萬峰湖水體和沉積物中汞的污染現狀及風險評價*

楊 洋 黃婉玉 程 星

(1.貴州師范大學地理與環境科學學院， 貴陽 550001； 2.貴州省環境科學研究設計院， 貴陽 550081)

萬峰湖水體和沉積物中汞的污染現狀及風險評價*

楊 洋1黃婉玉2程 星1

(1.貴州師范大學地理與環境科學學院， 貴陽 550001； 2.貴州省環境科學研究設計院， 貴陽 550081)

分析了萬峰湖水體和沉積物中汞的污染現狀以及汞含量分布狀況，分別采用單因子污染指數法表征了水體中汞污染程度，地累積指數法和潛在生態危害指數法評價了沉積物中汞污染程度和潛在生態風險。結果表明，11個采樣點水中汞含量為ND～0.034μg/L，平均值0.014μg/L，均符合國家地表水質量Ⅲ類標準；沉積物中汞含量為0.039～0.358mg/kg，平均值0.169mg/kg。從三江口—紅村碼頭水和沉積物中汞含量均呈現波狀起伏分布，分布趨勢較一致。單因子評價法顯示研究區水體中無汞污染，地累積指數法和潛在生態危害指數法顯示所測樣點沉積物中有82%無汞污染，45%生態風險很低。

萬峰湖；水；沉積物；汞；風險評價

汞是唯一在常溫下呈液態并易流動的重金屬，具有持久性、生物富集性和劇毒性，是全球性環境污染物之一[1-2]。水體中的汞易與有機高分子生成配合物或螯合物，吸附在黏土礦物等表面，進入沉積物中并積累，而沉積物因懸浮作用向水中釋放汞又導致河水中較高的汞含量維持較長時間[3-5]。因此，研究水及沉積物中重金屬汞的污染分布，對了解汞對水環境的影響具有重要意義。汞及其有機化合物能通過食物鏈進入體內，危害人體健康，其中攝食和飲水是人群汞暴露的重要途徑，所以控制和降低飲水中汞含量是保障區域正常生活，降低人群健康風險的內在要求。萬峰湖集供水、發電、灌溉、養殖、防洪、旅游及調節自然生態等功能于一庫[6]，當前的研究主要集中在浮游植物和水質富營養化方面[7-9]，對于環境中汞污染狀況鮮有報道。本研究對萬峰湖水體和沉積物中汞的污染及分布狀況進行測定分析，并采用單因子指數法、地累積指數法和潛在生態危害指數法進行環境和生態風險的評估，為該地區水資源的開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

萬峰湖位于貴州省黔西南州興義市和安龍縣境內，地理位置東經104°31'-105°01'，北緯24°37'-25°23'，是黔、滇、桂三省區交界處，由國家重點工程天生橋一級電站大壩將南盤江攔截而形成的水庫，屬珠江流域上游區，擔負著珠江流域沿江城市生活飲用和工農業用水的供水[8-9]。萬峰湖湖面面積達176 km2，屬于典型的高原深水湖庫，水體最深處超過170 m，主航道長約 128 km，庫容量為102 億m3，僅次于鄱陽湖、洞庭湖、太湖、洪澤湖，位居全國5大淡水湖之列。萬峰湖由于生態環境保護、污染防治工作滯后，以及流域化工廠和城鎮污水的直接排放、大量網箱養魚、庫區農業面源污染，使得湖水水質惡化日趨嚴重。

1.2 樣品采集與制備

2014年2月赴萬峰湖采集水樣和沉積物，以萬峰湖主航道為主線，從上游三江口到下游紅村碼頭設置11個采樣點(見圖1)。使用聚乙烯桶采集表層水樣，同時采集表層沉積物于聚乙烯袋內封口保存。沉積物樣品帶回后置于陰涼處自然風干，剔除樣品中的動植物殘體、石子等雜質，經四分法縮分，研磨后過100目篩，保存備用。

1.三江口;2.馬蚌;3.田灣河口;4.平街;5.小米;6.金鐘山;7.壩達章;8.革布;9.歪染;10.壩索灣;11.紅村碼頭.圖1 萬峰湖采樣點分布

1.3 樣品處理與分析測定

水：取水樣10 mL于25 mL具塞比色管中，加入0.5 mL濃鹽酸，混勻，靜置。

沉積物：稱取樣品0.2 g(精確至0.000 1 g)于50 mL具塞比色管中，加入10 mL王水(HCl：HNO3=3：1)，混勻，沸水浴消解2 h，并不時進行搖勻。冷卻至室溫后用水定容至50 mL，搖勻。放置過夜取上清液測定。

采用AF-640型原子熒光光譜儀測定樣品中的汞含量。所用化學試劑為優級純或分析純，水為超純水。采用完全相同的分析程序測定水樣標準溶液和土壤標準物質ESS-3(GSBZ50013-88)中的汞含量，以保證分析數據的質量。同時測定實驗空白，并按10%的比例隨機測定樣品平行樣，平行樣分析結果相對偏差均低于10%。

