東洞庭湖及其入湖口水域表層沉積物中重金屬的分布特征與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

歐陽(yáng)美鳳，謝意南，李利強(qiáng)，田琪，張屹，張光貴

東洞庭湖及其入湖口水域表層沉積物中重金屬的分布特征與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

歐陽(yáng)美鳳，謝意南*，李利強(qiáng)，田琪，張屹，張光貴

湖南省洞庭湖生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，湖南 岳陽(yáng) 414000

為了解東洞庭湖及其入湖口表層沉積物中TI、Sb等重金屬的污染特征，對(duì)9個(gè)采樣斷面表層沉積物中TI、Sb、Hg、Cd、As、Pb、Cu、Ni、Co、Cr、V、M n和Zn等13種重金屬的含量、空間分布特征、來(lái)源進(jìn)行了分析，并對(duì)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，沉積物中13種重金屬的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.180～762 mg·kg-1之間，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小為Mn＞Zn＞V＞Cr＞Pb＞Cu＞Ni＞As＞Co＞Cd＞Sb＞TI＞Hg。湘江（S1）和汨羅江（S2）入湖口以及鹿角（S4）、東洞庭湖（S6）、岳陽(yáng)樓（S7）和洞庭湖出口（S9）表層沉積物中重金屬污染較嚴(yán)重，各重金屬具有相同的來(lái)源或產(chǎn)生了復(fù)合污染。第一主成分（PC1）主要源于湘江和汨羅江來(lái)水，湘江起主導(dǎo)作用；V主要源于湖區(qū)周邊污染。地累積指數(shù)評(píng)價(jià)得出：沉積物中各重金屬的污染程度順序?yàn)镃d＞Hg＞Pb＞As=Zn＞Sb＞V＞Cu＞Mn＞TI＞Co＞Ni＞Cr，整個(gè)研究區(qū)（=5.74）面臨嚴(yán)重污染。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（）表明各重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大小為Cd＞Hg＞Sb＞TI＞As＞Pb＞Cu＞ Ni＞Co＞V＞Cr＞Zn＞Mn；沉積物中13種重金屬的RI值介于217.9～1968之間，平均值為555.1，整個(gè)研究區(qū)屬“重度”生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，主要風(fēng)險(xiǎn)污染物為Cd和Hg，其次為T(mén)I和Sb。各采樣點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大小順序?yàn)镾1＞S6＞S9＞S7＞S4＞S2＞S5（扁山）＞S8（大小西湖）＞S3（新墻河）。研究表明，湘江入湖口（S1）面臨“嚴(yán)重”生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，鹿角（S4）至洞庭湖出口（S9）水域面臨“重度”生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，S1、S4、S6、S7和S9已成為了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

東洞庭湖；入湖口；沉積物；重金屬；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

引用格式：歐陽(yáng)美鳳， 謝意南， 李利強(qiáng)， 田琪， 張屹， 張光貴. 東洞庭湖及其入湖口水域表層沉積物中重金屬的分布特征與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2016， 25（7）： 1195-1201.

OUYANG Meifeng， XIE Yinan， LI Liqiang， TIAN Qi， ZHANG Yi， ZHANG Guanggui. Distribution Characteristics and Ecological Risk of Heavy M etals in Surface Sediment of East Dongting Lake and Its Lake Inlet ［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2016，25（7）： 1195-1201.

鉈（TI）和銻（Sb）是典型的劇毒高危重金屬元素，具有極強(qiáng)的蓄積性和環(huán)境持久性，均被美國(guó)EPA列為優(yōu)先控制污染物。一般而言，環(huán)境介質(zhì)中的TI和Sb的含量都比較低，世界范圍內(nèi)的TI質(zhì)量分?jǐn)?shù)約低于0.18 mg·kg-1，Sb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1 mg·kg-1，含TI、Sb礦石的開(kāi)采與冶煉是其環(huán)境污染的主要來(lái)源（孫勇等，2004；張亞平等，2011）。TI和Sb等重金屬進(jìn)入水體后，最終匯聚于表層沉積物，對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)具有嚴(yán)重的危害性，其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。

