潜在生态危害指数法评价中重金属毒性系数计算
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（ ３） 毒性条件： 金属的毒性水平。毒性条件是根据 “丰度原则”来区分各种污染物， 由于重金属的沉积作 用及对固体的亲合作用使得毒性和稀有性之间存在 着一种比例关系。毒性高的金属应比毒性低的金属对
收稿日期： ２００６－ ０９－ ３０； 修回 ２００７－ ０２－ １５ 基金项目： 国家科技攻关项目（ ２００５ＢＡ９０１Ａ０３） ； 国际合作项目（ ２００５ＤＦＡ２０９００） ； 成都理工大学青年基金（ ２００６ＱＪ０２） 作者简介： 徐争启（ １９７５－ ） ， 男， 在职博士生， 地球化学专业， 环境地球化学方向，（ 手机） １３４３８２４８７３７（ 电子信箱） ｘｕｚｈｅｎｇｑ＠１６３．ｃｏｍ。
但由于没有给出它们的毒性系数， 往往不能用潜在生 态危害指数法全面评价环境的污染状况。针对此种情 况， 本文根据 Ｈａｋａｎｓｏｎ 的计算原则， 结合陈静生的计 算方法， 重新计算了 Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｓ、Ｃｄ、 Ｈｇ １０ 种重金属元素的毒性系数， 并给出了包括 Ｔｉ 和 Ｍｎ 在内的 １２ 种重金属元素的毒性系数。
在各环境物质（ 岩石、土壤、淡水、陆生植物与陆生动
物） 中的丰度数。
表 ３ 不同物质中元素的相对丰度数
Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍａｔｔｅｒｓ
元素 火成岩 土壤 Ａｓ ７５ １６．７
淡水 ２５
陆生植物 ５００
陆生动物 ８００
３４７８ ５５３０．５ １１２２
Ｎｉ １．８ ２．５ １．０ ３３．３
２００ ３８．６ ７．８
Ｐｂ １０．８ １０ ２．０
３７
８０ ５９．８ １２
Ｖ １．０ １．０ １０
６２．５
１０６７ ７４．５ １５
Ｚｎ １．９３ ２．０ １．０
１．０
１．０ ４．９３ １
４
! ＊ 为火成岩、土壤、淡水、陆生植物与陆生 动 物 五 项 中 去 掉 最 大 值 的 ｉ＝１
４
!＊
ｉ＝１
６１６．７
丰度数 １２５
Ｃｄ ６７５ １６６７ ３１
１６７
３２０ １１９２ ２４２
Ｃｏ ５．４ １２．５ １１
２００
５３３３ ２２８．９ ４６．４
Ｃｒ １．３５ １．０ ５５．５ ４３４．８ ２１３３ ４９２．７ １００
Ｃｕ ２．４５ ５ １．０
７．１
６７ １５．５５ ３．２
Ｈｇ １６８７．５ ２４０ １２５ ６６６７
的污染程度， 从低到高分为 ５ 个等级； 而潜在生态危
害指数（ ＲＩ） 描述某一点多个污 染 物 潜 在 生 态 危 害 系
数的综合值， 此值分为 ４ 个等级， 见表 １。
表 １ 潜在生态危害系数和危害指数与污染程度的关系
Ｔａｂｌｅ １
Ｔｈｅ
ｒｅｌａｔｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎ
Ｅ
ｉ ｒ
，
ＲＩ ａｎｄ
ｄｅｇｒｅｅ
四项之和。
再将这些值横向加和， 得到元素的总丰度数， 为
防止不适当的权重进入总丰度数， 把横行中各最高值
略去得 ４ 项之和， 再除以 ４．９３（ 和为最小者） ， 得 各 类
环境物质中金属的平均丰度数， 其大小顺序为： Ｚｎ＜
Ｃｕ＜Ｎｉ＜Ｐｂ＜Ｖ＜Ｃｏ＜Ｃｒ＜Ａｓ＜Ｃｄ＜Ｈｇ。
Ｈａｋａｎｓｏｎ 指出， 金属元素的丰度数与该元素的毒
Ｅｒｉ 与污染程度
ＲＩ 与污染程度
Ｅｒｉ＜４０
轻微生态危害
ＲＩ＜１５０
轻微生态危害
４０≤Ｅｒｉ＜８０ 中等生态危害 １５０≤ＲＩ＜３００ 中等生态危害
８０≤Ｅｒｉ＜１６０
强生态危害 ３００≤ＲＩ＜６００ 强生态危害
１６０≤Ｅｒｉ＜３２０ 很强生态危害
ＲＩ≥６００
很强生态危害
Ｅｒｉ≥３２０
极强生态危害
第２期
徐争启， 等 潜在生态危害指数法评价中重金属毒性系数的计算
１１３
ＲＩ 值有较大贡献。
（ ４） 敏感性条件： 水体对金属污染的敏感性。对金
