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通过对太湖流域西氿湖沉积物岩芯 XJ2中 Cu、Pb、Zn、Cd、Cr等 5种重金属元素总量的分析,结合测年结果,揭示了不同时间段重金属污染物的分布特征,并利用 Hakanson潜在生态风险评价法对沉积物岩芯的污染状况及潜在生态风险的历史变化进行了研究。 结果表明岩芯受Cd元素污染最重,其它4种元素较Cd则轻得多,因此Cd元素是影响该地区沉积物潜在生态风险的绝对主导因素。 从20世纪初叶开始,沉积物中的重金属元素污染及其相应的潜在生态风险开始上升,并且上升幅度不断加剧,到 20世纪 90年代达到最大值,沉
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J
. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(4): 563-569
http://www.jlakes.org. E-mail: jlakes@niglas.ac.cn
©2009 by Journal of Lake Sciences
太湖流域西氿湖沉积岩芯中重金属污染及潜在生态风险
*1
孙照斌
1,2
, 邴海健
1,3
, 吴艳宏
1**
, 姚书春
1
, 刘恩峰
1
, 李福春
2
(1: 中国科学院南京地理与湖泊研究所, 南京 210008)
(2: 南京农业大学资源与环境科学学院, 南京 210095)
(3: 中国科学院研究生院, 北京 100049)
摘 要: 通过对太湖流域西氿湖沉积物岩芯 XJ2 中 Cu、Pb、Zn、Cd、Cr 等 5 种重金属元素总量的分析, 结合测年结果, 揭示
了不同时间段重金属污染物的分布特征, 并利用 Hakanson 潜在生态风险评价法对沉积物岩芯的污染状况及潜在生态风险的历
史变化进行了研究. 结果表明岩芯受 Cd 元素污染最重, 其它 4 种元素较 Cd 则轻得多, 因此 Cd 元素是影响该地区沉积物潜在生
态风险的绝对主导因素. 从 20 世纪初叶开始, 沉积物中的重金属元素污染及其相应的潜在生态风险开始上升, 并且上升幅度不
断加剧, 到 20 世纪 90 年代达到最大值, 沉积物污染及潜在生态风险级别均为“很高”, 随后便开始迅速下降, 然而直到 2004 年
这两个参数仍然维持在“很高”级别.
关键词: 沉积物; 重金属污染; 生态风险; 历史; 西氿湖; 太湖流域
Contamination and potential ecological risk of heavy metals in lacustrine sediment core
from Lake Xijiu, Taihu Basin
SUN Zhaobin
1,2
, BING Haijian
1,3
, WU Yanhong
1
, YAO Shuchun
1
, LIU Enfeng
1
& LI Fuchun
2
(1: Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, P. R . C h i n a )
(2: College of Resource and Environmental Science, Nanjing Agriculture University, Nanjing 210095, P. R . C h i n a )
(3: Graduate University of the Chinese Academy of Science, Beijing 100049, P. R . C h i n a )
Abstract: The heavy metal concentrations (Cu, Pb, Zn, Cd and Cr) in sediments from core XJ2 in Lake Xijiu, Taihu Basin were
investigated, and the characters of their temporal distributions were studied on basis of geo-chronological results. Approach of the
potential ecological risk assessment proposed by Hakanson was applied to investigate the history and the relative potential ecological
risks of heavy metal contamination of lacustrine sediments. The results showed that the sediments were polluted by Cd element far
more serious than the rest four elements, so that Cd element was the main factor in heavy metal contamination. From the early
1900s, the heavy metal contamination of sediments and the potential ecological risks increased remarkably. The most serious period,
when the contamination of all the five heavy metals reached their “very high” level, was during the middle 1990s. The indexes of
potential ecological risk dropped afterwards because a result from the adjustment of industrial structure and closing of some heavy
contamination factories by local government, although the contamination conditions and the potential ecological risk were remaining
at the “very high” level in 2004.
