上海青草沙水库表层沉积物重金属含量水平及其生态风险评价

doi:10.3969/j.issn.1000-5641.2021.02.006

摘要/Abstract

摘要：

采集青草沙水库上游水闸、垦区南北水道、库中以及库尾5个代表性区域的30个表层沉积物样品, 分析了沉积物中7种重金属 (Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、As和Hg) 含量和赋存形态, 并评价了其潜在生态风险. 结果显示, 青草沙水库中部表层沉积物的重金属含量相对较高, 而垦区南北水道附近重金属含量最低. 表层沉积物重金属以残渣态为主, 可交换态含量低. 基于重金属污染的生态风险评价可知, 水库表层沉积物的潜在生态风险指数值 (E_RI) 介于55 ~ 113, 属于低风险或不具潜在生态风险水平, 其中上游水闸附近的生态风险相对最高, 而南北水道和库尾附近的生态风险最低.

关键词: 重金属, 沉积物, 生态风险, 水库, 饮用水水源地

Abstract:

Surface sediments were collected from five representative areas—the floodgate entrance, the north and south sides of the reclamation area, and the central and downstream sections—of Qingcaosha Reservoir; the pollution characteristics and potential ecological risk of seven heavy metals (Cu, Zn, Pb, Cr, Cd, As and Hg) in these sediments were subsequently investigated. Results showed that the heavy metal content in the surface sediments showed spatial variations: the content was relatively higher in the center of the reservoir and was low in the north and south sides of the reclamation area. Heavy metals in the surface sediments, in addition, were mainly in the residual fraction; the content of heavy metals in the exchangeable fraction was extremely low. A potential ecological risk assessment indicated that the comprehensive potential ecological risk index (E_RI) of the investigated heavy metals ranged from 55 to 113. The maximum E_RI value was observed around the floodgate of the reservoir entrance, and low E_RI values were observed at the north and south sides of the reclamation area. The E_RI was lower than the threshold for low ecological risk, indicating that heavy metals in the surface sediments of the Qingcaosha Reservoir have low potential ecological risk.

Key words: heavy metal, sediment, ecological risk, reservoir, drinking water source

中图分类号:

X131.3

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图/表 9

图1

表1

表2

单项 (Er) 与综合 (ERI) 潜在生态风险指数与生态风险分级标准"

${E}_{r}$	$E_{\rm{RI}}$	生态风险等级
$<40$	$<110$	轻微风险
$40 \sim 80$	$110 \sim 220$	中等风险
$80 \sim 160$	$220 \sim 440$	较强风险
$160 \sim 320$	$\geqslant 440$	很强风险
$\geqslant 320$		极强风险

表2

表3

图2

图3

表4

表5

表6

参考文献 41

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点位	纬度(N)	经度(W)	水深/m	位置描述
1 #	31°25′25″	121°42′36″	12.5	上游水闸附近
2 #	31°26′40.12″	121°39′28.78″	12.0	垦区南部水道
3 #	31°28′09.10″	121°37′13.92″	9.0	垦区北部水道
4 #	31°27′16.32″	121°35′36.21″	7.0	库区中部
5 #	31°29′12.34″	121°33′11.00″	3.9	库尾附近

		Cu	Zn	Pb	Cr	Cd	As	Hg	总含量
2014年夏季	样点1	40.00	80.03	39.41	86.14	0.095	18.05	0.075	264
	样点2	20.65	58.91	24.36	69.35	0.12	9.58	0.012	183
	样点3	50.23	92.31	38.16	110.45	0.11	27.68	0.014	319
	样点4	40.05	110.35	46.36	124.34	0.096	23.62	0.030	345
	样点5	20.18	62.15	21.32	78.35	0.185	11.68	0.010	194
2015年夏季	样点1	40.36	78.93	40.12	79.13	0.14	20.12	0.055	259
	样点2	21.04	62.36	39.26	77.54	0.13	19.54	0.038	220
	样点3	41.42	58.91	21.66	62.46	0.08	14.31	0.020	199
	样点4	37.68	99.62	41.56	87.78	0.16	22.3	0.035	289
	样点5	21.42	77.65	38.15	76.24	0.10	16.02	0.048	230
平均值		33.30	78.12	35.04	85.18	0.12	18.29	0.034	250

		E_Cu	E_Zn	E_Pb	E_Cr	E_Cd	E_As	E_Hg	E_RI
2014年8月	样点1	8.44	1.05	8.53	2.27	19.00	18.80	54.55	113
	样点2	4.36	0.77	5.27	1.83	24.00	9.98	8.73	55
	样点3	10.60	1.21	8.26	2.91	22.00	28.83	10.18	84
	样点4	8.45	1.45	10.03	3.28	19.20	24.60	21.82	89
	样点5	4.26	0.82	4.61	2.07	37.00	12.17	7.27	68
2015年7月	样点1	8.51	1.04	8.68	2.09	28.00	20.96	40.00	109
	样点2	4.44	0.82	8.50	2.05	26.00	20.35	27.64	90
	样点3	8.74	0.77	4.69	1.65	16.00	14.91	14.55	61
	样点4	7.95	1.31	9.00	2.32	32.00	23.23	25.45	101
	样点5	4.52	1.02	8.26	2.01	20.00	16.69	34.91	87
平均值		7.03	1.03	7.58	2.25	24.32	19.05	24.51	86

