邱國(guó)良　陳泓霖

(衡陽(yáng)市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，湖南 衡陽(yáng)　421001)

湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中重金屬污染特征及評(píng)價(jià)

邱國(guó)良陳泓霖

(衡陽(yáng)市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，湖南 衡陽(yáng)421001)

【摘要】2011-2015年連續(xù)5年采集了湘江衡陽(yáng)段河流沉積物，測(cè)定了沉積物中9種重金屬的含量。采用地累積指數(shù)法及潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)沉積物中9種重金屬的污染狀況及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：以地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)時(shí)污染程度表現(xiàn)為鎘>鋅>鉛>銅>汞>錳>砷>釩>總鉻，其中鎘為極強(qiáng)污染，鋅、鉛為強(qiáng)污染，銅、汞為中度污染到強(qiáng)污染； 以潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)時(shí)生態(tài)危害表現(xiàn)為鎘>汞>鉛>砷>銅>鋅>錳>釩>總鉻，其中鎘為極強(qiáng)生態(tài)危害程度，湘江衡陽(yáng)段及各個(gè)斷面沉積物中重金屬總潛在生態(tài)危害均表現(xiàn)為很強(qiáng)生態(tài)危害程度，各個(gè)斷面的生態(tài)危害程度表現(xiàn)為松柏>黃茶嶺>歸陽(yáng)鎮(zhèn)>熬洲；兩種評(píng)價(jià)方法均表明2013-2015年污染較2011-2012年有所減輕。

【關(guān)鍵詞】湘江衡陽(yáng)段；沉積物；重金屬；地累積指數(shù)法；潛在生態(tài)危害指數(shù)法

湘江是湖南省最大河流，發(fā)源于廣西壯族自治區(qū)靈川縣海洋鄉(xiāng)，流經(jīng)湖南省永州市、衡陽(yáng)市、株洲市、湘潭市、長(zhǎng)沙市，至岳陽(yáng)市的湘陰縣注入長(zhǎng)江水系的洞庭湖。隨著湘江流域工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，湘江已成為我國(guó)重金屬污染最嚴(yán)重的河流之一。湖南省自2012年開(kāi)始實(shí)施湘江流域重金屬污染治理，近幾年來(lái)河流水體中重金屬濃度呈下降趨勢(shì)，為了查明湘江河流沉積物重金屬污染變化情況，運(yùn)用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)2011-2015年湘江衡陽(yáng)段沉積物中重金屬污染狀況進(jìn)行了分析。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域及監(jiān)測(cè)概況

衡陽(yáng)市位于湘江中游，湘江自祁東縣歸陽(yáng)鎮(zhèn)清塘入境，從衡東縣和平村出境進(jìn)入株洲市，衡陽(yáng)境內(nèi)長(zhǎng)226千米。衡陽(yáng)是著名的有色金屬之鄉(xiāng)，境內(nèi)水口山地區(qū)有色金屬開(kāi)采與冶煉已有百余年歷史，是我國(guó)重要的有色金屬冶煉基地之一。含重金屬?gòu)U水進(jìn)入湘江水體，再經(jīng)過(guò)吸附、解析、沉淀等方式轉(zhuǎn)移到沉積物中并不斷富集造成湘江衡陽(yáng)段沉積物中沉積了大量的重金屬。

在湘江衡陽(yáng)段布設(shè)了歸陽(yáng)鎮(zhèn)、松柏、黃茶嶺、熬洲共4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，歸陽(yáng)鎮(zhèn)為湘江衡陽(yáng)段入境斷面，松柏位于湘江衡陽(yáng)段中上游、水口山地區(qū)下游，黃茶嶺位于湘江衡陽(yáng)段中下游(市城區(qū)河段)，熬洲為湘江衡陽(yáng)段出境斷面。2011-2015年，每年在枯水期(9月份)用掘式采泥器采集河流沉積物表層泥樣，分左、右兩個(gè)測(cè)點(diǎn)采樣。沉積物樣品經(jīng)自然風(fēng)干后，用四分法研磨、過(guò)篩，再保存待分析。樣品分析按相關(guān)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行，采用原子吸收、原子熒光、ICP等儀器分析，采取了相應(yīng)的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制措施。

1.2評(píng)價(jià)方法

1.2.1地累積指數(shù)法

地質(zhì)累積指數(shù)是一種研究水環(huán)境沉積物中重金屬污染的定量指標(biāo)，不僅考慮了自然地質(zhì)過(guò)程造成的背景值的影響，而且也充分注意了人為活動(dòng)對(duì)重金屬污染的影響。其計(jì)算公式如下：

