环境科学  2023, Vol. 44 Issue (9): 4896-4905   PDF    
引用本文
张同亮, 衣丽霞, 黎常成, 袁首枢, 豆奕轩, 田胜艳, 林岿璇. 湖南东江湖表层沉积物重金属的空间分布、形态及生态风险[J]. 环境科学, 2023, 44(9): 4896-4905.
ZHANG Tong-liang, YI Li-xia, LI Chang-cheng, YUAN Shou-shu, DOU Yi-xuan, TIAN Sheng-yan, LIN Kui-xuan. Spatial Distribution, Speciation, and Ecological Risk Assessment of Heavy Metals in Surface Sediments of Dongjiang Lake, Hunan Province[J]. Environmental Science, 2023, 44(9): 4896-4905.
湖南东江湖表层沉积物重金属的空间分布、形态及生态风险
张同亮1,2, 衣丽霞1, 黎常成3, 袁首枢4, 豆奕轩5, 田胜艳1, 林岿璇2     
1. 天津科技大学海洋与环境学院, 天津市海洋环境保护与修复技术工程中心, 海洋资源化学与食品技术教育部重点实验室, 天津 300457;
2. 中国环境科学研究院, 环境基准与风险评估国家重点实验室, 北京 100012;
3. 湖南省郴州生态环境监测中心, 郴州 423400;
4. 郴州市东江湖水环境保护局, 郴州 423400;
5. 郴州市生态环境局, 郴州 423400
收稿日期: 2022-09-06; 修订日期: 2022-11-22
基金项目: 郴州国家可持续发展议程创新示范区建设专项项目(2019sfq16)
作者简介: 张同亮(1996~), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为重金属污染的生态毒性效应, E-mail: 649273324@qq.com
通信作者: 田胜艳, E-mail: tiansy@tust.edu.cn; 林岿璇, E-mail: linkuixuan@aliyun.com
摘要: 为全面了解东江湖重金属污染状况，于2021年9月对表层沉积物重金属含量和形态进行调查研究，对其污染程度和潜在生态风险进行评价.结果表明，ω(Cd)、ω(Pb)、ω(As)、ω(Cu)、ω(Zn)、ω(Ni)和ω(Cr)分别为：0.40~34.1、14.8~1688、6.99~1155、6.89~280、26.2~1739、6.29~55.4和23.3~44.8 mg ·kg-1；空间分布极不均匀，Cd、Pb、As、Cu和Zn含量最大值均出现在毗邻瑶岗仙钨矿的站位.有效态金属所占比例较高，弱酸可提取态Cd占总量的46.7%~71.5%；可还原态Pb所占比例为46.8%~67.0%；虽然Cu、Zn、Ni和Cr均以残渣态为主要形态，但有效态占比分别为35%~68%、42%~72%、26%~51%和6%~30%.根据地累积指数Igeo，Cd普遍达到中度到重度污染程度，90%站位的Pb处于轻度及以上污染，30%站位的Zn、As和Cu处于轻度污染.潜在生态风险指数Eri显示，Cd存在较高及以上级别的潜在生态风险，其中80%调查站位的Cd具有极高的潜在生态风险；此外，毗邻瑶岗仙矿区的S7站位的As和Pb存在极高潜在生态风险，Cu存在中等潜在生态风险.综合潜在风险指数RI显示，所有调查站位均存在较高及以上程度的潜在生态风险，50%的调查站位存在极高的潜在生态风险.因此，东江湖表层沉积物存在严重的Cd、Pb、As、Cu和Zn等的复合重金属污染，生物有效性较高，存在很高的潜在生态风险.
关键词: 重金属      形态      生态风险      沉积物      东江湖     
Spatial Distribution, Speciation, and Ecological Risk Assessment of Heavy Metals in Surface Sediments of Dongjiang Lake, Hunan Province
ZHANG Tong-liang1,2 , YI Li-xia1 , LI Chang-cheng3 , YUAN Shou-shu4 , DOU Yi-xuan5 , TIAN Sheng-yan1 , LIN Kui-xuan2     
1. Tianjin Marine Environmental Protection and Restoration Technology Engineering Center, Key Laboratory of Marine Resources Chemistry and Food Technology, Ministry of Education, College of Marine and Environmental Sciences, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China;
2. State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China;
3. Chenzhou Ecological and Environmental Monitoring Center, Chenzhou 423400, China;
4. Chenzhou Dongjiang Lake Water Environment Protection Bureau, Chenzhou 423400, China;
5. Chenzhou Municipal Ecology and Environment Bureau, Chenzhou 423400, China
Abstract: To understand the heavy metal pollution status of Dongjiang Lake, the contents and species of heavy metals in the surface sediments were investigated during September 2021, and the heavy metal pollution level and potential ecological risk were evaluated. The results showed that Cd, Pb, As, Cu, Zn, Ni, and Cr contents were in the range of 0.40-34.1, 14.8-1688, 6.99-1155, 6.89-280, 26.2-1739, 6.29-55.4, and 23.3-44.8 mg·kg-1, respectively, with extremely uneven spatial distributions. The highest contents of Cd, Pb, As, Zn, Cu, and Ni were found in the site adjacent to Yaogangxian tungsten ore. The proportion of metal species with bioavailability was high, in which Cd in acid-soluble species was 46.7%-71.5% and Pb in reducible species was 46.8%-67.0%. The bioavailable species of Cu, Zn, Ni, and Cr were 35%-68%, 42%-72%, 26%-51%, and 6%-30%, respectively, although they primarily existed in residual species. According to the geo-accumulation index (Igeo), there was a moderate or extreme pollution status of Cd in all sites, moderate or extreme pollution status of Pb in 90% of sites, and moderate pollution status of As, Cu, and Zn in 30% of sites. The ecological risk factor (Eri) of Cd showed high potential ecological risk in all sites with significantly high potential ecological risk in 80% of sites. Moreover, As and Pb had significantly high potential ecological risk, and Cu had moderate potential ecological risk in S7, which was adjacent to Yaogangxian tungsten ore. There was a high total potential ecological risk in all sites and significantly high potential ecological risk in 50% of sites. Therefore, the surface sediments of Dongjiang Lake were under the combined pollution of Cd, Pb, As, Zn, and Cu with high bioavailability and high total potential ecological risk.
Key words: heavy metal      speciation      ecological risk      sediment      Dongjiang Lake     

