長沙縣典型稻區灌溉溝渠水體重金屬污染狀況及風險特征

中圖分類號：X824 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2025）03-0047-05

引用格式：，.長沙縣典型稻區灌溉溝渠水體重金屬污染狀況及風險特征[J].湖南農業科學，2025（3）：47-51.DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2025.003.009

TheHeavy Metal Pollution Status and Risk Characteristics of Water Bodies of Irrigation Ditches in Typical Rice Areas of Changsha County

ZHOU Jie1， ZHOU Jing-ming2

（1.HunanEastongtingLkeNtioalatureReserveAdministratio，Yueyang44o，C;2.YueyangAademyofAlual Sciences，Yueyang 41400o，PRC）

Abstract：TakingwaterbodiesofirigationditchesintypicalriceareasofChangsha CountyinHunan Provinceastheresearch object，haracteristicsofavmetalotentinaterodiesofiigationdihesuringnoalaterprod，lowaterodnd highwaterperderemooedndissssmntasaedut，ostrovidebsisforioallandgawater and water body environment risk management.The results showed that the contents of Cd，Pb，As， H g and in the water bodies of irrigationditchesof8townsinChangsha Countydidnotexcedthelimit valueofthefarmlandigation waterqualitystandard（GB 5084—2021），and all showed thecharacteristicsofhighwaterperiod gt; normal water period ≈ lowwater period.The single factor polutionindex andomprehensivepoutionidexof5kindsofeavymetalsinwaterbodiesof irgationditches inthesudyarea duringnormal waterperiod，lowwaterperiodandhighwaterperiodshowedthatheywereclean，andthepollutionrisksofAsand Cd wereelativelyhigh.Hence，elevantsuggestionswereputforward：thedisturbancetothesedimentofigationditcesshouldbe minimizedinagriculturalproductionirigation，andthefoodafterheavyrainshouldbe preventedfromenteringfarmlandasmuchas possible， so as to reduce the risk of heavy metal pollution in irrigation water.

Key words：irrigation water;heavy metal; pollution risk; rice; Changsha County

重金屬作為一種持久性污染物，具有難降解、易積累、毒性大等特性，主要通過灌溉水、大氣干濕沉降、農業投入等途徑進入農田。大量研究表明，大氣十濕沉降是我國南方稻區重金屬污染輸入的最主要途徑，而礦渣和廢水排放則是局地區域農田重金屬污染的主要原因[1-2]。南方地區雨水較多，大氣沉降、廢渣和廢水排放等途徑產生的重金屬容易通過徑流匯入河流和湖泊，并以沉積物的形式存在于底泥中[3-4]，而南方水系中的重金屬具有穩定性差、季節性強、時空差異大、遷移能力強的特征，尤其是在洪水等的作用下底泥所含的重金屬會再次進入水體，成為區域持續性的潛在污染源[5-7]。

湖南是著名的“有色金屬之鄉”和“非金屬礦之鄉”，采選冶煉業十分發達，但歷史上因技術不足或管理粗放等方面的問題，采選冶煉過程中產生的“三廢”排放不達標，導致周邊生態環境受到嚴重的重金屬污染[8]。湘江流域總面積達10.8萬 ，占湖南總面積的 5 1 . 0 4 % ，區域內生態資源豐富，但近年來隨著城鎮化進程的加快以及礦產資源的高強度開采利用，區域內耕地土壤重金屬污染日趨嚴重[9]。湖南一直致力于湘江流域的重金屬污染治理，尤其是將湘江保護與治理列為省“一號重點工程”后，湘江流域重金屬污染治理取得突破性進展，湘江干支流水質大幅度提升[10]。雖然工礦企業等污染源得到了有力控制，但其歷史上排入周邊環境的重金屬通過水力搬運沉積在下游河道、溝渠中，并在水體的自凈作用下大部分沉積在底泥中，極大地增加了區域灌溉水體的重金屬污染風險[1-13]。楊帆等[4] 對湖南主要水系底泥重金屬含量的調研結果表明，湘江和洞庭湖的底泥重金屬污染水平明顯高于資江、沅江和澧水，地累積指數法評價結果顯示湖南主要水系底泥中鎘（Cd）為重污染水平，內梅羅指數法評價結果顯示湖南主要水系底泥中Cd、鉛（Pb）砷（As）均為重污染級別。自然條件下長株潭地區稻區水體中的重金屬含量一般較低，水環境中除As和Pb含量比較接近GB5749—2022生活飲用水衛生標準的限量值外，Cd、六價鉻（ ）、汞（ H g ）含量皆遠低于生活飲用水衛生標準的限量值[15-17]，且5種重金屬元素的含量皆遠低于GB5084—2021農田灌溉水質標準[18]。