Keywords: Sediments; heavy metal contamination; ecological risk; history; Lake Xijiu; Taihu Basin
重金属元素对生物的毒害作用不言而喻, 其不仅可以在生物体内积累, 还会沿着食物链逐级放大
[1]
,
从而产生更大的危害. 沉积物是湖泊水体中重金属最重要的汇, 由于工业发展而产生的大量重金属污染
* 国家自然科学基金项目(40772203)和中国科学院知识创新工程方向性项目(KZCXZ-YW-319-3)联合资助. 2008-05-30 收
稿; 2008-12-08 收修改稿. 孙照斌, 男, 1981 年生, 硕士研究生; E-mail: robinsunny@163.com.
** 通讯作者; E-mail: yhwu@niglas.ac.cn.
J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(4)
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物进入水体后, 绝大部分都赋存于沉积物之中
[2]
. 然而这种过程并不是单向不变的, 当水体环境发生改
变或在水生生物等的作用下, 沉积物中的重金属元素很有可能被重新释放到水体中, 形成二次污染
[3-4]
,
从而对水体生态系统产生危害. 因此经过长时期的积累, 沉积物中记录了大量重金属污染的信息, 湖泊
沉积物可以作为水体污染的指示剂
[5]
. 在准确定年的基础上, 通过对各层沉积物样品的重金属含量的测
定, 运用恰当的评价方法, 便可以了解流域内重金属污染历史的变化趋势. Hakanson提出的潜在生态风
险指数法
[6]
是一种评价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. 这
种方法不仅可以反映单一污染物对环境的影响, 而且也可以反映出多种污染物对环境的综合影响, 该法
利用这些有限的污染物含量进行定量的计算与分级, 以达到对沉积物污染状况及相应水域潜在生态风险
评价的目的
[7-8]
. 然而, 这种方法更多地是应用于对表层沉积物的评价上, 将其应用于对沉积物岩芯污染
历史评价的研究则较为鲜见. 本文针对Cd、Cr、Cu、Pb和Zn等5种重金属元素的污染状况, 利用潜在生
态风险指数法对上述元素进行了潜在生态风险的历史变化研究.
西氿湖与团氿湖、东氿湖(图1)同属江苏省宜兴市, 呈串珠状由西向东延伸, 俗称宜兴“三氿”. 西氿湖
地处太湖之西、滆湖之南, 是太湖西部流经溧阳和宜兴两市的宜溧河水注入太湖前所必须流经的重要湖
泊
[9]
. 西氿湖面积12.4km
2
, 最大水深5.8m, 平均水深1.85m
[10]
. 近些年来, 流域内经济飞速发展, 大量的
污染物质被排放到湖泊中, 成为太湖的重要污染源, 同时又是宜溧河流域的污染物进入太湖的缓冲器.
1 材料与方法
1.1 样品采集
2004 年 4 月, 利用重力采样器在西氿湖(31°23′48.8″N, 119°43′33.8″E)采集了长 65cm 的 XJ2 柱状岩芯
(图 1). 将所得岩芯去掉靠近采样器壁的样品后, 进行野外现场切片分样. 其中, 上层 20cm 的岩芯按 0.5cm
间隔取样, 20cm 以下的岩芯按 1cm 间隔取样, 共获得 85 个样品, 在室内常温下晾干待用.
图 1 西氿湖采样点位置
Fig.1 Sampling sites in Lake Xijiu
1.2 样品分析
将自然风干的样品充分研磨, 利用硝酸-氢氟酸-高氯酸混合酸在 Berghofmws-3 微波消解系统中进行
消解后, 采用美国 LEEMAN LABS ROFILE 电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)对 Cd、Cr、Cu、
Pb 和 Zn 重金属元素进行测定. 为确定分析过程的可靠性, 将标准参考材料同样品一并测试, 分析结果与
标准值相吻合.
1.3 年代学数据
本文所应用年代学数据均取自文献[10]. 具体年代-深度关系见图 2.
1.4 Hakanson 潜在生态风险评价
1.4.1 单一污染元素的评价方法 单一污染元素污染参数 C
f
i
的计算公式为:
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