悬浮物重金属的潜在生态危害

湖泊污染物重金属与有机污染物不同，不能通过自然降解过程分解，在生物活动过程中富集后毒性更大［1］。湖泊重金属主要来源于流域土壤岩石的风化、城市生活污水和工矿业废水的排放［2－5］，排入湖泊的重金属经过悬浮物沉降而驻留在沉积物中，成为二次污染源［6－7］。悬浮物是一种由无机、有机和生物碎屑、浮游动植物、细菌和其他能被0．22μm或0．45μm滤膜截留的颗粒物组成的混合体，不仅影响水生生态系统中重金属的活化和迁移，而且影响重金属在水体、沉积物和食物链之间的相互转化，是一个非常关键的化学组分，含有其他水中溶解态物质难以凸现的环境和地球化学信息［4－5］。在江西省经济快速发展的过程中，鄱阳湖水环境受到了不同程度的重金属污染［2－3］，对流域水环境和人类生命构成了潜在的危害。关于鄱阳湖及其流域重金属污染的研究很多，但大多集中在沉积物污染方面［6－9］，单纯针对悬浮物中重金属污染的研究则较少［10－11］。对悬浮物的研究可以较全面地了解水环境的污染状况，对揭示水环境的污染效应与水体净化规律有着极其重要的意义。本文从悬浮物的角度进行鄱阳湖重金属污染研究，为了解鄱阳湖污染状况及重金属在湖泊中的环境行为提供依据。

1材料与方法

1．1样品采集

鄱阳湖重金属污染目前仅限于局部范围［6］，采样点采用网格布点法布设，每个点平均采3个样，对其进行平行测定，因此样品具有较好的代表性。采样于2011年2月枯水期进行，采样点均采用全球定位系统(GPS)定位，如图1所示。悬浮物样品在距水面30cm以下处采集，除去漂浮或浸没的树枝、枯叶等杂质，在全玻璃微孔滤膜器中减压抽气进行过滤，提取悬浮物(GB11901－89)。样品采集后立即用HACH现场参数仪测定水温、溶解氧、pH值和电导率，水样现场过0．45μm滤膜后，装入聚乙烯瓶中加优级纯浓硝酸保存，带回实验室采用石墨炉原子吸收法(PEAA800)测定。水体中重金属铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)和铬(Cr)的含量采用原子吸收分光光度法测定。

1．2潜在生态风险评价

采用瑞典科学家Hakanson于1980年提出的潜在生态风险指数法对鄱阳湖重金属污染进行生态风险评价［12］，生态－危害指数RI为:式中，Ci为污染物的实测浓度，mg/kg;Cin为鄱阳湖重金属的背景参比值［13］，Cif为单个污染物污染指数，Tir为污染物毒性响应参数，Eir为单个污染物的潜在生态风险。参考前人研究成果，结合鄱阳湖沉积物的性质和污染水平，具体分级如表1所示。

2结果与讨论

2．1悬浮物中重金属的分布

实测悬浮物重金属含量见表2。由表2可知，南、北湖区悬浮物重金属Cu、Pb和Cr平均含量的差异较大，Cd、Zn平均值相近，分别为0．95，0．93mg/kg。根据不同种类重金属含量范围，结合水流从南湖区向北湖区流动特征来看，含量变化分布情况一致:南湖区大于北湖区。Cu的最高值出现在南湖区，为1045mg/kg，含量分布不均，最小值为16．5mg/kg;Pb北湖区最大值是最小值的30多倍，南湖区超过100倍;Cd的最小值南、北湖区相差不大，南湖区出现最大值;Cr的最大值出现在北湖区;且北湖区含量普遍比南湖区高;Zn在南、北湖区分布均匀，含量相近。由表3可以看出，悬浮物中Cu、Pb、Cd、Cr、Zn间正相关性显著，Cr与Cu及Cd的相关性系数高达1，表明Cu、Pb、Cd、Cr、Zn具有显著的同源性。鄱阳湖重金属污染主要来自各支流水系，污染严重区域主要是各大入湖口处:信江入湖口、饶河入湖口、南湖区的三江口以及东湖区的柳树湾等区域。信江和饶河入湖口处主要污染物为Zn、Cu、Pb，其中Cu主要是由乐安江中下游的德兴铜矿和信江中游的永平铜矿开采产生的含重金属的酸性废水排放所致［13］;Zn和Pb为Cu的伴生矿，污染也相对严重;部分Pb是沿江城市排放的生活污水及工业废水所致［9］。南湖区三江口是3条主要支流———赣江、抚河和信江汇合处，各种重金属污染均最严重，原因与信江中游地区永平铜矿废水、南昌市大量工业废水和生活污水排入赣江以及水土流失土壤中的重金属有关［14］。悬浮物中各种重金属含量的空间分布特征与鄱阳湖入流水系有密切关系，流域内有矿产工业的支流如信江、饶河等均分布在南湖区，致使鄱阳湖南湖区与北湖区悬浮物重金属含量差异性明显。

