中国主要淡水湖泊沉积物中重金属生态风险研究_李玉斌
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LI Yu-bin1， FENG Liu1， LIU Zheng-tao2*， ZHOU Jun-li2
（1.Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China； 2.State Key Laboratory of Chemicals Ecological Effect and Risk Assessment，Chinese Academy of Environment
重金属是指原子密度大于 5 g/cm3 的存在于自然 界的金属元素，约 45 种，主要包括：金、银、铜、铅、锌、 镍、钴、铬、汞等。其中，对人体生物体危害较大的有 5 种：铅、汞、铬、砷、镉。重金属在水中不能被分解，易与 其它物质结合而广泛存在于沉积物中。沉积物是水环 境的基本组成部分，它既为河流中的生物提供营养 物质，同时又是有毒有害物质的聚集地。进入水体的 重金属会在水流速度缓慢的时候富集于沉积物中，在 一定条件下，如受到水流扰动，重金属会再次进入水 体而造成二次污染，因此属于二次污染源[1-3]。近些年， 我国在湖泊沉积物重金属生态风险评价方面开展了
平均值 浓度范围
12.20 9.8~14.2
0.09
54.50
0.043~0.121 49.7~59.8
19.10 17.4~20.1
38.90 35.1~42.5
89.60 76.7~97.6
平均值
31.86
浓度范围 5.16~162.42
0.24 0.02~4.1
105.73
65.68
1.87
83.63
中国主要淡水湖泊沉积物中重金属生态风险研究
李玉斌 1， 冯流 1， 刘征涛 2*， 周俊丽 2
（1.北京化工大学，北京 100029； 2.中国环境科学研究院国家环境保护化学品生态效应与风险评估重点实验室，北京 100012）
摘 要：根据我国主要湖泊表层沉积物中重金属 Cr、Cd、Hg、As、Pb、Zn、Cu 的污染情况，对沉积物中的重金属分别采用潜在生态风险 指数法与地积累指数法进行评价。结果表明：两种方法评价结果基本一致。滇池、红枫湖重金属污染最严重，鄱阳湖、洞庭湖与洪泽湖次 之。严重的生态风险不存在，但是 Cd 在鄱阳湖、滇池和太湖中具有一定的潜在威胁；太湖、巢湖、南四湖重金属潜在生态风险较低。
0.16 0.02~0.415
32.90 16.6~126
98.00 46.9~389
平均值 浓度范围
17.68
0.13
4.72~93.43 0.016~1.36
99.34 18~329
44.55
0.92
15.1~199.1 0.04~23.34
48.21 10.3~90.4
132.99 29~614
一些研究工作，取得了一定的成果[4-6]，但总体来说，我 国起步较晚，尚处于探索阶段，还未建立起一套完善 统一的风险评价体系，因此发展对沉积物污染物更为 细致全面的生态风险评价技术显得十分重要。
生态风险评价方法可分为两种：定性和定量。定性 评价可对具有少量定量信息的效应做出评估，为后续 措施提供深层次的信息；常用的定量评价方法又分为 商值法和暴露-效应评估。笔者在前人对中国主要湖泊 沉积物中重金属的研究的得到的数据成果基础之上， 采用了 Muller[7]提出的地积累指数法和Hacanson[8]潜在 生态风险评价法两种方法进行初步评价，为我国主要
11.4~18.6 0.094~0.359 28.0~56.8
40.36 31.4~48.5
2.41 2.03~2.81
35.32 23.2~48.7
176.56 100~190
表 1 列出了中国主要湖泊沉积物中重金属含量 的平均值和浓度范围。从平均值分析，可以看到，重金 属污染最严重的是云南的滇池。As、Cr、Pb、Zn 在这些 湖泊中最高，分别为：31.86，105.73，65.68 和 205.64 mg/kg；沉积物中 Hg 和 Cu 的最高浓度均出现在贵州 的红枫湖，为 0.66 和 91.9 mg/kg，Cd 最高浓度出现在 洪泽湖。As、Hg、Cu、Zn 平均浓度最低值出现在巢湖， 分别为：4.04，0.085，30.31 和 76.85 mg/kg。从重金属 污染总量上看，巢湖也是这几个湖泊中最低的，为 202.57 mg/kg，Cr、Cd 含量最低的是太湖，分别为 35.8 和 0.16 mg/kg。
Science，Beijing 100012，China）