式中：Ci為沉積物重金屬元素i的實(shí)測(cè)含量(mg/kg)；Bi為重金屬元素i的環(huán)境背景值(mg/kg)；k為考慮各地巖石差異可能引起背景值變動(dòng)而取的常數(shù)，取k=1.5；湘江河流沉積物背景值(均值)為：鉛：22.5，鎘：0.50，砷：21.2，汞：0.043，銅：16.7，鋅：73.0，總鉻：35.2，釩：46.1，錳：371.0(mg/kg)。背景值數(shù)據(jù)來(lái)源于《環(huán)境背景值數(shù)據(jù)手冊(cè)》(環(huán)境科學(xué)出版社，1988年12月第一版，1989年4月第一次印刷)。

將地累積指數(shù)劃分為7個(gè)級(jí)別，Igeo≤0，污染級(jí)別為0級(jí)，表示無(wú)污染；05，污染級(jí)別為6級(jí)，表示極強(qiáng)污染。

1.2.2潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是目前較為常用的評(píng)價(jià)沉積物中重金屬生態(tài)危害的方法，該方法從沉積學(xué)角度對(duì)沉積物中重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，并利用沉積物中重金屬相對(duì)于工業(yè)化以前沉積物的最高背景值的比值以及將重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與生物毒性系數(shù)聯(lián)系起來(lái)，得到潛在生態(tài)危害指數(shù)。其計(jì)算公式是：

表1　沉積物重金屬生態(tài)危害程度劃分標(biāo)準(zhǔn)

2結(jié)果與分析

2.1沉積物中重金屬含量水平

湘江衡陽(yáng)段2011-2015年沉積物中重金屬監(jiān)測(cè)結(jié)果五年的平均值見(jiàn)表2。由表2可以看出：湘江衡陽(yáng)段(4個(gè)斷面平均值)沉積物中9種重金屬含量均超過(guò)湘江河流沉積物背景值，總鉻超背景值倍數(shù)最小(0.6倍)，鎘超背景值倍數(shù)最大(78倍)，鋅、鉛超背景值倍數(shù)分別為11.4、11.1倍，銅、汞、錳、砷超背景值倍數(shù)在3.9～7.4倍之間，總鉻、釩超背景值倍數(shù)較低(0.6～0.8倍)，湘江衡陽(yáng)段沉積物以鎘、鋅、鉛污染為主，其次為銅、汞、錳、砷。從空間上沿程污染分布來(lái)看，總鉻、釩在各斷面含量相差不大，其余7種重金屬含量在各斷面含量差異較大；除總鉻、釩外，其余7種重金屬含量最大值均出現(xiàn)在松柏?cái)嗝?，松柏?cái)嗝娉练e物中鎘、鋅、鉛、銅含量均為其余斷面的3倍以上，松柏?cái)嗝娉练e物受到明顯的重金屬污染，與松柏?cái)嗝嫖挥谒谏降貐^(qū)下游相關(guān)；松柏?cái)嗝娉练e物中的鎘、鉛、砷、鋅均高于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-1995)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值。如果以入境斷面歸陽(yáng)鎮(zhèn)作為對(duì)照斷面，除總鉻、釩、錳外，其余6種重金屬在衡陽(yáng)境內(nèi)河段沉積物中污染均有所加重、受境內(nèi)工業(yè)源污染影響比較明顯，與衡陽(yáng)地區(qū)工業(yè)源排放情況相一致。

表2　2011-2015年湘江衡陽(yáng)段河流沉積物監(jiān)測(cè)結(jié)果平均值(mg/kg)

2.2地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)

采用地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中重金屬污染狀況見(jiàn)表3。由表3可以看出：湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中9種重金屬均受到不同程度的污染，其中總鉻、釩為無(wú)污染到中度污染，砷、錳為中度污染，汞、銅為中度污染到強(qiáng)污染，鉛、鋅為強(qiáng)污染，鎘為極強(qiáng)污染；9種重金屬污染程度表現(xiàn)為鎘>鋅>鉛>銅>汞>錳>砷>釩>總鉻，鎘每年度均為強(qiáng)污染或極強(qiáng)污染，說(shuō)明湘江衡陽(yáng)段河流沉積物以鎘污染最為嚴(yán)重，總鉻、釩污染不明顯。