属污染敏感性大的水体应比敏感性小的水体有较高
的 ＲＩ 值。
１．２ 潜在生态危害指数的计算
Байду номын сангаас
（
１） 单个元素的 污 染 系 数（
Ｃｒｉ）
由
Ｃｒｉ ＝ Ｃ
ｉ 实
测／Ｃｎｉ
１ 潜在生态危害指数法（ ＲＩ） 简介
１．１ 潜在生态危害指数法的影响因素 Ｈａｋａｎｓｏｎ 认为， 潜在生态危害指数以以下四个条
件 为 基 础［１３］： （ １） 含量条件： 表层沉积物的金属浓度。ＲＩ 值应随
表层金属污染程度的加重而增大。 （ ２） 数量条件： 金属污染物的种类数。受多种金属
污染的沉积物的 ＲＩ 值应高于只受少数几种金属污染 的沉积物的 ＲＩ 值。
摘 要： 在众多用潜在生态危害指数法评价重金属污染的文章中， 只采用了 ７ 个重金属元素的毒性系数， 但有的重金属仍是环境污 染的重要组成部分。针对此情况， 文章根据 Ｈａｋａｎｓｏｎ 的计算原则， 结合陈静生的计算方法， 重新计算了十种重金属元素的毒性系数， 最 后给出了 １２ 种重金属的毒性系数， 它们分别是 Ｔｉ＝Ｍｎ＝Ｚｎ＝１＜Ｖ＝Ｃｒ＝２＜Ｃｕ＝Ｎｉ＝Ｃｏ＝Ｐｂ＝５＜Ａｓ＝１０＜Ｃｄ＝３０＜Ｈｇ＝４０。
得出。
（ ４） 某一重金属的潜在生态危害系数 Ｅｒｉ＝Ｔｒｉ×Ｃｒｉ。
（ ５） 某一点沉积物多种重金属综合潜在生态危害
ｎ
指数 ＲＩ＝!Ｅｒｉ。 ｉ＝ １
ｎ
ｎ
! ! 由上式可以推出 ＲＩ＝
ＴｒｉＣｒｉ＝
ＴｒｉＣ
ｉ 实测
／
Ｃｎｉ。
ｉ＝ １
ｉ＝ １
潜 在 生 态 危 害 系 数（ Ｅｒｉ） 描 述 某 一 污 染 物（ 元 素）
第 ３１ 卷 第 ２ 期 ２００８ 年 ２ 月
环境科学与技术
Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ． ３１ ＮＯ．２ Ｆ ｅ ｂ ． 第 ２３０１０卷８
潜在生态危害指数法评价中重金属毒性系数计算
徐争启， 倪师军， 庹先国， 张成江
（ 成都理工大学地球化学系， 四川 成都 ６１００５９）
２ 金属毒性系数的确定
在 ＲＩ 指 数 应 用 中 ， 按 照 Ｈａｋａｎｓｏｎ 的 观 点 ， 金 属 毒性系数应包含两方面的信息： 金属对人体的危害和 金属对水生生态系统的危害 ， 应从“丰度原则”和“释 放效应”角度来讨论此问题。并认为： 某—金属元素的 潜在生物毒性与其丰度成反比。本文按照 Ｈａｋａｎｓｏｎ 提出的金属毒性系数计算方法［１３］， 重新计算出 了 Ｚｎ、 Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｈｇ １０ 种 元 素 的 毒 性 系 数。表 ２ 列举了 １０ 种重金属元素在火成岩、土壤、淡 水、陆生植物和陆生动物中的丰度。
确
定，
式中：
Ｃｒｉ
为某一重金属的污染系数，
Ｃ
ｉ 实
测
为
表
层
沉 积 物 重 金 属 元 素 的 实 测 含 量 ， Ｃｎｉ 为 该 元 素 的 评 价
标准。
（ ２） 某取样点的沉积物重金属污染度（ Ｃｄ） 由公式
Ｃｄ＝ !Ｃｒｉ 确定， 是多种重金属污染系数之和。
（ ３） 各重金属的 毒 性 响 应 系 数 Ｔｒｉ， 反 映 重 金 属 的 毒性强度及水体对重金属的敏感程度， 通过计算可以
重金属是有潜在危害的重要污染物， 它在生物体 内富集， 成为持久污染物， 造成严重的环境问题［１－ ３］。经 各种方式进入环境中的重金属污染物不易溶解， 通过 各种方式在生态系统中迁移循环， 最终可能进入人体 之中， 产生严重危害［４－ ９］。对环境中重金属的污染必须 进行评价， 才能对环境质量进行监控。目前对重金属 的评价， 国内外学者从不同角度提出了许多评价方 法， 德国、英国、美国、瑞典等国的科学家从沉积学角 度提出了多种重金属的污染评价方法［１０－ １２］。瑞典著名 地球化学家 Ｈａｋａｎｓｏｎ （ １９８０） 提出的潜在生态指数法 （ Ｔｈｅ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｉｓｋ Ｉｎｄｅｘ）（ ＲＩ） 是目前最为 常用的评价重金属污染程度的方法之一， 该方法的重 点之一是确定重金属的毒性系数。我国著名学者陈静 生 曾 于 １９８９ 年 根 据 Ｈａｋａｎｓｏｎ 的 关 于 潜 在 生 态 危 害 指数评价方法介绍了 ７ 个重金属元素的毒性系数的 计算方法， 并给出了毒性系数［８］。随后， 我国众多学者 在研究河流水系沉积物重金属污染评价中， 也大量使 用了潜在生态危害指数法［１４－ １７］。但是在众多环境污染 评价中， 有的重金属仍是环境污染的重要组成部分，
