中国珠江三角洲一条城市化水道中重金属污染的评估

《Water & Ecology》：Assessment of heavy metal pollution in an urbanized waterway of the Pearl River Delta, China

本研究以珠江三角洲河流系统为对象，分析Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb的分布及生态风险。结果表明，2008-2011年工业结构调整导致重金属浓度上升，2011年后浓度下降，但Cd和Zn仍存在较高生态风险。水体重金属浓度低于毒性阈值，沉积物中Cd污染最严重（平均3.64），Ni和Zn次之。多源解析显示Cr和Ni主要来自自然源，As和Pb为人为源，Cu、Zn、Cd为多源混合。建议加强工业监管和植物修复。

　　在面对日益严重的环境污染问题时，调整产业结构成为减少污染物排放的有效手段之一。本文通过研究珠江三角洲（PRD）这一中国最繁忙的经济区域之一的水体与沉积物中的重金属污染状况，探索了这种工业结构调整对生态环境的影响。珠江三角洲地区由于其快速的城市化进程和密集的工业活动，成为重金属污染研究的重点区域。本文选取了该地区24个采样点，对水体与沉积物中的Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb等七种关键重金属污染物进行分析，这些重金属被列为广东省“十三五”期间重金属污染防治的重点。

### 重金属污染现状与趋势

研究结果显示，沉积物中重金属的平均浓度按Zn > Cr > Cu > Pb > Ni > As > Cd的顺序排列，且所有重金属的浓度均高于基准值。这种浓度变化趋势表明，珠江三角洲的重金属污染程度相对较高。从2008年到2011年，重金属浓度呈现上升趋势，但2011年后逐渐下降，这一变化与当地产业结构从高污染行业向低污染行业转变的趋势相吻合。这说明工业结构调整在一定程度上缓解了污染问题，但污染物仍然存在，对生态环境构成了潜在威胁。

### 重金属的化学形态与生态风险

为了更深入地理解重金属对环境的影响，研究采用了重金属的化学形态分析方法。这种分析方法可以揭示重金属在水体和沉积物中的分布情况，以及它们对生物可利用性、迁移性和生态毒性的影响。结果显示，Cr主要以残留态存在，这种形态通常与矿物结构结合紧密，难以被释放到环境中。而Ni和As也主要以残留态出现，Zn则主要分布在可还原和残留态中。Cd则主要存在于酸溶态，Cu和Pb则主要分布在可还原态。这些发现表明，Cu、Zn和Cd的污染情况更可能受到人类活动的影响，而Cr、Ni和As则更可能来源于自然过程。

进一步分析发现，Ni在水体中的污染贡献最大，而Cd则对沉积物污染具有主导作用。这说明，尽管在工业结构调整方面取得了一定成效，但重金属污染仍对水生生态系统构成显著威胁。尤其是在沉积物中，Cd的高浓度和高生物可利用性使其成为生态风险的主要来源之一。

### 重金属来源分析

通过多元统计分析，研究进一步识别了重金属的来源。结果表明，Cr和Ni主要来源于自然过程，如大气降水和岩石风化。As和Pb则主要由人类活动引入，如工业废水排放、农业活动和生活污水排放。而Cu、Zn和Cd则可能来源于多种因素，包括自然和人为的双重影响。这种来源的多样性使得重金属污染的治理更加复杂，需要综合考虑不同来源的污染控制措施。

### 污染评估与生态风险分析

为了评估重金属污染的程度和生态风险，研究采用了多种评估方法，包括Nemerow指数、污染程度指数、地质累积指数和潜在生态风险指数。Nemerow指数用于评估水体中重金属污染的总体水平，结果显示珠江三角洲的水体污染程度为中等，其中Ni为主要污染贡献者。而污染程度指数（CD）则表明，虽然大多数采样点的污染程度较低，但个别区域（如采样点16和17）的污染程度较高，可能与靠近污水处理厂有关。

在沉积物中，Cd的污染最为严重，其污染程度指数（CD）和潜在生态风险指数（RI）均高于其他重金属。这表明Cd在沉积物中具有较高的生态风险，其生物可利用性可能使其通过食物链积累，进而影响水生生物和人类健康。此外，Zn的污染程度也较高，虽然其总含量低于其他重金属，但其高迁移性可能使其对环境造成潜在危害。

### 重金属的生物可利用性与风险评估

研究还通过风险评估代码（RAC）对重金属的生物可利用性进行了评估。结果显示，Cd在沉积物中的RAC值最高，达到了43.2%，表明其对水生生态系统的风险较高。Zn的RAC值也较高，达到了19.6%，而Ni、Cu和As的RAC值较低，均低于10%。这表明，虽然Cd和Zn对生态系统的风险较高，但Ni、Cu和As的风险相对较低。此外，Pb的RAC值在大多数采样点低于1%，表明其对环境的影响较小。

### 重金属污染的治理建议

为了进一步减少重金属污染，研究提出了多种治理建议。首先，应加强对工业污染源的监管，推动高污染、高能耗企业的淘汰和升级。其次，应加强对水体和沉积物中重金属污染的监测，特别是在工业密集区和污水处理厂附近。此外，通过增加沉积物中的有机质含量和进行砂土混合，可以提高沉积物的净化能力，减少重金属的生物可利用性。最后，种植某些具有重金属富集能力的植物，如紫花地丁和蜈蚣草，可以有效控制沉积物中的重金属污染。

### 结论

综上所述，珠江三角洲地区的重金属污染主要由人类活动引起，尤其是工业和农业排放。尽管工业结构调整在一定程度上缓解了污染问题，但重金属污染仍然对生态环境构成威胁。因此，需要采取综合措施，包括加强监管、优化产业结构、提高污染治理技术水平和推广生态修复技术，以进一步减少重金属污染对水生生态系统的危害。同时，研究还指出，未来的研究应进一步探讨重金属的迁移机制，以及如何通过改善沉积物的物理化学性质来提高其对污染物的吸附能力，从而实现更有效的污染控制。