东江湖是湖南省郴州市境内大型水电工程东江水电站拦河蓄水而成的人工湖泊, 蓄水量相当于半个洞庭湖, 是当地集中式饮用水源地, 也是湘江的重要水源补给区[1~3].东江湖流域矿产资源丰富, 最为著名的有中国钨矿业发源地瑶岗仙钨矿, 自1914年开采以来, 约2 200万t的尾矿渣堆放在地表山坡, 至2013年左右才被彻底清理.有研究发现尾矿堆场土壤存在严重的Pb、Zn、Cu、Cd和As复合重金属污染[4].矿区的重金属污染可经地表径流进入湖泊, 以沉积物为主要载体, 约99%的重金属贮存在沉积物中[5~7].通常, 沉积物中重金属含量比上覆水中的含量高几个数量级, 即便在湖泊水质良好的情况下, 沉积物中的重金属也可能存在极高的生态风险[8~10].

已有研究发现, 东江湖表层沉积物存在Cd、As、Pb、Zn和Cu等重金属污染, 且Cd和As污染状况较为严重[11].然而该研究未在邻近瑶岗仙矿区设置采样点, 不能充分说明矿区可能导致的重金属污染; 同时, 该研究未对重金属形态进行分析, 不能全面了解重金属污染特征.为探究矿区对东江湖重金属污染的影响, 本文着重对近岸区域进行调查, 分别测定了表层沉积物重金属含量及其形态组成, 对重金属污染程度和潜在生态风险进行评价, 通过全面了解东江湖重金属污染状况提供基础数据资料, 以期为东江湖流域重金属污染防控工作提供科学依据.

