研究河段位于闽江下游，起始地点为白沙镇，在侯官被南台岛分为两支，北支流经福州市区，南支流经闽侯县，处于福州郊区.两支流于马尾区交汇，最终在川石岛流入东海，流域总长90km.此次研究共设置38个采样点(图1)，用GPS对采样点进行定位，其中，白沙镇-侯官为研究河段的上游，采样点用S1~S10表示;福州市区的河段为中游，分为北港段和南港段，采样点分别用B1~B11和N1~N10表示;马尾-川石为下游，采样点用X1~X7表示.于2009年8月用挖掘式采样器采集表层(0~15cm)沉积物，采集的样品用自封袋封装，放置于4℃冰箱中保存.
图1采样点分布示意图
2.2重金属的提取与测定
将沉积物样品拌匀，取适量置于冷冻干燥机内冻干，研磨过65目尼龙筛.称取0.04g沉积物样品于PTFE消解罐内胆中，加入1.5mL氢氟酸(优级纯)和0.5mL硝酸(优级纯)，然后将内胆密封后置于铁质罐套内，再放入150℃烘箱中加热12h.冷却后取出PTFE内胆，加入0.25mL高氯酸(优级纯)，置于150℃电热板上，蒸至近干.加2mL高纯水和1mL硝酸(优级纯)，密封内胆后装入铁质罐套内，再次于150℃烘箱中加热12h.冷却后，取出PTFE内胆，用高纯水将溶液定容至40mL，摇匀，过0.22μmPTFE滤膜，滤液放入4℃冰箱中待测.每个样品3个重复，并且每一批样品中都同时测定沉积物标准品(3个重复)(购于北京捷诚科远化工技术研究院)，用于质量控制.重金属的测定采用ICP-MS(ThermoFisher，XSeries2)，测定元素种类为Cr、Zn、As、Cd、Cu、Pb6种.
2.3沉积物重金属生物毒性和潜在生态风险
2.3.1基于共识的沉积物质量基准(CBSQGs)
采用MacDonald等(2000)建立的淡水生态系统沉积物质量基准CBSQGs(Consensus-BasedSedimentQualityGuidelines)来评价沉积物中重金属元素的毒性.对于每一种污染物，CBSQGs包含两个基准值，分别是阈值效应浓度(ThresholdEffectConcentration，TEC)和可能效应浓度(ProbableEffectConcentration，PEC).若沉积物中某污染物含量低于TEC，则该污染物不会对底栖生物产生毒性;若沉积物中某污染物含量高于PEC，则该污染物会产生毒性;如果某污染物含量在TEC和PEC之间，沉积物的毒性不能用CBSQGs进行预测.对多种重金属浓度介于TEC和PEC之间的复合污染沉积物毒性按照以下公式进行评估：
式中，S表示每个样品中每种重金属的含量;P表示基准中相对应重金属的PEC值;n表示每一样品中重金属种类数;Q表示平均可能效应浓度商(MeanPECQuotients).若Q<0.5认为该样品不具有毒性，若Q>0.5则认为该样品具有毒性.
2.3.2潜在生态风险指数
瑞典学者Hakanson(1980)提出了用潜在生态风险指数作为控制水体污染的诊断工具，近年来国内外很多学者对不同河流沉积物的生态风险评价中都采用了此方法(Nazeeraetal.，2014;Sureshetal.，2012;Guoetal.，2010;万金保等，2008;周立旻等，2008;牛红义等，2008).潜在生态风险指数使用的评价公式如下：
式中，Eri为第i种重金属的潜在生态风险系数，Tri为第i种重金属的毒性反应系数(Cd30、Cr2、Cu、Pb5、Zn1)，ci为各采样点实测值，si是污染物评价标准参照值，RI为沉积物中多种重金属潜在生态风险指数.Eri和RI的分级标准见表1(Hakanson，1980).
表1Eri和RI分级标准
3结果与讨论
3.1沉积物中重金属含量及其空间分布特征
表2和图2分别是闽江福州段沉积物中6种重金属含量和空间分布特征.从整个河段来看，各重金属平均含量的大小顺序为Zn>Pb>Cr>Cu>As>Cd.Zn在每个样品重金属总量中所占比例约为8.47%~67.99%，除B1、B4、B8、N5、N6、N7、X4、X6样品外，Zn都是样品中百分含量最高的元素(表2).
