湿地重金属沉积物污染的评价方法研究
张俊宇++张明惠++罗迪
湿地的基本概况
湿地是人类重要的环境资本，也是富集生物多样性和具有较高生产力的生态系统。它不但蕴涵丰富的自然资源 ，还具有巨大的环境调节功能和生态效益 。按照《国际湿地公约》的定义，湿地是指天然的或人工的、永久的或临时的沼泽地、泥炭地或水域地带，带有静止或流动的淡水、半咸水或咸水水体，包括低潮时水深不超过 6 m 的水域。湿地作为水陆过渡带，有着巨大的环境调节功能和生态效益，与森林、海洋一起并称为全球三大生态系统，在维持生物多样性、防洪抗旱、调节气候、降解污染物、美化环境、提供生产生活资料等方面具有其他系统不可替代的作用，是人类最重要的自然资源与生存环境之一，被誉为“地球之肾”。在人类文明的发展过程中 ， 湿地以其丰富的野生动植物资源、矿产资源、水资源及景观资源为人类社会提供了大量的不可或缺的重要资源 ，是人类赖以生存的重要物质基础。
湿地沉积物中重金属的来源
由于湿地一般发育在地势较低的部位，承接了由环境变迁以及人类活动所产生的大量污染物，湿地沉积物中重金属来源可分为自然来源和人为来源两种途径。自然来源是指各种地质、地球化学作用，如地质构造活动、岩石风化与成土过程等，重金属的自然来源形成了它们在某区域的自然丰度，即环境背景值。人为来源则主要包括工业生产污染、交通污染、生活垃圾以及农业生产过程中含重金属的化肥、有机肥、城市废弃物和农药的不合理施用以及污水灌溉所产生的面源污染等，这些污染物中的重金属通过地表径流以及大气沉降而进入沉积物，最终导致湿地沉积物中重金属的累积。
湿地沉积物重金属污染风险评价的方法
沉积物重金属污染生态风险评价常用的方法有：内梅罗指数法、地质累积指数法、潜在生态风险指数法、生物效应浓度法以及基于重金属形态分析的评价方法等。其中内梅罗指数法和地质累积指数法评价的思路是依据环境质量基准和元素的地球化学背景值，通过一系列的计算得到一个评价指数，然后根据评价指数与评价标准的对比判别风险的大小。该方法的优点是评价方法简单和易于操作，但由于评价指数计算时的参考标准不易获取，評价过程中不同研究人员的评价标准并不一致，所以这两种评价方法所得出的评价结果的可信度以及可比性都不高。潜在生态风险指数法、生物效应浓度法以及基于重金属形态分析的评价方法，其评价思路都是基于重金属污染物对生物体的毒性效应来展开，其中，潜在生态风险指数法由瑞典化学家 Hakanson 最先提出，是沉积物质量评价中最常用的方法之一。该方法自引入我国以来，便得到广泛的应用，但最突出的问题是，评价中的毒性效应参数大多直接引用国外的参数值，没有针对我国的实际情况进行修正。因此，评价的结果具有一定的偏差。生物效应浓度法又称为基于沉积物质量基准（sediment quality guidelines，SQG）的风险评价方法，该方法将各重金属的浓度与相应的生物毒性效应范围低值（effects range low，ERL ）或效应范围中值（ effects range median，ERM）比较，若其结果高于 ERM，表明沉积物受到严重污染，不利生物毒性效应将频繁发生；介于 ERL 与 ERM 之间，表明重金属对生物的毒性效应偶尔发生；若低于 ERL值，表明沉积物未污染或轻度污染，基本无生物毒性效应。由于我国尚未建立自己的沉积物质量基准，该方法在我国应用时，仍然需要参考国外（主要是美国）的一些质量基准，因此，该方法在我国的应用受到一定的限制。基于形态分析的评价方法与其他评价方法最大的区别是在计算重金属生态风险时考虑了其生物有性，将重金属元素在沉积物中的迁移系数（mobility factor，MF）作为计算的参数进行生态风险值的计算，迁移系数用连续提取法获得的交换态和碳酸盐结合态重金属元素占重金属总量的百分数表示。近些年来，在水体沉积物重金属污染物生物有效性评价的研究中，一些学者提出用“酸可挥发性硫化物（AVS）”与“同步可提取重金属（SEM）”比例来指示沉积物重金属生物有效性，即：当 SEM/AVS>1，会产生毒性效应；SEM/AVS<1，一般不会产生毒性效应。但 Long 等和 Hare 等认为，仅用 SEM/AVS 评估沉积物是否具有毒性过于简单化，在金属和AVS 含量同时很低时，虽然会出现 SEM/AVS>1，但不会产生毒性；同时，AVS 不一定都能与金属结合，SEM/AVS<1 时，同样有可能产生毒性，从而造成对沉积物毒性的低估。
基金项目：沈阳师范大学“大学生创新创业训练计划”校级项目（201610166300170）和院级项目资助。
