基于平衡分配法的太湖沉积物重金属质量基准及其在生态风险评价中的应用研究

水体沉积物评价和管理中最紧迫的问题是建立水体沉积物质量基准以保护水生生物.以太湖为研究对象,利用平衡分配法初步探讨了太湖不同湖区中Pb、Cu、Zn、Cr4种重金属的质量基准,分析了各校正项对不同重金属基准的贡献,利用基于沉积物质量基准的SQG-Q法对太湖各湖区沉积物重金属的潜在生态风险进行了评估.结果表明：SQGPb、SQGCu、SQGZn和SQGCr分别为21.2～307.4mg·kg-1、52.3～281.0mg·kg-1、399.7～1659.1mg·kg-1和21.2～68.7mg·kg-1,不同湖区沉积物重金属质量基准存在差异;SQGPb基本由AVS校正决定,Kp·WQC值和粒径校正两者主要决定了SQGCu和SQGZn,SQGCr则由Kp·WQC值、粒径校正、残渣态校正共同决定;四种重金属含量与沉积物质量基准初步值相比,超基准程度次序为Cr〉Pb〉Zn〉Cu;太湖各湖区沉积物中的重金属存在中等潜在生态风险,且大小顺序为竺山湾〉梅梁湾〉贡湖湾〉东太湖〉西部沿岸区和东部沿岸区〉湖心区〉南部沿岸区.     

麦庙港-备塘河底泥污染状况及生态风险评价

对麦庙港-备塘河6个点位的底泥重金属和有机污染物进行了监测.结果表明重金属含量分布不均,且范围波动较大,除2个测点锌超过<农用污泥中污染物控制标准>(GB4284-84),其它重金属指标均达标.4个监测点位底泥有机污染物氯仿、二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、六六六、滴滴涕含量均达相关标准.底泥重金属的潜在生态风险顺序...     

竺山湾重金属污染底泥环保疏浚深度的推算

调查了太湖竺山湾表层底泥重金属水平空间分布特征,在重金属污染区域采集底泥柱状样,并将样品由上至下依次分为氧化层(A)、污染层(B)、污染过渡上层(C1)、污染过渡下层(C2)和正常湖泥层(D);测定并分析了各分层底泥中重金属(Cu、Zn、Cr、Ni、As、Cd、Hg、Pb)总量及生物可利用性形态含量随深度的变化趋势;利用潜在生态风险指数法对底泥中的重金属进行生态风险评估;最后,结合拐点法推算出底泥环保疏浚深度.结果表明,竺山湾表层底泥中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb的含量分别为30.56～216.58、24.07～59.95、16.71～140.30、84.31～193.43、3.39～22.30、0.37～1.59、0.00～0.80和9.67～99.35 mg.kg-1,平均含量分别为79.74、37.74、44.83、122.39、10.39、0.77、0.14和40.08 mg.kg-1,主要分布在太湖西岸及太滆运河、殷村港和环山河入湖河口处,其中Cd污染相对严重;底泥中重金属存在累积效应,其生物可利用性随底泥深度的增大而减小;氧化层和污染层中Cd生态风险等级为高风险,其余各分层底泥中重金属的综合潜在生态风险等级为中低风险;环保疏浚层为氧化层和污染层,疏浚平均深度为0.39 m.     

太湖不同营养水平湖区表层沉积物的砷分布特征及其生态风险

以太湖不同营养水平湖区为研究对象,采用改进的砷(As)形态连续提取法对表层沉积物中As的化学形态进行分析研究,探讨了沉积物中总砷(TAs)和As形态的分布特征及其与沉积物中营养盐和总有机碳(TOC)的相关性,并利用潜在生态风险评价(Eir)和风险指数编码法(RAC)评估了各湖区沉积物中As的生态风险水平.结果表明,各湖区表层沉积物中TAs的平均含量约为14.23~16.59 mg·kg~(-1),其中,竺山湾的TAs平均含量相对最高.As形态表现出明显的空间分布特征,其中,北部富营养湖区(竺山湾、梅梁湾、贡湖湾)中的有效态As(非专性吸附态和专性吸附态)与潜在有效态As(无定形氧化铁结合态、晶体形氧化铁结合态、有机结合态)的含量与百分比均高于中营养水平的南太湖,而北部湖区的残渣态As含量则低于南太湖.Pearson相关分析结果显示,除晶体形氧化铁结合态As和残渣态As外,沉积物总氮(TN)、总磷(TP)和TOC与其他As形态均存在显著的正相关关系.潜在生态风险评价结果表明,各湖区沉积物TAs均处于低风险;而RAC评价结果表明,各湖区沉积物的有效态As基本处于中等风险水平,且北部湖区的RAC指数均明显高于南太湖.     