長沙縣位于湘江下游東岸，水系發達，豐水期多出現在每年的5一8月，枯水期一般出現在11月至次年2月。縣域內礦產資源豐富，已被開采利用的主要是硅石、石英砂、建筑石料等非金屬礦種[19-20]，而其他大多數礦種因產地規模小而尚未被充分開發利用。而2013年湖南省農業委員會組織的稻米質量取樣調查顯示，長沙縣2599個稻米樣品中主要超標重金屬元素是Cd，且Cd超標稻米占比高達 。因此，該研究分析長沙縣平水期、枯水期和豐水期典型稻區灌溉溝渠的水體重金屬污染狀況及風險特征，以期為區域農田灌溉用水及水體環境風險管理提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點、取樣及檢測方法

該研究選擇長沙縣北山鎮、安沙鎮、果園鎮、高橋鎮、開慧鎮、福臨鎮、金井鎮、青山鋪鎮8個鎮的典型稻區灌溉溝渠進行灌溉水定位取樣，1個鎮設1個取樣點位。該研究分別于2023年5月18日（平水期）7月22日（豐水期）和11月16日（枯水期）對灌溉溝渠的灌溉水進行取樣，其中，平水期和枯水期取樣在晴好天氣進行，豐水期取樣在暴雨后第2天進行。每個點位每次取灌溉水樣品3個（每個取樣間隔時間為1h），該研究共取灌溉水樣品72個，對所有樣品進行水體Cd、 P b 、As、 H g ！ 含量測定。

參照NY/T396—2000農用水源環境質量監測技術規范，該研究用1L的寬口聚乙烯塑料瓶采集灌溉溝渠中心位置的灌溉水，每個樣品采集2份。1份樣品用硝酸調節至 p Hlt; 2 ，用于測定Cd、Pb、As、 H g 含量；另1份樣品用氫氧化鈉調節至pH為7＼～8，用于測定 含量。根據GB5084—2021農田灌溉水質標準要求，該研究采用HJ700—2014水質65種元素的測定電感耦合等離子體質譜法方法測定Cd、 、As含量，采用HJ597—2011水質總汞的測定冷原子吸收分光光度法方法測定 H g 含量，采用HJ908—2017水質六價鉻的測定流動注射-二苯碳酰二肼光度法 方法測定 含量。

1.2 污染風險評價及數據統計分析方法

該研究采用單因子污染指數法和綜合污染指數法（內梅羅污染指數法）對項目區域灌溉溝渠水體的重金屬污染風險進行評價。一是單因子污染指數法，具體如公式（1）所示[22]。

式（1）中： 為被測灌溉水中重金屬污染物 i 的單因子污染指數； 為第 i 種重金屬污染物的濃度（即測定值）； 為第 i 種重金屬污染物的限量值，參考GB5084—2021農田灌溉水質標準，農田灌溉水中Cd、P b 、As、 H g 、 含量限制值分別為 0 . 0 1 ， 0 . 2 ， 0 . 0 5 0.001、 0 . 1 m g / L 0 的判定方法為， 表示清潔水平， 表示尚清潔水平， 表示超標水平。

二是綜合污染指數法，具體如公式（2）所示[22]。

式（2）中： 為綜合污染指數， 為所評價污染物單因子污染指數的最大值， 為所評價污染物單因子污染指數的平均值。 的判定方法為， 表示清潔水平， 表示尚清潔水平， 表示超標水平。

此外，該研究采用SPSS17.0及MicrosoftOfficeExcel2003進行數據的統計分析。

2 結果與分析

2.1 灌溉溝渠水體重金屬含量分析

如圖1所示，長沙縣8個鎮的灌溉溝渠水體重金屬含量監測結果表明，所有監測點位的灌溉水Cd、Pb、As、Hg、 含量皆未超過農田灌溉水質標準。整體上而言，8個監測點位平水期和枯水期的灌溉水Cd、Pb、As、 H g 、 含量無明顯差異，但皆遠低于豐水期。其中，高橋鎮、北山鎮、福臨鎮、金井鎮、青山鋪鎮5個點位豐水期的灌溉水 含量顯著高于其他點位，安沙鎮、果園鎮、福臨鎮3個點位豐水期的灌溉水As含量顯著高于其他點位。平水期8個點位灌溉水Cd、Pb、As、 H g 、 平均含量分別為0.19、2.63、1.64、0.01、 0 . 5 6 μ g / L ，分別僅為農田灌溉水質標準的 2 / 1 0 0 、1/100、3/100、1/100、1/100；枯水期8個點位灌溉水Cd、Pb、As、H g 、 平均含量分別為0.15、2.25、1.62、0.01、0 . 5 8 μ g / L ，分別僅為農田灌溉水質標準的2/100、1/100、3/100、1/100、1/100；豐水期8個點位灌溉水Cd、Pb、As、 H g 、 平均含量分別為0.56、4.34、9.87、0.05、 2 . 2 7 μ g / L ，分別僅為農田灌溉水質標準的6/100、2/100、20/100、5/100、2/100。豐水期8個點位灌溉水Cd、 P b 、As、 H g 、 平均含量分別是平水期的2.95、1.65、6.02、5.00、4.05倍，分別是枯水期的3.73、1.93、6.09、5.00、3.91倍。

