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乐安江沉积物中金属污染的潜在生态风险评价
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．到塞新 塞兆垃 汤鸿霄
(中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家开放宴验室 北京 1000851
■要 选择污染严重的乐安江河流沉积物为对象，利用风险日子 和风险指数 脚 等定量诊断工具开展沉
积物中重金属污染的潜在生态风险评价。根据风险指标体系和空间分异规律 ，将流域划分成不同特征的 4种
生志风险功能区 对比评价效果，潜在生态风睦评价与地积累指数所反映的情况大同小异，可 相互补充和
借鉴。
ENVIR0NM ENTAL ASSESSM ENT 0N HEAVY M ETAL
P0LLUT10N IN THE SEDIM ENTS 0F LE AN RIVER
W ITH P0TENTIAL EC0L0GICAL RISK INDEX
LIU W en—Xin LUAN Zhao—-Kun TANG Hong—-Xiao
(SKLEAC，Research(enter for￡∞ ⋯ m rⅡf Soences．CAS，Bmjing．100083，China)
Abstract As the quantitative diagnostic tools，the toxic—response factor(E )and the po—
tentia1 ecological risk index (RI)were used Io evaluate the contamination situation of vari
OUS heavy metals in sediments of the Le An River．As a result．the distribution of poilu—
tants in the river sediments were divided into four sections with different ecologica1 risk
characteristics。On the whole，the assessing results by R1 were consistent with that by J ，
and they could complement each other．
Key words Le An River，sediments，heavy metal pollution，ecological risk assessment．
汇入鄱 阳湖的乐安江毗邻江西境 内大型露天铜矿——德 铜矿 ，富含重金属的酸碱废矿水的超 负荷
排放破坏 了河流生态系统的平衡 ]，某些河段 中铜、铅、锌等重 金属含量严重超标，导致上覆水与沉积物质
量的衰退和恶化 。 。对水生生物而言 ，污染沉积物。汇”与“源 的双重特性不仅可导致现时的致死 、致畸 、
致突变的“三致”效应，而且具有 定时炸弹 式的潜在威胁Ⅲ。1994年召开的第一届沉积物质量评价国际会
议突出强调 了沉积物质量管理与风险评价的重要地位，金属是其 中关注的焦点之一_5]。与会学者一致认为
生态风 险评价不仅是建立沉积物质量控制基准 SQC_f 的必要条件 ，而且是环境管理信息系统及专家鉴定
系统的重要构件 ，具有规划、指导 和预警功髓 ，并可为工程治理提供背景数据和基础材料。在 1996年召开
的第二届国际会议上，污染沉积物的生物／生态敏感性评价是其中的重要议题
* 国家 自然科学基金及国际台作 CERP计划资助项目
衷心感谢所有参与CERP计划的中外工作人 员所给予的鼎力支持和帮助
收稿 日期 ；1996 10—29，修改稿收到 日期 ：1997-03—03
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2期 刘支新等：乐毒江沉积物中金属污染的潜在生态风险评价 207
目前 ，常用环境质量评价方法包括指数平均／叠加、模糊数学、矢量算子等 ，缺少将 污染物与其生物
毒性、生态危害有机结合的、兼有现时 与潜 在风险评价的研究层次 本文选择流经德兴大型露天铜矿的乐
安江作为范倒 。利用多指标流域生态评仃r体系 进行河流沉积物 中重金属综合污染 的潜 在生态风险评
价 ，为改善和恢复流域生态环境提供科学依据
图 1 夤 江糟 江样 点设置 示意 图
Fig．1 Sketch map of sampting sites&lo“g仆 Le An River
1 材料与方法
1．1 现场采样与分析测定
本文原始数据主要引 自大型综合数据库 CERP—DBMS[】 ，其中包括站位设置、表层 (深度 ～lO~m)沉
积物的采集、前处理和分析测试等细节。图 l为滑江典型站位分布图。遵循简化分类原则 ，依据化学稳定性
