重金屬廣泛存在于水生生態(tài)系統(tǒng)的不同組分中，不同水體中各種重金屬的含量不盡相同，它們通過物理、化學(xué)和生物等作用最終沉積在水庫等水體沉積物中［1－2］．在適宜的地球化學(xué)、水力等條件下，沉積物中的重金屬可以通過泥水交界面重新進(jìn)入水體［1，3］，形成二次污染，影響供水安全與管理．因此，沉積物重金屬含量是水環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)［4－5］．

沉積物重金屬的來源復(fù)雜，不僅來源于巖石的風(fēng)化、侵蝕和淋溶等自然過程，礦產(chǎn)開采、工業(yè)排放、交通運(yùn)輸、生活污水和廢棄物排放等人類活動(dòng)產(chǎn)生的重金屬也可通過地表徑流和大氣沉降(干、濕沉降)等途徑進(jìn)入水體［5－7］，從而導(dǎo)致沉積物中的某種或幾種重金屬含量增加，改變沉積物中重金屬的分布格局［1，3，5］．隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，機(jī)動(dòng)車尾氣排放的增加，礦山和工業(yè)廢水的排放加劇，往往導(dǎo)致重金屬污染［8］．然而，不同地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式以及人類活動(dòng)強(qiáng)度的差異較大，因此在不同水體中沉積物重金屬污染的種類、水平和來源具有一定的差異性，從而導(dǎo)致重金屬的地區(qū)性差異較大［2，4－7］．國內(nèi)外不少學(xué)者利用PCA分析判斷沉積物各種重金屬污染物的可能途徑［9－10］，該方法通過對(duì)原變量進(jìn)行線性變換后，由產(chǎn)生的少數(shù)幾個(gè)新變量最大限度地反映原來眾多變量的變化關(guān)系和相互作用關(guān)系，并揭示蘊(yùn)含的內(nèi)在信息［10］．另外，通過柱狀沉積物中重金屬的含量分析和污染評(píng)價(jià)，反映人類活動(dòng)對(duì)沉積物及其流域內(nèi)重金屬污染的影響及變化進(jìn)程［9，11－12］．

改革開放以來，惠州市城市化、工業(yè)化進(jìn)程加快，農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)全面發(fā)展．大量未經(jīng)處理的工業(yè)廢水、農(nóng)林業(yè)和生活污水的直接排放，以及交通運(yùn)輸和礦產(chǎn)開采等人類活動(dòng)，導(dǎo)致東江惠州段重金屬(Cu、Zn、Cr、Hg和Pb)污染狀況加劇［7］．與此同時(shí)，廣東省大多數(shù)水庫沉積物也面臨著重金屬污染加重［13］等水質(zhì)惡化現(xiàn)象，給水庫供水安全帶來極大挑戰(zhàn)．在國內(nèi)，沉積物重金屬的研究主要集中于近海、河口、潮間帶、潮灘、陸架區(qū)、海洋、湖泊等自然水體［14］，而對(duì)水庫這類半人工水體的研究相對(duì)較少．本文研究了惠州市3座具有代表性的供水水庫柱狀沉積物中6種重金屬(Cr、Cu、Zn、Cd、Pb和Hg)的垂直分布特征，應(yīng)用地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，了解人類活動(dòng)對(duì)惠州市供水水庫重金屬污染的影響、現(xiàn)狀和歷史污染水平，并運(yùn)用PCA分析探討各水庫沉積物中重金屬的可能途徑，以期為水庫生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、重金屬污染防治和供水安全提供指導(dǎo)和依據(jù)．