東洞庭湖作為國(guó)家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)和多個(gè)城市的飲用水源地，具有獨(dú)特的生態(tài)經(jīng)濟(jì)地位。作為受納水體，東洞庭湖不僅匯聚了西洞庭湖和南洞庭湖來(lái)水，同時(shí)接納了湘江、汨羅江和新墻河等大、中、小河流，湖水經(jīng)城陵磯港口再匯入長(zhǎng)江，是典型的洪道過(guò)水性湖泊，為洞庭湖的三大子湖之一。東洞庭湖城陵磯水文站多年年徑流量為2.803×1011m3，泥沙流量為2.214×107t（李躍龍，2013）。湖區(qū)底質(zhì)多為河湖相粘土和沙質(zhì)粘土，湖周土地利用類(lèi)型以農(nóng)用地為主，是中部地區(qū)重要的糧、棉和麻類(lèi)生產(chǎn)地。據(jù)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)（陳彭嘉等，2002），東洞庭湖有排污口41個(gè)。近年來(lái)，受入湖河流湘江和汨羅江上游金屬礦產(chǎn)的大量開(kāi)采與冶煉以及湖周造紙、水產(chǎn)養(yǎng)殖和化工企業(yè)排污的影響，大量的重金屬被攜帶入湖（董萌等，2011），導(dǎo)致東洞庭湖成為了洞庭湖水系重金屬污染最為嚴(yán)重的子湖泊之一，對(duì)湖區(qū)水環(huán)境及人類(lèi)健康造成了極大危害。相關(guān)研究表明，東洞庭湖水域表層沉積物中重金屬污染比較嚴(yán)重，呈現(xiàn)出以Cd、Hg等為主要污染物的多種重金屬?gòu)?fù)合污染特征（祝云龍等，2008a；萬(wàn)群等，20111；郭晶等，2016），其水域健康風(fēng)險(xiǎn)較高（張光貴等，2015）。截至目前，針對(duì)東洞庭湖及各入湖口表層沉積物中TI、Sb等重金屬的污染與相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究未見(jiàn)報(bào)道，尚缺少對(duì)東洞庭湖沉積物中劇毒高危重金屬進(jìn)行較全面的綜合評(píng)價(jià)。

本研究選取東洞庭湖和3個(gè)河流入湖口作為研究水域，分析了表層沉積物中TI、Sb、Hg、Cd、As、Pb、Cuu、Ni、Co、Cr、V、Mn和Zn等13種重金屬的含量水平和分布特征，對(duì)沉積物中重金屬的主要來(lái)源進(jìn)行了探討，并利用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)重金屬?gòu)?fù)合污染特征和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以期為評(píng)估湘江重金屬污染防治成效、東洞庭湖重金屬污染防控決策和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)與理論參考。

1　材料與方法

1.1樣品采集

樣品的采集安排在2015年枯水期進(jìn)行，表層水樣采集后過(guò)0.45 μm濾膜再加硝酸酸化至pH＜2保存，表層沉積物采用抓斗式采泥器采集，每個(gè)斷面采集3個(gè)平行樣混勻，裝入封口袋。在研究水域上對(duì)入湖河流設(shè)置了3個(gè)入湖口采樣斷面，分別為S1-湘江、S2-汨羅江和S3-新墻河，對(duì)湖體設(shè)置了6個(gè)采樣斷面，分別為S4-鹿角，S5-扁山、S6-東洞庭湖、S7-岳陽(yáng)樓、S8-大小西湖和S9-洞庭湖出口（圖1）。

圖1　沉積物采樣斷面示意圖Fig. 1　Geographical map of the sampling sections of sediment

1.2樣品處理與分析

表層水樣中重金屬Cd、Pb、Cu、NNi、Co、Cr、V、MMn和Zn采用ICP-OES法測(cè)定；TI采用ICP-MSS法測(cè)定；Hg、SSb和As采用原子熒光法測(cè)定。沉積物樣品經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)后過(guò)1100目尼龍篩，裝入塑料袋中密封待測(cè)。沉積物樣品經(jīng)HNO3-HCl-HClO4體系消解后，采用ICP-OES法測(cè)定重金屬Cd、Pb、Cu、Ni、Co、CCr、V、Mn和Zn；采用ICP-MS法測(cè)定TI；測(cè)定Hg、Sb和As的樣品用王水體系沸水浴消解，采用原子熒光法測(cè)定。為保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSSS-2、GSS-8、GSSS-11、GSS-225和GSS-288為質(zhì)控標(biāo)樣，每個(gè)樣品加做平行樣，同時(shí)保證平行樣分析誤差＜5%，取平均值進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