2.2 灌溉溝渠水體重金屬污染風險評價

該研究計算出的平水期、枯水期、豐水期8個點位灌溉水Cd、Pb、As、Hg、 單因子污染指數和綜合污染指數結果皆表明其為清潔水平，說明研究區域灌溉水體在平水期、枯水期、豐水期皆處于安全水平。如表1所示，平水期、枯水期、豐水期8個點位灌溉水5種重金屬中As和Cd的平均單因子污染指數和平均綜合污染指數較高，表明研究區域灌溉溝渠水體重金屬中As和Cd污染風險較高。結合圖2可知，福臨鎮、果園鎮和安沙鎮3個點位豐水期灌溉溝渠水體As的單因子污染指數較高，分別為0.34、0.32和0.22，其余情況下灌溉水體重金屬元素的單因子污染指數在地點間無明顯差異。此外，豐水期8個點位灌溉水中As的平均單因子污染指數為0.20，高于平水期和枯水期，也高于其他元素（表1）。可見，研究區域的灌溉溝渠水體環境整體上處于安全水平，但要防范豐水期水體重金屬尤其是As的污染風險。

3 結論、建議與討論

3.1 結論與建議

其一，長沙縣8個鎮的灌溉溝渠水體Cd、Pb、As 含量皆未超過農田灌溉水質標準限量值，且皆表現為豐水期 gt; 平水期 ≈ 枯水期。其二，平水期、枯水期、豐水期8個點位灌溉水Cd、Pb、As、H g ！ 的單因子污染指數和綜合污染指數結果皆表明其為清潔水平，As和Cd的平均單因子污染指數和平均綜合污染指數較高，故研究區域的灌溉溝渠水體環境整體上處于安全水平，但要防范豐水期水體重金屬尤其是As的污染風險。可見，As是造成當前長沙縣灌溉溝渠水體污染潛在風險的主要元素，而水體底泥擾動會增加灌溉水重金屬污染風險。因此，長沙縣一方面要在農業生產灌溉中盡量減少對灌溉溝渠底泥的擾動；另一方面要盡量防止暴雨季節的洪水進入農田，降低污染風險。

3.2 討論

受降雨時空分布不均等因素的影響，不同時段、不同地點的水環境中重金屬含量存在差異。該研究結果表明長沙縣8個點位灌溉水體中5種重金屬含量值的情況為豐水期 gt; 平水期 ≈ 枯水期，這與部分研究的結論不同。如魯滔等[23]通過監測發現長江岳陽段水環境毒性物質總健康風險表現為平水期 gt; 豐水期 gt; 枯水期；一些研究監測到洞庭湖水環境毒性物質總健康風險表現為豐水期 gt; 枯水期 gt; 平水期[24-25]；蔣東益[2調研湘江水體重金屬含量的結果表明，各污染指標濃度值的情況為枯水期 gt; 豐水期。此外，該研究中的豐水期取樣在暴雨后第2天進行，取樣時間處于灌溉溝渠底泥擾動較大的時期，而平水期和枯水期取樣在晴好天氣進行，該時期底泥擾動較小、水質清澈，這也是導致豐水期灌溉水體重金屬含量較高的主要原因之一。大量研究表明，灌溉溝渠底泥中的重金屬受氣象、水分、理化性質等的影響[14]，在溶解態、懸浮態、沉積態之間不斷轉化，導致灌溉溝渠底泥中的重金屬污染風險不穩定、監測結果波動較大[27]。

該研究的結果表明，平水期、枯水期、豐水期長沙縣8個鎮的灌溉水Cd、Pb、As、 H g 、 含量皆遠低于農田灌溉水質標準限量值，As和Cd的平均單因子污染指數和平均綜合污染指數較高，這與部分研究的結論一致。如調研長株潭地區灌溉水質情況的結果表明，此區域灌溉水體重金屬含量較低，水質皆處于清潔水平[28]；蔣東益[2]調研湘江流域水體環境質量后也得到相同結論，還發現永州段、衡陽段、長株潭段在豐水期和枯水期的各元素健康風險水平皆表現為 A sgt; C dgt; 其他元素；一些研究對湘江干流、湘江湘潭段及株洲段的水環境進行評價，結果也皆表明As為主要風險污染物[29-31]。

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（責任編輯：袁萍萍）