基于生物可利用性与宽浓度范围的Hakanson潜在生态风险指数法的创建——以小秦岭金矿区农田土壤为例

Hakanson潜在生态风险指数法是土壤重金属潜在生态风险评价的一种常用方法,研究与实践证明其有效性的同时,也发现了其不足之处:忽略了土壤重金属不同形态之间潜在生态风险的差异,且只重视重金属含量高于参考值时的生态风险,而对低于参考值时的情况没有给予考虑,以致特定情况下的评价结果不能很好地反映实际生态风险,因而有必要创建适用性更广的Hakanson潜在生态风险指数法。为此,基于全过程控制优化的思想,引入了生物可利用性毒性系数,并将修正浓度与参考值差值引入计算公式,创建了基于生物可利用性与宽浓度范围的Hakanson潜在生态风险指数法,实现了对重金属不同形态风险贡献的差异及重金属浓度低于参考值情况下潜在生态风险的准确把握。以小秦岭金矿区为典型区域,辅以对采集土样重金属总量及5种形态含量的分析,开展案例研究。结果表明,基于生物可利用性与宽浓度范围的Hakanson潜在生态风险指数法能客观地揭示土壤重金属的潜在生态风险,具有更大的适应性,是一种有效的潜在生态风险评价方法。

煤中重金属质量浓度的测定及潜在生态风险评价

采用硝酸/氢氟酸+硼酸两步微波消解法对山西4个矿区煤样进行样品前处理,利用ICP-MS法同时测定煤中9种重金属元素,对其中5种重金属元素污染状况及潜在生态风险进行评价。结果表明:各被测元素的质量浓度与对应的强度呈线性关系,相关系数均在0.9998以上,RSD为0.34%~6.59%,加标回收率大部分在80%~120%之间;单一重金属污染物潜在生态风险系数及多种重金属污染物综合潜在生态风险指数均属轻微生态风险级别;寺河煤矿、三元煤矿和襄垣煤矿的Cd潜在生态风险系数最大,污染水平最高,其次是As,而车寨煤矿的As污染水平高于Cd污染水平,可将Cd暂定为4个矿区的首要污染元素。

改进的地累积指数法在重金属生态风险评价中的应用

地累积指数法是土壤或沉积物中重金属生态风险评价的常用方法,只能够对样点中的单一重金属污染进行评价,不能综合分析区域内的重金属污染程度.为了扩大地累积指数法的应用范围,尝试利用最大污染量和平均污染量这2个指标对该评价模型进行改进.为了验证改进的地累积指数法的科学性与可靠性,以天津于桥水库流域河流沉积物的重金属综合生态风险评价为例,比较分析改进的地累积指数法、潜在生态风险指数法、污染负荷指数法的评价结果.在评价单一样点的重金属生态风险时,改进的地累积指数法和潜在生态风险指数法的评价结果一致,均为较轻污染水平,而污染负荷指数法的评价结果为中等污染水平;在评价区域的综合重金属生态风险时,改进的地累积指数法和污染负荷指数法的结果相同,均为中等污染水平.利用中等污染距对单一样点重金属生态风险进行评价时,改进的地累积指数法与潜在生态风险指数法的中等污染距相近,略低于污染负荷指数法的数值;在对区域综合重金属生态风险进行评价时,改进的地累积指数法与污染负荷指数法的中等污染距接近,即区域整体属于中等污染水平.由此可见,改进的地累积指数法可以用于综合评价区域的重金属生态风险.

沙颍河沈丘段底泥、土壤中砷及重金属污染与潜在生态风险评价

为查明沙颍河沈丘段底泥、土壤中砷(As)和重金属污染状况及其潜在生态风险,对底泥和土壤样品中的砷(As)、铬(Cr)、汞(Hg)、镉(Cd)和铅(Pb)的含量水平进行测定,并进行潜在生态风险指数计算。结果表明,沙颍河沈丘段底泥中As含量为9.206～11.641mg·kg-1,距河5km的白果村农田土壤中As含量为8.52～80.31mg·kg-1,超标率达到57.8%,Cr、Hg、Cd和Pb的超标率分别达到32.8%、59.4%、67.2%和39.1%。沙颍河沈丘段底泥和附近村庄农田土壤中As和4种重金属的总潜在生态风险为中等生态风险,主要来源于Hg和As。

