萬峰湖水體和沉積物中汞的污染現(xiàn)狀及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)*

楊 洋 黃婉玉 程 星

(1.貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 貴陽 550001； 2.貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院， 貴陽 550081)

萬峰湖水體和沉積物中汞的污染現(xiàn)狀及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)*

楊 洋1黃婉玉2程 星1

(1.貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 貴陽 550001； 2.貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院， 貴陽 550081)

分析了萬峰湖水體和沉積物中汞的污染現(xiàn)狀以及汞含量分布狀況，分別采用單因子污染指數(shù)法表征了水體中汞污染程度，地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)了沉積物中汞污染程度和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明，11個(gè)采樣點(diǎn)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(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；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(xiàn)波狀起伏分布，分布趨勢(shì)較一致。單因子評(píng)價(jià)法顯示研究區(qū)水體中無汞污染，地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法顯示所測(cè)樣點(diǎn)沉積物中有82%無汞污染，45%生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)很低。

萬峰湖；水；沉積物；汞；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

汞是唯一在常溫下呈液態(tài)并易流動(dòng)的重金屬，具有持久性、生物富集性和劇毒性，是全球性環(huán)境污染物之一[1-2]。水體中的汞易與有機(jī)高分子生成配合物或螯合物，吸附在黏土礦物等表面，進(jìn)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(dǎo)致河水中較高的汞含量維持較長(zhǎng)時(shí)間[3-5]。因此，研究水及沉積物中重金屬汞的污染分布，對(duì)了解汞對(duì)水環(huán)境的影響具有重要意義。汞及其有機(jī)化合物能通過食物鏈進(jìn)入體內(nèi)，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(qū)域正常生活，降低人群健康風(fēng)險(xiǎn)的內(nèi)在要求。萬峰湖集供水、發(fā)電、灌溉、養(yǎng)殖、防洪、旅游及調(diào)節(jié)自然生態(tài)等功能于一庫[6]，當(dāng)前的研究主要集中在浮游植物和水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化方面[7-9]，對(duì)于環(huán)境中汞污染狀況鮮有報(bào)道。本研究對(duì)萬峰湖水體和沉積物中汞的污染及分布狀況進(jìn)行測(cè)定分析，并采用單因子指數(shù)法、地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行環(huán)境和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，為該地區(qū)水資源的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

萬峰湖位于貴州省黔西南州興義市和安龍縣境內(nèi)，地理位置東經(jīng)104°31'-105°01'，北緯24°37'-25°23'，是黔、滇、桂三省區(qū)交界處，由國家重點(diǎn)工程天生橋一級(jí)電站大壩將南盤江攔截而形成的水庫，屬珠江流域上游區(qū)，擔(dān)負(fù)著珠江流域沿江城市生活飲用和工農(nóng)業(yè)用水的供水[8-9]。萬峰湖湖面面積達(dá)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(zhǎng)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(tài)環(huán)境保護(hù)、污染防治工作滯后，以及流域化工廠和城鎮(zhèn)污水的直接排放、大量網(wǎng)箱養(yǎng)魚、庫區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染，使得湖水水質(zhì)惡化日趨嚴(yán)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(shè)置11個(gè)采樣點(diǎn)(見圖1)。使用聚乙烯桶采集表層水樣，同時(shí)采集表層沉積物于聚乙烯袋內(nèi)封口保存。沉積物樣品帶回后置于陰涼處自然風(fēng)干，剔除樣品中的動(dòng)植物殘?bào)w、石子等雜質(zhì)，經(jīng)四分法縮分，研磨后過100目篩，保存?zhèn)溆谩?/p>

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(dá)章;8.革布;9.歪染;10.壩索灣;11.紅村碼頭.圖1 萬峰湖采樣點(diǎn)分布

1.3 樣品處理與分析測(cè)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(shí)進(jìn)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(cè)定。

采用AF-640型原子熒光光譜儀測(cè)定樣品中的汞含量。所用化學(xué)試劑為優(yōu)級(jí)純或分析純，水為超純水。采用完全相同的分析程序測(cè)定水樣標(biāo)準(zhǔn)溶液和土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)ESS-3(GSBZ50013-88)中的汞含量，以保證分析數(shù)據(jù)的質(zhì)量。同時(shí)測(cè)定實(shí)驗(yàn)空白，并按10%的比例隨機(jī)測(cè)定樣品平行樣，平行樣分析結(jié)果相對(duì)偏差均低于10%。

1.4 評(píng)價(jià)方法

1.4.1 水體中汞污染評(píng)價(jià)

本研究采用單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)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(jì)算公式如下：

