内蒙古乌拉盖河流域沉积物重...染物特征及潜在风险评估研究_张娜.pdf

内蒙古乌拉盖河流域沉积物重金属污染物特征及潜在风险评估研究(1.内蒙古自治区受损环境鉴定与修复企业重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010000；2.内蒙古大学生态与环境学院，内蒙古 呼和浩特 010021)摘要:以内蒙古地区乌拉盖河流域及其支流为研究对象，分析了沉积物中重金属（Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb）的含量特征和空间含量变化，采用地累积指数法和潜在生态风险指数法对重金属污染进行评价。结果表明，Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 的平均含量分别为 19.65、11.91、11.14、42.54、7.73、0.091、14.11mgkg-1。重金属在空间分布上存在较大差异。污染评价结果显示，Cd 的污染程度较大，Zn、As、Cu 的污染程度较轻。关键词:表层沉积物；重金属；污染评价；地累积指数；潜在生态风险中图分类号:X824 文献标志码:A 文章编号：1674-263X(2023)01-0055-03Abstract:Taking the Ulagai River Basin and its tributaries in Inner Mongolia as the research object,this paper analyzed the content characteristics and spatial content changes of heavy metals(Cr,Ni,Cu,Zn,As,Cd,Pb)in sediments,and evaluates heavy metal pollution by geo-accumulation index method and potential ecological risk index method.The results showed that the average contents of Cr,Ni,Cu,Zn,As,Cd and Pb were 19.65,11.91,11.14,42.54,7.73,0.091 and 14.11mgkg-1,respectively.There are large differences in the spatial distribution of heavy metals.The pollution evaluation results showed that the higher the pollution degree of Cd,the lower that of Zn,As and Cu.Key words:surface sediments;heavy metals;pollution assessment;cumulative index;potential ecological risksResearch on contaminant characteristics and potential risk assessment of heavy metals in sediments in the Uragai River Basin of Inner MongoliaZHANG Na1,2,ZHANG Wenxin1,2,REN Yan1,TAI Yang1,ZHANG Yixin2(1.Inner Mongolia Ecological Environment Science Research Institute Co.,Ltd,Hohhot,010000,China;2.School of Ecology and Environment,Inner Mongolia University,Hohhot,010021,China)乌拉盖河流域是内蒙古北部地区的重要通道，是内蒙古面向东北地区开放的东大门。现如今，关于乌拉盖河流域的研究主要集中在水资源1、植被覆盖变化、土地利用等方面。关于沉积物重金属污染相对较少。重金属污染具有毒性强、累积性和不易降解等特征，会通过食物链危害人体健康2。因此，人们根据重金属的浓度、生物利用度和毒性，开展了许多环境风险研究，其中地质累积指数（Igeo）和潜在生态风险指数（RI）是综合风险评估的有效方法。近年来，沉积物中重金属风险评价也逐渐引起了国内外学者的关注，研究沉积物重金属的分布特征和生态风险有着重要意义。本研究选取了乌拉盖河流域表层沉积物作为研究对象，分析沉积物中7 种重金属污染物特征，采用地累积指数法和潜在生态风险指数法对沉积物中重金属污染状况进行评价，旨在为乌拉盖河流域的水环境生态修复和治理提供科学依据。1数据来源与研究方法1.1 研究区概况乌拉盖河流域位于内蒙古自治区锡林郭勒盟东收稿日期：2022-12-21 基金项目：环投集团科技创新项目（JT2021080400546）。作者简介：张娜（1997），女，研究生，研究方向：环境规划与管理。通讯作者：邰阳（1981），女，研究生，高级工程师，研究方向：生态环境保护规划。Vol.36 No.1202303第 36 卷 第 1 期202303HEILONGJIANG HUANJING TONGBAO黑 龙 江 环 境 通 报张 娜1,2，张文星1,2，任 燕1，邰 阳1，张一心256第 36 卷北部，地理位置为东经 11844E11950E，北纬 4529N4638N，流域总面积 37 819km2。乌拉盖河是内蒙古最大的内流河，河道全长 505km，多年平均径流量1.36 亿 m3。1.2 样品采集与样品分析本次沉积物重金属监测一共 26 个采样点位。河湖沉积物调查点位分布在乌拉盖河干流、支流及乌拉盖水库，其中支流包括色也勒钦河、敖仑套海、彦吉嘎郭勒、高力罕河、巴拉格乐郭勒。将 26个采样点划分为源头（1#）、干流上游（2#、3#、4#）、湖 区（5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#）、色也勒钦河（12#、13#、14#、15#）、干流中游（16#、17#、18#、20#）、敖仑套海（19#）、彦吉嘎郭勒（21#）、高力罕河（22#、23#、24#）和巴拉格乐郭勒（25#、26#）9 个区域。