太湖附泥藻类生物量空间分布及其与环境营养盐的关系

为了揭示富营养化浅水湖泊附泥藻类空间分布及其与环境营养盐之间的关系,于2015年6月9—15日对太湖进行高密度布点采样,研究了太湖表层沉积物上附泥藻类生物量及表层沉积物和水柱中氮、磷等营养盐含量的空间分布特征及其相互关系.结果表明,太湖附泥藻类生物量(以叶绿素a表征)空间异质性明显,最小值为0.07μg·g-1,最大值为1.66μg·g-1,平均值为0.34μg·g-1.附泥藻类生物量在太湖西北部及东太湖较高,其次是贡湖湾、梅梁湾及东部沿岸,在西南部湖区较低;太湖水体中氮、磷等元素含量也存在明显的空间变化,水体中氮、磷含量在竺山湾、梅粱湾及太湖西部明显高于其它湖区;太湖表层沉积物中总有机碳(TOC)、氮、磷等元素含量空间异质性显著,表层沉积物中总磷及各种形态磷含量的空间分布特征与水体中总氮、总磷分布特征类似,表层沉积物总氮及TOC的含量在太湖西北部(包括竺山湾)、梅梁湾、东部湖区(包括东太湖、胥口湾)较高,在西南部湖心区较低;太湖附泥藻类生物量与水体氮、磷含量、沉积物氮、磷及不同形态磷(Ca-P除外)含量均呈显著正相关关系(r≥0.18,p0.05).由此可见,太湖附泥藻类生物量的空间异质性既受水体氮、磷浓度的影响,也受沉积物氮、磷等营养水平的制约.本研究结果可为进一步研究附泥藻类在太湖生态系统中功能,以及深入探求太湖富营养化治理途径提供一定的理论依据.     

固城湖退圩还湖区沉积物重金属特征及生态风险评价

为探讨退圩还湖对固城湖表层沉积物重金属污染特征、空间分布和生态风险的影响,对退圩区和湖区表层沉积物重金属（Fe、Mn、As、Zn、Cr、Co、Ni、Cu、Cd和Pb）含量进行对比分析,采用地累积指数法和潜在生态风险指数法评价沉积物重金属污染现状和潜在生态风险程度,利用相关性和聚类分析法解析重金属主要污染物的潜在来源.结果表明,退圩区沉积物重金属中Cd （0.21mg/kg）和湖区沉积物重金属中Cd （0.56mg/kg）和Zn （145.33mg/kg）和Pb （41.17mg/kg）含量的平均值分别达到江苏省土壤背景值的2.45、6.55、2.24和1.87倍.湖区表层沉积物重金属Cd、Zn、Cu和Pb含量显著高于退圩区.地累积指数法评价显示退圩区中Cd为轻度污染;湖区中Cd为中度污染,Zn、As、Cu和Pb为轻度污染.潜在生态风险指数表明,湖区表层沉积物生态风险高于退圩区;Cd是湖区与退圩区最主要的生态风险贡献因子,可能与水产养殖活动以及工业废水排放有关.固城湖退圩还湖对于降低固城湖重金属生态风险有着积极作用.     