性系数有关， 但并不简单地等于毒性系数， 求丰度数
是为了讨论元素的“释放效应”， 以此来表示不同金属
在沉积物中沉积的趋势。
金属的释放系数＝
淡水中金属的背景值
工业化前沉积物中重金属的背景含量
按照上述方法， 计算出了金属元素的释放系数，
见表 ４， 其中 Ｖ、Ｎｉ、Ｃｏ ３ 种元素的湖相沉积物工业化
前的含量用全球页岩平均值代替。从表 ４ 中可见， 铬
的释放系数最低， 汞的释放系数较高。按此法计算的
１０ 种重金属在沉积物中的释放系数顺序为：
Ｈｇ＜Ｃｄ＝Ｃｕ＜Ｎｉ＜Ｐｂ＜Ｚｎ＜Ｃｏ＜Ａｓ＜Ｖ＜Ｃｒ
首 先 将 金 属 元 素 在 火 成 岩 、土 壤 、淡 水 、陆 生 植 物 和陆生动物中具最高丰度值的金属赋值为 １．０。在岩 石中， 镉的丰度比钒小 ６７５ 倍， 汞的丰度比钒的丰度 小 １６８７．５ 倍 ， 则 ６７８、１６８７．５ 等 数 值 被 定 义 为“ 丰 度
表 ２ 不同物质中元素的丰度［１３］
０．５
０．０３
Ｃｒ
１００
１００
０．０００１８
０．２３
０．０７５
Ｃｕ
５５
２０
０．０１
１４
２．４
Ｈｇ
０．０８
０．４１５ ０．００００８ ０．０１５
０．０４６
Ｎｉ
７５
４０
０．０１
３．０
０．８
Ｐｂ
１２．５
１０
０．００５
２．７
２．０
Ｖ
１３５
１００
０．００１
１．６
０．１５
Ｚｎ
７０
５０
０．０１
１００
１６０
数”。表 ３ 中列举了本指数计算所需的 １０ 种金属元素
Ｘｕ Ｚｈｅｎｇ－ ｑｉ， Ｎｉ Ｓｈｉ－ ｊｕｎ， Ｔｕｏ Ｘｉａｎ－ ｇｕｏ， Ｚｈａｎｇ Ｃｈｅｎｇ－ ｊｉａｎｇ
（ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００５９， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂ ｓｔ ｒ ａｃｔ ｓ： Ｏｎｌｙ ７ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ’ｔｏｘｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｍａｎｙ ｐａｐｅｒｓ ｔｈａｔ ｕｓｅ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｉｓｋ Ｉｎｄｅｘ （ＲＩ）， ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ｏｔｈｅｒ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｎｏｔ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｏｘｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ． Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｉｓ， １０ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ’ｔｏｘｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ａｒｅ ｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｈａｋａｎｓｏｎ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｃｈｅｎ Ｊｉｎｇｓｈｅｎｇ， ｗｉｔｈ １２ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ’ｔｏｘｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ａｓ Ｔｉ＝Ｍｎ＝Ｚｎ＝１＜Ｖ＝Ｃｒ＝２ ＜Ｃｕ＝Ｎｉ＝ Ｃｏ＝Ｐｂ＝５ ＜Ａｓ＝１０＜Ｃｄ＝３０ ＜Ｈｇ＝４０． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄ ｓ： ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ （ＲＩ）； ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ； ｔｏｘｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
Ｔａｂ ｌｅ ２ Ｔｈ ｅ ａｂ ｕ ｎ ｄ ａｎ ｃｅ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎ ｔ ｉｎ ｄ ｉｆｆｅｒ ｅｎ ｔ ｍａｔｔｅｒ ｓ （ ×１０－ ６）
元素
火成岩
土壤
淡水 陆生植物 陆生动物
Ａｓ
１．８
６．０
０．０００４
０．２
０．２
Ｃｄ
０．２
０．０６ ０．０００３１
０．６
０．５
Ｃｏ
２５
５．０
０．０００９
关键词： 潜在生态指数法； 重金属； 毒性系数 中图分类号： Ｘ８２０ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００３－ ６５０４（２００８）０２－ ０１１２－ ０４
Ｃａ ｌｃｕ ｌａ ｔ ｉｏｎ ｏｆ Ｈ ｅ ａ ｖｙ Ｍ ｅ ｔ ａ ｌｓ’Ｔｏｘｉｃｉｔ ｙ Ｃｏｅ ｆｆｉｃｉｅ ｎ ｔ ｉｎ ｔ ｈ ｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｉｓｋ Ｉｎｄｅｘ
收稿日期： ２００６－ ０９－ ３０； 修回 ２００７－ ０２－ １５ 基金项目： 国家科技攻关项目（ ２００５ＢＡ９０１Ａ０３） ； 国际合作项目（ ２００５ＤＦＡ２０９００） ； 成都理工大学青年基金（ ２００６ＱＪ０２） 作者简介： 徐争启（ １９７５－ ） ， 男， 在职博士生， 地球化学专业， 环境地球化学方向，（ 手机） １３４３８２４８７３７（ 电子信箱） ｘｕｚｈｅｎｇｑ＠１６３．ｃｏｍ。
但由于没有给出它们的毒性系数， 往往不能用潜在生 态危害指数法全面评价环境的污染状况。针对此种情 况， 本文根据 Ｈａｋａｎｓｏｎ 的计算原则， 结合陈静生的计 算方法， 重新计算了 Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｓ、Ｃｄ、 Ｈｇ １０ 种重金属元素的毒性系数， 并给出了包括 Ｔｉ 和 Ｍｎ 在内的 １２ 种重金属元素的毒性系数。
在各环境物质（ 岩石、土壤、淡水、陆生植物与陆生动
物） 中的丰度数。
表 ３ 不同物质中元素的相对丰度数
Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍａｔｔｅｒｓ
元素 火成岩 土壤 Ａｓ ７５ １６．７
淡水 ２５
陆生植物 ５００
陆生动物 ８００
３４７８ ５５３０．５ １１２２
Ｎｉ １．８ ２．５ １．０ ３３．３
２００ ３８．６ ７．８
Ｐｂ １０．８ １０ ２．０
３７
８０ ５９．８ １２
Ｖ １．０ １．０ １０
６２．５
１０６７ ７４．５ １５
Ｚｎ １．９３ ２．０ １．０
１．０
１．０ ４．９３ １
４
! ＊ 为火成岩、土壤、淡水、陆生植物与陆生 动 物 五 项 中 去 掉 最 大 值 的 ｉ＝１
４
!＊
ｉ＝１
６１６．７
