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

朱宜平; 李小飞; 梁霞

doi:10.3969/j.issn.1000-5641.2021.02.006

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

朱宜平^1,,
李小飞²,
梁霞^3, ,

1.
上海城投原水有限公司, 上海　200125
2.
福建师范大学地理科学学院, 福州　350007
3.
华东师范大学河口海岸学国家重点实验室, 上海　200241

基金项目: 国家重点研发计划(2016YFA0600900)

详细信息

作者简介:
朱宜平, 男, 高级工程师, 研究方向为水源地运行管理、藻类监测与控制. E-mail: 35843332@qq.com

通讯作者:
梁　霞, 女, 副教授, 硕士生导师, 研究方向为生物地球化学循环. E-mail: xliang@sklec.ecnu.edu.cn

中图分类号: X131.3
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出版历程
- 收稿日期: 2020-03-16
- 刊出日期: 2021-03-30

Content and ecological risk assessment of heavy metals in the surface sediments of Qingcaosha Reservoir in Shanghai

ZHU Yiping^1
,,
LI Xiaofei²,
LIANG Xia^{3
, ,}

1.
Shanghai Chengtou Raw Water Limited Company, Shanghai　200125, China
2.
School of Geographical Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou　350007, China
3.
State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research, East China Normal University, Shanghai　200241, China

摘要

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.
- 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.
- heavy metal /
- sediment /
- ecological risk /
- reservoir /
- drinking water source

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图 1 青草沙水库采样点位置

注: 图中标注数字为采样点编号, 详见表1.

Fig. 1 Sampling sites in the Qingcaosha Reservoir

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图 2 青草沙水库表层沉积物重金属平均含量及形态分布

Fig. 2 Average content and distribution of heavy metal fractions in the surface sediments of the Qingcaosha Reservoir

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图 3 青草沙水库不同区域沉积物重金属形态含量分布

注: 柱状图颜色由浅至深分别为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态.

Fig. 3 Distribution of fractions of heavy metals in surface sediments of the Qingcaosha Reservoir

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表 1 青草沙水库沉积物采样点地理位置

Tab. 1 Sampling sites of sediments in the Qingcaosha Reservoir

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

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表 2 单项 (E_r) 与综合 (E_RI) 潜在生态风险指数与生态风险分级标准

Tab. 2 Single and comprehensive potential ecological risk assessment indexes and classification criteria

$ {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

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表 3 青草沙水库沉积物重金属含量

Tab. 3 Content of heavy metals in the sediments of the Qingcaosha Reservoir 单位: mg·kg^–1

		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
注: “平均值”指年度夏季平均结果.

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表 4 青草沙水库表层沉积物重金属单项和综合潜在生态风险指数

Tab. 4 Single and comprehensive potential ecological risk indexes of sediment heavy metals in the Qingcaosha Reservoir

		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

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表 5 青草沙水库与长江河口周边水体表层沉积物重金属含量比较

Tab. 5 Comparison of heavy metals content in the sediments of the Qingcaosha Reservoir and the Changjiang Estuary 单位: mg·kg^–1

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]
注: “ * ”结果表示为平均值 ± 标准误差, 括号内为样品检测的最小值和最大值.

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表 6 青草沙水库与长江河口、长江三角洲以及其他水库表层沉积物重金属潜在生态风险指数比较

Tab. 6 Comparison of potential ecological risk indexes of sediment heavy metals in the Qingcaosha Reservoir and the Changjiang Estuary, the Changjiang River Delta, and other reservoirs

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]
注: “ * ”结果表示为平均值 ± 标准误差, 括号内为样品检测的最小值和最大值.

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