2．2悬浮物、沉积物、水体重金属含量对比

对沉积物、水体、悬浮物中重金属的含量以及最大值、最小值及平均值的分析发现，除了Zn以外，其余金属最大含量均出现在悬浮物中，最小含量在悬浮物与水体中均有出现，可见重金属的分布不仅与其赋存的介质有关，与元素本身相关性也很大(见表4)。一般悬浮物的重金属含量比沉积物高几倍，是水体溶解态重金属的几百倍［15］，鄱阳湖中悬浮物与沉积物和水体的比值为0．04～976．91，0．34～2824．86，说明其悬浮物中重金属含量很高。水体中的重金属污染物不易溶解，绝大部分迅速由水溶物转入固相物，并随水运移，当悬浮物负荷超过搬运能力时，便沉积进入底泥。因自然、生物、人为活动等因素驱动，沉积物再悬浮使得被沉积物颗粒吸附和结合的重金属可能通过吸附－解吸平衡和氧化还原反应而释放进入上覆水体，导致水体普遍出现重金属污染问题。在此迁移转化过程中，悬浮物是重金属元素的主要迁移载体。悬浮物主要由黏土、细碎屑等物质组成，重金属元素在悬浮物中可呈吸附态、矿物态等形式。悬浮物中重金属元素含量受悬浮物的矿物组成、重金属元素存在形式受流域地质背景等综合因素制约。鄱阳湖是江西省的内陆湖泊，其地貌主要组成物质是变质岩和花岗岩，岩溶地貌主要为沉积岩，在水体的迁移转化过程中，重金属在沉积物、悬浮物、水体三相中不断进行着交换吸附作用，维持动态平衡，但悬浮物中重金属含量最高。

2．3潜在生态危害指数评价

将Hakanson潜在生态危害指数用于水体悬浮物重金属污染评价时，所选择的参比值差别较大。悬浮物是水体污染物迁移的主要载体，主要来源于流域土壤岩石的风化产物、动植物残骸、工业废水、废渣、废气中的颗粒物，沉积物则是污染物的主要储存场所。因此背景值既可选用全球沉积物重金属的平均背景值［16］，也可用国家土壤环境质量标准(GB15618-1995)或当地土壤重金属背景值［17］。本文选用鄱阳湖沉积物中的重金属背景值作为背景参考值，见表5。由于吸附富集作用，悬浮物重金属含量将远超于其背景值，因此将表1中的生态危害指数做了相应的调整，以小于250为轻度、250～500为中度、500～1000为强度、大于1000为极强。以此等级划分得到鄱阳湖悬浮物重金属的生态危害系数见表6。由表6可见，鄱阳湖近一半区域重金属污染达强度级别，其中2/3分布在南湖区。南湖区集中了鄱阳湖的所有入湖支流，污染物进入湖区时，大量富集于悬浮物中。鄱阳湖重金属单元素危害系数最大的是Cd，其次是Cu、Pb，最小的是Zn，这种现象与5条支流流域内的工业矿业类型有关。