基于人工神经网络方法的河北省近海沉积物重金属污染综合评价

利用误差反相传播神经（BP）网络对河北省近海沉积物中的铅、镉、锌、汞、砷5种重金属元素的污染水平进行分析,利用自组织特征映射（SOFM）网络对上述重金属元素分布特征进行分类,通过分类与污染水平量化值的结合,进行综合评价。SOFM把52个沉积物样品分别划分为3、4、6类和9类。对比各种分类,分为3类的物理意义较明确。每个类别分别对应高中低不同的污染物浓度水平,差异显著、分类方式比较合理。通过此种分类可以判断河北省近海的沉积物重金属污染在不同海域存在一定的差别,整体上是离海岸越远,沉积物的重金属污染水平越高,距海岸较近的海域内,沉积物的重金属污染水平较低,但渤海湾内的重金属污染水平高于其他海域。     

辽东湾及其附近海域重金属污染研究进展

综述了辽东湾及其附近海域的海水、表层沉积物和生物体内的重金属含量,时空分布特征以及风险评价等研究进展,发现Cd、Zn和Pb是海水中主要的污染因子,沉积物中的重金属含量从海岸和河口处向外海递减,这可能与人类的活动密切相关.辽东湾北部的污染比东部和西部严重,其附近海域的重金属污染水平总体上较轻,空间分布上呈现由近岸海域向中心海域递减的趋势.而锦州湾潮间带存在极强的潜在生态危害.生物体对重金属的富集程度受到海水环境质量的影响.辽东湾近岸贝类体内Cd含量普遍超出第二类国家海洋生物质量标准.     

南海北部近海沉积物重金属分布及来源

为全面了解南海北部近海沉积物中重金属的分布及来源,在珠江口至北部湾海域进行了密集的采样工作,然后对4 000多个表层沉积物进行了粒度测试,1 000多个表层沉积物进行了重金属含量测试,之后对粒度平均值及Cu、Pb、Zn、Cr含量分布进行了分析。结果显示4种重金属含量平面分布特征较为相似,相对高含量分布区主要位于珠江口及其西侧的粤西近海海域,且均呈现由珠江口向西逐渐减少的趋势。以国家标准《海洋沉积物质量》中一类沉积物为参照,Pb、Zn超标站点范围主要分布在珠江口内及海陵岛西部,Cu、Cr的超标站点范围较广,在调查区域分布广泛。相关性分析显示4种重金属相关性较高,说明具有同源性,由分布图梯度变化可以看出污染物主要来自于珠江口。将该区域重金属含量进行分区分析后认为,在南海北部近岸海域存在4个重金属富集海域,分别位于珠江口海域、上川岛至海陵岛海域、琼州海峡东部及雷州半岛西部。结合粤西沿岸流及琼州海峡西向流等水动力特征对4个区域重金属来源及形成机制进行了分析,得出琼州海峡周边海域沉积物中重金属主要来自珠江径流输入,并认为珠江径流输入的重金属污染物目前最远可到达北部湾东部。最后,为全面了解重金属对该海域生态环境的影响,选用潜在生态危害指数法进行了评价分析,结果显示重度污染区主要分布在珠江口至崖门口,中度污染区在调查区东部至西部均有分布;由珠江口向西至阳江近岸海域存在3个潜在生态危害中度风险区。     

埒子口海域表层沉积物重金属空间分布特征及生态风险评价

根据2012年5月埒子口海域17个站位的环境监测资料,采用地统计学方法分析表层沉积物中7种重金属(As、Hg、Cu、Pb、Zn、Cr和Cd)的空间分布特征,利用潜在生态风险指数法进行重金属生态风险评价。结果表明,埒子口海域表层沉积物重金属含量均达GB 18668—2002《海洋沉积物质量》中规定的1类标准,质量总体较好。重金属空间分布趋势表现为西墅河口和灌河口附近海域重金属含量偏高,靠近外海一侧海域偏低,西北-东南向相关性较好;西墅河口和灌河口入海污染物是重金属的主要污染来源。重金属综合污染系数与潜在生态风险指数具有较好的相关性和一致性,总体处于低~中等水平。Cd既是主要的重金属污染元素,也是重要的生态风险贡献因子。生态风险高值区主要分布在西墅河口和灌河口附近海域,说明排放入海的污染物对海洋生态环境影响较大。     

