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近年来,随着中国农业现代化、工业化和城镇化进程的加剧,污染物排放量急剧增加,沉积物重金属污染已经成为湖泊等水生生态系统最为突出的环境问题之一。云贵高原地区是中国五大湖区之一,近年来由于流域经济的快速发展,很多湖泊都存在不同程度的重金属污染问题,直接威胁湖泊生态系统健康和生态服务供给,而先前研究关注较少。目前,对云贵高原湖泊沉积物重金属污染的研究多侧重于单一或少数湖泊,对其污染状况和生态风险的评估多基于重金属总量,而缺乏基于多种评估模型(如化学和生物累积模型等)对该区域不同类型湖泊重金属污染的对比分析。因此,本研究依据不同流域人类活动类型(如发达工业、不发达工业和农业)选取了6个典型的云贵高原湖泊(程海、泸沽湖、长桥海、大屯海、洱海和滇池)为研究对象,采取多个表层沉积物、沉积岩芯和底栖生物样品,采用多种重金属污染和生态风险评估方法,结合化学形态分析和生物监测技术,综合探讨了该区域人类活动对以重金属为表征的沉积物环境质量的影响,全面评估了不同湖泊沉积物重金属的潜在生态风险,为湖泊生态修复和环境管理提供了可靠依据。研究结果如下: (1)云贵高原湖泊沉积物重金属含量及空间分布。总体上,表层沉积物重金属含量在不同湖泊间和大多数湖泊内存在显著差异;在不同流域类型湖泊中,重金属含量呈现出从工业型向农业型降低的趋势。除泸沽湖及少数点位外,表层沉积物中Cr、Ni和Cu平均含量均低于历史沉积物(1900年以前),可能受流域土壤侵蚀或沉积物TOC含量升高的“稀释效应”影响;As、Cd、Pb和Zn平均含量均高于历史背景值,可能指示人为污染。此外,沉积物中重金属含量受沉积物质地影响较显著,即粘土组分(<4μm)对重金属元素具有富集作用,相对粗的颗粒组分(>4μm)和TOC对重金属元素具有稀释作用。 (2)云贵高原湖泊沉积物重金属赋存形态。各湖泊表层沉积物中,重金属生物有效态百分含量大小顺序均为:Cd>Pb>Cu≈Zn>As≈Cr≈Ni;其中Cd、Cu、Pb和Zn的生物有效态百分含量较高,如大屯海Cd、Cu、Pb和Zn有效态平均百分含量分别为92%、45%、52%和54%;而As、Cr和Ni主要以残渣态存在,平均百分含量均接近于80%。空间上,有效态百分含量表现为从工业、不发达工业流域型湖泊向农业流域型湖泊逐渐降低的趋势,指示该区域湖泊重金属污染主要受流域工业影响,农业次之。 (3)云贵高原湖泊沉积物重金属污染特征。沉积物重金属富集系数法(EF)、污染指数法(CF)和重金属赋存形态综合分析表明,长桥海和大屯海表层沉积物中的Cd、Pb、Cu、Zn和As均具有较高污染水平,且明显高于其他湖泊,总体污染程度达到重至极重水平;而其他4个湖泊大多为单一重金属污染,以Cd为主,为中等至重污染水平。基于重金属总量的EF法和基于形态的CF法对大部分重金属元素具有较为一致的评价结果,二者呈现出较高的可比性。然而,基于EF和CF计算的人为污染贡献量表明,人为源的重金属(如As,Pb)不仅存在于生物有效态中,也可能存在于残渣态中,说明人为重金属污染的来源方式对重金属污染程度具有重要影响。 (4)云贵高原湖泊沉积物重金属生态风险。潜在生态风险指数法(Er和RI)和污染评估指数法(RAC)对各湖泊沉积物中大部分重金属的评价结果一致,二者表现出较高的可比性。对比Er和RAC,并结合重金属污染程度和赋存形态组成分析表明,长桥海和大屯海的主要风险元素为Cd、Pb和Zn,其中Cd具有高到极高水平的潜在生态风险,Pb和Zn具有中等水平的潜在生态风险;程海、泸沽湖、洱海和滇池的主要风险元素为Cd,属于中等到高等水平的潜在生态风险。铜锈环棱螺重金属累积量与Er和RAC值进行相关性分析发现,As的累积量与Er值呈现出显著正相关关系(P<0.01),与RAC值并未表现出典型的相关性,表明相对于RAC法,Er法能更准确的评价As的潜在生态风险,指示长桥海、大屯海、泸沽湖和滇池表层沉积物中As应具有较高等级的潜在生态风险。