复垦工业场地土壤和周边河道沉积物重金属污染及潜在生态风险

测定了上海郊区53个复垦工业场地土壤点位和23个周边河道沉积物点位中8项重金属(As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Hg)含量,通过内梅罗指数法和潜在生态风险指数法评价了复垦工业场地土壤和周边河道沉积物重金属污染及潜在生态风险.结果表明,复垦工业场地土壤中8项重金属均不同程度超过二级标准,其中Zn、Cu的点位超标率最为突出,分别达到了47. 17%和43. 40%;周边河道沉积物中重金属含量显著低于复垦工业场地土壤.复垦工业场地土壤重金属内梅罗综合污染指数为11. 41,处于重度污染水平,其中Cu、Zn最为突出;周边河道沉积物重金属内梅罗综合污染指数为1. 26,处于轻度污染水平.从单项潜在生态风险来看,复垦工业场地土壤重金属除Cd(较强)、Hg(较强)、Cu(中度)外,均处于轻度潜在生态风险水平,潜在生态风险指数(RI)为385. 79,总体处于较强潜在生态风险水平;周边河道沉积物重金属除Hg略高于轻度外,均处于轻度潜在生态风险水平,潜在生态风险指数(RI)为83. 91,总体处于轻度潜在生态风险水平.总之,复垦工业场地土壤重金属Cu、Zn污染较为突出,考虑到毒性响应因素则Cd、Hg更应引起关注;周边河道沉积物重金属污染较轻,处于轻度潜在生态风险水平.     

太湖北部湖区水体与沉积物中Cd污染现状分析

对太湖北部湖区水体及沉积物中Cd含量、形态分布及其可能产生的环境风险进行了研究.结果表明,太湖北部湖区水体Cd质量浓度为69.35～85.11 ng/L,处于低剂量范围;表层沉积物中Cd质量比范围为0.70 ～ 2.84mg/kg,存在一定的潜在环境污染风险,但沉积物中Cd含量随着深度的增加逐渐降低.沉积物中不同形态Cd的含量及其比重在各点位间均存在明显差别,梅梁湾及环山河底泥中酸溶态、可氧化态和可还原态Cd所占比重均较高,存在较强的生物可利用性,而竺山湾中残渣态比重最高;各形态Cd含量的总体分布趋势与沉积物中Cd总量基本一致,表现为竺山湾＞梅梁湾及环山河,且与Cd总量呈现出显著相关关系,竺山湾沉积物Cd的生态风险较大.水体与沉积物中Cd含量的空间分布差异主要与湖湾周围的污水排放及湖流作用下的蓝藻堆积沉降有关.     

突发镉、铊环境污染事件及应急处置对贺江生态风险的影响

为科学评估突发镉、铊污染事件及应急处置对贺江生态风险的影响,分别于2013年7月、11月和2014年8月采集水样和沉积物,分析重金属镉(Cd)、铊(Tl)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、汞(Hg)、锌(Zn)、镍(Ni)和铜(Cu)的含量,并采用地积累指数法(I_(geo))和潜在生态风险指数法(RI)综合评价贺江沉积物重金属的污染水平和潜在风险程度.结果表明:事件应急期间,水体中Cd含量为0.08~38.35μg·L~(-1),部分点位超地表水Ⅲ类水标准,Tl含量为0.02~0.65μg·L~(-1),除背景点(龟石水库)外其余点位均未达到生活饮用水卫生标准,其余重金属除Hg外均达到地表水Ⅲ类水标准;沉积物中Cd和Tl含量分别为1.40~68.70 mg·kg~(-1)和0.32~1.39 mg·kg~(-1),均超过背景值(Tl除西江交汇口下游500 m点位),其余重金属在大部分点位均超背景值.事件后恢复期,水质均达地表水Ⅲ类水标准,而沉积物重金属含量均大幅降低,表明贺江水环境恢复良好.贺江沉积物中Cd在各个点位的I_(geo)均为最大,是主要的重金属污染物,其它重金属元素处于清洁到偏中度污染程度;Cd是贺江最主要的具有潜在生态危害的重金属污染物,其次是Hg、As、Tl、Pb和Cu,而Zn、Cr和Ni对潜在生态风险指数的贡献率较小.Cd、As、Pb和Cu元素两两之间呈显著相关,表明有相同的污染来源.本研究通过对贺江镉、铊污染事件应急处置前后水质和沉积物的生态风险进行评价,可为该流域重金属污染防治和水环境管理提供科学依据.     

