湘江衡陽段河流沉積物中重金屬污染特征及評價

邱國良　陳泓霖

(衡陽市環(huán)境監(jiān)測站，湖南 衡陽　421001)

湘江衡陽段河流沉積物中重金屬污染特征及評價

邱國良陳泓霖

(衡陽市環(huán)境監(jiān)測站，湖南 衡陽421001)

【摘要】2011-2015年連續(xù)5年采集了湘江衡陽段河流沉積物，測定了沉積物中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)法對沉積物中9種重金屬的污染狀況及生態(tài)風險進行了評價。結果表明：以地累積指數(shù)法評價時污染程度表現(xiàn)為鎘>鋅>鉛>銅>汞>錳>砷>釩>總鉻，其中鎘為極強污染，鋅、鉛為強污染，銅、汞為中度污染到強污染； 以潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價時生態(tài)危害表現(xiàn)為鎘>汞>鉛>砷>銅>鋅>錳>釩>總鉻，其中鎘為極強生態(tài)危害程度，湘江衡陽段及各個斷面沉積物中重金屬總潛在生態(tài)危害均表現(xiàn)為很強生態(tài)危害程度，各個斷面的生態(tài)危害程度表現(xiàn)為松柏>黃茶嶺>歸陽鎮(zhèn)>熬洲；兩種評價方法均表明2013-2015年污染較2011-2012年有所減輕。

【關鍵詞】湘江衡陽段；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、衡陽市、株洲市、湘潭市、長沙市，至岳陽市的湘陰縣注入長江水系的洞庭湖。隨著湘江流域工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，湘江已成為我國重金屬污染最嚴重的河流之一。湖南省自2012年開始實施湘江流域重金屬污染治理，近幾年來河流水體中重金屬濃度呈下降趨勢，為了查明湘江河流沉積物重金屬污染變化情況，運用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對2011-2015年湘江衡陽段沉積物中重金屬污染狀況進行了分析。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域及監(jiān)測概況

衡陽市位于湘江中游，湘江自祁東縣歸陽鎮(zhèn)清塘入境，從衡東縣和平村出境進入株洲市，衡陽境內(nèi)長226千米。衡陽是著名的有色金屬之鄉(xiāng)，境內(nèi)水口山地區(qū)有色金屬開采與冶煉已有百余年歷史，是我國重要的有色金屬冶煉基地之一。含重金屬廢水進入湘江水體，再經(jīng)過吸附、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段沉積物中沉積了大量的重金屬。

在湘江衡陽段布設了歸陽鎮(zhèn)、松柏、黃茶嶺、熬洲共4個監(jiān)測斷面，歸陽鎮(zhèn)為湘江衡陽段入境斷面，松柏位于湘江衡陽段中上游、水口山地區(qū)下游，黃茶嶺位于湘江衡陽段中下游(市城區(qū)河段)，熬洲為湘江衡陽段出境斷面。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、右兩個測點采樣。沉積物樣品經(jīng)自然風干后，用四分法研磨、過篩，再保存待分析。樣品分析按相關技術規(guī)范執(zhí)行，采用原子吸收、原子熒光、ICP等儀器分析，采取了相應的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制措施。

1.2評價方法

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，不僅考慮了自然地質(zhì)過程造成的背景值的影響，而且也充分注意了人為活動對重金屬污染的影響。其計算公式如下：

式中：Ci為沉積物重金屬元素i的實測含量(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)來源于《環(huán)境背景值數(shù)據(jù)手冊》(環(huán)境科學出版社，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個級別，Igeo≤0，污染級別為0級，表示無污染；05，污染級別為6級，表示極強污染。

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價沉積物中重金屬生態(tài)危害的方法，該方法從沉積學角度對沉積物中重金屬污染進行評價，并利用沉積物中重金屬相對于工業(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、環(huán)境效應與生物毒性系數(shù)聯(lián)系起來，得到潛在生態(tài)危害指數(shù)。其計算公式是：

表1　沉積物重金屬生態(tài)危害程度劃分標準

2結果與分析

2.1沉積物中重金屬含量水平

湘江衡陽段2011-2015年沉積物中重金屬監(jiān)測結果五年的平均值見表2。由表2可以看出：湘江衡陽段(4個斷面平均值)沉積物中9種重金屬含量均超過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)在松柏斷面，松柏斷面沉積物中鎘、鋅、鉛、銅含量均為其余斷面的3倍以上，松柏斷面沉積物受到明顯的重金屬污染，與松柏斷面位于水口山地區(qū)下游相關；松柏斷面沉積物中的鎘、鉛、砷、鋅均高于《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618-1995)三級標準限值。如果以入境斷面歸陽鎮(zhèn)作為對照斷面，除總鉻、釩、錳外，其余6種重金屬在衡陽境內(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，與衡陽地區(qū)工業(yè)源排放情況相一致。

表2　2011-2015年湘江衡陽段河流沉積物監(jiān)測結果平均值(mg/kg)