表2沉积物中重金属含量
闽江福州段上游分布有大量的采沙场，采沙场运行及运沙船运输过程中石油燃料的燃烧是导致上游段Cd、Zn及Pb含量偏高的主要原因;此外，闽江福州段上游分布于福州市区郊外及农村(属于闽侯县郊区农村)，以农业活动为主，农药化肥的使用、家畜家禽粪便的排放也是导致一些重金属含量偏高的原因(Cd和Zn与化肥有关，As与农药的使用有关).
闽江北港和南港位于福州市区，人类活动频繁，大量的交通运输污染物及生活污水排放进入闽江，同时在市区还存在一些重金属排放的企业(电光源制造企业、金属表面处理和热处理加工企业，以及交通设备加工企业等)，因此，必然导致大部分的重金属(Cr、Zn、Pb、Cu、Cd)在闽江北港和南港含量偏高(As除外，通常情况下As污染主要与农药的使用有关).
闽江福州下游段As和Cr含量偏高，与其它重金属含量分布有所差别.主要是因为As主要存在于农药和杀虫剂中，下游河段两岸农田众多，农药可能是导致该河段沉积物中As含量较高的原因.同时，在闽江福州下游段(连江县)存在大量电镀行业和光电企业，这是导致Cr含量明显增高的主要原因.
表3列出了世界上一些国家河流沉积物中重金属的含量.与国内其他河流相比，除Cd、Pb外，闽江福州段沉积物中重金属含量峰值高于黄河、巢湖及龙感湖，与异龙湖相当.与国外一些河流相比，闽江福州段沉积物重金属含量峰值高于巴基斯坦的Soan河、印度Gomti河.Zn、Pb含量峰值高于孟加拉国的Korotoa河、Turag河及Bangshi河，但低于印度Veeranam湖、泰国Songkhla湖和伊朗Shur河，可见与已报道的国外河流沉积物相比，闽江福州段沉积物中重金属含量居中.As在之前的研究中并未着重研究，但As在工业和制造业中使用普遍，并对人体危害较大，研究结果显示，闽江福州段沉积物中As含量在亚洲河流中较高(表3).伊朗Shur河中Pb含量在亚洲地区河流中最高，含量峰值是本研究河流的4.92倍，均值为2.04倍(表3).通过研究可知，闽江福州段沉积物中重金属含量在亚洲地区河流中属于中等水平.
表3世界不同河流沉积物中重金属含量
3.2沉积物重金属毒性评价
表4CBSQGs法对不同河段沉积物中重金属毒性评价
3.3沉积物重金属生态风险评价
从表5可看出，闽江福州段表层沉积物中6种重金属的潜在风险系数Eri值大小顺序为Cd>Pb>As>Cu>Zn>Cr，其平均值分别为139.91、11.33、6.68、6.09、1.95和1.49.由表1中Eri的分级标准可知，除Cd之外，其它重金属的Eri值都小于40，为低风险.上游段除1个样品中Cd含量未检出外，其它样品中Cd的Eri值都大于80，风险等级为较高和高的样品数的百分比分别为40%和50%;北港段和南港段所有样品中Cd的Eri值也都大于80，其中，北港段Cd风险等级为较高和高的样品数的百分比分别为73%和17%，南港段Cd风险等级为较高和高的样品数的百分比分别为40%和60%;下游段只有1个样品中Cd的风险等级为较高，其它风险等级都为中.这也说明上游污染企业的排放及福州市区的工业对沉积物中Cd风险有很高的贡献.
表5沉积物中重金属的潜在生态风险系数(Eri)和潜在生态风险指数(RI)
4结论
1)闽江福州段表层沉积物中6种有毒重金属含量平均值由大到小的顺序为Zn>Pb>Cr>Cu>As>Cd，不同重金属在整个河段的分布特征不同.
2)闽江福州段整个河段，沉积物样品中有毒样品占18%，其中，北港段有毒沉积物样品的百分比最高，为27%，说明福州市区的工业活动或交通等因素对沉积物中重金属的贡献比较明显.对多种金属复合污染样品的毒性评价来说，采用平均可能效应浓度商Q值的方法比单个金属PEC值的方法更合理.
3)闽江福州段沉积物中6种重金属的潜在风险系数大小顺序为Cd>Pb>As>Cu>Zn>Cr，Cd是主要的生态风险贡献因子.从单个重金属的Eri值和多个重金属的RI值可知，整个河段沉积物中重金属总的风险水平处于中低风险等级，其中，南港段生态风险相对最高.