丰度数 １２５
Ｃｄ ６７５ １６６７ ３１
１６７
３２０ １１９２ ２４２
Ｃｏ ５．４ １２．５ １１
２００
５３３３ ２２８．９ ４６．４
Ｃｒ １．３５ １．０ ５５．５ ４３４．８ ２１３３ ４９２．７ １００
Ｃｕ ２．４５ ５ １．０
７．１
６７ １５．５５ ３．２
Ｈｇ １６８７．５ ２４０ １２５ ６６６７
的污染程度， 从低到高分为 ５ 个等级； 而潜在生态危
害指数（ ＲＩ） 描述某一点多个污 染 物 潜 在 生 态 危 害 系
数的综合值， 此值分为 ４ 个等级， 见表 １。
表 １ 潜在生态危害系数和危害指数与污染程度的关系
Ｔａｂｌｅ １
Ｔｈｅ
ｒｅｌａｔｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎ
Ｅ
ｉ ｒ
，
ＲＩ ａｎｄ
ｄｅｇｒｅｅ
四项之和。
再将这些值横向加和， 得到元素的总丰度数， 为
防止不适当的权重进入总丰度数， 把横行中各最高值
略去得 ４ 项之和， 再除以 ４．９３（ 和为最小者） ， 得 各 类
环境物质中金属的平均丰度数， 其大小顺序为： Ｚｎ＜
Ｃｕ＜Ｎｉ＜Ｐｂ＜Ｖ＜Ｃｏ＜Ｃｒ＜Ａｓ＜Ｃｄ＜Ｈｇ。
Ｈａｋａｎｓｏｎ 指出， 金属元素的丰度数与该元素的毒
Ｅｒｉ 与污染程度
ＲＩ 与污染程度
Ｅｒｉ＜４０
轻微生态危害
ＲＩ＜１５０
轻微生态危害
４０≤Ｅｒｉ＜８０ 中等生态危害 １５０≤ＲＩ＜３００ 中等生态危害
８０≤Ｅｒｉ＜１６０
强生态危害 ３００≤ＲＩ＜６００ 强生态危害
１６０≤Ｅｒｉ＜３２０ 很强生态危害
ＲＩ≥６００
很强生态危害
Ｅｒｉ≥３２０
极强生态危害
第２期
徐争启， 等 潜在生态危害指数法评价中重金属毒性系数的计算
１１３
ＲＩ 值有较大贡献。
（ ４） 敏感性条件： 水体对金属污染的敏感性。对金
属污染敏感性大的水体应比敏感性小的水体有较高
的 ＲＩ 值。
１．２ 潜在生态危害指数的计算
Байду номын сангаас
（
１） 单个元素的 污 染 系 数（
Ｃｒｉ）
由
Ｃｒｉ ＝ Ｃ
ｉ 实
测／Ｃｎｉ
１ 潜在生态危害指数法（ ＲＩ） 简介
１．１ 潜在生态危害指数法的影响因素 Ｈａｋａｎｓｏｎ 认为， 潜在生态危害指数以以下四个条
件 为 基 础［１３］： （ １） 含量条件： 表层沉积物的金属浓度。ＲＩ 值应随
表层金属污染程度的加重而增大。 （ ２） 数量条件： 金属污染物的种类数。受多种金属
污染的沉积物的 ＲＩ 值应高于只受少数几种金属污染 的沉积物的 ＲＩ 值。
摘 要： 在众多用潜在生态危害指数法评价重金属污染的文章中， 只采用了 ７ 个重金属元素的毒性系数， 但有的重金属仍是环境污 染的重要组成部分。针对此情况， 文章根据 Ｈａｋａｎｓｏｎ 的计算原则， 结合陈静生的计算方法， 重新计算了十种重金属元素的毒性系数， 最 后给出了 １２ 种重金属的毒性系数， 它们分别是 Ｔｉ＝Ｍｎ＝Ｚｎ＝１＜Ｖ＝Ｃｒ＝２＜Ｃｕ＝Ｎｉ＝Ｃｏ＝Ｐｂ＝５＜Ａｓ＝１０＜Ｃｄ＝３０＜Ｈｇ＝４０。
得出。
（ ４） 某一重金属的潜在生态危害系数 Ｅｒｉ＝Ｔｒｉ×Ｃｒｉ。
（ ５） 某一点沉积物多种重金属综合潜在生态危害
ｎ
指数 ＲＩ＝!Ｅｒｉ。 ｉ＝ １
ｎ
ｎ
! ! 由上式可以推出 ＲＩ＝
ＴｒｉＣｒｉ＝
ＴｒｉＣ
ｉ 实测
／
Ｃｎｉ。
ｉ＝ １
ｉ＝ １
潜 在 生 态 危 害 系 数（ Ｅｒｉ） 描 述 某 一 污 染 物（ 元 素）
第 ３１ 卷 第 ２ 期 ２００８ 年 ２ 月
环境科学与技术
Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ． ３１ ＮＯ．２ Ｆ ｅ ｂ ． 第 ２３０１０卷８
潜在生态危害指数法评价中重金属毒性系数计算
徐争启， 倪师军， 庹先国， 张成江
（ 成都理工大学地球化学系， 四川 成都 ６１００５９）
２ 金属毒性系数的确定