深圳蛇口渔港沉积物重金属分布及潜在生态风险评价

沉积物重金属污染对水生生态系统具有潜在危害.渔港是海岸带水环境的重要组成部分.对取自深圳蛇口渔港的10个表层沉积物样品中的As、Cd、Cu、Pb和Zn等典型重金属元素进行了分析,探讨了其空间分布;运用地积累指数法(Igeo)和生态危害指数法(RI),评价了表层沉积物中重金属的富集程度和潜在生态风险,初步探讨了其污染来源.结果表明:(1)蛇口渔港海域沉积物重金属Cu的污染十分严重,Zn和Pb污染较严重,其浓度均为港内>港口>港外;(2)渔港内沉积物重金属的富集达重度污染程度,潜在生态危害风险强.其中,又以Cu的富集程度最高,潜在生态危害风险最强;(3)渔港内Cu的污染,可能与电子工业废水的排放,以及渔业特有的防附着生物涂料有关.     

羟基磷灰石对沉积物中重金属释放特性的影响

以羟基磷灰石掺杂前后模拟重金属污染沉积物为研究对象,利用混匀释放实验及化学连续萃取法分析沉积物中重金属的释放特征及形态分布特性,考察了羟基磷灰石对重会属污染沉积物中Cu、zn、Pb、Cd稳定性的影响.结果表明不同来源模拟污染沉积物中松花江沉积物中的重金属最易重新释放,而伊通河沉积物中的重金属释放量最小;同时伊通河沉积物中残渣态重金属的比例较其它沉积物高很多,而可交换态和碳酸盐结合态的重金属比例较其它沉积物低很多,说明同时进入沉积物中的重金属,伊通河沉积物中的重金属相对稳定一些.羟基磷灰石的掺杂不同程度降低了沉积物中重金属的释放能力,促使沉积物中的重金属由较不稳定结合态向较稳定结合态转化,减小了沉积物中重金属的生物可利用性,增强了重金属的稳定性.     

珠江三角洲工业区土壤(沉积物)重金属污染特征及防治对策--以石龙和容桂工业区为例

对珠三角两个代表性乡镇工业区的土壤（沉积物）重金属污染现状和来源进行了评价。结果表明,两工业区在主要污染元素类型和综合污染程度上很相似,表层土壤（沉积物）均以Hg、As、Cu的污染为主,且均以Hg的污染最严重;但在某些次要污染元素种类以及某些主要、次要污染元素的单个元素污染程度上存在一些差异。柱样沉积物中重金属的变化特征进一步说明,两工业区土壤（沉积物）中重金属的累积与我国尤其是本地区的工农业发展阶段和发展水平密切相关。文章最后提出了乡镇工业区土壤（沉积物）重金属污染的几点建设性防治对策。     

渤海湾表层沉积物重金属含量及潜在生态风险评价

海洋沉积物中重金属元素的释放可能影响海水质量及海洋生态健康。于2013年8月采集了渤海湾24个点位的表层沉积物,检测了汞、砷、铜、锌、铅、镉、铬7种重金属的含量,并用Hankanson法分析其潜在生态风险。结果表明,渤海湾沉积物中重金属含量均值可达到国家一类海洋沉积物标准(GB 18668-2002),其中汞、砷、铜、锌、铅、镉、铬的浓度分别达到0.03、16.15、23.15、89.45、38.84、0.24和60.60 mg·kg-1。渤海湾不同点位中,表层沉积物重金属含量符合海洋沉积物质量一类标准的占83.3%,其余点位可满足二类标准,超一类标准的点位的主要超标因子是砷和铅。渤海湾重金属的综合生态风险指数达到95.01,属于轻微生态风险等级。不同重金属所产生的生态风险排序为镉汞砷铅铜铬锌,除镉外均属于轻微生态风险等级。镉的潜在生态风险值为47.00,达到了中等生态风险等级,其风险占所有重金属总风险的49.5%。镉的潜在生态风险高与镉的生物毒性较高及其近年来在渤海沉积物中积累速度较快有关。重金属潜在生态风险在河口地区和天津港工业区附近呈现高值,而南部渔业区和远离海岸的中心区的生态风险相对较低,说明近海工业活动和陆源污染排放渤海湾沉积物中的重金属生态风险的主要来源。因而,调整近海的产业结构,严格控制入海河流和近海经济活动的重金属特别是镉的污染排放,对保障渤海沉积物的生态安全至关重要。     