1.3評(píng)價(jià)方法

1.3.1地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法（Igeo）是德國(guó)沉積學(xué)家Mullerr于11979年提出的一種研究水環(huán)境沉積物中重金屬污染的定量指標(biāo)（Muller，1979）。該方法考慮了人為污染因素、環(huán)境地球化學(xué)背景值以及由自然成巖作用引起的背景值變動(dòng)三方面的影響，綜合反映了外源重金屬在沉積物中的富集程度，其計(jì)算公式為：

式中，Cn為元素n在沉積物中的實(shí)測(cè)含量，KK值一般取1.5，Bn為該元素的地球化學(xué)背景值。為更真實(shí)地反映洞庭湖表層沉積物中重金屬的污染現(xiàn)狀，本文采用洞庭湖水系沉積物元素背景值作為參考值（李健等，1986；彭勃等，2011）。各元素的污染程度分級(jí)見(jiàn)表1。

1.3.2潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是瑞典科學(xué)家Hakansonn于1980年提出的一種關(guān)于重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法（Hakkanson，1980）。該方法從沉積學(xué)的角度出發(fā)，既考慮到了多種有害元素的加和作用又考慮到了不同重金屬對(duì)生物的毒性不同，使評(píng)價(jià)更側(cè)重于毒理方面，具體計(jì)算公式如下：

表1　污染程度分級(jí)Table1　and series of

表1　污染程度分級(jí)Table1　and series of

范圍Igeo≤00＜Igeo≤1 1＜Igeeo≤2 2＜Igeo≤3 3＜Igeo≤44＜Igeo≤5Igeo＞5污染程度無(wú)污染輕度污染 偏中度污染 中度污染 偏重污染重污染嚴(yán)重污染污染級(jí)別0123456

式中，Ei為單因子危害指數(shù)，RI為多因子綜ri合潛在生態(tài)危害指數(shù)，Cs為重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值，為重金屬參比值。為更直接地評(píng)價(jià)洞庭湖沉積物中重金屬污染現(xiàn)狀，采用洞庭湖水系沉積物背景值作為參比。為毒性響應(yīng)系數(shù)，目前關(guān)于TI和Sb的毒性響應(yīng)研究比較少，參考高博（2008）、林麗欽（2009）的研究，將TI和Sb的取值為40，Hg、Cd、As、Pb、Cu、Ni、Co、Cr、V、Mn和Zn的值分別為40、30、15、5、5、5、5、2、2、1、1。各參數(shù)對(duì)應(yīng)的污染程度和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)見(jiàn)表2。

表2　Ei和RI相對(duì)應(yīng)的污染程度及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度rTable 2 The corresponding pollution degree and potential ecological risk degree to Eiand RI valuer

2　結(jié)果與分析

2.1表層水和沉積物中TI、Sb等重金屬的含量

從表3可知，表層水中TI只在S1和S9有檢出，Cd只在S1、S4和S9有檢出，Zn在S1和S3有檢出，Sb和As在各采樣點(diǎn)都有檢出，而Hg、Cu、Pb、Cr、Ni、V、Co和Mn均未檢出，表層水中各重金屬的濃度均低于GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值，說(shuō)明TI、Sb等13種重金屬并非表層水的主要污染因子。重金屬污染物容易被水體中顆粒物吸附后沉降，易富集于表層沉積物中（樊夢(mèng)佳等，2010；Sun et al.，2010），僅通過(guò)表層水中重金屬的質(zhì)量濃度無(wú)法真實(shí)反映出東洞庭湖水體重金屬污染程度。

表3　東洞庭湖及入湖口表層水中重金屬的含量Table 3　Heavy metal contents in surface water of East Dongting Lake and its lake inlet　　　　　　　　　　　　mg·L-1

表4　東洞庭湖及入湖口表層沉積物中重金屬的含量Table 4　Heavy metal contents in sediment of East Dongting Lake and its lake inlet　　　　　　　　　　　　mg·kg-1

