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本文分析了巢湖西部湖区表层沉积物中铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)等重金属含量与形态组成,主要包括沉积物全样中重金属元素含量、沉积物全样中重金属元素形态、采用机械分离法得到的细颗粒(<20μm)沉积物中重金属元素含量。以历史沉积物中重金属元素含量为背景值,基于不同类型沉积物中重金属含量及形态组成,对巢湖西部湖区表层沉积物重金属人为污染特征进行了研究,估算了巢湖西部湖区表层沉积物中重金属人为污染贡献量。采用潜在生态风险指数法、沉积物质量基准法评价了巢湖西部湖区表层沉积物中重金属潜在生态风险。本文研究成果可为我国长江中下游地区湖泊沉积物重金属污染评价方法的构建提供参考,为准确掌握巢湖西部湖区表层沉积物重金属污染特征,进行污染治理和生态修复提供参考依据。主要研究结果为:
巢湖西部湖区表层沉积物全样中Cu、Pb、Zn含量分别为10-47mg/kg、18-101mg/kg、44-428mg/kg,三种重金属元素含量空间分布特征都表现为北部(中部)湖区高于南部湖区;采用机械分离法得到细颗粒(<20μm)沉积物中Cu、Pb、Zn含量分别为13-47mg/kg、21-93mg/kg、117-629mg/kg,其空间分布特征与全样中重金属含量空间分布特征较为一致;采用数学规范化法进行粒度效应校正,得到细颗粒(<20μm)沉积物中Cu、Pb、Zn含量分别为31-75mg/kg、62-146mg/kg、138-895mg/kg,由北部湖区向南部湖区递减,其含量高于采用机械分离法得到的细颗粒沉积物中重金属含量。
基于沉积物全样中重金属含量,采用历史沉积物中重金属元素含量为背景值,以Al为参比元素进行粒度效应校正,计算得到重金属元素Cu、Pb、Zn富集系数分别为1.1-2.6、1.0-2.7、1.3-11.3;采用数学规范化法进行粒度效应校正,计算得到Cu、Pb、Zn富集系数分别为1.2-10.6、1.0-11.5、1.3-17.0。基于沉积物机械分离后细颗粒组分中重金属含量,采用历史沉积物中重金属元素含量为背景值,计算得到Cu、Pb、Zn的富集系数分别为1.0-3.8、0.9-4.0、1.7-9.3;以AI为参比元素进行粒度效应二次校正后,计算得到重金属元素Cu、Pb、Zn富集系数分别为1.2-4.0、1.2-3.1、1.4-8.9。以上研究表明巢湖西部湖区表层沉积物中Cu、Pb、Zn受到一定程度的人为污染。采用上述四种方法得到的Cu、Pb、Zn富集系数空间分布规律有一定差别,总体上表现为北部湖区较高,指示了北部湖区存在人为污染。
采用BCR方法分析了巢湖西部湖区表层沉积物全样中重金属形态组成特征,结果表明,Cu、Pb主要赋存于可还原态(B2态)与残渣态(B4)态,平均占总量78.6%、92.4%;Zn主要赋存于弱酸提取态(B1态)、B2态、B4态,平均占总量96.8%。以历史沉积物中重金属形态组成特征为参考,采用次生相富集系数法计算沉积物中重金属次生相富集系数,结果表明,Cu次生相富集系数较低,除南淝河河口附近,次生相富集系数均小于1;Pb次生相富集系数在大部分湖区均大于1;Zn次生相富集系数为0.8-2.9,其空间分布规律表现为北部湖区高于南部湖区。
根据潜在生态风险指数法评价结果,重金属潜在生态风险较低,可能与其毒性响应参数较低有关,如Zn污染较重,但其毒性响应系数为2;根据沉积物质量基准,巢湖西部大部分湖区沉积物中Cu、Pb、Zn含量高于阈值效应浓度(ThresholdEffectConcentration,TEC),但均低于可能效应浓度(ProbableEffectConcentration,PEC),表明巢湖西部湖区表层沉积物重金属存在一定程度的潜在生态风险。
根据沉积物全样重金属富集系数与人为污染划分标准,得到巢湖西部湖区表层沉积物中Cu、Pb、Zn人为污染贡献量分别为0.0-24.8mg/kg、0.0-58.8mg/kg、7.8-347.4mg/kg,分别占其总量的0.0-57.7%、0.0-58.9%、17.8-90.3%。沉积物中Cu、Pb、Zn人为污染贡献量空间分布特征较为一致,均表现为北部湖区高于南部湖区。