和生物可给性将金属形态划分为生物易利用态、生物 中等利用态和生物惰性形态 。
1．2 潜在生态风险评仃r的指标体系
基 于元素丰度和释放度原 则的生态风险评仃r体 系需要若干前提 条件 ’：(1)浓度条件，即潜在生态风
险指数 (risk index，R／)随沉积物中金属污染程度的加重而增加 ；(2)种类数条件，即沉积物 的金属污染具有
加和性 ，即多金属污染的潜在生态风险更大 ，其中铜 、铅、锌、镉、铬、砷和汞是优先考虑对象 ；(3)毒性响应
条件 ，即生物毒性强的金属对 R 具有较高权重 ，其依据是沉积物中金属元素的 汇效应 (sink effects)具
有不同的 指纹特征”(fingerprints)和校正丰度的数量级}(4)基于生物生产量指数(BP1)的灵敏度条件 ，即
不同水质系统对金属污染的敏感性 不同。对应指标包括 ：单一金属污染系数 口 ，多金属污染度 ，不同金
属生物毒性 响应因子 ，单一金属潜在生态风硷因子 ，多金属潜在生态风硷指数 ，其关系如下：
c 一Cb／ ； 0 一 >： ； E 一 ×毋； RI一 >：E：
式中 c 代表样品实测浓度 tc 代表沉积物背景参考值。因子 反映了金属在水相、沉积周相和生物
相之间的响应关系。经一系列统计和规范化处理 ．结合乐安江重金属污染特征 ，设定了 6种重金属生物毒
性响应因子的数值顺序：Cd(30)>As(1o)>cu—Pb(5)>Cr(2)>zn(1) 国内陈静生等人以现代工业化前
沉积物正常最高背景值为参比，利用该指标体系初步评价鸭绿江沉积物 中重金属潜在生态危害 ] 但由于
沉积物质量评价的置信度主要是准确参考值 比较的函数 ：，为反映特定区域的分异性 ，避免大尺度平均参
考值 的偏差 ，选取上辨的当地背景样点——海 口作为比较基准(c )，并统一采用当前国际较为流行的<
63tam粒径组分。指标 E 、R／及污染强度分级标准参见表 l
2 结果与讨论
2．1 分析测定结果
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2O8 生 态 学 报 19卷
表 1 潜在生态风险评价指标与分级关系
Table 1 Indices and grades of potential ecological risk assessment
乐安江表层沉积物样品经筛分 、烘干和浓 HC[一HNO 混合液消解 ，然后利用 AAS、ICP等分析方珐测
试其中重金属含量 ：，结果如表 2所示
表 2 乐安江表层沉积物中 6种重金属的平均含量(<63vm)
Table 2 Total concentrations of six heavy metals in sedim ents from the Le An River
依据表 2，流域 内沉积物污染的空间分布大体分 为 3个 区段：①上游相对清洁 区，如海口背景点 ；②中
上游的洁口至中下游的蔡家湾 ，属于浓度峰值区 ，两条废矿水排放支流 (大坞河、泊水河 )的汇入致使各样
点铜的平均含量普遍较高，而戴村多金属污染亦相当严重；③下游污染逐渐衰减区t如黄龙庙和龙 口
研究证实 ，金属的生物毒性和生态效应与其赋存形态密切相关 -，而潜在生态风险评价要求具备长
期和动态特性 ，对环境条件可能的渐变或突变产生响应和反馈 ，因此 ，必须考虑金属形态分布的作用t而
往某些沉积物重金属 污染危害的考察并未涉及形态分布的影响 。结台现场勘察 ，本文重点研究了金属的
生物易利用态(包括水可溶 态、阳离子交换态)和中等利用态(包括碳酸盐结合态 ．Fe／Mn氧化物结台志、有
机／硫化物结合态)_I ，这一范围对敏感易变 的环境因素如 pH、Eh具有一定的适应力。因条件限制 ，主要分
析了部分佯点 Cu、Pb、Zn、Cd的形态分布 ，结果如表 3所示 。
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2期 刘文新等 ：乐安江沉积物 中金属f亏染的潜在 生忘风险评价 209
表 3 乐安江表层沉积物中部分重金属的形态分布百分数
Table 3 Fractlols percentage of some heavy metals in sediments from the Le An River
us／ud：囤条件限制未采样或未 测定：【：生物 易利用态 ；I：生物中等利用奄{I：生物惰性态
结果表明，乐安江沉积物中金属的生物惰性态 比例普遍较低，鉴于乐安江沉积物深受德兴铜矿的开采
活动以及沿江其它 小型冶炼厂排放的影响．富含铁 、锰、硫的尾矿砂 托量沉积于河道 ，因而 Cu、Pb、zn的
中等利用态占据绝对优势 ；只有 CA 的生物易利用态比例有所上 升．这可能是 由于沉积物中 Cd的水可溶
态和可交换比例较高 ．而 中等可利用态相对易于转化 ]
2．2 潜在生态风险评价
依据前述公式确定生态风险评价的各项指标 。其中．计算 Cu、Pb、Zn、Cd的污染因子 口 时采用生物 易
利用态(I)与中等利用态(口)的浓度之和 结果如表 4所示 。