Pi=Ci/Si

式中：Pi為汞的污染指數(shù)；Ci為水中汞的實(shí)測(cè)值；Si為汞的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)?？偣u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：F>1輕污染，F(xiàn)≥10中度污染，F(xiàn)≥100重度污染[10]。

1.4.2 沉積物中汞的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用地累積指數(shù)法[11]和潛在生態(tài)危害指數(shù)法[12]評(píng)價(jià)萬峰湖沉積物中的汞污染情況。

(1) 地累積指數(shù)法

德國學(xué)者M(jìn)uller在1969年提出的地質(zhì)累積指數(shù)法(Geo-accumulation Index)，被廣泛用于沉積物的污染評(píng)價(jià)。計(jì)算方法為：

式中，Igeo為汞的地累積指數(shù)；Ci為沉積物中汞的實(shí)測(cè)值；Bi為沉積物中汞的地球化學(xué)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(yùn)動(dòng)可能引起的背景值變動(dòng)而取的系數(shù)，一般取1.5[11]。

(2) 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

目前，國內(nèi)外學(xué)者常采用瑞典地球化學(xué)家Hakanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法(The Potential Ecological Risk Index)評(píng)價(jià)土壤或沉積物中重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。其計(jì)算方法為：

Er=Tr·Ci/C0

式中，Er為汞的潛在生態(tài)危害系數(shù)；Ci為沉積物中汞的測(cè)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(shù)(Tr=40)[12]。地累積指數(shù)法與潛在生態(tài)危害指數(shù)法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)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(diǎn)水和沉積物中汞質(zhì)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(guī)定水質(zhì)類別為Ⅲ類水體[9]，因此采用GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[14]Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(Hg≤0.10 μg/L)進(jìn)行評(píng)價(jià)，11個(gè)采樣點(diǎn)汞含量均未超過國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)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(qū)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(qū)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(diǎn)沉積物中汞含量(表2)可知，質(zhì)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(dá)章、紅村碼頭6個(gè)樣點(diǎn)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(diǎn)與背景值持平甚至更低。與貴州其他地區(qū)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(xiàn)波狀起伏分布，分布趨勢(shì)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(nóng)業(yè)或居民分布不同導(dǎo)致汞污染不同。水和沉積物中汞含量最高點(diǎn)分別是1(三江口)和2(馬蚌)，是因?yàn)槿诤婉R蚌位于主航道上游，是支流的匯合點(diǎn)，污染物匯集此處，致使水和沉積物中汞含量高于其他點(diǎn)。

圖2 萬峰湖水和沉積物中汞的空間分布

2.3 汞的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.3.1 水體中汞的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

利用單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)水體中汞的污染狀況，采用Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(Hg≤0.10 μg/L)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[23-24]，評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。

盡管研究區(qū)大部分樣點(diǎn)水中汞含量都有檢出，但是各個(gè)樣點(diǎn)的評(píng)價(jià)污染系數(shù)Pi均未大于1，評(píng)價(jià)結(jié)果均顯示該地區(qū)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

注：ND為未檢出。

2.3.2 沉積物中汞的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

利用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)萬峰湖沉積物中汞的污染程度和風(fēng)險(xiǎn)程度(見表4)，兩種方法得到的結(jié)果基本一致，小米、金鐘山、革布、歪染、壩索灣5個(gè)樣點(diǎn)沉積物中無汞污染，輕度潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)占總數(shù)的45%。而田灣河口、平街、壩達(dá)章、紅村碼頭沉積物中地累積指數(shù)法雖然顯示無汞污染，但潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)稍稍高于限值40，顯示達(dá)到中度生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，三江口和馬蚌沉積物中汞污染達(dá)到輕度污染程度，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)顯示達(dá)到重度生態(tài)危害程度。這是由于地累積指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)引進(jìn)的參數(shù)不一樣，導(dǎo)致結(jié)果有些偏差，并且兩種方法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不一樣，地累積指數(shù)法相較于潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的評(píng)價(jià)分級(jí)稍細(xì)致，評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)偏小。總體來說，11個(gè)沉積物樣品中有82%樣點(diǎn)無汞污染，45%樣點(diǎn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)很低。

2.4 萬峰湖地區(qū)汞的來源分析

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

3 結(jié)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(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。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(dá)章、紅村碼頭樣點(diǎn)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(xiàn)波狀起伏分布，分布趨勢(shì)較一致，整體上均具有高-低-高的特征。

(2) 采用單因子評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)萬峰湖水中汞的污染狀況，結(jié)果顯示11個(gè)樣點(diǎn)均無汞污染。采用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)沉積物中汞的污染狀況和風(fēng)險(xiǎn)程度，有82%樣點(diǎn)無汞污染，45%樣點(diǎn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)中含汞農(nóng)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(dāng)?shù)丨h(huán)保部門應(yīng)積極做好環(huán)境保護(hù)工作，將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降至最低，以確保周圍居民擁有更加良好的生活環(huán)境。

[1] 曲蛟,袁星,叢俏,等.鉬礦區(qū)選礦場(chǎng)周邊農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀分析與評(píng)價(jià)[J].生態(tài)環(huán)境, 2008, 17(2):677-681.

