抚仙湖沉积物重金属垂向分布及潜在生态风险评价

收稿日期：２０１４－０４－２２；改回日期：２０１４－０７－２５基金项目：国家自然科学基金项目（４１２０３０８７，４１０３０７５１），江苏省高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师培训对象项目（２１５４０２２），南京晓庄学院青年专项（２０１１ＮＸＹ６７）。第一作者简介：王小雷（１９８２－），男，博士，讲师，主要从事湖泊沉积环境变化研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｌｗａｎｇ０７１８＠１６３．ｃｏｍ．＊通讯作者：杨浩，男，博士，教授。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｈａｏ＠ｎｊｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．抚仙湖沉积物重金属垂向分布及潜在生态风险评价王小雷１，２，杨浩１，＊，顾祝军２，张明礼１（１．南京晓庄学院生物化工与环境工程学院，南京２１１１７１；２．南京师范大学地理科学学院，南京２１００２３）摘要：基于环境放射性核素２１０Ｐｂｅｘ和１３７Ｃｓ计年法确定抚仙湖北、中和南部三个沉积物柱芯的沉积年代，分析了各个柱芯近１５０年的重金属（Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｓ和Ｐｂ）的垂向分布特征，并用潜在生态风险指数法进行了潜在生态风险分析。结果表明，抚仙湖不同湖区沉积物重金属的垂向分布存在明显差异，其中Ｚｎ、Ａｓ和Ｐｂ呈现整体向上增加的趋势，Ｃｒ和Ｃｕ分别呈现微波动变化和下降趋势。重金属元素之间相关性表明Ｚｎ、Ａｓ和Ｐｂ具有较好的同源性，而Ｃｒ和Ｃｕ来源不同。重金属元素与营养盐ＴＰ之间呈较好的相关性，与ＴＮ和ＴＯＣ则相关性较差或无相关性存在。潜在生态风险指数评价显示近１５０年来抚仙湖不同湖区沉积物重金属污染水平差异明显，其中北部和南部Ａｓ是主要的生态风险贡献因子，而中部Ｃｕ是主要的生态风险贡献因子。抚仙湖中部和南部沉积物重金属总体处于中等生态风险，而北部沉积物重金属由中等上升为较高生态风险出现在２０世纪９０年代末期。关键词：２１０Ｐｂｅｘ和１３７Ｃｓ；沉积物；重金属；潜在生态风险；抚仙湖中图分类号：Ｘ１４２；Ｘ５２４文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－９２５０（２０１４）０６－０７６４－０９湖泊作为流域侵蚀物质的主要蓄积场所，汇集了大量的重金属污染物，这些物质进入湖泊后绝大多数被水体中的悬浮颗粒吸附并最终沉降于湖泊沉积物中［１］。长期富集于沉积物中的重金属很难被生物体降解，一旦达到一定浓度就会产生毒理效应，从而对湖泊生态环境构成威胁［２］。同时，重金属作为典型的潜在风险生态污染物，当外界环境条件适宜时，累积于沉积物中的重金属又会重新释放到上覆水体中，从而对水体产生“二次污染”［３，４］。因此，研究湖泊沉积物中重金属的浓度变化及其分布特征，对湖泊整体环境治理和水体质量改善具有重要的指导意义。目前，国内外对湖泊沉积物重金属的研究多集中于表层沉积物的含量分布［５，６］、形态特征［７，８］、来源解析［９，１０］、污染评价［１１，１２］等，有关湖泊沉积物重金属垂向分布特征及污染评价的研究则相对较少［１３］。随着工业发展和城市化进程的加剧，湖泊流域内历史时期不同人类活动方式和强度对湖泊沉积物中重金属的污染起着非常重要的作用［４］。湖泊沉积物中重金属的演化历史不仅可以为评价当前的环境污染现状提供参考，而且还可以对湖泊将来的环境演化趋势进行预测。因此，本研究以抚仙湖为例，基于环境放射性核素２１０Ｐｂ和１３７Ｃｓ计年技术确定的沉积年代，分析了抚仙湖北部、中部和南部不同区域的沉积物重金属垂向分布特征，评价了沉积物中重金属的污染现状和潜在生态风险程度，旨在为抚仙湖重金属污染控制和生态风险管理提供科学参考。１研究区概况抚仙湖是我国第二深水湖泊［１４］，属珠江流域南盘江水系，湖区四面环山，沿湖有尖山河、东大河、西大河和梁王河等２０多条大小溪流汇入湖中。湖东岸海口河为唯一的出水口，西南方向有条长１．０ｋｍ，落差１．０ｍ的隔河与星云湖相连，属半封闭型高原湖泊［１４］。２０世纪８０年代以来，随着湖泊流域工、农、旅游业的迅速发展，大量工业废水、农业退水和生活污水流入湖中，导致湖泊水质下降［１５，１６］，重金属污染有所加剧［１７］。４６７地球与环境ＥＡＲＴＨＡＮＤＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ２０１４年第４２卷第６期Ｖｏｌ．４２．Ｎｏ．６，２０１４２数据采集与处理２．１样品的采集与分析利用ＧＰＳ定位在抚仙湖北、中和南部分别设置采样点（图１），于２００７年１０月使用奥地利生产的聚丙烯筒式沉积物取样器（内径６ｃｍ）采集沉积物柱芯，所获沉积物柱芯悬浮层均未受扰动，界面水清澈。样品采集后带回实验室放入超低温冰箱里冷冻（温度设置为－５０℃，时间为４８ｈ），用自制的样品切割机按照０．５ｃｍ的间距截分沉积物样品，称湿重后将样品风干，研磨，过１００目筛，１０５℃下烘干至恒重。图１采样点位置Ｆｉｇ．１Ｍａｐｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｉｎｇｓｉｔｅｓ称取１０ｇ左右研磨后的样品放入同一规格的塑料容器，蜡封１个月，目的是使２２６Ｒａ与２１０Ｐｂ处于永久衰变平衡