衡水湖湿地底泥重金属污染及潜在生态风险评价

�4期张曼胤等:衡水湖湿地底泥重金属污染及潜在生态风险评价363�能力为1.88∃108m3,衡水湖水源主要来自西南部汇水、引蓄卫运河和黄河水[17]。衡水湖是衡水、冀州两市区的水源地,为两市提供生活用水,为衡水湖周边地区提供工农业用水。衡水湖还是�南水北调调蓄工程的枢纽,�南水北调工程实施后,衡水湖将成为京、津及下游地区的主要水源地。2�数据和方法2.1�采样通过实地调查,在综合考虑衡水湖湿地的实际情况的基础上,布置了20个底泥采样点(图1,表1)。2005年5月至6月,在衡水湖的低水位期间,采集了深度为0~5cm的底泥样品。图1�衡水湖湿地和采样点分布示意图Fig.1�SketchmapoftheHengshuihuWetlandanddistributionofsamplingsites2.2�样品预处理在采样点,将采集的底泥样品装入已经编号的聚乙烯塑料袋中,然后带回实验室。在实验室中,在样品中加入少许浓硝酸以固定样品,使其pH达到3.5;样品经自然风干、除杂、混合均匀后,用碾钵将样品研细过100目(孔径0.149mm)尼龙筛,用四分法缩分出100~300g样品,在烘箱中以105%烘至恒重,分装在聚乙烯塑料袋中保存备用[18]。2.3�分析项目与测定方法分析项目为测定样品中的砷(As)、汞(Hg)、铬(Cr)、铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)和锌(Zn)7种重金属元素含量。取10g处理后的底泥样品于25mL的瓷坩埚中,在马福炉内于600%下灼烧2h,取出冷却后将样品移至250mL三角烧瓶中,加入30mL王水加热消解,待溶液冷却后将溶液和沉淀物全部转至200mL容量瓶中,加入去离子水静置2d,移取上清液1.00mL于25mL容量瓶中,用去离子水稀释至刻度并摇匀,然后用IRIS(HR)全谱直读等离子体原子发射光谱仪(美国TJA公司)测定重金属含量[18]。2.4�数据处理和评价方法地积累指数(Igeo)的计算公式为:Igeo=ln(Cn/ABn)(1)式(1)中,Cn为重金属元素在底泥中的总含量;Bn为重金属元素的环境背景值,根据衡水湖湿地的实际情况,选择河北省土壤重金属背景值[19]作为Bn的值;A为常数,通常取值为1.5。一般采用Igeo值来反映底泥中重金属的富集程度。根据已有的研究资料,将Igeo值划分为7级[5,7](表2)。潜在风险指数(RI)的计算公式为:Cr=CD/CR;Er=Tr∃Cr;RI=&mi=1Er(2)式(2)中,Cr为某种重金属的污染系数;CD为底泥中某种重金属的实测含量;CR为某种重金属元素的环境背景值;Er为某种重金属的潜在生态危害系数;Tr为某种重金属的生物毒性加权系数,主要反映重金属的毒性水平和生物对重金属污染的敏感程度;RI为多种重金属的潜在生态风险指数,可综合反映底泥中的重金属对生态环境的影响潜力;m为重金属的种类数。潜在生态风险指数法充分考虑了重金属的生物毒性与潜在生态风险的关系,而且还可以定量地划分出潜在的生态危害程度,因而得到了广泛的应用。根据Hakanson等的研究资料[5],设定7种重金属Hg、Cd、As、Cu、Pb、Cr和Zn的生物毒性加权系数Tr分别取值40、30、10、5、5、2和1。结合衡水湖湿地重金属分布特征和文献[4]、文献[7]的资料,对潜在危害系数及潜在生态风险指数进行分级(表3和表4)。3�结果与分析3.1�各个采样点样品中重金属的含量和空间分布从各个采样点底泥重金属的含量与环境背景值的对比看(表5),在20个样点中,1号、6号、12�364�湿��地��科��学5卷表1�衡水湖湿地采样点的编号、位置和水深Table1�Thenumbers,locationsandwaterdepthsofthesamplingsitesintheHengshuihuWetland采样点编号位�置水深(cm)采样点编号位�置水深(cm)1大赵闸∋123011核心区∋22102大赵闸∋28012王口1403梅花岛∋16013王家口闸∋13274梅花岛∋225014王家口闸∋21305梅花岛∋35015王家口闸∋31106太极岛22016魏屯闸∋11407106国道4517魏屯闸∋2258姊妹东岛∋123018魏屯闸∋3209姊妹西岛∋28019南关闸∋12510核心区∋120020南关闸∋2170表2�地积累指数与污染分级Table2�Thepollutiongradesbasedonindexofgeoacumulation级�别0123456IgeoIgeo<00(Igeo<11(Igeo<22(Igeo<33(Igeo<44(Igeo<5Igeo)5富集程度无无∋中中中∋强强强∋极强极强表3�潜在生态危害系数分级Table3�Thegradesbasedonpoten