峒河沉积物重金属形态分析及生态风险评价

1.2 主ห้องสมุดไป่ตู้仪器药品
主要仪器：恒温干燥箱；60 目尼龙筛；电子天平；恒温振荡器；离心机；25 ml 聚乙烯 离心管；电热板；ICP-AES 电感耦合等离子体发射光谱仪。 主要药品：醋酸、盐酸羟胺、双氧水、醋酸铵、浓盐酸、浓硝酸和高氯酸。
1.3 样品分析方法
1.3.1 沉积物重金属总量分析方法 参照《土壤环境监测技术规范》 （HJ/T166-2004） ，测定沉积物样品中 Cu、Zn、Pb、Cd、 Cr、Ni 等重金属元素的总量。采用传统的电热板消解方法对样品进行消解，样品经浓盐酸浓硝酸-高氯酸消解完全后，水样用 ICP-AES 电感耦合等离子体发射光谱仪进行测定。 重金属总量分析具体步骤如下：水体沉积物中重金属的含量采用传统的电热板消解法 进行消解，取0.20 g水体沉积物样品于聚四氟乙烯坩埚中，加少量水润湿后加7 mL浓HCL， 于电热板上低温加热，蒸发至约剩3 ml时加入9 mL浓HNO3，继续加热蒸发至近粘稠状。再 加入3 ml HclO4赶酸，加热至白烟冒尽，对于有机质较多的样品应在加入之后加盖消解。 沉 积物样品最终应呈淡黄色不流动的粘稠状。然后用1%的硝酸溶液冲洗内壁并温热溶解残 渣，定容至25 ml，待测。
峒河沉积物重金属形态分析及生态风险评价
张佳佳 指导老师：瞿忠心
（吉首大学生物资源与环境科学学院，湖南 吉首 416000）
摘要：为了解峒河水体沉积物中重金属的污染现状及其潜在生态危害程度，采用改进的“BCR提取法”
对峒河水体沉积物中重金属元素Cr、Pb、Cu、Zn、Cd的形态分布特征进行了分析，利用Hakanson潜在 生态风险指数法对其进行了综合评价。形态分析结果表明，峒河沉积物重金属含量均高于湖南省土壤背 景值，其中Zn的含量最高，Cu的含量最小；四个采样点中有效性排序为Cd>Pb>Zn>Cu>Cr，其中Cd的有 效性最高，Cr的有效性最低；沉积物潜在生态风险评价结果表明，峒河表层沉积物中主要的重金属污染 因子是Cd,各种重金属的潜在生态危害系数大小顺序为Cd>Pb>Zn>Cr>Cu；重金属的潜在生态风险水平 较高，四个采样点均为严重生态风险。
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1.3.2
沉积物重金属形态分析方法 本研究采用改进后的“BCR提取法”分析沉积物重金属的形态，具体步骤为：
（1） 水溶态的提取： 称取烘干后的样品0.5000 g置于50 mL聚丙烯离心管中,加入12.5 mL 蒸馏水（pH=7.0） ，室温下（25 ℃）振荡2 h，然后以4000 r/min离心20 min，取上清液过滤 移入50 mL容量瓶中；往残渣中加入10 mL蒸馏水，振荡15 min，以4000 r/min离心20 min， 取上清液过滤移入上述容量瓶中，定容，4 ℃冰箱内储存备测。 （2）弱酸提取态的提取：往第（1）步的残渣中加入20 mL 0.1 mol/L的醋酸，用手振荡 试管使残渣全部分散，室温下（25 ℃）振荡16 h，再按前述方法离心、移液、洗涤、定容。 （3）可还原态的提取：往第（2）步的残渣中加入20 mL当天配制的0.5 mol/L的盐酸羟 胺（HNO3 酸化, pH=2） ，室温下（25 ℃）振荡16 h，再按前述方法离心移液、洗涤、定容。 （4）可氧化态的提取：往第（3）步的残渣中缓慢加入5 mL 30%的双氧水（HNO3 酸化， pH=2） ，室温下间隔振荡1 h，然后于85 ℃水浴加热1 h，待溶液蒸至近干，凉置；然后加入 25 mL 1.0 mol/L的醋酸铵（HNO3 酸化，pH=2） ，室温下（25 ℃）振荡16 h，再按前述方法 离心、移液、洗涤、定容。 （5）残渣态的提取：取第（4）步的残渣于聚四氟乙烯消解罐中，按照前述重金属总量 消解方法进行消解，消解液4 ℃下保存备测[13-14]。 上述提取液中重金属含量采用ICP-AES电感耦合等离子体发射光谱仪进行测定。
1 材料与方法
1.1 样品采集与预处理
沉积物样品采自湘西州峒河底泥，采集表层沉积物（10 cm 左右）1.0 kg，同时分别选 取青山湾污水处理厂旁边、青山湾冶炼厂下游、青山湾冶炼厂排污口和大田湾铅锌矿河对 岸 4 个采样点，置于恒温干燥箱在 120 ℃条件下烘干后，去除碎石、败叶等杂物，用研钵 研磨后过 100 目尼龙筛，再贮存于棕色广口瓶中备用。
C C C
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i
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①
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（2）多种污染物的综合效应用综合污染指数 C d 来表示，公式如下：
1.4 重金属潜在生态风险评价方法
本文采用瑞典科学家 Hakanson 提出的生态危害指数法进行沉积物重金属污染的评价
[15]
。该方法利用沉积物中重金属相对于工业化以前沉积物的最高浓度背景值的污染程度及
相应重金属的生态毒性系数进行加权求和，得到生态危害指数，特点在于从重金属的生物 毒性角度出发，不仅反映了某一特定环境中的每种污染物的影响，而且也反映了多种污染 物的综合影响，并且用定量的方法划分出潜在生态危害的程度。它是划分沉积物污染程度 及其水域潜在生态风险的一种相对快速、简便和标准的方法，被我国学者广泛应用于研究 河流和海域沉积物重金属污染方面[16]。评价计算公式如下： 1.4.1 沉积物中重金属污染程度分析方法 （1）Hakanson用 C if 值来表示沉积物中单个污染物的污染程度，公式如下：