[2] Zhang L, Wong M H. Environmental mercury contamination in China: sources and impacts [J]. Environmental International, 2007 (33):108-121.

[3] 鄭志俠,潘成榮,丁凡.巢湖表層沉積物中重金屬的分布及污染評(píng)價(jià)[J]．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 30(1):161-165.

[4] 孫曉靜,王起超,邵志國.第二松花江中下游沉積物汞的時(shí)空變化規(guī)律[J].環(huán)境科學(xué),2007, 28(5):1062-1066.

[5] 李宏偉, 閻百興, 徐治國, 等.松花江水中總汞的時(shí)空分布研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 26(5):840-845.

[6] 孫嘉龍,董澤琴,瞿麗雅,等.貴州萬峰湖浮游植物的調(diào)查及其指數(shù)評(píng)價(jià)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 36(23): 10096-10097.

[7] 滕明德, 遲峰, 高庚申. 萬峰湖總有機(jī)碳空間分布特征[J].中國環(huán)境監(jiān)測(cè), 2014,30(2):35-39.

[8] 劉永霞, 徐勍, 孫嘉龍. 萬峰湖富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)與防治[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(5): 92-94.

[9] 瞿麗雅, 孫嘉龍, 董澤琴. 萬峰湖水質(zhì)評(píng)價(jià)及水白菜成因初探[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(3):167-168.

[10] 李強(qiáng),張瑞卿,郭飛,等.貴州重點(diǎn)地區(qū)土壤和水體中汞的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[J].生態(tài)學(xué)雜志,2013,32(8):2140-2147.

[11] Muller G. Index of geo-accumulation in sediments of the Rhine River [J]. Geojournal, 1969, 2(3):108-118.

[12] Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control a sediment logical approach [J].Water Research, 1980, 14(8):975-1001.

[13] 夏增祿. 土壤元素背景值及其研究方法[M]. 北京:氣象出版社, 1987.

[14] GB 3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[15] Feng X B, Shang L H, Tang S L, et al. Gaseous mercury exchange rate between air and water over Baihua reservoir, Guizhou, China during cold season[J].Journal de Physique Ⅳ,2003,107:451-454.

[16] Qiu G L, Feng X B, Wang S F, et al. Mercury distribution and speciation in water and fish from adandoned Hg mines in Wanshan, Guizhou province, China [J].Science of the Total Environment, 2009, 407:5162-5168.

[17] 錢曉莉, 馮新斌, 閉向陽, 等.貴州省草海表層水體和沉積物間隙水中汞的含量和形態(tài)分布初步研究[J].湖泊科學(xué), 2008, 20(5):563-570.

[18] 連國齊, 黃先飛, 胡繼偉, 等. 貴陽紅楓湖沉積物汞污染現(xiàn)狀初步研究[J].貴州師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2008, 26(2)：45-47.

[19] 范成五, 張邦喜, 秦松, 等. 貴州麥西河沉積物及土壤中重金屬分布特征及污染評(píng)價(jià)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 51(20):4485-4490.

[20] 錢曉莉, 馮新斌, 閉向陽, 等.貴州草海沉積物汞的含量和分布特征初步研究[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009, 31(1):32-36.

[21] 白薇揚(yáng), 馮新斌,何天容,等. 阿哈水庫沉積物總汞及甲基汞分布特征[J].生態(tài)學(xué)雜志,2011,30(5):976-980.

[22] 閆海魚,馮新斌,仇廣樂,等.百花湖沉積物剖面中汞的空間分布[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào),2006,z1:63-65.

[23] 王璐, 支崇遠(yuǎn), 周玉春, 等.紅水河上游金屬分布及污染評(píng)價(jià)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(8):3626-3627.

[24] 邱繼彩, 梁仁君, 孫愛德, 等.祊河下游河水中重金屬污染評(píng)價(jià)[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2013,29(20):176-180.

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(xué)技術(shù)基金項(xiàng)目(黔科合J字[2013]2165號(hào))；貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院院長(zhǎng)基金：萬峰湖沉積物中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留分布調(diào)查及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

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(huán)境。E-maill:dyang79@163.com

黃婉玉，女，碩士，研究方向：環(huán)境監(jiān)測(cè)與水污染控制。E-mail：liang0002@163.com

X

A