黄浦江水源地沉积物重金属潜在生态风险评价

为了解黄浦江上游饮用水源地沉积物中重金属的污染特征,对黄浦江干流和主要支流15个采样点的Hg、Cd、Pb、Cu和Zn含量进行检测,并对其生态风险进行评价.相比环境背景中位值,在15个样品中5种重金属含量都存在一定比例的超标现象,其中,Cd和Hg的污染相对明显;相比背景最大值,仅有Cu和Cd含量超标.采用潜在生态风险指数法和污染负荷指数法进行评价,所得出的生态风险等级均为无污染～中等污染水平,急水港近苏沪交界处、淀峰大桥、大蒸港沪浙交界处、大蒸港泖洋河交汇处、园泄泾以及五厍东一号河交界处区域生态风险较高,Cd和Hg是研究区域生态风险的主导因子.值得注意的是,黄浦江支流大蒸港和园泄泾的生态风险整体高于黄浦江干流.总体而言,黄浦江上游水源地表层沉积物中重金属污染仍处于中等以下水平.

浑河干流和大伙房水库沉积物中铊污染及其潜在生态风险

为初步了解浑河流域铊(Tl)污染现状,以浑河干流(包括主要支流蒲河和细河)以及大伙房水库为研究对象,共采集沉积物样品59份,研究了沉积物中重金属Tl含量水平和分布特征,并采用地质积累指数和潜在生态风险指数法进行了评价。研究结果显示,浑河干流和大伙房水库表层沉积物有一定程度Tl污染累积,部分区域面临较高程度生态风险。

Monte-Carlo模拟在土壤重金属生态风险评价中的应用

离散检测数据的重金属生态风险评估往往受采样数据空间覆盖度有限、检测数据随机波动等问题影响,使评价结果具有较大的不确定性.相对而言,基于地方区域的重金属概率统计以概率的形式解释污染等级的占比,能更有效指导风控方案的制定、污染的修复和场地的管控.本文应用Monte-Carlo模拟结合Hakanson潜在生态风险指数法,对云南省内某小流域土壤中的8种重金属(Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn)展开调查,分别从单种金属的污染等级、风险等级,以及整个区域的生态风险三个维度阐述当地的污染状况,系统性评估了当地的生态风险.研究表明Cd是主要污染贡献因子,其生态风险应引起重点关注.本研究证实了Monte-Carlo模拟可有效平衡Hakanson潜在生态风险指数法的随机性,将二者结合可更加全面精确地反映重金属的生态风险.

惠济河底泥重金属污染特征及潜在生态风险评价

连续5 a对惠济河(开封市区段)8个断面的底泥样品中Cu、Zn、Pb、Cd及Cr 5种重金属的浓度进行分析,并采用单因子污染指数法、综合污染指数法、地积累指数法、潜在生态风险指数法进行生态风险评价。监测结果表明:8个断面中除最上游孙李唐庄桥断面底泥未受重金属污染外,其余断面底泥均有不同程度的污染,以皮屯桥断面底泥污染最重,达严重污染。综合污染指数法评价结果表明:惠济河底泥Cd为重度污染,Cu和Pb为轻度污染,Zn为轻微污染,Cr为无污染;除皮屯桥断面底泥综合污染指数高达6.74外,其他断面综合污染指数为0.55~1.89。地积累指数法评价结果表明:惠济河底泥首要重金属污染物为Cd,平均流域地积累指数高达3.50,处于污染等级4,即偏重度污染;此外,Cu、Pb偏中度污染,Zn轻度污染,Cr无污染。潜在生态风险指数法评价结果表明:惠济河底泥中Cd为强生态危害,其他重金属为轻度生态危害;重金属污染综合评价为强生态危害,这主要是Cd浓度过高造成的,其最高潜在生态风险因子达2 233.50,出现在皮屯桥断面。

云南省文山州南北河沉积物重金属污染特征及生态风险评价

为了解云南省文山州南北河表层沉积物中重金属的污染状况,2021年1月采集干流7个样点的沉积物样品,对沉积物中的Pb、Cd、As、Zn、Cu、Ni、Cr进行实验室检测。通过地累积指数法、潜在生态风险指数法对检测指标进行分析。结果表明:以地累积指数法评价,南北河沉积物重金属主要污染因子为As、Cd、Zn、Pb、Cu,Ni和Cr为无污染;以潜在生态危害指数法评价,南北河干流沉积物7种沉积物呈现不同生态风险,其中Cd为低生态风险—极强生态风险,As为低生态风险—中强生态风险,Pb、Zn、Cu、Ni、Cr为低生态风险。As和Cd为南北河干流主要污染和生态风险来源。