1 材料与方法 1.1 研究区域概况与样品采集

东江湖水面面积为160 km2, 湖长约103 km, 总库容91.5亿m3, 正常蓄水量81.2亿m3, 平均水深61 m, 最大水深141 m, 属于大型深水湖泊[12].东江湖流域属亚热带季风性湿润气候, 雨量充沛, 平均降雨量为1 645 mm, 湖水补给主要来源于降水.

本研究于2021年9月对东江湖进行生态环境调查, 布设10个近岸站位, 用Van Veen抓斗式采泥器取沉积物样品, 用木勺取表层0~5 cm的沉积物, 装入聚乙烯袋4℃密封保存.采样站位分布如图 1所示, 各站位的水深、水体温度和pH值见表 1.

图 1 东江湖沉积物采样站位示意 Fig. 1 Sampling sites in Dongjiang Lake

表 1 采样站位的水深、水体温度与pH值 Table 1 Depth, temperature, and pH values of the water in each sampling site

1.2 重金属含量测定

沉积物样品自然风干、去除杂质后, 研磨过100目尼龙筛(0.150 mm), 用HNO3和HClO4消解, 利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS, Agilent 8800, 美国安捷伦公司)进行定量测定.

1.3 重金属形态测定

采用BCR提取法[13]进行重金属形态分析.处理程序为：取1 g过筛后的沉积物样品, 常温条件下用40 mL浓度为0.11 mol·L-1的乙酸溶液振荡提取16 h, 4 000 r·min-1离心分离, 上清液中的重金属为弱酸可提取态; 离心后的残渣经超纯水清洗后, 用40 mL浓度为0.5 mol·L-1的盐酸羟胺溶液振荡提取16 h, 离心分离, 上清液中的重金属为可还原态; 离心后的残渣经超纯水清洗后, 先用20 mL浓度为8.8 mol·L-1的过氧化氢溶液85℃下恒温消解, 再用40 mL浓度为1 mol·L-1的乙酸铵溶液振荡提取16 h, 离心分离, 上清液中的重金属为可氧化态; 离心后的残渣经超纯水清洗后, 用HNO3和HClO4消解, 为残渣态.各步提取的上清液和最后一步消解液定容后用ICP-MS测定重金属含量.

1.4 重金属污染程度评价 1.4.1 地累积指数法

地累积指数(geo-accumulation index, Igeo)反映了沉积物样品中重金属含量与当地背景值的关系[14], 被广泛用于评价沉积物重金属污染程度.公式为：

(1)

式中, Igeo为地累积指数; Cmi为沉积物重金属i的含量; Cki为重金属i的背景值; K为成岩作用可能引起的背景值变动的校正系数, 取值为1.5.

本研究选用湖南省土壤重金属本底值作为背景值[15], ω(Cd)、ω(Pb)、ω(As)、ω(Cu)、ω(Zn)、ω(Ni)和ω(Cr)分别为0.11、29.6、14.7、25.8、91.6、31.8和68.6 mg·kg-1.根据Igeo值划分为7个污染级别：Igeo≤0为无污染; 0 < Igeo ≤1为轻度污染; 1 < Igeo≤2为偏中度污染; 2 < Igeo≤3为中度污染; 3 < Igeo≤4为偏重度污染; 4 < Igeo≤5为重度污染; Igeo>5为严重污染.

1.4.2 次生相与原生相比值法

陈静生等[16]将残渣态称为原生相, 其它形态统称为次生相.有学者用次生相重金属含量与原生相重金属含量的比值评价重金属污染程度[16~18], 公式为：

(2)

式中, RSP为重金属i的次生相含量与原生相含量的比值; Si为重金属i的次生相含量; Pi为重金属i的原生相含量.

分为4个污染级别：RSP < 1为无污染; 1≤RSP < 2为轻度污染; 2≤RSP < 3为中度污染; RSP≥3为重度污染.

1.5 潜在生态风险评价

潜在生态风险指数(RI)综合考虑了湖泊表层沉积物中污染物浓度、污染物毒性因子以及生态系统对污染物的敏感性等因素, 将沉积物中污染物的潜在生态风险进行量化, 以评价其潜在生态风险程度[19].公式为：

(3)

式中, RI为沉积物中多种污染物的综合潜在生态风险指数; Eri为污染物i的潜在生态风险指数; Sti为污染物i的毒性系数, 取值为：Cd=30、As=10、Cu=Ni=Pb=5、Cr=2和Zn=1[19~22]; K为生态敏感性系数, 与Sti的乘积为污染物i的毒性响应因子; Cmi和Cki分别为沉积物中污染物i的含量和污染物i的背景值(本研究选用湖南省土壤重金属本底值作为背景值).