Abstract：Hakanson ecological risk index method and evaluating method of geoaccumulation for heavy metal were used for assessing the risk of heavy metal based on concentration of heavy metals including Cr，Cd，Hg，As，Pb，Zn and Cu in the sediments from different freshwater lakes in China. Results showed that the two methods were very similar. The worst heavy metal pollution was in Dianchi Lake and Hongfeng Lake，followed by Poyang Lake，Dongting Lake and Hongze Lake. Serious risk threat of heavy metal did not exist for all investigated lakes，but in Poyang Lake，Dianchi Lake and Taihu Lake， there might be some potential threats about Cd. The potential ecological risk of heavy metals which was about Taihu Lake， Chaohu Lake and Nansi Lake was low. Key words：sediment；heavy metal；lake；risk assessment
湖泊 鄱阳湖 太湖 洞庭湖 南四湖 滇池 巢湖 红枫湖 洪泽湖
采集年份 2008 年 2002 年 2003－2004 年 2002 年 2005 年 2006 年 2008 年 1996－2004 年
表 1 我国主要湖泊沉积物中重金属浓度
Table 1 Concentration of heavy metal in sediment of main lake in China
《环境科学与技术》编辑部：（网址）ｈｔｔｐ：／／ｆｊｋｓ．ｃｈｉｎａｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ．ｃｎ（电话）０２７－８７６４３５０２（电子信箱）ｈｊｋｘｙｊｓ＠１２６．ｃｏｍ 收稿日期：2011-03-26；修回 2011-05-14 基金项目：水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX07526-003） 作者简介：李玉斌（1985-），男，硕士研究生，研究方向为环境毒理、污染物生态效应等，（电话）010-84915296（电子信箱）liyubin85@126.com；* 通讯 作者，（电话）010-84915175（电子信箱）liuzt@craes.org.cn。
205.64
12.07~4 189 15.78~591.56 0.04~123.1 20.99~465.21 43.48~1 717.8
平均值 浓度范围
4.04 2.93~5.38
0.09 0.053~0.16
64.66 50.5~77.1
26.45
0.18
30.31
17.4~36.3 0.115~0.355 27.9~32.7
关键词：沉积物； 重金属； 湖泊； 风险评价 中图分类号：X820.4 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2012.02.043 文章编号：1003-6504(2012)02-0200-06
Ecological Risk Assessment of Sediment Heavy Metals in Main Lakes of China
76.85 46.8~128.2
平均值 浓度范围
29.70 16.2~38.3
0.66 0.42~1.18
87.90 56.4~141.0
35.90 17.5~44.4
0.77 0.40~1.51
91.90
142.00
61.6~164.0 74.2~197.0
平均值 浓度范围
15.04
0.17
38.67
差 6 155 倍。可见，地域的差异性使湖泊受重金属的 污染程度存在很大差异。
从表 1 可以看出，中国主要淡水湖泊沉积物中重 金属的平均浓度从高到低分别是 Zn（139.47 mg/kg）> C（r 69.51 mg/kg）>Cu（52.84 mg/kg）>Pb（39.55 mg/kg） >As（17.29 mg/kg）>Cd（1.12 mg/kg）>Hg（0.21 mg/kg）， 但这并不能说明重金属对水体造成的污染程度。不同 重金属对不同的生物体来说，需求量以及毒性效应是 不一样的，而且一些重金属是生命正常生理代谢所必 不可少的微量元素，例如 Cu、Zn，只有当生物必须微 量重金属元素超过一定量时，才能对生物体产生毒性 效应。其余 5 种重金属元素，如 Cr、Cd、Hg、Pb、As 等 属于非生命必需重金属元素，当这些元素处于环境中 时，往往因生物富集效应会对生物体及人体产生毒害 作用。因此确定重金属在沉积物中是否超标的标准值 也有很大差别。笔者采用中国土壤质量标准为参照 （表 2）。