湿地的基本概况
湿地是人类重要的环境资本，也是富集生物多样性和具有较高生产力的生态系统。它不但蕴涵丰富的自然资源 ，还具有巨大的环境调节功能和生态效益 。按照《国际湿地公约》的定义，湿地是指天然的或人工的、永久的或临时的沼泽地、泥炭地或水域地带，带有静止或流动的淡水、半咸水或咸水水体，包括低潮时水深不超过 6 m 的水域。湿地作为水陆过渡带，有着巨大的环境调节功能和生态效益，与森林、海洋一起并称为全球三大生态系统，在维持生物多样性、防洪抗旱、调节气候、降解污染物、美化环境、提供生产生活资料等方面具有其他系统不可替代的作用，是人类最重要的自然资源与生存环境之一，被誉为“地球之肾”。在人类文明的发展过程中 ， 湿地以其丰富的野生动植物资源、矿产资源、水资源及景观资源为人类社会提供了大量的不可或缺的重要资源 ，是人类赖以生存的重要物质基础。
湿地沉积物中重金属的来源
由于湿地一般发育在地势较低的部位，承接了由环境变迁以及人类活动所产生的大量污染物，湿地沉积物中重金属来源可分为自然来源和人为来源两种途径。自然来源是指各种地质、地球化学作用，如地质构造活动、岩石风化与成土过程等，重金属的自然来源形成了它们在某区域的自然丰度，即环境背景值。人为来源则主要包括工业生产污染、交通污染、生活垃圾以及农业生产过程中含重金属的化肥、有机肥、城市废弃物和农药的不合理施用以及污水灌溉所产生的面源污染等，这些污染物中的重金属通过地表径流以及大气沉降而进入沉积物，最终导致湿地沉积物中重金属的累积。
湿地沉积物重金属污染风险评价的方法
沉积物重金属污染生态风险评价常用的方法有：内梅罗指数法、地质累积指数法、潜在生态风险指数法、生物效应浓度法以及基于重金属形态分析的评价方法等。其中内梅罗指数法和地质累积指数法评价的思路是依据环境质量基准和元素的地球化学背景值，通过一系列的计算得到一个评价指数，然后根据评价指数与评价标准的对比判别风险的大小。该方法的优点是评价方法简单和易于操作，但由于评价指数计算时的参考标准不易获取，評价过程中不同研究人员的评价标准并不一致，所以这两种评价方法所得出的评价结果的可信度以及可比性都不高。潜在生态风险指数法、生物效应浓度法以及基于重金属形态分析的评价方法，其评价思路都是基于重金属污染物对生物体的毒性效应来展开，其中，潜在生态风险指数法由瑞典化学家 Hakanson 最先提出，是沉积物质量评价中最常用的方法之一。该方法自引入我国以来，便得到广泛的应用，但最突出的问题是，评价中的毒性效应参数大多直接引用国外的参数值，没有针对我国的实际情况进行修正。因此，评价的结果具有一定的偏差。生物效应浓度法又称为基于沉积物质量基准（sediment quality guidelines，SQG）的风险评价方法，该方法将各重金属的浓度与相应的生物毒性效应范围低值（effects range low，ERL ）或效应范围中值（ effects range median，ERM）比较，若其结果高于 ERM，表明沉积物受到严重污染，不利生物毒性效应将频繁发生；介于 ERL 与 ERM 之间，表明重金属对生物的毒性效应偶尔发生；若低于 ERL值，表明沉积物未污染或轻度污染，基本无生物毒性效应。由于我国尚未建立自己的沉积物质量基准，该方法在我国应用时，仍然需要参考国外（主要是美国）的一些质量基准，因此，该方法在我国的应用受到一定的限制。基于形态分析的评价方法与其他评价方法最大的区别是在计算重金属生态风险时考虑了其生物有性，将重金属元素在沉积物中的迁移系数（mobility factor，MF）作为计算的参数进行生态风险值的计算，迁移系数用连续提取法获得的交换态和碳酸盐结合态重金属元素占重金属总量的百分数表示。近些年来，在水体沉积物重金属污染物生物有效性评价的研究中，一些学者提出用“酸可挥发性硫化物（AVS）”与“同步可提取重金属（SEM）”比例来指示沉积物重金属生物有效性，即：当 SEM/AVS>1，会产生毒性效应；SEM/AVS<1，一般不会产生毒性效应。但 Long 等和 Hare 等认为，仅用 SEM/AVS 评估沉积物是否具有毒性过于简单化，在金属和AVS 含量同时很低时，虽然会出现 SEM/AVS>1，但不会产生毒性；同时，AVS 不一定都能与金属结合，SEM/AVS<1 时，同样有可能产生毒性，从而造成对沉积物毒性的低估。
基金项目：沈阳师范大学“大学生创新创业训练计划”校级项目（201610166300170）和院级项目资助。