生态敏感系数K为湖泊生态系统对污染物的敏感性.H kanson[19]研究认为湖泊生态系统对污染物的敏感性可通过生物生产力指数(bioproduction index, BPI)体现, 生态系统对重金属的敏感性与湖泊BPI成反比关系, 取值为As=1, Cd=Cu=Ni=Pb=Cr=Zn= . Håkanson[19, 23]统计发现BPI可以用沉积物的有机质和凯氏氮含量之间的函数关系计算, 对湖泊沉积物中灼烧法测定的有机质和凯氏氮含量进行线性拟合, 取有机碳含量为10%时对应的凯氏氮含量为BPI值.

本研究于550℃下灼烧1 h测定沉积物的有机质含量.沉积物样品经浓硫酸消解后, 使用自动凯氏定氮仪(Kjeltec 8400, 丹麦FOSS)测定凯氏氮含量.

1.6 质量控制

沉积物有机质、凯氏氮和重金属测定均设置试剂空白, 设置3个平行样, 平行样分析误差 < 5%.同步测定水系沉积物标准物质GBW 07366(GSD-23), 重金属的回收率为83.6%~114%.将分步提取测定的重金属4种形态含量相加与直接测定的重金属总量相比较作为重金属形态分析的质控依据, 重金属4种形态含量之和与重金属含量的百分比为80%~129%.

1.7 数据处理

空间分布图用ArcGIS 10. 2绘制; 多元统计分析用Primer 6.0进行.

2 结果与讨论 2.1 表层沉积物重金属含量与空间分布

东江湖表层沉积物重金属含量调查结果的统计特征见表 2.Cd、Pb、As、Cu和Zn的变异系数均大于1, 表明空间分布极不均匀.对各站位表层沉积物重金属含量进行比较(图 2), S7站位表层沉积物Cd、Pb、As、Cu和Zn的含量比其它站位的含量高数倍至几十倍, 分别是中值的23、25、77、8.5和14倍, 该站位毗邻瑶岗仙钨矿区, 可以推测该站位重金属的超高含量可能是受矿区影响.与S7邻近的S8站位表层沉积物Cd、Pb和Zn等的含量也显著高于除S7外的其它站位, 分别是中值的5.5、3.5和3.8倍, 且该站位Ni的含量最高, 为中值的2.5倍.鉴于S7和S8站位部分重金属含量远高于其它站位含量, 本文对S7和S8之外8个站位表层沉积物重金属含量也进行统计分析, 与10个站位的统计结果相比, 中值基本一致, 而Cd、Pb、As、Cu和Zn的变异系数由1.45~2.73降为0.40~0.73, 说明S7和S8站位沉积物重金属污染状况与其它区域的状况存在显著异质性, 需要区别分析.各站位重金属数据经过正态化, 计算欧氏距离进行多元统计分析, 结果如图 3所示.聚类树状图经相似剖面检验(similarity profile test, SIMPROF), 分为显著差异的4组[图 3(a)], 由多维标度分析结果可知[图 3(b)], 各站位重金属类别与含量的相似性与其空间地理位置无关, 基本是重金属含量水平的体现.各站位表层沉积物重金属总含量的顺序为：S7>S8>S5>S9>S10>S2>S1>S3>S6>S4.根据站位的地理位置与重金属含量分析东江湖表层沉积物重金属的空间分布特征(图 4), 可以发现除了Cr之外, 几种重金属的空间分布表现出高度异质性, 虽然S7站位Cd、Pb、As、Cu和Zn的含量非常高, 但是并未出现点源效应, 这5种金属的空间分布规律并不相同, 可能是因为东江湖狭长的形状且近岸边多岛屿状导致分布的异质性.整体上, 南部区域和北部的S5站位所在区域重金属含量较高, 需要首先得到重视.本次调查中Cr含量变异度不高, 都是较低的含量水平.

