口。

重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Cr采用无火焰原子吸收分光光度法测定;As采用原子荧光法测定。分析过程以国家土壤一级标准物质GSS1-CSS8为质控标样,各项目的监测分析方法参见《海洋监测规范》(GB 17378—2007)[10]。测试相对误差小于5%。

2.2.2 沉积物重金属污染评价

5)消除鸡蛋边界。对鸡蛋轮廓二值图像(图3(c))进行3次腐蚀,将腐蚀后的图像与初步蛋黄提取图像(图4(e))求“与”操纵,最终得到较为完整的蛋黄轮廓特征,如图4(f)所示。

2.2.3 内梅罗指数的沿程变化与对比分析

用内梅罗指数法对鸭绿江口湿地上覆水环境质量进行评价,评价结果如表8所示。鸭绿江口湿地上覆水总体污染等级为Ⅲ级,处于轻污染水平。其中不同区域水质等级有所不同,总体表现为自鸭绿江河口到大洋河口污染强度逐渐降低的趋势。鸭绿江主河道为Ⅳ级,处于中污染水平;鸭绿江西水道、潮滩为Ⅲ级,处于轻污染水平;大洋河口为Ⅱ级,处于较清洁水平。

该研究实验组45例患者的治疗依从性为95.56%,而参照组的治疗依从性为82.22%,两组治疗依从性差异明显(P<0.05)。 见表 3。

 

5 潜在生态危害系数分类标准Table 5 Classification standard of ecological harm coefficient

  

指标低污染中度污染较重污染重度污染严重污染Eir<4040^<8080^<160160^<320≥320

 

6 潜在生态风险指数分类标准Table 6 Classification standard of potential ecological risk index

  

指标低污染中度污染重度污染严重污染RI<150150^<300300^<600≥600

 

7 鸭绿江口湿地沉积物和上覆水中重金属质量浓度1)Table 7 The contents of heavy metals in the sediments and its overlying water of the Yalu River Estuary wetland

  

项目沉积物CrCuZnCdPbAs上覆水CrCuZnCdPbAs1#25.444.374.50.18926.98.8528.522.486.00.684.609.09 2#45.546.9109.00.24227.38.6732.821.187.40.724.829.59 3#68.259.6151.00.33535.011.6837.026.589.20.785.2410.87 4#40.147.399.20.32828.18.8930.729.882.80.695.099.24 5#31.439.679.10.32725.98.1226.520.284.30.614.519.08 6#21.646.372.30.32324.68.3223.918.783.20.584.228.72 7#21.447.262.10.22323.17.9820.415.674.50.653.806.54 8#26.544.360.80.17623.97.2316.814.368.90.543.185.46 9#22.055.156.40.20722.96.9514.216.561.20.512.895.82 10#91.664.2159.00.45338.116.1230.519.666.50.563.326.48 11#72.149.3124.00.30632.111.4129.120.169.30.593.106.83 12#58.239.655.70.29123.26.0211.610.249.80.322.404.51 鸭绿江主河道平均值43.748.691.90.28327.69.1925.219.675.30.603.937.69 13#38.555.372.30.22424.36.6610.815.746.50.503.543.86 14#40.545.374.50.30226.77.4813.216.456.70.443.765.23 15#61.035.196.20.27626.67.8824.314.370.20.514.835.62 16#75.448.0152.00.42338.69.8728.216.278.30.565.327.12 17#60.639.2108.20.26832.98.6617.28.560.20.483.085.14 18#74.342.296.10.25734.27.6712.17.654.30.321.943.06 鸭绿江西水道平均值58.444.299.90.29230.68.0417.613.161.00.473.755.01 19#80.643.785.10.14140.05.4226.713.268.20.323.435.25 20#73.252.074.00.20830.25.3224.311.365.40.392.125.48 21#53.142.361.90.28727.35.3425.112.433.20.340.834.32 22#42.524.975.10.23325.84.5410.810.637.60.360.773.76 23#38.925.369.20.14520.44.229.48.328.70.310.693.84 潮滩1平均值57.737.673.10.20328.74.9719.311.246.60.341.564.53 24#74.240.363.80.16234.54.6822.811.256.20.412.214.89 25#44.048.760.40.20223.85.4816.511.743.80.331.764.42 26#45.133.770.20.22526.35.8314.38.539.60.350.665.03 27#39.728.468.90.13628.84.709.69.635.50.370.844.59 28#34.524.165.00.12829.64.208.17.320.10.320.523.49 潮滩2平均值47.535.065.70.17128.64.9814.29.739.00.361.204.48 29#22.110.359.20.14520.23.321.42.810.20.170.543.62 30#28.212.252.80.16221.33.631.23.212.50.190.633.38 31#42.322.163.60.20224.23.812.83.313.30.200.724.03 32#39.223.164.50.22526.53.963.64.011.40.210.684.49 33#38.421.369.60.13622.44.233.83.814.80.180.602.25 34#33.216.163.30.12820.33.124.23.619.20.190.622.43 大洋河口平均值33.917.562.20.16622.53.682.83.513.60.190.633.37

注:1)沉积物中重金属质量浓度单位为mg/kg;上覆水中重金属质量浓度单位为μg/L。

 

8 鸭绿江口湿地不同区域水质评价结果Table 8 Assessment results of water quality in the Yalu River Estuary wetland

  

研究区域内梅罗指数污染等级区域总体2.20Ⅲ鸭绿江主河道3.46Ⅳ鸭绿江西水道2.56Ⅲ潮滩12.44Ⅲ潮滩21.93Ⅲ大洋河口0.60Ⅱ

 