无尾河下游湿地重金属污染评价

以无尾河下游漫流区———向海地区沼泽湿地为研究对象,通过对沼泽垂直剖面的精细采样,将放射性核素精确计年与重金属污染评价相结合,进行高分辨率剖析。在对其典型剖面沉积物重金属元素进行Al归一化的基础上,应用上下层比较法、富集系数法和地累积指数法3种评价方法对沉积物重金属污染富集水平及污染时序进行分析比较。结果表明,沼泽湿地沉积物表层已明显富集了重金属元素,达一定污染水平,这显示近20a霍林河流域上、中游人类活动对下游湿地的扰动增强。     

太湖、巢湖沉积物中重金属污染的总量特征及其区域性差异

选取太湖、巢湖污染较为严重的区域为研究对象,采集季节性沉积物柱状样,以0.5cm的间距高精度分割样品,分析其中的Fe,Mn,Cu,Zn等重金属元素的含量,对沉积物中重金属的总量特征及季节性变化特征进行了分析,得出以下结论:太湖、巢湖沉积物中重金属的总量均呈现出Fe>Mn>Zn>Cu的特征,季节性变化幅度为Mn>Fe>Zn>Cu,重金属元素的地球化学性质对其季节性变化有很大的影响.同时,不同的区域背景差异(如元素丰度、污染状况等)导致了太湖、巢湖采样点沉积物中重金属元素季节性特征的差异.     

Different response of bacterial community to the changes of nutrients and pollutants in sediments from an urban river network

• Bacterial community varied spatially in sediments from the urban river network. • Key environmental factors shaping bacterial community were detected by RDA. • Bacterial co-occurrence networks changed at different levels of nutrient and metal. • Potential indicator species were selected to predict pollution risk in sediment. Microbial communities in sediment are an important indicator linking to environmental pollution in urban river systems. However, how the diversity and structure of bacterial communities in sediments from an urban river network respond to different environmental factors has not been well studied. The goal of this study was to understand the patterns of bacterial communities in sediments from a highly dense urbanized river network in the lower Yangtze River Delta by Illumina MiSeq sequencing. The correlations between bacterial communities, the environmental gradient and geographical distance were analyzed by redundancy analysis (RDA) and network methods. The diversity and richness of bacterial community in sediments increased from upstream to downstream consistently with the accumulation of nutrient in the urban river network. Bacterial community composition and structure showed obvious spatial changes, leading to two distinct groups, which were significantly related to the characteristics of nutrient and heavy metal in sediments. Humic substance, available nitrogen, available phosphorus, Zn, Cu, Hg and As were selected as the key environmental factors shaping the bacterial community in sediments based on RDA. The co-occurrence patterns of bacterial networks showed that positive interaction between bacterial communities increased but the connectivity among bacterial genera and stability of sediment ecosystem reduced under a higher content of nutrient and heavy metal in average. The sensitive and ubiquitous taxa with an overproportional response to key environmental factors were detected as indicator species, which provided a novel method for the prediction of the pollution risk of sediment in an urban river network.     