2.2地累積指數(shù)法評價

采用地累積指數(shù)法評價湘江衡陽段河流沉積物中重金屬污染狀況見表3。由表3可以看出：湘江衡陽段河流沉積物中9種重金屬均受到不同程度的污染，其中總鉻、釩為無污染到中度污染，砷、錳為中度污染，汞、銅為中度污染到強污染，鉛、鋅為強污染，鎘為極強污染；9種重金屬污染程度表現(xiàn)為鎘>鋅>鉛>銅>汞>錳>砷>釩>總鉻，鎘每年度均為強污染或極強污染，說明湘江衡陽段河流沉積物以鎘污染最為嚴重，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)則波動變化，處于中度污染的砷和錳各年度呈不規(guī)則變動、且波動變化不大，鎘、鉛、鋅波動變化稍大；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、但仍為強污染。雖然河流沉積物中重金屬的富集與釋放比較復雜，但河流沉積物中重金屬污染變化減輕與近年來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)法評價

(1)采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價湘江衡陽段河流沉積物中重金屬污染狀況見表4。由表4從單個重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)可以看出：湘江衡陽段河流沉積物中的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，汞為很強生態(tài)危害程度，鎘為極強生態(tài)危害程度，基本上與地累積指數(shù)法評價結果一致(錳、鋅與地累積指數(shù)法評價不一致，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；其中鎘在各個斷面均為極強生態(tài)危害程度；從4個斷面及湘江衡陽段總體來看，湘江衡陽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。從各斷面單個重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)來看：入境斷面歸陽鎮(zhèn)、黃茶嶺、熬洲3個斷面均是除鎘(極強)、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；松柏斷面的鎘和汞為極強生態(tài)危害、鉛為很強生態(tài)危害、銅和鋅為強生態(tài)危害，說明松柏斷面有多種重金屬為嚴重污染。 由表4從總潛在生態(tài)危害指數(shù)可以看出：湘江衡陽段及各個斷面沉積物中重金屬均呈現(xiàn)出很強生態(tài)危害程度，各個斷面的生態(tài)危害程度表現(xiàn)為松柏>黃茶嶺>歸陽鎮(zhèn)>熬洲，松柏斷面生態(tài)危害程度遠高于其余斷面。

表3　湘江衡陽段河流沉積物中重金屬地累積指數(shù)法評價結果

表4　湘江衡陽段河流沉積物中重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價結果

(2)湘江衡陽段河流沉積物中重金屬總潛在生態(tài)危害指數(shù)年際變化情況見表5。由表5可以看出：各個斷面及湘江衡陽段除2013年的歸陽鎮(zhèn)為強生態(tài)危害程度外，其余各年度均為很強生態(tài)危害程度(Ri均大于600)，松柏斷面對湘江衡陽段生態(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)則波動變化，歸陽鎮(zhèn)、松柏斷面及湘江衡陽段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、其余年份波動變化不大，熬州斷面各年度波動變化較小。

2.4重點污染斷面(松柏)污染變化

松柏斷面河流沉積物中主要重金屬污染變化情況見表6。從Igeo及Eir來看，松柏斷面沉積物中鉛、鎘污染在2011-2014年呈下降趨勢、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、2014-2015年有所上升，2013-2014年污染相對較低；銅、鋅污染波動變化，在2013-2015年污染較2011-2012年有所下降；錳污染波動變化，2013-2014年污染相對較低。整體上看，松柏斷面河流沉積物中主要重金屬在2013-2015年污染較2011-2012年有所下降；與湘江衡陽段整體變化情況一致。

表5　湘江衡陽段河流沉積物中重金屬總潛

表6　松柏斷面河流沉積物中主要重金屬污染變化情況

3結論

(1)由監(jiān)測結果統(tǒng)計看出：與背景值相比時，湘江衡陽段沉積物以鎘、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斷面最為嚴重。

(2)以地累積指數(shù)法評價，結果表明湘江衡陽段河流沉積物中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，其中鎘為極強污染(鎘每年度均為強污染或極強污染，以鎘污染最為嚴重)，鋅、鉛為強污染，銅、汞為中度污染到強污染，錳、砷為中度污染，釩、總鉻為無污染到中度污染。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、但仍為強污染。

(3)以潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價，湘江衡陽段河流沉積物中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，其中鎘在各個斷面均為極強生態(tài)危害程度，汞為很強生態(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)來看：湘江衡陽段及各個斷面河流沉積物中重金屬均呈現(xiàn)出很強生態(tài)危害程度，各個斷面生態(tài)危害程度表現(xiàn)為松柏>黃茶嶺>歸陽鎮(zhèn)>熬洲，松柏斷面生態(tài)危害程度遠高于其余斷面。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)則波動變化，歸陽鎮(zhèn)、松柏斷面及湘江衡陽段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變化不大。

(4)從Igeo及Eir來看，重點污染斷面松柏沉積物中鉛、鎘污染在2011-2014年呈下降趨勢，砷、汞污染在2011-2013年呈下降趨勢，銅、鋅、錳污染呈不規(guī)則波動變化。整體上看，松柏斷面河流沉積物中主要重金屬在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、生物作用富集到沉積物中，其污染是長期累積的，重金屬具有富集性且難以降解，湘江衡陽段河流沉積物中重金屬呈現(xiàn)出很強生態(tài)危害程度。重金屬主要來源于工業(yè)污染源，湘江流域重金屬污染治理需要持續(xù)推進。

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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

作者簡介：邱國良，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測方面的工作

中圖分類號：X522

文獻標識碼：A

文章編號：1673-288X(2016)03-0207-04

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