1研究地區(qū)與研究方法

1.1研究區(qū)概況

惠州市(22°24'—23°57'N，113°51'—115°28'E)位于廣東省東南部，珠江三角洲東端，南海大亞灣北部．地處亞熱帶，北回歸線橫貫全市，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，陽光充足，雨量充沛，年均降水量為1700～2000mm，主要集中在4—9月．惠州市北部以山地居多，東部和南部為丘陵臺(tái)地，東江沿岸和南部沿海有極小面積的平原．全境有大小河流20多條，較大的河流有東江和東江的支流西枝江、增江(又稱為龍門河)．有湖泊和大小水庫約130個(gè)，較大的有西湖、白盆珠水庫、天堂山水庫、顯崗水庫、花樹下水庫、角洞水庫、水東陂水庫等．惠州市工業(yè)(主要有電子制造業(yè)、石油化工業(yè))、農(nóng)林業(yè)(主要包括糧食、肉類、蔬菜、水果、桉樹等經(jīng)濟(jì)作物)發(fā)達(dá)，礦產(chǎn)資源豐富，是粵東的交通樞紐之一，公路、鐵路、水運(yùn)、空運(yùn)等交通網(wǎng)絡(luò)完善．白盆珠水庫位于惠州市惠東縣境內(nèi)，西枝江上游，蓮花山西北麓，原稱西枝江水利樞紐，是以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發(fā)電效能的大型水庫．西枝江是廣東珠江水系東江第二支流主流，全長176km，流域面積4120km2．其中，白盆珠水庫控制流域面積856km2，整個(gè)庫區(qū)有石澗、黃瑤、三坑、橫坑、馬山、寶口、高潭等近10條支流流入水庫．白盆珠水庫總庫容12.2×108m3，其中死庫容1.9×108m3，有效庫容3.85×108m3，調(diào)洪庫容6.45×108m3．在年平均降雨量1900mm條件下，它與新豐江水庫、楓樹壩水庫聯(lián)合調(diào)洪，對(duì)減輕東江上游的洪澇災(zāi)害有較大作用．沙田水庫位于惠陽縣城東北10.5km，1969年建成，集水面積26.8km2，總庫容約2.17×107m3，庫區(qū)多年平均降雨量1767.4mm，降水集中在夏秋兩季．觀洞水庫位于惠陽縣城西北39km，是惠陽縣最大的水庫，1958年竣工，集水面積41.6km2，正常蓄水量為3.12×107m3．

1.2樣品采集與測(cè)定方法

于2008年5月13—15日，在惠州市具有代表性的白盆珠水庫、沙田水庫和觀洞水庫(水庫參數(shù)見表1)大壩前湖泊區(qū)用奧地利產(chǎn)Uwitec柱狀采泥器(PVC管長60cm，直徑6cm)垂直采集未受擾動(dòng)的柱狀沉積物，以4cm為單位進(jìn)行切割后，用聚乙烯封口袋密封帶回實(shí)驗(yàn)室處理，各水庫所采集的沉積物泥柱的長度和樣本數(shù)見表1．其中0～4cm為表層沉積物，距底部4cm為底層沉積物，兩者之間是中層沉積物．沉積物樣品除去植物根系、底棲生物及石塊等雜質(zhì)后經(jīng)自然風(fēng)干，用瑪瑙研缽研磨過100目尼龍篩后保存?zhèn)溆茫?5］．稱取50mg沉積物樣品放置Teflon管中，加1mLHNO3和0.8mLHF后密封于鋼罐中高溫(180～190℃)消解30h，冷卻取出;取出后將Teflon管置于電熱板上140℃蒸干，再加入少量HNO3(＜1mL)繼續(xù)蒸干;蒸干后加2mLHNO3和3mL去離子水，密封于鋼罐中140℃下加熱5h，冷卻取出定容至100mL;搖勻后取10mL加0.2mL內(nèi)標(biāo)物Rh后，利用ICP-MS(型號(hào)ELANDRC-e)測(cè)定重金屬Cu、Cr、Pb、Zn、Cd含量，并隨機(jī)選取樣品做平行，其中微量元素的重復(fù)性測(cè)試相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差＜5%;取0.2g樣品經(jīng)王水水浴(95℃)消解后用F732-S測(cè)汞儀測(cè)定重金屬Hg含量，同時(shí)測(cè)量水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW-07305(GSD-5)，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性．沉積物有機(jī)質(zhì)的測(cè)定采用燒失法，以燒失量(LOI)代替有機(jī)質(zhì)含量［16］．

1.3地積累指數(shù)評(píng)價(jià)

采用Müller［17］于1969年提出的地累積指數(shù)法，評(píng)價(jià)沉積物中重金屬污染程度，該方法被廣泛運(yùn)用于水生生態(tài)系統(tǒng)沉積物重金屬的污染評(píng)價(jià)［18－20］．

1.4潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)