表4所示為東洞庭湖及入湖口水域表層沉積物中重金屬的含量、洞庭湖水系沉積物背景值以及中國(guó)土壤元素背景值。對(duì)各重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)而言，TI質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.50～1.20 mg·kg-1之間，平均為0.82 mg·kg-1，其含量水平超過(guò)了中國(guó)土壤元素背景值（0.62 mg·kg-1），也顯著高于加拿大沉積物中TI的平均值（約為0.35 mg·kg-1），以及德國(guó)明斯特地區(qū)（0.01～0.10 mg·kg-1）和邵爾蘭特地區(qū)（0.01～0.07 mg·kg-1）。Sb質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.39～5.63 mg·kg-1之間，平均為2.13 mg·kg-1，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)幾乎為2倍洞庭湖水系沉積物背景值；Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.082～0.389 mg·kg-1之間，平均為0.160 mg·kg-1；Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.10～13.5 mg·kg-1之間，平均為2.44 mg·kg-1；As質(zhì)量分?jǐn)?shù)在12.31～73.31 mg·kg之間，平均為25.56 mg·kg-1；Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)在26～83.2 mg·kg-1之間，平均為50.8 mg·kg-1；Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)在23～58.3 mg·kg-1之間，平均為37.7 mg·kg-1；Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)在17.8～41.4 mg·kg-1之間，平均為29.7 mg·kg-1；Co質(zhì)量分?jǐn)?shù)在8.7～21.4 mg·kg-1之間，平均為14.6 mg·kg-1；Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)在29.4～99.5 mg·kg-1之間，平均為56.2 mg·kg-1；V質(zhì)量分?jǐn)?shù)在55.9～120 mg·kg-1之間，平均為79.9 mg·kg-1；Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)在302～1674 mg·kg-1之間，平均為689 mg·kg-1；Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)在102～319 mg·kg-1之間，平均為164 mg·kg-1。沉積物中13種重金屬的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大，各重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小順序?yàn)镸n＞Zn＞V＞Cr＞Pb＞Cu＞Ni＞As＞Co＞Cd＞Sb＞TI＞Hg，且分別為洞庭湖水系沉積物背景值的1.5、2.0、1.9、1.3、2.2、1.9、1.4、2.0、1.4、7.4、1.9、1.4和3.4倍。

2.2表層沉積物中TI、Sb等重金屬的空間分布

對(duì)各入湖口而言，S1采樣點(diǎn)污染最為嚴(yán)重，表層沉積物中TI、Sb、Hg、Cd、As、Pb、Cu、Ni、Co、Mn和Zn的含量明顯高于汨羅江入湖口（S2）、新墻河入湖口（S3）以及東洞庭湖湖體。S1采樣點(diǎn)為湘江入東洞庭湖的入湖口，而湘江流域集中了大量的有色金屬采礦與冶煉工業(yè)，作為納污水體，湘江接納了沿岸大量富含重金屬的工業(yè)廢水，使得重金屬污染成了湘江的主要污染特征（Wang et al.，2008；劉耀馳等，2010）；上游重金屬污染導(dǎo)致湘江岳陽(yáng)段沉積物中TI、Cd、Cu、Zn等多種重金屬富集程度較高（曾祥英等，2012）。此外，汨羅江入湖口（S2）沉積物中的TI、Pb、Cu和Mn含量比較高，這可能受汨羅江上游鉛礦開(kāi)采的影響。S3入湖口沉積物中除V外其它重金屬含量相對(duì)較低，表明新墻河對(duì)東洞庭湖沉積物中重金屬的影響比較小，而V可能受沿岸工農(nóng)業(yè)活動(dòng)影響較大。

對(duì)東洞庭湖湖體而言，S4、S6、S7和S9采樣點(diǎn)沉積物中13種重金屬的含量較高，這與采樣點(diǎn)位于湘江水路密切相關(guān)，受湘江來(lái)水影響非常大。同時(shí)，S9采樣點(diǎn)位于東洞庭湖與長(zhǎng)江交匯處，受長(zhǎng)江水的頂托作用，導(dǎo)致重金屬的沉積速度加快，沉積物中各重金屬含量相對(duì)比較高。而S5采樣點(diǎn)沉積物中TI和Cd等重金屬含量最低，可能與S5采樣區(qū)大量挖沙船的作業(yè)有關(guān)，表層沉積物被擾動(dòng)后，在復(fù)雜的水動(dòng)力條件下沉積物中重金屬被重新釋放到水體中；S8采樣點(diǎn)由于偏離湘江水路較遠(yuǎn)，基本不受湘江來(lái)水影響，沉積物中Sb、As、Pb、Co、V、Mn和Zn的含量為各采樣點(diǎn)最低，沉積物中各重金屬的含量基本保持在洞庭湖水系背景水平。研究發(fā)現(xiàn)S6采樣點(diǎn)的Cr含量甚至高于S1入湖口，可能與東洞庭湖為防治血吸蟲(chóng)而投放大量的鉻渣等化學(xué)試劑毒殺釘螺相關(guān)。