金陡涌沉积物重金属污染特征与潜在生态风险评价研究

为了解广东佛山金陡涌河道底泥中重金属的污染状况,本研究采集了38个采样点的沉积物样品,并测定样品中重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、As与Ni的含量,同时运用地累积指数法与潜在生态风险指数法对金陡涌河道底泥中重金属的污染程度和生态风险进行评价。结果表明,金陡涌存在严重的金属富集,其中Cr、Cu、Ni、Cd、Zn均存在不同程度的富集,且Ni与Cd潜在生态风险大,应即时控制污染源头进行针对性治理。

滇中耕地土壤重金属污染现状及潜在生态风险评价

2018年3月,研究人员对滇中某坡耕地进行实地调查和采样检测,运用潜在生态风险指数法对该坡耕地生态风险进行评价。结果表明,铅污染情况最严重,最大超标达123.99倍,平均超标达38.30倍。经ArcGIS绘图,研究发现,铅对很强、较强、中度和轻度等4个RI风险等级区域的贡献率分别为89.61%、84.72%、73.96%、47.31%,远大于其他重金属元素的贡献率。铅是该坡耕地的主要污染因子和主要潜在生态风险因子。

天津采暖期大气PM_(2.5)中重金属元素污染及其生态风险评价

为揭示天津地区大气中重金属污染的潜在风险,分析了天津采暖期城区和武清大气PM2.5中重金属元素水平,并分别采用富集因子法和潜在生态风险指数法对重金属污染风险进行了评价.结果表明,天津城区大气PM2.5中重金属元素的浓度水平排序为Zn>Ti>Mn>Pb>Cu>Cr>Co>As>Cd>Hg,武清则为Zn>Ti>Pb>Mn>Cr>Cu>Co>As>Cd>Hg;Cu,Zn,Pb和Cd等元素的富集因子高于10,表明其系人为污染元素;重金属元素污染评价显示Ti和Mn基本无污染,As、Cr、Co等元素存在一定污染,Cu、Zn、Pb和Cd等元素潜在生态风险高,Cd生态危害程度极强,总体潜在生态风险指数分别为1381.1(城区)和1251.1(武清),达到极强程度.

湘江岳阳段沉积物重金属污染特征及其初步生态风险评估

分析了湘江岳阳段表层沉积物样品中10种典型重金属元素(Cd、Cu、Pb、Zn、Cr、Tl、V、Mn、Co和Ni)的含量水平和分布规律,并采用地累积指数法和潜在生态风险指数法,初步评价了沉积物中重金属污染状况和潜在生态风险。研究结果表明:(1)湘江岳阳段沉积物中重金属Cd、Zn、Mn和Cu等污染较为严重,其含量范围分别为8.56～19.4 mg/kg、250～367 mg/kg、1489～2258 mg/kg和40.5～64.7 mg/kg;(2)研究区域中多种重金属潜在生态风险指数(RI)为369～698,表明研究区域沉积物重金属污染导致的潜在生态风险高,且主要风险污染物为Cd和Tl;(3)湘江岳阳段沉积物呈现出以Cd为主的多种重金属复合污染特征。

湘江衡阳段沉积物中铊等重金属的污染特征及其生态风险评估

湘江是我国重金属污染最重的河流之一。为了更全面了解湘江衡阳段表层沉积物重金属污染现状及其潜在生态风险,在前期相关研究基础上,分析了重金属Tl及其他4种重金属(Mn、Co、Ni和V)的含量水平和分布特征,并采用地累积指数法和潜在生态风险指数法对沉积物中重金属污染现状和潜在生态风险进行了评价。结果表明,湘江衡阳段表层沉积物中Tl和Mn有一定程度的累积和污染,其含量分别为0.12～2.09mg·kg-1和234～4580mg·kg-1。由于Tl具有较强的毒性响应,其潜在生态风险不容忽视。综合前期相关研究结果,研究区域中10种重金属总潜在生态风险指数(RI)为27.8～6266,约70%采样点具有重度生态风险,其主要风险来源于Cd和Tl。