本次调查表明，中国湖泊底泥中重金属含量变化 明显。首先，不同重金属含量变化较大，比如 Cr，最大值 为 4 189 mg/kg，而最低值的 Hg，其值为 0.016 mg/kg， 两者相差 4 000 mg/kg 之多；其次，同种金属在不同湖 泊沉积物中相差比较大，差值相差最明显的是 Cr，为 4 176.93 mg/kg；相差倍数最大的是 Cd 的浓度，竟相
浓度
As
Hg
Cr
Pb来自百度文库
Cd
平均值
48.17
1.54
浓度范围
24.00~87.61 0.33~4.39
（mg/kg）
Cu
Zn
61.53
194.12
20.33~160.67 64.83~409.28
平均值 浓度范围
10.48 3.95~40.5
0.10 0.063~0.33
35.80 15.5~64.5
36.20 19.2~93.9
第 35 卷 第 2 期 2012 年 2 月
Environmental Science & Technology
VoFl.e3b5第. 32N50o1卷.22
李玉斌，冯流，刘征涛，等． 中国主要淡水湖泊沉积物中重金属生态风险研究［Ｊ］． 环境科学与技术，２０１２，３５（２）：２００－２０５． Ｌｉ Ｙｕ－ｂｉｎ， Ｆｅｍｇ Ｌｉｕ， Ｌｉｕ Ｚｈｅｎｇ－ｔａｏ，ｅｔ ａｌ． Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｍａｉｎ ｌａｋｅｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，３５（２）：２００－２０５．
第2期
李玉斌，等 中国主要淡水湖泊沉积物中重金属生态风险研究
２０１
淡水湖泊重金属的控制与建立完善的生态评价体系 提供相应的技术参考依据。 1 我国主要湖泊沉积物中重金属污染状况比较
我国重金属污染比较严重的湖泊多位于经济
比 较 发 达 的 地 区 ，相 对 来 说 ，重 金 属 的 污 染 来 源 也 比较多。国内目前对于几个主要湖泊沉积物重金 属 的 浓 度 已 有 一 定 的 分 析 数 据 [ 9 -16 ] ，笔 者 经 过 搜 集 处 理 之 后 ，得 到 重 金 属 的 浓 度 平 均 值 及 含 量 范 围 ， 结果参见表 1。
（1.Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China； 2.State Key Laboratory of Chemicals Ecological Effect and Risk Assessment，Chinese Academy of Environment
重金属是指原子密度大于 5 g/cm3 的存在于自然 界的金属元素，约 45 种，主要包括：金、银、铜、铅、锌、 镍、钴、铬、汞等。其中，对人体生物体危害较大的有 5 种：铅、汞、铬、砷、镉。重金属在水中不能被分解，易与 其它物质结合而广泛存在于沉积物中。沉积物是水环 境的基本组成部分，它既为河流中的生物提供营养 物质，同时又是有毒有害物质的聚集地。进入水体的 重金属会在水流速度缓慢的时候富集于沉积物中，在 一定条件下，如受到水流扰动，重金属会再次进入水 体而造成二次污染，因此属于二次污染源[1-3]。近些年， 我国在湖泊沉积物重金属生态风险评价方面开展了
平均值 浓度范围
12.20 9.8~14.2
0.09
54.50
0.043~0.121 49.7~59.8
19.10 17.4~20.1
38.90 35.1~42.5
89.60 76.7~97.6
平均值
31.86
浓度范围 5.16~162.42
0.24 0.02~4.1
105.73
65.68
1.87
83.63
中国主要淡水湖泊沉积物中重金属生态风险研究
李玉斌 1， 冯流 1， 刘征涛 2*， 周俊丽 2
（1.北京化工大学，北京 100029； 2.中国环境科学研究院国家环境保护化学品生态效应与风险评估重点实验室，北京 100012）
摘 要：根据我国主要湖泊表层沉积物中重金属 Cr、Cd、Hg、As、Pb、Zn、Cu 的污染情况，对沉积物中的重金属分别采用潜在生态风险 指数法与地积累指数法进行评价。结果表明：两种方法评价结果基本一致。滇池、红枫湖重金属污染最严重，鄱阳湖、洞庭湖与洪泽湖次 之。严重的生态风险不存在，但是 Cd 在鄱阳湖、滇池和太湖中具有一定的潜在威胁；太湖、巢湖、南四湖重金属潜在生态风险较低。
0.16 0.02~0.415
32.90 16.6~126
98.00 46.9~389
