宿鸭湖水库沉积物重金属污染及环境风险研究

摘要

在淮河上游宿鸭湖水库70个样点，同一样点取上覆水、沉积物。同时采集大小相近的野生鲜活黄颡鱼、鲫鱼各4尾，从沉积物中离心制取间隙水。分析测定了上覆水、间隙水、鱼和沉积物Cd、Co、Cr、Cu、Ga、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Zn和Ba元素的含量，对沉积物中重金属进行了逐级提取。在此基础上，对宿鸭湖水库沉积物及上覆水中重金属的空间分布、赋存形态、迁移及来源和累积规律进行了研究。同时，通过对沉积物中Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等金属元素污染的环境和生态风险评价，探讨了沉积物重金属污染的环境与生态风险。主要结论包括：
　　 (1)宿鸭湖水库重金属元素Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd、Sn、Sb、Ba、和Pb的平均值含量变化大不均一：Sr>Ba>Zn>Cr>Ni>Cu>Ga>Sb>Co>Pb>Sn>Cd，上覆水元素含量排序。Sr>Ba>Zn>Cr>Ni>Cu>Ga>Sb>Co>Sn>Pb>Cd间隙水元素含量排序。
　　 沉积物元素含量排序Ba>Sr>Zn>Cr>Ga>Ni>Cu>Pb>Co>Sn>Sb>Cd。水库中元素含量与其在地壳丰度及宿鸭湖水库物质来源有关。重金属总可提取态(酸提取态、可还原态和可氧化态)含量、所占的比重和重金属总量呈正相关性，表明人为输入的重金属主要以可提取态的形式存在。元素Cu、Zn、Ga和Sb上覆水含量大于间隙水，认为是污染的“汇”。元素Cr、Sr和Ba在间隙水含量远远大于上覆水，已成为污染的“源”，应引起相关部门重视。
　　 (2)宿鸭湖上覆水、间隙水中元素在空间的分布，宿鸭湖近岸区元素高浓度区，大坝区和湖心浓度低，沉积物中Sr、Cr分布同上，其余元素呈现出高浓度区域为湖心或是大坝周围高浓度区。沉积物中元素各种赋存形态的空间分布基本上同总量，变化不大。上覆水中元素的含量主要受汝河和北汝河的影响，间隙水中元素的含量主要受雅店沟的影响，沉积物中点源污染有一定影响。宿鸭湖各元素的含量分布受近岸区围所有河流的影响，但范围和元素有所不同。
　　 (3)宿鸭湖黄颡鱼和鲫鱼肌肉组织重金属含量由高到低依次为：黄颡鱼Zn>Sr>Ba>Cu>Cr>Pb>Ni>Co>Sn>Cd；鲫鱼Zn>Sr>Cu>Ba>Cr>Pb>Ni>Co>Cd>Sn。可以看出，以Zn含量最高，Sr次之，Cd和Sn含量最低。鲫鱼肌肉组织重金属含量不同程度的高于黄颡鱼。在鲫鱼和黄颡鱼鱼体组织和的分布是不均衡的，肌肉中重金属的含量低于鱼体的器官组织中。生物浓缩系数(BCF)结果表明，黄颡鱼和鲫鱼均发生了较为明显的重金属富集现象，鱼肌肉组织重金属对于水的生物浓缩系数由高到低依次为：黄颡鱼Pb>Zn>Cu>Cr>Ni>Cd>Sn>Ba>Sr>Co：鲫鱼Zn>Pb>Cu>Cr>Cd>Ni>Sn>Ba>Sr>Co。以Zn含量最高，富集能力最强。Pb次之，Sr和Co含量最低，鲫鱼肌肉组织重金属对于水的生物浓缩系数不同程度的高于黄颡鱼。生活于不同水层的鱼类，其体内积累的重金属来源不同。水、底泥的重金属和鱼体中的重金属的含量，呈显著相关。
　　 (4)单因子水质评价结果显示，宿鸭湖水库水属I类水质。宿鸭湖水库上覆水中各种污染物的平均含量在其他水源地的含量范围之内，上覆水中部分重金属元素的含量较高，尤其是重金属Cr和Cu的含量较之同类湖泊含量都偏高，重金属Zn的含量仅次于洞庭湖，Cd的含量较之南湖高出很多，加之Cd的毒性较大，应高度重视。饮水和皮肤接触2种途径非致癌暴露量均为饮水摄入量>皮肤吸收量，表明饮水途径是人体主要暴露途径。各污染物暴露量依次为Cr>Zn>Cu>Ni>Co>Pb>Cd。水中7种污染物合计危害指数均未超过1，因此可以基本认定该水域不会对人群产生非致癌慢性毒害效应。按照非致癌危害指数大小排序为Cd>Pb>Ni>Cu>Mn>Zn>Cr6+>Co。Pb对致癌风险的贡献率为38.78％～42.07％，表明铅不是主要致癌因子。
　　 (5)多元生态危害指数评价重金属，潜在生态危害为Ⅲ，属于中度污染水平。根据单个重金属污染系数顺序为：Cd>Ni>Cu>Cr>Co>Zn>Pb，根据潜在生态危害系数顺序为：Cd>Ni>Cu>Co>Pb>Cr>Zn。与滇池和淮河安徽段一致。地累积指数法评价元素污染程度顺序：Cd>Ni>Zn>Pb>Cu>Cr>Co。地积累指数法和潜在生态危害系数法所得结果基本一致，Cd的污染状况相对较严重，属于重度污染，生态风险最为突出，其次是Ni，Cu也比较重要。与太湖、滇池、淮河安徽段主干道相同与巢湖不同。重金属元素的次生相与原生相比值顺序为：Cd>Co>Zn>Ni>Cu>Pb>Cr。重金属元素的次生相与原生相富集系数顺序为：Cr>Co>Ni>Pb>Cu>Cd>Zn。两种污染评价方法的污染评价结果Cd差别最大，Cu、Pb、Zn也有差异。