2021 年 6 月期间采用抓斗式采泥器在乌拉盖河流域采集沉积物表层样品，沉积物样品经冷冻干燥后，去除砾石、动植物残体等杂质，研磨过孔径为 2mm(160 目)的筛子后装袋备用。As 采用原子荧光光度法进行分析(GB/T 22105.22008)，Cu、Pb、Cd、Ni、Cr 和 Zn 的采用 ICP-AES 或 ICP-MS(SL3942007)法进行分析。1.3 污染评价方法1.3.1地累积指数法地累积指数法由科学家 Mller 提出，是用于研究沉积物中重金属污染程度的定量指标，以沉积物中重金属含量的高低反映污染水平，其特点是能直观的观测到沉积物中重金属的富集程度3。计算公式如下：式中 Cn是元素 n 在沉积物中的含量，Bn为沉积物中该元素的地球化学背景值，该背景值取自内蒙古自治区锡林郭勒盟地区的土壤重金属元素背景值4，k 为考虑各地岩石差异可能引起背景值的变动而取的系数（一般取值为1.5），Igeo值为地累积指数，并根据 Igeo将重金属污染程度分为 7 级（0 6 级）。1.3.2潜在生态风险指数法1980 年瑞典科学家 Lars Hakanson 提出了土壤重金属潜在生态风险指数法，它是一以重金属生物毒性为基础，综合重金属含量、环境效应的一种评估方法5。计算公式如下：式中：Eri为第 i 种重金属的潜在生态危害系数；Tri为第 i 中重金属的毒性响应系数，反映其毒性水平和对其污染的敏感程度，本文中重金属 Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 的毒性响应系数分别为 2、5、5、1、10、30、511；Ci为第 i 种重金属的实测浓度（mg/kg）;Cni为第 i 种重金属的评价参比值。2结果与讨论2.1 沉积物中重金属的含量特征乌拉盖河湖流域沉积物重金属 Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 含 量 的 平 均 值 分 别 为 19.65、11.91、11.14、42.54、7.73、0.091、14.11mgkg-1。其中 Cu、Zn、As、Cd 四种重金属均高于锡林郭勒盟土壤背景值，分别是背景值的1.09倍、1.31倍、1.36倍、3.49 倍，其倍数由大到小依次是 Cd As Zn Cu。对于 9 个不同区域，沉积物中重金属含量有很大差异。研究发现，源头区中重金属 Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 的含量分别是背景值的 1.27 倍、1.55倍、2.09 倍、9.29 倍、1.68 倍、18.44 倍、1.90 倍。干流上游区中重金属 Cu、Zn、As、Cd 的含量分别是背景值的 1.13 倍、1.16 倍、1.20 倍、2.42 倍。湖区中的重金属 Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 的含量分别是背景值的1.11倍、1.73倍、1.66倍、1.79倍、5.72倍、1.37 倍。支流色也勒钦河和彦吉嘎郭勒中重金属只有 Cd 的含量超过背景值，分别是背景值的 2.08倍、1.12 倍。干流中游中重金属 As 和 Cd 的含量分别是背景值的 1.72 倍、2.27 倍。支流高力罕河中重金属 As 和 Cd 的含量分别是背景值的 1.19 倍、1.12倍。支流巴拉格乐郭勒中重金属 As 和 Cd 的含量分别是背景值的 1.04 倍、2.15 倍。7 种重金属 Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 在源头区的含量明显要高于其他区域。2.2 沉积物重金属生态风险评价2.2.1地累积指数法通过地累积指数法进行计算，结果见表 1。Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd 和 Pb 的的地累 积指数的平均值分别为-1.54、-1.35、-0.79、-0.65、-0.35、0.64 和-1.21，7 种重金属的平均值 ICd IAs IZn ICuIPb INi INi,。从平均值来说，只有 Cd存在污染，为 1 级轻度污染，其他重金属,Cr、Ni、Cu、Zn、As和Pb的地累积指数都为负，属于无污染。但是单从平均值分析各重金属的污染程度无法说明某些具体问题，所以再从各采样区分析得出：乌拉盖河源头污染较为严重，其中 Ni、Cu、As 和 Pb 的地累积指数（Igeo）分布在 1 级为轻度污染，Zn 和Cd 的地累积指数（Igeo）分布在 3 级和 4 级，为中度污染和偏重污染；干流上游 Cd 的地累积指数（Igeo）表 1 沉积物中重金属地累积指数结果重金属CrNiCuZnAsCdPb均值-1.54-1.35-0.79-0.65-0.35 0.64-1.21 Igeo黑 龙 江 环 境 通 报57第 1 期张 娜，等：内蒙古乌拉盖河流域沉积物重金属污染物特征及潜在风险评估研究分布在 1 级，为轻度污染；乌拉盖湖区中 Cu、Zn、As 的地累积指数（Igeo）分布在 1 级，为轻度污染，Cd 的地累积指数（Igeo）分布在 2 级，为中度污染；干流中游中As和Cd的地累积指数（Igeo）分布在1级，为轻度污染；支流的污染程度较小，其中敖仑套海、彦吉嘎郭勒和高力罕河无污染，支流色也勒钦河和巴拉格乐郭勒中 As 和 Cd 的地累积指数分布在 1 级，为轻度污染。Cd 的地累积指数值都普遍较高，其污染程度最大；在个别采样点中，Zn、As、Cu 的地累积指数较其他采样点高，有一定的污染程度，且大部分处于轻度污染水平；其余重金属的基本处于无污染水平。包括褐煤开采选洗企业、铅锌矿采选及冶炼企业、铜矿采选企业、水泥制造企业、地石油开采企业和粘土砖瓦及建筑砌块制造企业。Zn、Pb 和 Cu 的污染主要来自采矿行业。研究区中 Cd 污染较为严重，其污染来源可能来自畜禽养殖。乌拉盖河流域畜禽养殖业较为发达，研究发现Cd是常用的饲料添加剂，是磷肥等无机肥中含量较高的重金属。3结论（1）各区域中重金属含量有较大差异，源头的含量明显要高于其他区域，干流上游、干流中游和湖库区域的含量也相对较高。Cu、