Abstract ： In order to find out the present condition and potential ecological hazard of heavy metal contamination, Speciation distribution of Cr, Pb, Cu, Zn, Cd in water sediment of Dong River were analyzed and comprehensive evaluated separately by reformative BCR extraction and Hakanson potential ecological risk index method. The results of speciation analysis showed that the content of heavy metal elements in sediment of Dong River all exceeded the soil background value of Hunan Province, Cd had the top content while Cu was on the contrary; Valid order of four different spots was Cd>Pb>Zn>Cu>Cr, Cd had the top validity while Cr was on the contrary; The result of potential ecological risk assessment of sediment showed that the main heavy metal pollution element was Zn; The potential ecological hazard coefficient of different heavy metal element was Cd>Pb>Zn>Cr>Cu; the level of potential ecological risk of heavy metal in the surface sediment of Dong River was comparatively high. Ecological risk level of four different spots were all serious. Key words ： Heavy metal, Dong river sediment, Speciation analysis, Potential ecological risk, BCR extraction
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在人类活动的影响下，每年接纳周边排入的生活污水和工农业废水，造成峒河及其生态环 境受到严重破坏，河面水质恶化，直接影响了吉首市人们的饮水安全和工农业生产。 本文以沉积物为主要研究对象，根据重金属的环境化学特点，采用改进后的“BCR 提 取法”对峒河沉积物中重金属 Cu、Pb、Zn、Cr、Cd 的含量及形态分布特征进行分析，利 用 Hakanson 潜在生态危害指数法对这五种重金属的生态危害程度进行评价， 旨在为峒河水 环境质量综合评价及水污染治理提供科学依据，并对合理利用水资源，保证该地区经济的 可持续发展具有重要意义。
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前言
重金属污染是一个全球性的环境问题,工业国家和新兴发展中国家尤为严重。随着电 镀、制革、防腐、染料等工业的发展, 越来越多的重金属废水进入水体，对动物、植物和 环境造成了严重的危害[1-2]。重金属是具有潜在危害的重要污染物，与其他污染物不同，引 起特变关注之处在于它的环境危害持久性、地球化学循环性和生态风险性。通过各种途径 进入水体的重金属绝大部分迅速由水相转入固相，结合到悬浮物和沉积物中。结合到悬浮 物中的重金属在被水流搬运过程中，当其负荷量超过搬运能力时，便最终进入沉积物中。 河流沉积物是水体污染物的归宿， 对河流生态系统的结构和服务功能有重要的影响[3]。 重金 属是河流沉积物中具有潜在危害性的重要污染物，不易降解，易于在生物体内富集放大。 与水体相比，沉积物中重金属具有丰度高、易于准确检测等特点，因而沉积物被认为是水 体污染的重要指示剂。 环境中的形态分析通常指的是金属和与生命有关元素的价态和络合态分析，污染物的 形态分析是利用一定的物理、化学方法测定环境污染物中元素的含量、各种价态、络合态 及其组分的形态的分析，其目的是确定具有生物毒性的重金属含量。近年来，国内外学者 愈来愈重视水体沉积物重金属污染研究，沉积物作为水体重金属的归宿和二次污染源，不 仅能较好地反映水体重金属污染程度、其物质组成和重金属的特征，而且能够反映重金属 的来源[4]。 在特定的环境地球化学条件下， 水体沉积物中重金属及其有机污染物向上覆水体 的释放可能性将严重威胁到水系水质安全[5-6]，故弄清沉积物中重金属形态分布特征、评估 重金属的潜在生态风险，对重金属在水体沉积物中迁移转化过程中的机理认识有着重要的 理论价值和现实意义[7-8]。关于沉积物中重金属的污染评价方法主要有 Hakanson 的潜在生 态风险指数法[9]，Muller 的地积累指数法[10]，Tomlison 的污染负荷指数法[11]，Hilton 的回归 过量分析法[12]等。 其中 Hakanson 提出的生态风险指数法客观地把污染物与其生物毒性联系 起来，不仅反映某一特定环境下沉积物中各种污染物对环境的影响，而且反应了环境中多 种污染物的综合效应，并且用定量方法划分出了潜在生态风险程度。 峒河系沅水的上游支流，是湘西州吉首市的母亲河，这里生态资源丰富、自然景观质 朴、文化积淀深厚。峒河在吉首市内干流长达 50 余公里，两岸群峰竞秀、峡谷林立，森林 植被保存完好，野生动植物资源丰富，田园风光秀丽，民族风情浓郁，自古以来是吉首市 土家苗汉各族群众的主要生活栖息地，也是在湖南省西部将来建设 50 万人口区域性中心城 市的重要生态功能区，极具生态保护和开发利用价值。然而，近些年来，工农业发展迅速，