太湖沉积物重金属污染生态风险的综合评价

为研究太湖沉积物重金属污染的生态风险。在2012年2月采集太湖7个采样点的表层沉积物,分析测定重金属总量以及可交换态和碳酸盐结合态的金属含量,采用风险评价准则、潜在生态风险指数法对沉积物重金属污染进行生态风险评价。结果表明:太湖沉积物中重金属除竺山湾处于偏中度污染水平,其他各点均处于轻度污染状态。全湖Ni、Zn和Cu的可利用态比例较高。太湖沉积物重金属污染为低生态风险,竺山湾生态风险高于其他地区。Ni和Pb的生态风险高于其他金属。需对太湖竺山湾污染物排放进行控制,对全湖沉积物中Ni污染进行优先控制与去除。     

太湖表层沉积物重金属污染评价与来源分析

对太湖湖区表层沉积物中11种重金属的总量进行调查分析,借助地累积指数法和潜在生态风险指数法分析了重金属的污染程度和生态风险,并利用主成分分析-绝对主成分分数-多元线性回归受体模型对重金属来源进行解析。结果显示太湖沉积物中Cd、Sb含量平均值分别为江苏省土壤背景值的4.29倍和3.18倍,地累积指数表明Cd和Sb为偏中度-中度污染,其他重金属为轻度污染;潜在生态风险指数表明Cd和Sb具有较重生态风险,其他重金属生态风险低。空间分布上,北部竺山湾和梅梁湾的重金属污染情况最严重,其表层沉积物中Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Sb、Zn显著富集,其中Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Sb、Zn主要受入湖河流及湖泊沿岸工业因素影响,Cu、Mn、Zn还受入湖河流及湖泊沿岸农业活动影响,另外,Cu、Pb受河流及湖泊沿岸城市交通因素影响;西太湖沉积物中富集Cd,主要受入湖河流沿岸农业活动影响;南太湖Ba、Mo、Pb的富集主要为交通因素的影响;东太湖具有最低的重金属暴露水平。2000年以来太湖湖区的清淤工程使Pb、Cu、Cd含量分别降至清淤前的38.72%、24.93%、27.47%,但清淤治理效果具有时效性,未来太湖重金属的防治需要兼顾源头控制和多种治理措施并举。     

草型湖区沉积物营养盐分布与污染评价

为阐明太湖草型湖区表层沉积物营养盐的空间分布及其污染特征,测定了胥口湾60个表层沉积物样中的总氮(TN)、总磷(TP)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)和有机质(OM)的含量,分析其污染水平与来源.结果表明,胥口湾表层沉积物中TN、TP、AN、AP和OM平均含量分别为1 027. 5、423. 2、46. 4、15. 3和17 096. 6 mg·kg-1,且在空间分布上均呈现出胥口湾东北部湖区高于其他湖区的特点.胥口湾表层沉积物中TN和TP单项评价指数(STN和STP)平均值分别为1. 75和0. 91,表明TN和TP分别处于中度和轻度污染状态;综合污染指数(FF)的平均值为1. 57,整体上处于中度污染状态.在有机指数和有机氮评价中,整体上处于清洁状态. C/N比值表明胥口湾表层沉积物中生物沉积的有机质主要来源为无纤维束植物和浮游植物.相关性分析表明,胥口湾表层沉积物中有机质与总氮具有同源性,但与总磷不具有同源性.     

湖泊疏浚方式对内源释放影响的模拟研究

通过室内模拟试验,探讨不同疏浚方式对内源氮磷释放的影响以及不同湖区疏浚后氮磷释放的差异性.理想式疏浚和绞吸式疏浚沉积物磷的释放速率分别为未疏浚的20%和72%,并且A(内湾)湖区沉积物磷的释放速率是B(外湾)湖区的80%左右.理想式疏浚和绞吸式疏浚后沉积物氨氮的释放速率分别是抓斗式疏浚的40%和83%,但是这几种疏浚方式对氨氮的释放并没有达到理想的效果,在短期内对氨氮的释放甚至是起促进作用的,并且A湖区(内湾)氮的释放速率约是B湖区(外湾)的1.5倍,这应该看作是湖泊疏浚工程一个潜在的负作用.研究结果表明,理想式和绞吸式疏浚方式对内源释放有较好的控制作用,在外源输入得到有效控制的前提下,底泥疏浚可以作为湖泊沉积物污染修复的手段,并且结合目前的技术手段,在太湖的疏浚工程中应尽量选择绞吸式疏浚.     

