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【產(chǎn)品應(yīng)用】原位監(jiān)測(cè)-物種敏感度分布評(píng)估沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

來(lái)源:中科智感(南京)環(huán)境科技有限公司   2025年07月21日 10:52  



近日,中國(guó)水利水電科學(xué)研究院高博&廣西大學(xué)郭送軍團(tuán)隊(duì)利用DGT與DIFS模型系統(tǒng)闡明了香溪河沉積物中DGT有效態(tài)金屬的空間-垂向分布特征及其動(dòng)態(tài)釋放規(guī)律,并構(gòu)建應(yīng)用了DGT-SSD-MERA方法。研究結(jié)果以“Assessing ecological risk of heavy metals in sediment cores using in-situ monitoring and species sensitivity distribution”為題,在環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域?qū)I(yè)期刊《Environmental Research》(IF = 8.431)發(fā)表,第一作者為廣西大學(xué)賴先強(qiáng)。


摘要

傳統(tǒng)沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法受限于靜態(tài)特征,忽視生物有效性且依賴簡(jiǎn)單指數(shù),難以有效預(yù)測(cè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因此,本研究將薄膜擴(kuò)散梯度(DGT)技術(shù)與物種敏感度分布(SSD)相結(jié)合,構(gòu)建了多層次生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法(MERA),并應(yīng)用于三峽庫(kù)區(qū)沉積物柱芯動(dòng)態(tài)釋放過(guò)程中重金屬(As、Cr、Cu、Ni和Pb)短期與長(zhǎng)期生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的精準(zhǔn)量化。結(jié)果表明:下游區(qū)域五種重金屬總量及非殘?jiān)鼞B(tài)含量低于上、中游,而DGT有效態(tài)As與Ni呈現(xiàn)相反特征;DGT通量模型進(jìn)一步證實(shí)沉積物對(duì)As的動(dòng)態(tài)再補(bǔ)給能力顯著高于其他金屬。采用地累積指數(shù)、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(PERI)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估編碼及修正PERI等傳統(tǒng)方法評(píng)估顯示,Cu和Ni為優(yōu)先污染物,上游區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)需優(yōu)先關(guān)注。然而,DGT-SSD-MERA通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)商值、聯(lián)合概率曲線及概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估揭示了差異性結(jié)果:短期內(nèi)單一金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)可忽略,金屬混合物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)概率僅為0.31%;長(zhǎng)期視角下,僅As在下游區(qū)域存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),金屬混合物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)概率升至2.26%。因此,DGT-SSD-MERA明確將下游區(qū)域As生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)列為優(yōu)先關(guān)注。該方法為動(dòng)態(tài)重金屬釋放條件下沉積物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的精細(xì)化評(píng)估提供了有效工具。


沉積物柱芯中DGT可提取態(tài)金屬濃度(CDGT)、孔隙水中金屬濃度(CPorewater)及不同深度的R值。


香溪河沉積物柱芯不同深度風(fēng)險(xiǎn)商值評(píng)估結(jié)果。圖中紅色與藍(lán)色分別表征短期生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與長(zhǎng)期生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)商值,顏色越深表示風(fēng)險(xiǎn)商值越高。


結(jié)論

本研究利用DGT與DIFS模型系統(tǒng)闡明了香溪河沉積物中DGT有效態(tài)金屬的空間-垂向分布特征及其動(dòng)態(tài)釋放規(guī)律,并構(gòu)建應(yīng)用了DGT-SSD-MERA方法。結(jié)果表明:五種金屬的總量及非殘?jiān)鼞B(tài)含量在下游區(qū)域均低于上游及中游;DGT有效態(tài)As濃度顯著高于Cr、Cu、Ni和Pb,并在下游區(qū)域達(dá)到峰值。五種金屬的擴(kuò)散類型表現(xiàn)為“純擴(kuò)散”或“部分維持”,指示沉積物補(bǔ)給能力有限。DIFS模擬進(jìn)一步揭示,沉積物對(duì)As的再補(bǔ)給能力顯著強(qiáng)于其他重金屬,尤以下游區(qū)域最為突出。沉積物-水界面通量分析表明,沉積物在上游和下游區(qū)域均為As的源,存在釋放風(fēng)險(xiǎn)。由于忽視生物有效性且受限于靜態(tài)評(píng)估,傳統(tǒng)方法將上游區(qū)域劃定為優(yōu)先關(guān)注區(qū),Cu和Ni被認(rèn)定為優(yōu)先污染物。DGT-SSD-MERA評(píng)估結(jié)果則呈現(xiàn)顯著差異:(1)風(fēng)險(xiǎn)商(RQ)初篩顯示,As在上游和中游區(qū)域存在長(zhǎng)期低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),而下游區(qū)域在短期與長(zhǎng)期均表現(xiàn)為低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);(2)聯(lián)合概率曲線(JPC)與風(fēng)險(xiǎn)概率(RP)進(jìn)一步確認(rèn),僅下游河口區(qū)As存在長(zhǎng)期低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);(3)金屬混合物的概率風(fēng)險(xiǎn)分析(PRA)表明,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率分別為0.31%(短期)和2.26%(長(zhǎng)期),主要源自As,且集中于下游區(qū)域。傳統(tǒng)方法與DGT-SSD-MERA的差異主要?dú)w因于復(fù)雜水環(huán)境中重金屬的動(dòng)態(tài)釋放及DGT有效態(tài)金屬濃度的差異。綜上,DGT-SSD-MERA是評(píng)估復(fù)雜水環(huán)境沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的有效工具。


Xianqiang Lai, Songjun Guo, Meng Cui, Dongyu Xu, Bo Gao, Assessing ecological risk of heavy metals in sediment cores using in-situ monitoring and species sensitivity distribution, Environmental Research, Volume 283, 15 October 2025, 122091.


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