草海流域土壤重金属污染及其生态风险评价

草海流域是中国特有的黑颈鹤(Grus nigricollis)等珍稀鸟类的主要栖息地之一,近年来草海周边强烈的人类活动导致土壤环境污染日趋严重,生态环境急剧恶化,生态风险加剧。为全面揭示草海流域土壤重金属污染特征和空间分布格局,本研究以贵州省草海流域为研究对象,采集并测定75个土壤样品中Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn和Ni等重金属含量,采用内梅罗指数法(P)和潜在生态风险指数(RI)法,对草海流域土壤重金属污染及潜在生态风险进行评估,采用生态风险预警指数(IER)法,分析生态风险预警趋势。结果表明,(1)草海流域土壤重金属除As和Cr,其他各元素均高于贵州省土壤元素背景值,存在一定程度的重金属积累;各重金属元素含量超过背景值的程度为:Cd>Zn>Pb>Cu>Hg>Ni,其中Cd和Zn的超标程度明显高于其他元素,Cd污染范围最广。(2)草海流域土壤元素中Cd属于重度污染,Zn属于中度污染,其余重金属属于轻度污染或轻微污染。土壤P平均值为3.79,总体呈现重度污染。各重金属元素单项生态风险程度为:Cd>Hg>As>Pb>Cu>Ni>Zn>Cr,其中Cd处于较强风险水平,Hg处于中等分风险水平,其他重金属元素均处于轻微风险水平。土壤RI平均值为205.25,总体呈现中等风险。土壤IER平均值为5.94,总体呈现重警状态。(3)草海流域土壤各重金属元素含量之间具有明显的正相关关系,其来源主要分为3类,Cd、Cu、Pb、Zn和Ni的来源主要受矿产开采和工业污染影响,As和Cr的来源主要受农业生产和工业活动影响,Hg的来源主要受土壤地球化学作用的影响。

五大连池药泉湖沉积物中重金属污染特征与生态风险评价

对黑龙江省五大连池药泉湖6个采样点沉积物中Cu、Zn、Pb、Cr、As、Hg、Cd7个指标的空间分布进行监测调查,并采用瑞典科学家Hakanson潜在生态危害指数法对监测结果进行污染程度评价。结果表明:药泉湖沉积物中Cd和As的含量较高,尤其是Cd的潜在生态危害极强,6个采样点的潜在生态危害均很强,污染最严重处为林业局入水口。

沙颍河流域水环境重金属污染特征及生态风险评价

为了研究沙颍河流域水环境重金属污染分布特征,于2018年7月采集了沙颍河流域40个样点的水样和表层底泥的样品,测定9种重金属(Cu、Zn、As、Hg、Cd、Cr、Pb、Mn和Ni)的含量.结果表明,沙颍河流域水体中9种重金属的平均含量分别为1.30、9.09、2.87、0.24、0.14、0.38、0.96、56.82、0.95μg·L^-1,其中Hg和Mn超过GB 3838—2002《地表水环境质量标准》,超标率分别为17.5%和5.0%.表层底泥中9种重金属的平均含量分别为23.38、86.62、10.72、0.14、0.34、55.26、24.01、536.99、30.79μg·g^-1,均超过了河南省土壤背景值,其中Hg和Cd的超标率高达90%和97%.内梅罗综合污染指数法表明沙颍河地表水各重金属污染程度为Hg>Mn>As>Ni>Cd>Zn=Pb=Cr>Cu,地表水有18%达到重度污染水平,主要污染物是Hg,其次是Mn.潜在生态风险指数法表明,沙颍河表层底泥各金属污染程度为Hg>Cd>Ni>As>Cu>Pb>Cr>Zn>Mn,其中Hg和Cd是最主要的生态风险贡献因子.总体而言,表层底泥的污染较地表水污染更为严重.聚类分析方法把沙颍河流域水体污染源大致分为3类.地表水中,Hg和Mn相关的污染源主要为金属矿山冶炼、塑料电池、电子工业等行业的废水排放,底泥中与Cd相关的污染源主要为冶炼、加工排放的废水.与Hg相关的污染源主要为金属矿山冶炼、电力、化学原料及化学品制造、机械制造、造纸等行业.