太湖水体多环芳烃生态风险的空间分布

以太湖梅梁湾、贡湖湾和胥口湾水体多环芳烃(PAHs)含量水平为基础,通过物种敏感度分布曲线计算三湖湾水体PAHs对水生生物的潜在危害比例,以此表征PAHs对太湖三湖湾水体的生态风险,并对其空间分布特征进行讨论.结果表明:PAHs对太湖三湖湾水体的生态风险大小依次是:Flua(1.1641%),Phe(0.2206%),Pyr(0.1633%),BaP(0.0175%),Ant(0.0021%),Flu(0.0005%), Ace(0.0000%),∑7PAH的联合生态风险(3.0954%)大于单体PAHs的生态风险. Ant, BaP和∑7PAH对梅梁湾(0.0209%,0.1237%和4.1018%)的生态风险显著高于贡湖湾(0.0023%,0.0085%,3.0414%)和胥口湾(0.0002%,0.0015%,2.3899%)(P0.05);Flu和Phe对胥口湾(0.0004%,0.1553%)的生态风险显著低于梅梁湾(0.0011%,0.2999%)和贡湖湾(0.0009%,0.2681%)(P0.05);Pyr和Flua对梅梁湾(0.3268%,1.7156%),贡湖湾(0.1697%,1.2386%)和胥口湾(0.1044%,0.8339%)水生生物的生态风险具有显著性差异(P<0.05).空间分布表明:梅梁湾西北部PAHs的生态风险最大,贡湖湾北部次之,胥口湾最小.     

疏浚对梅粱湾表层沉积物重金属赋存形态及其生物毒性的影响

选择太湖梅梁湾未疏浚、疏浚后1周和疏浚后半年的表层沉积物为研究对象,测定其中重金属的含量及其不同赋存形态所占比例,开展沉积物间隙水中重金属毒性试验,据此探讨疏浚对沉积物中重金属含量及其赋存形态所占比例和生物毒性的影响. 结果表明:太湖梅梁湾调查区未疏浚沉积物重金属含量明显高于疏浚区,重金属的生物毒性占沉积物综合毒性的25%～35%. 疏浚后1周沉积物重金属含量急剧降低32%～51%,但对重金属生物毒性影响较大的吸附态及碳酸盐结合态重金属比例由未疏浚时的未检出或含量极低增加到40%～83%,生物毒性相应增加17%～38%;疏浚后半年,沉积物中重金属的总量略有回升,吸附态及碳酸盐结合态重金属比例下降,生物毒性下降并低于未疏浚时水平.      

太湖表层沉积物中重金属形态分布及其潜在生态风险分析

利用BCR 3步提取法对太湖37个表层沉积物样品中重金属Ni、Cu、Zn和Pb的形态进行调查研究,并基于重金属形态评价方法(RSP)对太湖沉积物中4种重金属的潜在生态风险进行了初步评价.结果表明,太湖表层沉积物中Ni、Cu、Zn和Pb含量显著高于太湖沉积物背景值,分别超出背景值80.3%、13.5%、25.9%和69.6%,表现出明显的累积效应.残渣态和Fe-Mn氧化物结合态是太湖表层沉积物中4种重金属的主要赋存形态,4种重金属的可提取态比例均大于50%,具有较高的二次释放潜力.从RSP污染指数分析,太湖表层沉积物中4种重金属的潜在生态风险大小为为Ni>Zn>Cu>Pb,表层沉积物中可提取态重金属的空间分布特征明显,表现为北部湖湾>西太湖>其他区域     

重金属污染沉积物质量评价研究—以太湖为例

以太湖的表层沉积物为研究对象,运用相平衡分配法(EqP)探讨了沉积物中4种重金属(Cu, Pb, Zn, Cd)的沉积物质量基准(CSQC)值;根据美国国家环境保护局(US EPA)基于水生生物对重金属的最终慢性毒理水平的淡水水质基准,制定了太湖4种重金属(Cu, Pb, Zn,和Cd)的沉积物质量基准值分别为145.2,308.72,293.01,0.46mg/kg.以此CSQC为参比值,参考潜在生态危害指数法对各元素赋予不同的权重值,运用综合污染指数法对太湖沉积物重金属的环境质量进行评价,结果显示,2010年8~9月太湖沉积物质量基本为良.这一结果与沉积物重金属总量分析结果一致.