平均值 浓度范围
17.68
0.13
4.72~93.43 0.016~1.36
99.34 18~329
44.55
0.92
15.1~199.1 0.04~23.34
48.21 10.3~90.4
132.99 29~614
一些研究工作，取得了一定的成果[4-6]，但总体来说，我 国起步较晚，尚处于探索阶段，还未建立起一套完善 统一的风险评价体系，因此发展对沉积物污染物更为 细致全面的生态风险评价技术显得十分重要。
生态风险评价方法可分为两种：定性和定量。定性 评价可对具有少量定量信息的效应做出评估，为后续 措施提供深层次的信息；常用的定量评价方法又分为 商值法和暴露-效应评估。笔者在前人对中国主要湖泊 沉积物中重金属的研究的得到的数据成果基础之上， 采用了 Muller[7]提出的地积累指数法和Hacanson[8]潜在 生态风险评价法两种方法进行初步评价，为我国主要
11.4~18.6 0.094~0.359 28.0~56.8
40.36 31.4~48.5
2.41 2.03~2.81
35.32 23.2~48.7
176.56 100~190
表 1 列出了中国主要湖泊沉积物中重金属含量 的平均值和浓度范围。从平均值分析，可以看到，重金 属污染最严重的是云南的滇池。As、Cr、Pb、Zn 在这些 湖泊中最高，分别为：31.86，105.73，65.68 和 205.64 mg/kg；沉积物中 Hg 和 Cu 的最高浓度均出现在贵州 的红枫湖，为 0.66 和 91.9 mg/kg，Cd 最高浓度出现在 洪泽湖。As、Hg、Cu、Zn 平均浓度最低值出现在巢湖， 分别为：4.04，0.085，30.31 和 76.85 mg/kg。从重金属 污染总量上看，巢湖也是这几个湖泊中最低的，为 202.57 mg/kg，Cr、Cd 含量最低的是太湖，分别为 35.8 和 0.16 mg/kg。
Science，Beijing 100012，China）
Abstract：Hakanson ecological risk index method and evaluating method of geoaccumulation for heavy metal were used for assessing the risk of heavy metal based on concentration of heavy metals including Cr，Cd，Hg，As，Pb，Zn and Cu in the sediments from different freshwater lakes in China. Results showed that the two methods were very similar. The worst heavy metal pollution was in Dianchi Lake and Hongfeng Lake，followed by Poyang Lake，Dongting Lake and Hongze Lake. Serious risk threat of heavy metal did not exist for all investigated lakes，but in Poyang Lake，Dianchi Lake and Taihu Lake， there might be some potential threats about Cd. The potential ecological risk of heavy metals which was about Taihu Lake， Chaohu Lake and Nansi Lake was low. Key words：sediment；heavy metal；lake；risk assessment
湖泊 鄱阳湖 太湖 洞庭湖 南四湖 滇池 巢湖 红枫湖 洪泽湖
采集年份 2008 年 2002 年 2003－2004 年 2002 年 2005 年 2006 年 2008 年 1996－2004 年
表 1 我国主要湖泊沉积物中重金属浓度
Table 1 Concentration of heavy metal in sediment of main lake in China
《环境科学与技术》编辑部：（网址）ｈｔｔｐ：／／ｆｊｋｓ．ｃｈｉｎａｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ．ｃｎ（电话）０２７－８７６４３５０２（电子信箱）ｈｊｋｘｙｊｓ＠１２６．ｃｏｍ 收稿日期：2011-03-26；修回 2011-05-14 基金项目：水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX07526-003） 作者简介：李玉斌（1985-），男，硕士研究生，研究方向为环境毒理、污染物生态效应等，（电话）010-84915296（电子信箱）liyubin85@126.com；* 通讯 作者，（电话）010-84915175（电子信箱）liuzt@craes.org.cn。