Evaluating heavy metal contamination of riverine sediment cores in different land-use areas

• Metal pollution was studied in riverine sediments from different land-use areas. • Cd was the most serious heavy metal contaminant in riverine sediment cores. • Riverine sediment cores from industrial area were most polluted by heavy metals. • B1 fraction determined metal pollution, risk and toxicity in riverine sediments. Anthropogenic activities are regarded as the main sources of heavy metal pollution, yet few studies have investigated the effects of land-use setting on heavy metal accumulation in riverine sediments. Based on both total contents and geochemical fractions, heavy metal pollution, risk and toxicity were determined in riverine sediment cores from different land-use areas (mountain area- MA, farm area- FA, city area- CA, and industrial area- IA) of the Yang River Basin in North China. The results showed that FA had higher contents of riverine sedimentary Cu; CA had higher contents of Cd; IA had higher contents of both Cd and Zn. Most riverine sediments from FA and IA were contaminated with the investigated metals, although these concentrations were evaluated to have low potential ecological risk and no toxicity to benthic organisms. However, a high proportion of Cd in the B1 fraction of riverine sediments in IA indicating high risk should receive more attention. The B1 fraction largely determined the contamination, risk and toxicity levels associated with heavy metals in the riverine sediments of the Yang River Basin.     

太湖典型河网区地表水与沉积物氮、磷和重金属含量空间分异

将无锡城乡交错区河网分为城镇生活区水巷、工业区主河道、农业区主河道、农业区支流和鱼塘5种类型区.通过秋季(旱季)和夏季(雨季)2次采样,研究氮、磷和Cu、Zn、Pb、Cr、Cd在地表水和沉积物中的含量及其空间变化.结果表明:(1)城乡交错区地表水氮、磷来源于生活污染和工业污染的比例大于农田,同时具有来源分散、污染面广的特征.(2)由于城镇地表径流和工业活动影响,各类型区地表水重金属含量均有不同程度提高.但地表水重金属主要沿主河道迁移,旱季和雨季主河道重金属含量均大于农业区支流,而且随着与城镇距离增加,主河道沉积物重金属含量迅速降低,重金属污染影响范围较小.(3)与重金属相比,地表水氮、磷污染仍是太湖水网区主要的环境问题.但城镇及其周围河流沉积物中富集的重金属含量很高,其潜在环境风险不容忽视.     

太湖北部表层沉积物重金属污染及其生物毒性研究

在分析太湖北部梅梁湾、竺山湾和贡湖表层沉积物和野生铜锈环棱螺体内重金属残留水平基础上,利用潜在生态危害指数法评价了区域重金属污染的潜在生态风险,并利用综合污染指数法评价了野生铜锈环棱螺受重金属污染的状况。研究结果表明,3个区域表层沉积物孔隙水的生物综合毒性处于低毒到中毒水平,而表层沉积物重金属污染均处于较低的生态风险,但3个区域的野生铜锈环棱螺体内重金属的综合污染指数处于中度到重度的污染水平。由此可以得出太湖北部沉积物重金属污染对底栖生物仍具有一定的潜在生态风险。     

基于支持向量机的城市土壤重金属污染评价

以太原市城区周边的80个土壤样品为研究对象,测定了土壤中Ni、Cr、As、Cu、Zn、Pb、Cd和Hg8种重金属的含量,运用支持向量机模型进行土壤重金属污染评价,并与 Hakanson 指数法和内梅罗综合污染指数法的评价结果进行对比,探讨支持向量机模型在土壤重金属污染评价中的应用。结果表明,（1）重金属元素的变异系数由高到低顺序分别为：Hg＞Pb＞As＞Cd＞Cu＞Ni＞Zn＞Cr。Hg含量在0.02-0.39 mg·kg^-1之间,变异系数为0.648,最大值为最小值的19.5倍;而土壤中Pb的含量在17.4-86 mg·kg^-1之间,变异系数为0.409;即使变异系数最小的Cr元素的最大值为109 mg·kg^-1,最小值为54.7 mg·kg^-1,变化范围也到达了54.3 mg·kg^-1,可见太原市土壤中各元素含量的变异很大。各元素的含量的平均值除Ni以外均大于太原市的元素背景值,但都在国家土壤质量质量标准的二级标准值之下。（2）内梅罗综合污染指数法、Hakanson 指数法和支持向量机的评价结果中,评价等级为2A、2B、2C的样品数分别为：41、47和45,37、29和33,2、4和2,评价结果相差不大,内梅罗综合污染指数法与支持向量机方法的评价结果相同率为70%,Hakanson 指数法和支持向量机的评价结果相同率为65%。（3）对评价结果有差异的样品进一步分析可知,支持向量机方法的评价结果更为准确。相比较内梅罗综合污染指数法和Hakanson指数法而言,支持向量机降低了人的主观判断对评价结果的影响,在进行综合评价的时候能考虑到各因素的综合影响,使评价结果更接近真实情况,有较为严格的数学基础,泛化能力好,在土壤重金属污染评价中有广泛的应用前景。     