在 ＲＩ 指 数 应 用 中 ， 按 照 Ｈａｋａｎｓｏｎ 的 观 点 ， 金 属 毒性系数应包含两方面的信息： 金属对人体的危害和 金属对水生生态系统的危害 ， 应从“丰度原则”和“释 放效应”角度来讨论此问题。并认为： 某—金属元素的 潜在生物毒性与其丰度成反比。本文按照 Ｈａｋａｎｓｏｎ 提出的金属毒性系数计算方法［１３］， 重新计算出 了 Ｚｎ、 Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｈｇ １０ 种 元 素 的 毒 性 系 数。表 ２ 列举了 １０ 种重金属元素在火成岩、土壤、淡 水、陆生植物和陆生动物中的丰度。
确
定，
式中：
Ｃｒｉ
为某一重金属的污染系数，
Ｃ
ｉ 实
测
为
表
层
沉 积 物 重 金 属 元 素 的 实 测 含 量 ， Ｃｎｉ 为 该 元 素 的 评 价
标准。
（ ２） 某取样点的沉积物重金属污染度（ Ｃｄ） 由公式
Ｃｄ＝ !Ｃｒｉ 确定， 是多种重金属污染系数之和。
（ ３） 各重金属的 毒 性 响 应 系 数 Ｔｒｉ， 反 映 重 金 属 的 毒性强度及水体对重金属的敏感程度， 通过计算可以
重金属是有潜在危害的重要污染物， 它在生物体 内富集， 成为持久污染物， 造成严重的环境问题［１－ ３］。经 各种方式进入环境中的重金属污染物不易溶解， 通过 各种方式在生态系统中迁移循环， 最终可能进入人体 之中， 产生严重危害［４－ ９］。对环境中重金属的污染必须 进行评价， 才能对环境质量进行监控。目前对重金属 的评价， 国内外学者从不同角度提出了许多评价方 法， 德国、英国、美国、瑞典等国的科学家从沉积学角 度提出了多种重金属的污染评价方法［１０－ １２］。瑞典著名 地球化学家 Ｈａｋａｎｓｏｎ （ １９８０） 提出的潜在生态指数法 （ Ｔｈｅ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｉｓｋ Ｉｎｄｅｘ）（ ＲＩ） 是目前最为 常用的评价重金属污染程度的方法之一， 该方法的重 点之一是确定重金属的毒性系数。我国著名学者陈静 生 曾 于 １９８９ 年 根 据 Ｈａｋａｎｓｏｎ 的 关 于 潜 在 生 态 危 害 指数评价方法介绍了 ７ 个重金属元素的毒性系数的 计算方法， 并给出了毒性系数［８］。随后， 我国众多学者 在研究河流水系沉积物重金属污染评价中， 也大量使 用了潜在生态危害指数法［１４－ １７］。但是在众多环境污染 评价中， 有的重金属仍是环境污染的重要组成部分，
性系数有关， 但并不简单地等于毒性系数， 求丰度数
是为了讨论元素的“释放效应”， 以此来表示不同金属
在沉积物中沉积的趋势。
金属的释放系数＝
淡水中金属的背景值
工业化前沉积物中重金属的背景含量
按照上述方法， 计算出了金属元素的释放系数，
见表 ４， 其中 Ｖ、Ｎｉ、Ｃｏ ３ 种元素的湖相沉积物工业化
前的含量用全球页岩平均值代替。从表 ４ 中可见， 铬
的释放系数最低， 汞的释放系数较高。按此法计算的
１０ 种重金属在沉积物中的释放系数顺序为：
Ｈｇ＜Ｃｄ＝Ｃｕ＜Ｎｉ＜Ｐｂ＜Ｚｎ＜Ｃｏ＜Ａｓ＜Ｖ＜Ｃｒ
首 先 将 金 属 元 素 在 火 成 岩 、土 壤 、淡 水 、陆 生 植 物 和陆生动物中具最高丰度值的金属赋值为 １．０。在岩 石中， 镉的丰度比钒小 ６７５ 倍， 汞的丰度比钒的丰度 小 １６８７．５ 倍 ， 则 ６７８、１６８７．５ 等 数 值 被 定 义 为“ 丰 度
表 ２ 不同物质中元素的丰度［１３］
０．５
０．０３
Ｃｒ
１００
１００
０．０００１８
０．２３
０．０７５
Ｃｕ
５５
２０
０．０１
１４
２．４
Ｈｇ
０．０８
０．４１５ ０．００００８ ０．０１５
０．０４６
Ｎｉ
７５
４０
０．０１
３．０
０．８
Ｐｂ
１２．５
１０
０．００５
２．７
２．０
Ｖ
１３５
１００
０．００１
１．６
０．１５
Ｚｎ
７０
５０
０．０１
１００
１６０
数”。表 ３ 中列举了本指数计算所需的 １０ 种金属元素
Ｘｕ Ｚｈｅｎｇ－ ｑｉ， Ｎｉ Ｓｈｉ－ ｊｕｎ， Ｔｕｏ Ｘｉａｎ－ ｇｕｏ， Ｚｈａｎｇ Ｃｈｅｎｇ－ ｊｉａｎｇ
（ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００５９， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂ ｓｔ ｒ ａｃｔ ｓ： Ｏｎｌｙ ７ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ’ｔｏｘｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｍａｎｙ ｐａｐｅｒｓ ｔｈａｔ ｕｓｅ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｉｓｋ Ｉｎｄｅｘ （ＲＩ）， ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ｏｔｈｅｒ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｎｏｔ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｏｘｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ． Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｉｓ， １０ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ’ｔｏｘｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ａｒｅ ｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｈａｋａｎｓｏｎ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｃｈｅｎ Ｊｉｎｇｓｈｅｎｇ， ｗｉｔｈ １２ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ’ｔｏｘｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ａｓ Ｔｉ＝Ｍｎ＝Ｚｎ＝１＜Ｖ＝Ｃｒ＝２ ＜Ｃｕ＝Ｎｉ＝ Ｃｏ＝Ｐｂ＝５ ＜Ａｓ＝１０＜Ｃｄ＝３０ ＜Ｈｇ＝４０． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄ ｓ： ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ （ＲＩ）； ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ； ｔｏｘｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
Ｔａｂ ｌｅ ２ Ｔｈ ｅ ａｂ ｕ ｎ ｄ ａｎ ｃｅ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎ ｔ ｉｎ ｄ ｉｆｆｅｒ ｅｎ ｔ ｍａｔｔｅｒ ｓ （ ×１０－ ６）
元素
火成岩
土壤
淡水 陆生植物 陆生动物
Ａｓ
１．８
６．０
０．０００４
０．２
０．２
Ｃｄ
０．２
０．０６ ０．０００３１
０．６
０．５
Ｃｏ
２５
５．０
０．０００９
关键词： 潜在生态指数法； 重金属； 毒性系数 中图分类号： Ｘ８２０ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００３－ ６５０４（２００８）０２－ ０１１２－ ０４
Ｃａ ｌｃｕ ｌａ ｔ ｉｏｎ ｏｆ Ｈ ｅ ａ ｖｙ Ｍ ｅ ｔ ａ ｌｓ’Ｔｏｘｉｃｉｔ ｙ Ｃｏｅ ｆｆｉｃｉｅ ｎ ｔ ｉｎ ｔ ｈ ｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｉｓｋ Ｉｎｄｅｘ