由表3各年度Igeo值可以看出：9種重金屬各年度污染程度均呈不規(guī)則波動(dòng)變化，處于中度污染的砷和錳各年度呈不規(guī)則變動(dòng)、且波動(dòng)變化不大，鎘、鉛、鋅波動(dòng)變化稍大；從多種元素整體上看，2013-2015年污染程度較2011-2012年有所減輕，其中鎘、鉛、鋅污染有明顯減輕，鎘在2013-2015年污染有所減輕、但仍為強(qiáng)污染。雖然河流沉積物中重金屬的富集與釋放比較復(fù)雜，但河流沉積物中重金屬污染變化減輕與近年來(lái)水體中重金屬濃度下降相吻合。

2.3潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)

(1)采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中重金屬污染狀況見(jiàn)表4。由表4從單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)可以看出：湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中的9種重金屬均呈現(xiàn)出不同程度的生態(tài)危害，其中總鉻、釩、錳、鋅為輕微生態(tài)危害程度，鉛、砷、銅為中等生態(tài)危害程度，汞為很強(qiáng)生態(tài)危害程度，鎘為極強(qiáng)生態(tài)危害程度，基本上與地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果一致(錳、鋅與地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)不一致，因錳、鋅毒性系數(shù)低)； 9種重金屬生態(tài)危害表現(xiàn)為鎘>汞>鉛>砷>銅>鋅>錳>釩>總鉻；其中鎘在各個(gè)斷面均為極強(qiáng)生態(tài)危害程度；從4個(gè)斷面及湘江衡陽(yáng)段總體來(lái)看，湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中總鉻、釩、錳污染不明顯，以其余6種重金屬污染為主。從各斷面單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)來(lái)看：入境斷面歸陽(yáng)鎮(zhèn)、黃茶嶺、熬洲3個(gè)斷面均是除鎘(極強(qiáng))、汞(中等)有中等以上生態(tài)危害外、其余7種重金屬均為輕微生態(tài)危害程度；松柏?cái)嗝娴逆k和汞為極強(qiáng)生態(tài)危害、鉛為很強(qiáng)生態(tài)危害、銅和鋅為強(qiáng)生態(tài)危害，說(shuō)明松柏?cái)嗝嬗卸喾N重金屬為嚴(yán)重污染。 由表4從總潛在生態(tài)危害指數(shù)可以看出：湘江衡陽(yáng)段及各個(gè)斷面沉積物中重金屬均呈現(xiàn)出很強(qiáng)生態(tài)危害程度，各個(gè)斷面的生態(tài)危害程度表現(xiàn)為松柏>黃茶嶺>歸陽(yáng)鎮(zhèn)>熬洲，松柏?cái)嗝嫔鷳B(tài)危害程度遠(yuǎn)高于其余斷面。

表3　湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中重金屬地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

表4　湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

(2)湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中重金屬總潛在生態(tài)危害指數(shù)年際變化情況見(jiàn)表5。由表5可以看出：各個(gè)斷面及湘江衡陽(yáng)段除2013年的歸陽(yáng)鎮(zhèn)為強(qiáng)生態(tài)危害程度外，其余各年度均為很強(qiáng)生態(tài)危害程度(Ri均大于600)，松柏?cái)嗝鎸?duì)湘江衡陽(yáng)段生態(tài)危害影響最為顯著；沉積物中重金屬總潛在生態(tài)危害指數(shù)在各年度呈現(xiàn)出不規(guī)則波動(dòng)變化，歸陽(yáng)鎮(zhèn)、松柏?cái)嗝婕跋娼怅?yáng)段2013-2015年生態(tài)危害程度較2011-2012年有所下降，黃茶嶺斷面2012年偏高、其余年份波動(dòng)變化不大，熬州斷面各年度波動(dòng)變化較小。

2.4重點(diǎn)污染斷面(松柏)污染變化

松柏?cái)嗝婧恿鞒练e物中主要重金屬污染變化情況見(jiàn)表6。從Igeo及Eir來(lái)看，松柏?cái)嗝娉练e物中鉛、鎘污染在2011-2014年呈下降趨勢(shì)、2015年有所上升，鉛、鎘污染2013-2015年較2011-2012年有所下降；砷、汞污染在2011-2013年呈下降趨勢(shì)、2014-2015年有所上升，2013-2014年污染相對(duì)較低；銅、鋅污染波動(dòng)變化，在2013-2015年污染較2011-2012年有所下降；錳污染波動(dòng)變化，2013-2014年污染相對(duì)較低。整體上看，松柏?cái)嗝婧恿鞒练e物中主要重金屬在2013-2015年污染較2011-2012年有所下降；與湘江衡陽(yáng)段整體變化情況一致。