洋涌河、茅洲河和东宝河沉积物中重金属的污染及评价

根据重金属环境化学行为的特点,应用沉积学原理,对深圳三条河流沉积物中的重金属进行了研究,采用Lars Hakanson指数法对重金属的潜在生态危害进行了评价,研究结果表明,即使按当地最高背景值为参比值计算,三条河流都受到重金属的严重污染,多数河段属于强的生态危害,少数河段属于中等生态危害。     

城市湖泊表层沉积物中的重金属污染现状及其风险评价——以武汉墨水湖为例

水体沉积物中的重金属会对生态系统构成直接和间接的威胁.为了研究工业化、城市化过程中城市湖泊沉积物重金属污染现状及其暴露风险，以武汉市墨水湖为研究对象，测定了5种重金属Zn、Cu、Ni、Pb及Cr在表层沉积物中的含量，分析了其污染程度、分布特征，并对其稳定度进行了分析.结果表明，墨水湖表层沉积物重金属污染程度较重，在所有采样点5种重金属含量均高于最低效应阈值（LEL），多数采样点甚至超过了严重效应阈值（SEL）.该湖泊沉积物中重金属分布具有比较明显的空间差异性：排污口区>湖中心水域>城区岸边带>林田岸边带；其稳定程度依次为：Zn < Cu < Ni < Pb < Cr，其中Zn交换态及碳酸盐结合态比例超过50%，稳定程度极低.而Pb、Cr稳定程度较高，其交换态及碳酸盐结合态比例小于10%.像墨水湖这样受纳高污染负荷市政污水、暴雨径流的城市湖泊，其潜在的重金属生物活性，必须引起足够的重视.     

洞庭湖主要入湖口表层沉积物重金属分布特征与生态风险评价

尽管针对洞庭湖沉积物中重金属的研究工作较多,但缺乏针对其主要入湖口的研究。基于2014年12月和2015年6月对洞庭湖主要入湖口表层沉积物中重金属调查,分析了重金属含量的时空分布特征,并采用一致性沉积物质量基准法对其生态风险进行了评价。结果表明,Cd、Hg、As、Cu、Pb和Zn的平均含量分别为3.27、0.190、27.10、39.8、38.0和157.8 mg·kg-1,其大小顺序为ZnCuPbAsCdHg,Cd和As含量出现超过土壤环境质量三级标准的现象,是主要的重金属污染物。Cd、As、Pb和Zn等4种重金属含量的最高值均出现在湘江入湖口,Cu含量的最高值出现在资水入湖口,Hg含量以沅江入湖口最高,除Pb外,其他5种重金属在湘江和资水入湖口的含量均大于平均值,表明湘江和资水入湖口污染较为严重;汛期与非汛期6种重金属的含量均无显著性差异(P0.05)。6种重金属生态风险大小顺序为AsCdZnPbCuHg,各入湖口生态风险大小顺序为湘江入湖口资水入湖口沅江入湖口汨罗江入湖口澧水入湖口长江"三口"新墙河入湖口,其中湘江和资水入湖口为较高生态风险,其他入湖口为较低生态风险。入湖河流是洞庭湖湖体沉积物重金属污染的主要来源,在一定程度上,入湖河流沉积物中重金属的含量对洞庭湖湖体沉积物中重金属污染状况起着决定性作用,因此,洞庭湖流域重金属污染防控应以入湖河流为主,其中尤以湘江和资水为重点。