表 2 表层沉积物中重金属含量的描述性统计1) Table 2 Descriptive statistics of heavy metal contents in surface sediments

结果为3个平行样的平均值; 没有进行As的形态分析 图 2 表层沉积物中重金属含量 Fig. 2 Heavy metal concentrations in surface sediments

图 3 各站位重金属组成和含量的多元分析结果 Fig. 3 Multivariate analysis of heavy metal composition and contents in each station

图 4 表层沉积物重金属含量空间分布 Fig. 4 Spatial distribution of heavy metals in surface sediments

与赵晓亮等[11]于2021年2月进行的东江湖表层沉积物重金属调查结果相比, 两次调查中Cd、Cu、Zn和Ni的中值基本一致, 本研究中Pb的中值略高于赵晓亮等[11]研究的结果, 而Cr的中值比赵晓亮等[11]研究的结果低1倍, As的中值比赵晓亮等[11]的结果低6倍.此外, 赵晓亮等[11]的调查中没有出现与本研究中S7站位类似的高含量.两次调查中站位位置差异较大, 只有3个站位位置相近, 相应的金属含量基本一致.赵晓亮等[11]在瑶岗仙钨矿邻近区域的站位与本次调查中S8站位金属含量相似, 由此可以推断, 由矿业采选活动和尾矿堆场等进入湖区的重金属仅在毗邻岸边小范围区域内出现含量水平超高的污染状况, 这些重金属污染向其它区域迁移扩散性较差.两次调查中Cr和As含量的显著差异, 应该是采样点位置差异所致.根据赵晓亮等[11]报道中沉积物重金属含量空间分布特征, 东江湖北部区域各类重金属含量都是偏低水平, Cr和As高含量集中在中部区域的3个站位, 而本研究的6个站位设置在北部区域, 未在中部区域采样; 北部区域的调查结果与赵晓亮等[11]研究的结果一致.

S7站位表层沉积物中Cd、Pb、As、Cu和Zn的含量与Sun等[24]报道的瑶婆山矿区尾矿的重金属含量相当.盛维康等[25]对湘江水系沉积物重金属污染的研究发现, 郴州是湘江流域污染最严重的地区, 其中东河沉积物中Cd、Pb、As、Cu和Zn等含量最大值均高于本研究中S7站位的含量.郴州市某冶炼厂周边农田土壤重金属的种类与含量最大值也与本研究中S7站位的含量相似[26].由此说明, 矿业采选活动可导致周边环境高含量的重金属污染.

2.2 重金属形态组成

重金属与沉积物的不同组分(如碳酸盐、铁锰氧化物、硫化物和有机质等)结合, 利用不同溶剂和特定的提取条件可以将与不同组分结合的金属分步提取出来[27~30].本研究采用BCR提取法[13], 仅对Cd、Pb、Cu、Zn、Ni和Cr等6种金属进行形态分析, 各站位表层沉积物重金属形态组成如图 5所示.整体而言, 弱酸可提取态Cd所占比例为46.7%~71.5%(质量分数, 下同), 是Cd的主要形态; 可还原态Pb所占比例为46.8%~67.0%, 是Pb的主要形态; 残渣态Cu和Zn所占比例相似, 分别为32.4%~64.8%和28.5%~58.0%, 分别是Cu和Zn的主要形态; Ni和Cr也是以残渣态为主要形态, 所占比例更高, 分别为48.6%~73.8%和70.1%~93.7%.对于同一种金属, 在不同站位表层沉积物中形态组成存在差异, 尤其是S7站位, 可还原态的Pb、Zn和Cu是主要存在形态, 所占比例也高于其它站位可还原态金属所占比例.