1.4 評價方法

1.4.1 水體中汞污染評價

本研究采用單因子污染指數法評價萬峰湖水體中總汞的污染程度，此方法可直觀表征水體總汞的污染水平。計算公式如下：

Pi=Ci/Si

式中：Pi為汞的污染指數；Ci為水中汞的實測值；Si為汞的評價標準。總汞評價標準為：F>1輕污染，F≥10中度污染，F≥100重度污染[10]。

1.4.2 沉積物中汞的風險評價

采用地累積指數法[11]和潛在生態危害指數法[12]評價萬峰湖沉積物中的汞污染情況。

(1) 地累積指數法

德國學者Muller在1969年提出的地質累積指數法(Geo-accumulation Index)，被廣泛用于沉積物的污染評價。計算方法為：

式中，Igeo為汞的地累積指數；Ci為沉積物中汞的實測值；Bi為沉積物中汞的地球化學背景值(Bi值選取貴州土壤汞背景值0.158 mg/kg)[13]；k為考慮到造巖運動可能引起的背景值變動而取的系數，一般取1.5[11]。

(2) 潛在生態危害指數法

目前，國內外學者常采用瑞典地球化學家Hakanson提出的潛在生態危害指數法(The Potential Ecological Risk Index)評價土壤或沉積物中重金屬的生態風險。其計算方法為：

Er=Tr·Ci/C0

式中，Er為汞的潛在生態危害系數；Ci為沉積物中汞的測定值；C0為汞的參比值(C0值選取貴州土壤汞背景值0.158 mg/kg)[13]；Tr為汞的毒性系數(Tr=40)[12]。地累積指數法與潛在生態危害指數法的評價標準見表1。

表1 地累積指數法和潛在生態危害指數法評價標準

2 結果與討論

2.1 萬峰湖水和沉積物中汞的含量

2.1.1 水中汞含量

萬峰湖不同采樣點水和沉積物中汞質量濃度見表2，水中汞含量相差不大，范圍在ND～0.034 μg/L之間，平均值為0.014 μg/L。萬峰湖規定水質類別為Ⅲ類水體[9]，因此采用GB 3838—2002《地表水環境質量標準》[14]Ⅲ類水質標準(Hg≤0.10 μg/L)進行評價，11個采樣點汞含量均未超過國家地表水環境質量標準所規定的Ⅲ類水質標準限值，其中革布和壩索灣水中汞含量未檢出。與貴州其他地區水體中汞含量比較(見表3)，萬峰湖水中汞含量低于百花湖、黃道河、下溪河、敖寨河、高樓坪河，而稍高于草海水中的汞含量，表明萬峰湖水中汞含量處于較低水平。

表2 萬峰湖水和沉積物中汞含量

注：ND為未檢出。

表3 與貴州其他地區水和沉積物中汞含量比較

2.1.2 沉積物中汞的含量

由萬峰湖不同采樣點沉積物中汞含量(表2)可知，質量濃度范圍為0.039～0.358 mg/kg，最大值在馬蚌，最小值位于革布，最大值是最小值的9.263倍，沉積物總汞含量平均值為0.169 mg/kg。與貴州土壤汞背景值(0.158 mg/kg)[13]相比，三江口、馬蚌、田灣河口、平街、壩達章、紅村碼頭6個樣點的汞含量超過背景值，汞含量是背景值的1.028～2.267倍，其余樣點與背景值持平甚至更低。與貴州其他地區沉積物中汞含量相比(見表3)，萬峰湖沉積物中的汞含量低于紅楓湖、麥西河、草海、阿哈水庫、百花湖，表明萬峰湖沉積物中汞含量處于較低水平。

2.2 萬峰湖水和沉積物中汞的分布特征

萬峰湖水和沉積物中汞的空間分布見圖2，從上游三江口到中游再到下游紅村碼頭，水和沉積物中汞含量均呈現波狀起伏分布，分布趨勢較一致，整體上均具有高-低-高的特征，原因可能是湖泊周邊農業或居民分布不同導致汞污染不同。水和沉積物中汞含量最高點分別是1(三江口)和2(馬蚌)，是因為三江口和馬蚌位于主航道上游，是支流的匯合點，污染物匯集此處，致使水和沉積物中汞含量高于其他點。