205.64
12.07~4 189 15.78~591.56 0.04~123.1 20.99~465.21 43.48~1 717.8
平均值 浓度范围
4.04 2.93~5.38
0.09 0.053~0.16
64.66 50.5~77.1
26.45
0.18
30.31
17.4~36.3 0.115~0.355 27.9~32.7
关键词：沉积物； 重金属； 湖泊； 风险评价 中图分类号：X820.4 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2012.02.043 文章编号：1003-6504(2012)02-0200-06
Ecological Risk Assessment of Sediment Heavy Metals in Main Lakes of China
76.85 46.8~128.2
平均值 浓度范围
29.70 16.2~38.3
0.66 0.42~1.18
87.90 56.4~141.0
35.90 17.5~44.4
0.77 0.40~1.51
91.90
142.00
61.6~164.0 74.2~197.0
平均值 浓度范围
15.04
0.17
38.67
差 6 155 倍。可见，地域的差异性使湖泊受重金属的 污染程度存在很大差异。
从表 1 可以看出，中国主要淡水湖泊沉积物中重 金属的平均浓度从高到低分别是 Zn（139.47 mg/kg）> C（r 69.51 mg/kg）>Cu（52.84 mg/kg）>Pb（39.55 mg/kg） >As（17.29 mg/kg）>Cd（1.12 mg/kg）>Hg（0.21 mg/kg）， 但这并不能说明重金属对水体造成的污染程度。不同 重金属对不同的生物体来说，需求量以及毒性效应是 不一样的，而且一些重金属是生命正常生理代谢所必 不可少的微量元素，例如 Cu、Zn，只有当生物必须微 量重金属元素超过一定量时，才能对生物体产生毒性 效应。其余 5 种重金属元素，如 Cr、Cd、Hg、Pb、As 等 属于非生命必需重金属元素，当这些元素处于环境中 时，往往因生物富集效应会对生物体及人体产生毒害 作用。因此确定重金属在沉积物中是否超标的标准值 也有很大差别。笔者采用中国土壤质量标准为参照 （表 2）。
本次调查表明，中国湖泊底泥中重金属含量变化 明显。首先，不同重金属含量变化较大，比如 Cr，最大值 为 4 189 mg/kg，而最低值的 Hg，其值为 0.016 mg/kg， 两者相差 4 000 mg/kg 之多；其次，同种金属在不同湖 泊沉积物中相差比较大，差值相差最明显的是 Cr，为 4 176.93 mg/kg；相差倍数最大的是 Cd 的浓度，竟相
浓度
As
Hg
Cr
Pb来自百度文库
Cd
平均值
48.17
1.54
浓度范围
24.00~87.61 0.33~4.39
（mg/kg）
Cu
Zn
61.53
194.12
20.33~160.67 64.83~409.28
平均值 浓度范围
10.48 3.95~40.5
0.10 0.063~0.33
35.80 15.5~64.5
36.20 19.2~93.9
第 35 卷 第 2 期 2012 年 2 月
Environmental Science & Technology
VoFl.e3b5第. 32N50o1卷.22
李玉斌，冯流，刘征涛，等． 中国主要淡水湖泊沉积物中重金属生态风险研究［Ｊ］． 环境科学与技术，２０１２，３５（２）：２００－２０５． Ｌｉ Ｙｕ－ｂｉｎ， Ｆｅｍｇ Ｌｉｕ， Ｌｉｕ Ｚｈｅｎｇ－ｔａｏ，ｅｔ ａｌ． Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｍａｉｎ ｌａｋｅｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，３５（２）：２００－２０５．
第2期
李玉斌，等 中国主要淡水湖泊沉积物中重金属生态风险研究
２０１
淡水湖泊重金属的控制与建立完善的生态评价体系 提供相应的技术参考依据。 1 我国主要湖泊沉积物中重金属污染状况比较
我国重金属污染比较严重的湖泊多位于经济
比 较 发 达 的 地 区 ，相 对 来 说 ，重 金 属 的 污 染 来 源 也 比较多。国内目前对于几个主要湖泊沉积物重金 属 的 浓 度 已 有 一 定 的 分 析 数 据 [ 9 -16 ] ，笔 者 经 过 搜 集 处 理 之 后 ，得 到 重 金 属 的 浓 度 平 均 值 及 含 量 范 围 ， 结果参见表 1。