图 5 表层沉积物重金属形态组成 Fig. 5 Species distribution of heavy metals in surface sediments

弱酸可提取态主要是吸附在黏土等和与碳酸盐矿物结合的金属, 在中性或弱酸性条件下就可以释放至水体, 生物有效性最高[31, 32]; 可还原态是与Fe-Mn氧化物结合或与氧化物共沉淀的金属, 在氧化还原电位降低或缺氧条件下可以释放进入水体, 也具有生物有效性[33, 34]; 可氧化态是与有机物结合或以硫化物形式存在的金属, 相对稳定, 生物可利用性较低, 但在碱性或强氧化条件下可以释放进入水体[35]; 残渣态是沉积物矿物晶格中存在的金属, 性质稳定难以释放, 因此不能被生物利用[36, 37].具有生物有效性的形态统称为有效态, 东江湖表层沉积物有效态金属所占比例分别为：94%~98%(Cd)、55%~78%(Pb)、35%~68%(Cu)、42%~72%(Zn)、26%~51%(Ni)和6%~30%(Cr).本研究将各站位表层沉积物中有效态金属含量进行比较(图 2), 有效态Pb、Cu和Zn含量的分布规律与总含量的分布规律存在差异.根据有效态金属含量进行多元统计分析(图 6), 多维标度分析将站位分为显著不同的2组, 站位间相似度与根据重金属总量进行多元统计分析结果完全不同, 推测是由于各站位沉积物组成的不同导致有效态重金属含量聚类结果的差异.

图 6 各站位有效态重金属组成和含量的多元分析 Fig. 6 Multivariate analysis of the compositions and contents of bioavailable heavy metals at each station

与其它湖泊和河流沉积物有效态重金属所占比例相比[38~43], 东江湖沉积物有效态重金属所占比例偏高, 可能与沉积环境构成有关.盛维康等[25]研究认为郴州东河沉积物中Ca、Mg和Fe的氧化物和氢氧化物是该地区富集重金属As、Cd、Cu、Hg、Pb、Sb和Zn等的主要载体.曾北危等[44]分析湘江水系特点时发现, Ca2+在江水中占阳离子总量的71.2%, HCO3-占阴离子总量的92%, HCO3-大量存在使得水环境对酸碱物质的缓冲能力强, 这种地质构造使碳酸盐和铁锰氧化物成为重金属在沉积物中的重要存在形态, 约占沉积物重金属总量的40~60%, 这合理解释了东江湖表层沉积物中弱酸可提取态Cd所占比例高达71.5%, 可还原态的Pb和Cu所占比例高于其它地区沉积物的原因.

2.3 重金属污染程度评价

本研究中Cd含量均高于湖南省土壤重金属背景值; 除S4站位外, 其它站位表层沉积物Pb的含量均高于背景值; 超过一半站位表层沉积物Zn和Cu含量高于背景值; S8站位Ni的含量高于背景值.利用地累积指数(Igeo)进行重金属污染程度评价(图 7), 各金属Igeo值的大小顺序为：Cd>Pb>Zn>Cu>As>Ni>Cr.根据污染程度划分, 所有调查站位的Cd普遍达到中度到重度污染程度, S7和S8站位为严重污染程度; 90%站位的Pb处于轻度及以上程度污染, 其中40%站位为偏中度和中度污染程度; 30%站位的Zn、As和Cu处于轻度污染程度; 只有S8站位的Ni处于轻度污染程度, 其余站位皆为无污染; 所有站位的Cr都处于无污染状态.S7站位的Igeo值显著高于其他站位, Cd、Pb和As均达到严重污染程度, Zn为偏重度污染, Cu为中度污染, 可见该站位表层沉积物重金属污染程度极其严重.

图 7 表层沉积物重金属地累积指数(Igeo) Fig. 7 The Igeo index of heavy metals in surface sediments

基于重金属总含量进行的污染程度评价没有考虑金属的生物有效性, 鉴于东江湖表层沉积物有效态重金属所占比例较高, 本研究利用次生相与原生相分布比值法, 从重金属的生物有效性角度对其污染程度进行评价.东江湖表层沉积物次生相金属含量与原生相金属含量比值见表 3, 由此判断, 东江湖表层沉积物Cd普遍属于重度污染, Pb属于轻度到重度不同程度的污染, 超过一半站位的Zn出现轻度到中度污染, 近一半站位的Cu出现轻度到中度污染, 与Igeo值评价结果一致.对于污染程度严重的Cd, 弱酸可提取态是其主要存在形态, 说明东江湖表层沉积物的Cd具有很高的生物有效性, 也就预示着极大的潜在生态风险.