9 鸭绿江口湿地不同区域沉积物质量评价结果Table 9 Assessment results of sediments in the Yalu River Estuary wetland

  

研究区域内梅罗指数污染等级区域总体0.89Ⅱ鸭绿江主河道1.09Ⅲ鸭绿江西水道1.12Ⅲ潮滩10.83Ⅱ潮滩20.80Ⅱ大洋河口0.44Ⅰ

  

图2 内梅罗指数的沿程变化Fig.2 Longitudinal variation of Nemerow index

经过对比分析可以发现,鸭绿江主河道上覆水重金属污染高于西水道,但是其沉积物中的重金属浓度水平却低于西水道。结合前期的研究[30]可知,西水道沉积物的平均粒径明显小于主河道,细颗粒沉积物拥有更大的比表面积,对重金属的吸附作用更大;另外鸭绿江主河道的水流速度明显大于其他区域,水流的冲刷作用导致水体污染物不易在河道沉降,因此,西水道沉积物中重金属高于主河道。可见沉积物中重金属的分布特征不仅取决于其来源,还与沉积物粒度、沉积环境等多种因素相关[31]

2.3 鸭绿江口湿地沉积物重金属潜在生态风险评价

由表10可知,除Cd外,其他重金属在除大洋河口以外的各区域均出现单因子污染系数超过1的情况,表明鸭绿江口湿地沉积物已经受到污染。重金属污染率排序为Cu>Pb>Cr>Zn>As>Cd。Cu、Pb是各区域沉积物中的主要污染因子。10#点位的污染程度指数为9.16,处于中度污染水平,4#、11#、16#点位的污染程度指数分别为7.86、7.55、7.80,均接近于中度污染水平,这些点位附近沉积物污染情况应得到重视。鸭绿江口湿地重金属的潜在生态危害系数小于40,其潜在生态危害大部分处于低污染水平。相比之下,对鸭绿江口湿地沉积物潜在危害较大的因子是Cd和Cu,而Zn和Cr的潜在危害相对较低。鸭绿江口湿地各区域的潜在生态风险指数均远小于160,最大为61.29,表明其潜在生态风险相对较为轻微,处于低污染水平。各区域重金属潜在生态风险的排序为鸭绿江西水道>鸭绿江主河道>潮滩>大洋河口。

3 结 论

(1) 鸭绿江口湿地沉积物重金属污染处于较清洁水平;上覆水重金属污染处于轻污染水平。沉积物与上覆水污染强度总体表现为自鸭绿江河口到大洋河口污染强度逐渐降低的趋势。

(2) 鸭绿江口湿地不同区域沉积物重金属污染程度表现为鸭绿江西水道>鸭绿江主河道>潮滩>大洋河口;上覆水的重金属污染程度表现为鸭绿江主河道>鸭绿江西水道>潮滩>大洋河口。

冉清桓后来说:“但是我活着回来了。说句实话,我掉下去的时候其实没想到能活着,但是我尽力……如今我仍然不知前途怎么样,但是我仍然尽力,将来,便可以无怨无悔了。”

(3) 鸭绿江口湿地沉积物已经受到污染,Cu、Pb是主要污染因子;鸭绿江主河道和西水道附近的部分区域污染情况应得到重视;潜在生态危害较大的因子是Cd和Cu;重金属潜在生态风险较为轻微。

 

10 鸭绿江口湿地沉积物中重金属的单因子污染系数污染程度指数潜在生态危害系数和潜在生态风险指数Table 10 Single contamination factor,overall pollution degree,ecological harm coefficient and potential ecological risk index for heavy metals in surface sediments of Yalu River Estuary wetland

  

研究区域项目1)CifCrCuZnCdPbAsPdEirCrCuZnCdPbAsRI最大值1.532.141.890.671.401.079.163.0510.701.9927.187.6210.7561.29鸭绿江主河道最小值0.361.320.900.380.980.484.470.716.600.7010.564.584.0129.19平均值0.731.621.220.581.120.615.781.468.111.1517.005.526.1239.35污染率/%25100420588最大值1.261.841.900.851.540.667.802.519.221.9025.387.726.5852.09鸭绿江西水道最小值0.641.170.900.450.970.445.251.285.850.9013.444.864.4434.14平均值0.971.471.250.581.220.546.031.957.361.2517.506.115.3639.53污染率/%67100670830最大值1.341.731.060.571.600.366.112.698.671.0617.228.003.6135.84潮滩1最小值0.650.830.780.280.820.283.741.304.150.788.464.082.8121.97平均值0.961.250.910.411.150.335.011.926.270.9112.175.753.3130.34污染率/%4060200800最大值1.241.620.880.451.380.395.392.478.120.8813.506.903.8930.87潮滩2最小值0.580.800.760.260.950.283.911.154.020.767.684.762.8022.38平均值0.791.180.820.341.140.334.601.585.910.8210.245.723.3227.52污染率/%206000800最大值0.710.770.870.450.960.284.001.413.860.8713.505.302.8227.41大洋河口最小值0.370.340.660.260.810.212.770.741.720.667.684.042.0818.15平均值0.570.580.780.330.900.253.401.132.920.789.984.502.4521.76污染率/%000000

注:1)污染率指受污染点位(≥1)所占的比率。

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李富祥,张春鹏,刘敬伟,张亮,郑存德
《环境污染与防治》 2018年第05期
《环境污染与防治》2018年第05期文献

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