表 4 不同站位的生袖毒性响应因子、潜在生态风险指数爰风险分极
Table 4 Toxic．-response factor·ecological risk index and relative grade for each site in the Le An Rivelr
图 2展示了沿江各样点不同重金属各 自毒性的贡献 比例 。
综合上述结果 ，乐安江沉积物中重垒属污染的潜在生态风险模式厦其特征区域 可规划为 ：① 相对清洁
的低风险型 ，特征区域包括参照点海 口厦其上游流域 ，但海 口 Cd的高背景值和附近活性炭厂捧放古 zn废
水应予 以重视 ②单一金属生态风 险 出型，在沽 口至中洲江段沉积物中 ，垒属 cu的污染比重最高，突出
反映了德兴铜矿大量排放废矿水的后果 ；@多金属高生态风险综合型 ，主要集 中在 中游的戴村、虎ln和蔡
① 戴昭华．铜矿地质废料吼化厦其产物对河流沉积蚵=境的影响．博士学位论文 ，1995．
② 毛美 ，刘子慧 ，董嘉茹．乐莹伍沉积物中重盎属拍形态研究 重金属愕染盐其生态救应研究论文(1]，1 993
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210 牛 态 学 报
家湾附近 区域，其 Cu、zn、Cd、As的污染程度都相当强
烈；④生态风 险逐渐降低型 ，例如黄龙庙、龙 口荨接近
酃阳湖的下游河段 ，固污染物迁移能 力随距离增 加而
减弱 ，水体 自净作用相对加强 ，水体沉积物质黾有所恢
复。
将风睦评价与 当地的社会、经 济和技术条件 ¨结
合 ，可相应地制订出污染沉积物的初步管理对策：按流
域内潜在生态风 险的功能 区划 ，有针对性 地分段 加 以
治理 。例如在沽 口至中洲江段 ，必须立即采取主要针对
金属铜 的深度清理措施 ，严格限制矿区各种酸碱废矿
水的过度排放 ， 建新 型f亏水处理 厂或提高现行处理
厂的运 作教率 和负荷 ，加强 尾 矿砂 的综 合治理 (如清
运、定点填埋 和回收利用 )；对中下游戴村至蔡家湾 H方
附近 多金属污染的高风险区段应及时开展底 质的挖掘
和疏溲，限制 沿江 中、小工矿企业 的随意排放 ，可实行
关停井转等措施 。而下游区段因靠近找国最大 的淡水
】9卷
◇ ~
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笔 Z帻n时-T针ox方F,向Od：铜T毒ox性F，铅A毒S~性To-噼xF主譬箍性 嚣譬甚 ‘ 性
图 1 1、同站位各重金属生物毒性响应因子 的贡献
百分数
Fig 2 Corttributiort of differen~heavy metals f0r
toxic—response factor m the Le An River
谢泊—— 潘阳谢，也应加强监测和保护，防止污染进一步蔓延至湖区内部。
2．3 与地积累指数 。评 价结果的 比较
地积累指数 。是评价沉积物金属污染程度的重要指标： ，与生态风险指数 RI具有相似之处，表 j列
举了两种评价方案的对 比结果(I 的数值计算参见文献[13])。
表 5 风险指敷 ，与地积累指数 J脚评价结果的比较
Table 5 Comparison between risk index( J)and，p for each site in the Le An River
通过 比较 ，两种定标对河流沉积物中重金属污染的总体趋势反映一致 ，大多数样 点的 R1分级 与 I 分
级彼此符合。差异可能来 自两个方面，一是两种指数的背景参考值和数据计算、交换方式不同；二是两者的
前提条件不同。L 全球沉积页岩的平均含量为标准制定污染等级 ，侧重单一金属 ，L 既未 引入生物有效
性和相对贡献 比例，也投有充分考虑金属形态分布和地理空间异质性 的影响。相对而言，RI比较 简明，其
前提条件分别体现 了对化学分析(包括形态分布)、数据加和、生物毒性 及指数灵敏度的要求 ，指标涵盖
了环境化学、生物毒理学和生态学内容，同时顾及了背景值的地域分异性 。不过 ，R 也存在某些不足，如确
定毒性加权系数带有主观性 ；投有考虑可能存在的拮抗作用 ；指标 没有充分体现 pH、Eh、碱度等对毒性 的
影响；尚未包括水文 、地貌荨沉积环境条件对元素地球化学分布的校正影响 。因此 ，需爵与 盯相互补充和
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2期 刘文新等 ：乐爱江沉积物 中金属污染的潜在生态风随评价 211
借鉴 ， 求进一步完善。
3 结论
利用潜在生态风险指标体系将 乐安江污染沉积物划分为 4种生态功能区类型。流域 内金属污染 的空
间分布呈现 由上游背景低值 点至中游的污染峰值区，然后随空间距离逐渐衰减的趋势 不同功能 区段 中垒
属毒性的 贡献比鞍差异明显 ，其中，与德兴铜矿关系密切的金属铜具有典型代表性
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