表 3 表层沉积物次生相金属含量与原生相金属含量比值 Table 3 Ratio of secondary phase to primary phase of heavy metals in surface sediments

2.4 潜在生态风险评价

BPI可以反映东江湖生态系统对重金属的敏感性.根据Håkanson[19, 23]提出的确定湖泊BPI的方法, 对表层沉积物灼烧法测定的有机碳(IG)和凯氏氮(N)进行线性拟合, 如图 8所示, 10%有机碳含量对应的凯氏氮为2.66, 即东江湖的BPI为2.66, 属贫营养型, 这与东江湖水质营养状况评价结果一致[45].考虑了湖泊生态系统敏感性的毒性响应系数分别为：Cd=41、As=10、Cu=Pb=Ni=7、Cr=3和Zn=1.

图 8 表层沉积物有机碳(IG)和凯氏氮(N)的线性拟合 Fig. 8 Linear fitting of organic carbon (IG) and Kjeldahl nitrogen (N) in surface sediments

东江湖表层沉积物重金属的潜在生态风险指数Eri和各站位的综合潜在风险指数RI见表 4.由于Cd超过当地土壤背景值几倍至几十倍的含量以及大于其它元素的毒性响应因子, 其Eri值非常大.参照Håkanson[19]提出的潜在生态风险级别划分标准：Eri < 41为低风险; 41≤Eri < 82为中风险; 82≤Eri < 164为较高风险; 164≤Eri < 328为高风险; Eri≥328为极高风险, 80%调查站位表层沉积物中Cd存在极高的潜在生态风险, S6站位的Cd存在高潜在生态风险, 即便含量水平最低的S4站位Cd也存在较高的潜在生态风险.对于其它重金属, 主要在S7站位存在潜在生态风险, 其中As和Pb的潜在生态风险极高, Cu的潜在生态风险为中等; S8站位表层沉积物中Pb的潜在生态风险为中等.根据Håkanson[19]提出的针对8种污染物的综合潜在生态风险级别划分标准：RI < 80为低风险; 80≤RI < 160为中风险; 160≤RI < 320为高风险; RI≥320为极高风险.除S4站位外, 各调查站位表层沉积物重金属污染存在高潜在生态风险, 其中S2、S5、S7、S8和S9站位存在极高的潜在生态风险, 主要由于各站位Cd的极高潜在生态风险所致.综上, 东江湖表层沉积物重金属污染存在较大的潜在生态风险.

表 4 表层沉积物重金属的潜在生态风险指数(Eri)和综合潜在生态风险指数(RI) Table 4 The Eri and RI of heavy metals in surface sediment

3 结论

(1) 东江湖表层沉积物普遍存在Cd、Pb、As、Zn、Cu、Ni和Cr等重金属, 空间分布极不均匀.毗邻瑶岗仙钨矿的S7站位表层沉积物Cd、Pb、As、Cu和Zn的含量比其它站位的含量高数倍至几十倍, 然而并未出现点源效应, 由矿业采选活动和尾矿堆场等进入湖区的重金属仅在岸边小范围区域内出现超高含量的污染状况.

(2) Cd主要以弱酸可提取态存在, Pb主要以可还原态存在, Cu、Zn、Ni和Cr均以残渣态为主, 其有效态含量占总量比例较其它地区偏高.在污染严重的S7站位, Pb、Cu和Zn均以可还原态为主要形态.

(3) Cd普遍达到中度到重度污染程度, 90%站位的Pb处于轻度及以上程度污染, 30%站位的Zn、As和Cu处于轻度污染程度.Cd存在较高及以上级别的潜在生态风险, 其中80%调查站位的Cd存在极高的潜在生态风险; 毗邻瑶岗仙矿区的S7站位的As和Pb存在极高潜在生态风险, Cu存在中等潜在生态风险.所有调查站位均存在较高及以上程度的总潜在生态风险, 50%的调查站位存在极高的潜在生态风险.

参考文献
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