区域名称	Cu	Zn	Pb	Cr	Cd	As	Hg	文献来源
长江口沉积物背景值	22.80	73.70	21.80	74.10	0.13	9.20	0.05	[25]
青草沙水库	33.30	78.12	35.04	85.18	0.12	18.29	0.03	本研究
陈行水库/黄浦江水源地	35.30 (13.2, 146.72)	70.50 (21.37, 110)	27 (4.00, 39.03)		0.34 (0.021, 0.92)		0.16 (0.052, 0.3)	[30-32]
青草沙水库/ 长兴岛/长江口*	29.48 ± 6.17 (17.24, 36.91)	91.33 ± 6.87 (77.61, 98.72)	23.08 ± 3.99 (15.85, 29.64)	54.20 ± 40.79 (13.41, 94.98)	1.10 ± 0.54 (0.14, 2.01)	12.69	0.10 ± 0.04 (0.06, 0.14)	[23, 33-34]
长江三角洲近岸及经济区*	59.24 ± 38.77 (20.47, 98.00)	65.08 ± 5.51 (59.57, 70.59)	80.10 ± 57.81 (22.29, 137.90)	75.14	81.57 ± 41.67 (39.90, 123.23)	9.40	41.86	[35-37]

水库名称	E_Cu	E_Zn	E_Pb	E_Cr	E_Cd	E_As	E_Hg	E_RI	文献来源
青草沙水库*	7.03 ± 0.75 (4.26, 10.60)	1.03 ± 0.08 (0.77, 1.45)	7.58 ± 0.62 (4.61, 10.03)	2.25 ± 0.16 (1.65, 3.28)	24.32 ± 2.07 (16.00, 37.00)	19.05 ± 1.83 (9.98, 28.83)	24.51 ± 4.85 (7.27, 54.55)	86 ± 6 (45, 146)	本研究
陈行水库/黄浦江水源地	6.2	0.84	5.37 (4.15, 6.59)		48.96 (27.72, 70.2)		47.80 (45.19, 50.4)	79.5	[30-32]
长江口/青草沙水库/长兴岛*	6.46 ± 1.35 (3.78, 8.09)	1.24 ± 0.09 (1.05, 1.34)	5.29 ± 0.92 (3.64, 6.80)	2.56	255 ± 125 (32.31, 464)	13.79	80.78 ± 31.37 (49.41, 112)	327 ± 138 (114, 584)	[23, 33-34]
长江三角洲近岸及经济区*	12.99 ± 8.50 (4.49, 21.49)	0.88 ± 0.07 (0.81, 0.96)	18.37 ± 13.26 (5.11, 31.63)	2.03	18822 ± 9615 (9208, 28438)	10.22	32831	35277 ± 26 (9262, 61292)	[35-37]
大朝山水库*	4.54 ± 0.55 (3.99, 5.09)	0.71 ± 0.09 (0.62, 0.80)	3.96 ± 0.02 (3.94, 3.98)	1.37 ± 0.11 (1.26, 1.48)	37.65 ± 8.55 (29.10, 46.20)	27.99 ± 0.11 (27.88, 28.09)		76 ± 9 (67, 85)	[2]
漫湾水库*	4.55 ± 0.31 (4.24, 4.85)	0.97 ± 0.03 (0.94, 1.00)	4.26 ± 0.58 (3.68, 4.84)	1.11 ± 0.13 (0.98, 1.23)	52.95 ± 5.85 (47.10, 58.80)	30.04 ± 1.83 (28.21, 31.87)		94 ± 8 (85, 103)	[2]
官厅水库*	9.66 ± 1.06 (5.94, 12.00)	1.81 ± 0.20 (1.04, 2.07)	6.80 ± 0.81 (3.73, 8.49)	4.34 ± 0.37 (2.90, 4.99)	51.14 ± 8.77 (35.30, 78.80)			74 ± 11 (49, 106)	[7, 11]
山美水库	7.12 (3.41, 13.80)	0.53 (0.24, 1.10)	6.54 (3.22, 14.95)	0.59 (0.33, 1.72)	87.95 (54, 142)	7.96 (3.15, 15.14)		110.71	[4]
丹江口水库	3.48	3.12	2.96	1.83	173			185	[1, 12]
密云水库	9.29	1.78	4.29	3.32	693	6.98	120	838	[28]
漳泽水库	9.64	1.46	13.45		547	5.65	627	1204	[13]