基于多种方法的土壤重金属污染风险评价对比——以江汉平原典型场区为例

以江汉平原典型场区周边农田土壤为研究对象,分析了土壤重金属元素Cd、Pb、As、Hg的总量和赋存形态特征,选用修正单项污染指数法、潜在生态风险指数法、风险评估编码法(RAC)和次生相与原生相比值法(RSP)四种评价方法开展了土壤重金属的污染风险评价,并对评价结果进行了对比讨论。分析结果表明:(1)基于总量的两种方法对比,潜在生态风险指数法优于修正单项污染指数法。(2)基于形态的两种方法对比,RAC法的评价结果比RSP法更为合理。(3)基于总量和形态方法对比,潜在生态风险指数法和RAC法各有其优缺点,潜在生态风险指数法能直观反映重金属在土壤中的富集信息和环境危害性,而RAC法则可以利用形态来阐明重金属在土壤环境中的行为特性和生态活性。因此,在进行土壤重金属污染风险评价时,综合考虑重金属种类、累积程度、生物毒性和生物可利用性等参数指标,才能更加科学准确地评估重金属在土壤中的环境风险。综合上述评价结果,江汉平原典型场区周边农田土壤重金属元素Pb、As污染程度较低,对周边环境无影响;重金属元素Hg累积程度不高,但由于其具有较高的生物毒性,对周边环境存在潜在威胁;重金属元素Cd是研究区最主要的污染因子,对周边环境影响大,亟需采取相应措施减轻Cd带来的风险。

基于PPC模型与RI指数法的茶产地土壤重金属污染评价

以某喀斯特山区茶产地表层土壤为研究对象,依托GIS空间分析技术,采用投影寻踪聚类(PPC)模型和潜在生态风险指数(RI)法两种较新的评价方法对土壤重金属污染进行综合评价。投影寻踪聚类模型将236个土壤样本中的Hg、As、Cd、Pb、Cr含量指标作为多维投影参数寻求其最优投影方向,由投影指标函数得出土壤重金属污染投影值来反映重金属含量的特征,建立投影寻踪聚类模型,从而得出研究区土壤重金属污染实际现况,结合潜在生态风险指数法,进一步对研究区土壤重金属污染风险程度和演变趋势进行预测。结果表明:(1)在指标投影方向上Hg和As对研究区土壤污染影响最大,Cd对土壤污染影响最小;(2)根据PPC评价标准,研究区土壤环境质量状况良好,无污染的样点区域达到96.61%,清洁占总样点数的30.08%,尚清洁占总样点数的66.53%;(3)在潜在生态风险上存在低度、中度,分别占采样点的89.41%和10.59%,风险程度较低,但有向中度演变的趋势;(4)在污染情况上,清洁和尚清洁的空间分布广阔,轻度污染进行内插后空间分布不明显。本文研究结果有利于综合评价该地的土壤环境质量状况,在实践中将为喀斯特山区的土壤资源的管理和茶叶种植区的合理布局起到参考作用。

龙江河沉积物重金属污染特征及生态风险评价

为了解广西龙江河表层沉积物中重金属的污染状况,于2018年3月采集12个样点的沉积物样品,测定沉积物中重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、As的含量和赋存形态,运用地累积指数法、潜在生态风险指数法对沉积物中重金属的污染程度和生态风险进行评价,并分析了沉积物中重金属的来源。结果表明:①除Cr的平均含量近似于背景值外,Cd、Pb、As、Zn、Cu的平均含量分别为背景值的57.88,7.12,6.30,4.19,2.17倍。②Cr和As以残渣态为主;Zn在中上游碳酸盐结合态含量较高,在下游铁锰氧化物结合态含量较高;Cu和Pb的铁锰氧化物结合态和有机物结合态含量较高;Cd以铁锰氧化物结合态和碳酸盐结合态为主,与2013年相比,铁锰氧化物结合态含量大幅度减少,碳酸盐结合态含量大幅度增加。③地累积指数表明,Cr为未污染,Cu为轻度污染,Zn和As为偏中度污染,Pb为中度污染,Cd为严重污染。潜在生态风险指数表明,Cu、Zn、Pb和Cr 4种元素均为低生态风险,As和Cd元素生态风险指数较大。④沉积物重金属相关性表明,Cu、Zn、Pb、Cr、As 5种元素存在明显同源性。通过沉积物重金属主成分分析,发现第一主成分(Cu、Zn、Pb、Cr)的来源为工业源,第二主成分(Cd)的来源为农业活动及采矿活动,第三主成分(As)的来源为矿业活动。