圖2 萬峰湖水和沉積物中汞的空間分布

2.3 汞的風險評價

2.3.1 水體中汞的風險評價

利用單因子指數法評價水體中汞的污染狀況，采用Ⅲ類水質標準(Hg≤0.10 μg/L)作為評價標準[23-24]，評價結果見表4。

盡管研究區大部分樣點水中汞含量都有檢出，但是各個樣點的評價污染系數Pi均未大于1，評價結果均顯示該地區水中無汞污染，程度為清潔。

表4 萬峰湖水和沉積物中汞的風險評價

注：ND為未檢出。

2.3.2 沉積物中汞的風險評價

利用地累積指數法和潛在生態危害指數法評價萬峰湖沉積物中汞的污染程度和風險程度(見表4)，兩種方法得到的結果基本一致，小米、金鐘山、革布、歪染、壩索灣5個樣點沉積物中無汞污染，輕度潛在生態風險占總數的45%。而田灣河口、平街、壩達章、紅村碼頭沉積物中地累積指數法雖然顯示無汞污染，但潛在生態風險指數稍稍高于限值40，顯示達到中度生態風險。同時，三江口和馬蚌沉積物中汞污染達到輕度污染程度，潛在生態風險顯示達到重度生態危害程度。這是由于地累積指數和潛在生態風險指數引進的參數不一樣，導致結果有些偏差，并且兩種方法的評價標準不一樣，地累積指數法相較于潛在生態風險指數的評價分級稍細致，評價結果相對偏小。總體來說，11個沉積物樣品中有82%樣點無汞污染，45%樣點生態風險很低。

2.4 萬峰湖地區汞的來源分析

目前萬峰湖因生態環境保護、污染防治工作滯后，加上流域化工廠和城鎮污水的直接排放等問題，已造成湖水水質惡化[7]。而水源地汞污染可能來源于農村地區生活垃圾處置不當、含汞化肥和農藥的施用以及廢水廢渣的排放。同時，研究區屬于燃煤地區，由于煤碳中含有一定量的汞，在燃燒過程中大部分汞也會以飛灰等形式進入大氣中，然后通過干濕沉降進入水體和沉積物等環境介質中并最終富集。另外，貴州是我國汞礦的主要產地，盡管研究區萬峰湖離汞礦地較遠，但由于汞具有遷移性和富集性，在某種程度上通過環境間的相互作用也會造成一些影響。

3 結論

(1) 萬峰湖水體中汞含量在ND～0.034 μg/L之間，平均值為0.014 μg/L，符合我國地表水環境質量標準Ⅲ類標準。萬峰湖沉積物中汞含量在為0.039～0.358 mg/kg，平均值為0.169 mg/kg，其中三江口、馬蚌、田灣河口、平街、壩達章、紅村碼頭樣點沉積物中汞含量超過貴州土壤汞背景值。從三江口——紅村碼頭水和沉積物中汞含量均呈現波狀起伏分布，分布趨勢較一致，整體上均具有高-低-高的特征。

(2) 采用單因子評價法評價萬峰湖水中汞的污染狀況，結果顯示11個樣點均無汞污染。采用地累積指數法和潛在生態危害指數法評價沉積物中汞的污染狀況和風險程度，有82%樣點無汞污染，45%樣點生態風險很低。

(3) 萬峰湖水和沉積物中汞污染有可能來源于人類活動中含汞農藥和化肥的施用、廢水廢渣的排放以及大氣汞的干濕沉降等。當地環保部門應積極做好環境保護工作，將生態風險降至最低，以確保周圍居民擁有更加良好的生活環境。

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Pollution status and risk assessment of mercury in water and sediments of Wanfeng Lake

Yang Yang1, Huang Wanyu2, Cheng Xing1

(1.Deparment of Geographic and Environmental Science, Guizhou Normal University, Guiyang 550001; 2.Guizhou Institute of Environmental Science and Designing, Guiyang 550081, China)

pollution status and spatial distribution of mercury in the water and sediment at the Wanfeng Lake were analyzed in this paper. The single-factor index method was adopted to evaluate the mercury pollution degree in water, and the geo-accumulation index and the potential ecological risk index were applied to assess the pollution degree and the ecological risk of mercury in sediments. The results showed that, in 11 sampling spots, mercury in water ranged from ND-0.034μg·L-1and the average content was 0.014 μg·L-1which conformed to the national surface water quality Ⅲ class standard. Mercury in sediments ranged from 0.039-0.358 mg·kg-1and the average content was 0.169 mg·kg-1. Along the sampling route, from Sanjiankou to Hongcun Dock, mercury content in water had the same distribution trend with that of in sediment. The single-factor index method showed that the level of mercury in water of Wanfeng Lake was very low, and the geo-accumulation index and the potential ecological risk index showed that in sediments, mercury pollution was not found in 82% of surveyed sediments, and ecological risk in 45% was in a low level.

Wanfeng Lake; water; sediment; mercury; risk assessment

* 貴州省科學技術基金項目(黔科合J字[2013]2165號)；貴州省環境科學研究設計院院長基金：萬峰湖沉積物中有機氯農藥殘留分布調查及風險評價

2014-09-04；2014-10-28修回

楊洋，女，1990年生，碩士研究生，研究方向：喀斯特環境。E-maill:dyang79@163.com

黃婉玉，女，碩士，研究方向：環境監測與水污染控制。E-mail：liang0002@163.com

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