表5　湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中重金屬總潛

表6　松柏?cái)嗝婧恿鞒练e物中主要重金屬污染變化情況

3結(jié)論

(1)由監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)看出：與背景值相比時(shí)，湘江衡陽(yáng)段沉積物以鎘、鋅、鉛污染為主，其次為銅、汞、錳、砷；有 6種重金屬(鎘、鋅、鉛、銅、汞、砷)在衡陽(yáng)境內(nèi)河段沉積物中污染有所加重、受境內(nèi)工業(yè)源污染影響比較明顯；沉積物重金屬污染以松柏?cái)嗝孀顬閲?yán)重。

(2)以地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)，結(jié)果表明湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中9種重金屬均受到不同程度的污染，9種重金屬污染程度表現(xiàn)為鎘>鋅>鉛>銅>汞>錳>砷>釩>總鉻，其中鎘為極強(qiáng)污染(鎘每年度均為強(qiáng)污染或極強(qiáng)污染，以鎘污染最為嚴(yán)重)，鋅、鉛為強(qiáng)污染，銅、汞為中度污染到強(qiáng)污染，錳、砷為中度污染，釩、總鉻為無(wú)污染到中度污染。9種重金屬各年度污染程度均呈不規(guī)則波動(dòng)變化，多種重金屬2013-2015年污染程度較2011-2012年有所減輕，其中鎘、鉛、鋅污染有明顯減輕，鎘在2013-2015年污染有所減輕、但仍為強(qiáng)污染。

(3)以潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)，湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中9種重金屬均呈現(xiàn)出不同程度的生態(tài)危害，9種重金屬生態(tài)危害表現(xiàn)為鎘>汞>鉛>砷>銅>鋅>錳>釩>總鉻，其中鎘在各個(gè)斷面均為極強(qiáng)生態(tài)危害程度，汞為很強(qiáng)生態(tài)危害程度，鉛、砷、銅為中等生態(tài)危害程度，總鉻、釩、錳、鋅為輕微生態(tài)危害程度。從總潛在生態(tài)危害指數(shù)來(lái)看：湘江衡陽(yáng)段及各個(gè)斷面河流沉積物中重金屬均呈現(xiàn)出很強(qiáng)生態(tài)危害程度，各個(gè)斷面生態(tài)危害程度表現(xiàn)為松柏>黃茶嶺>歸陽(yáng)鎮(zhèn)>熬洲，松柏?cái)嗝嫔鷳B(tài)危害程度遠(yuǎn)高于其余斷面。沉積物中重金屬總潛在生態(tài)危害指數(shù)在各年度呈現(xiàn)出不規(guī)則波動(dòng)變化，歸陽(yáng)鎮(zhèn)、松柏?cái)嗝婕跋娼怅?yáng)段2013-2015年生態(tài)危害程度較2011-2012年有所下降，黃茶嶺、熬洲斷面各年度波動(dòng)變化不大。

(4)從Igeo及Eir來(lái)看，重點(diǎn)污染斷面松柏沉積物中鉛、鎘污染在2011-2014年呈下降趨勢(shì)，砷、汞污染在2011-2013年呈下降趨勢(shì)，銅、鋅、錳污染呈不規(guī)則波動(dòng)變化。整體上看，松柏?cái)嗝婧恿鞒练e物中主要重金屬在2013-2015年污染較2011-2012年有所下降。

(5)河流水體中的重金屬由于物理、化學(xué)、生物作用富集到沉積物中，其污染是長(zhǎng)期累積的，重金屬具有富集性且難以降解，湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中重金屬呈現(xiàn)出很強(qiáng)生態(tài)危害程度。重金屬主要來(lái)源于工業(yè)污染源，湘江流域重金屬污染治理需要持續(xù)推進(jìn)。

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Characteristics and Assessment of Heavy Metal Pollution in the Sediments of Hengyang River in Xiangjiang

QIU GuoliangCHEN Honglin

(Hengyang Environmental Monitoring Station，Hunan Hengyang 421001，China)

Abstract：The river sediment of Hengyang River in Xiangjiang section of river was collected in 5 consecutive years，and the contents of 9 kinds of heavy metals in the sediment were measured. The pollution status and ecological risk of 9 kinds of heavy metals in sediment were evaluated by the method of accumulation index and potential ecological risk index.

Keywords：Hengyang Xiangjiang section; Sediment; Heavy metal; Land accumulation index method; Potential ecological risk index method

作者簡(jiǎn)介：邱國(guó)良，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的工作

中圖分類號(hào)：X522

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-288X(2016)03-0207-04

引用文獻(xiàn)格式：邱國(guó)良等.湘江衡陽(yáng)段河流沉積物中重金屬污染特征及評(píng)價(jià)[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(3)：207-210.