2.3沉積物中重金屬的來(lái)源辨析

2.3.1相關(guān)性分析

采用Pearson相關(guān)系數(shù)對(duì)東洞庭湖及入湖口沉積物中各重金屬的相關(guān)性進(jìn)行了分析（表5），結(jié)果表明沉積物中TI與M n之間呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），Sb與Hg、Cd、As、Pb、Ni、Co、Mn、Zn之間呈顯著正相關(guān)或極顯著正相關(guān)（P＜0.01），說(shuō)明沉積物中TI、Sb、Hg、Cd、As、Pb、Ni、Co、M n和Zn之間地球化學(xué)性質(zhì)相似，具有相同的來(lái)源或產(chǎn)生了復(fù)合污染；V與其他重金屬之間沒(méi)有顯著相關(guān)性。

表5　沉積物中重金屬之間的相關(guān)性Table 5　Correlation coefficients of heavy metals in sediment

2.3.2主成分分析

如圖2所示，主成分分析（PCA）結(jié)果表明：沉積物中重金屬第一主成分（PC1）貢獻(xiàn)率為69.64%，特征因子表現(xiàn)為在TI、Hg、Sb、Cd、As、Pb、Cu、Ni、Co、Cr、Mn和Zn上有較高的正荷載，第一主成分反映了TI等12種重金屬的富集程度，結(jié)合空間分布可知，第一主成分及其相應(yīng)的富集程度較高點(diǎn)基本集中在湘江和汨羅江入湖口以及東洞庭湖與長(zhǎng)江的交匯處，表明東洞庭湖沉積物重金屬元素第一主成分主要源于湘江和汨羅江來(lái)水，湘江起主導(dǎo)作用。第二主成分（PC2）貢獻(xiàn)率為14.00%，特征因子表現(xiàn)為在V上有較高的正荷載，其含量在各采樣點(diǎn)之間差異不明顯，表明V受東洞庭湖來(lái)水的影響不大，主要受湖區(qū)周邊污染的影響。

2.4沉積物中重金屬的污染評(píng)價(jià)

2.4.1地累積指數(shù)法

為了更好地分析沉積物中重金屬的復(fù)合污染特征，在計(jì)算單項(xiàng)重金屬I(mǎi)geo值的基礎(chǔ)上引入綜合地累積指數(shù)Itot來(lái)評(píng)價(jià)各采樣點(diǎn)的污染級(jí)別（Itot為某采樣點(diǎn)各重金屬I(mǎi)geo值之和）（姚志剛等，2006）。重金屬的Igeo值與各采樣點(diǎn)的Itot值見(jiàn)表6。

圖2　東洞庭湖及入湖口主成分因子載荷圖Fig. 2　Loading plots of principal component factors in East Dongting lake and its lake inlet

由表6可知，對(duì)TI而言，S1和S9面臨輕度污染，其余采樣點(diǎn)無(wú)污染；對(duì)Sb而言，S1面臨偏中度污染，S4、S6、S7和S9面臨輕度污染；研究區(qū)各采樣點(diǎn)面臨輕度至中度Hg污染；對(duì)Cd而言，S2、S3和S8無(wú)污染，其余采樣點(diǎn)面臨輕度至重度污染；As在S2為偏中度污染，S4、S7和S9為輕度污染；Pb在S3和S8為無(wú)污染，其余點(diǎn)位為輕度或偏中度污染；Cu在S3為無(wú)污染，其余點(diǎn)位為輕度污染；Ni在S1、S4、S7、S8和S9為輕度污染；Co和Cr只在S1、S6、S7和S9為輕度污染；V在S2和S8為無(wú)污染，其余點(diǎn)位為輕度污染；Mn在S1為偏中度污染，S7和S9為輕度污染；Zn在S1為偏中度污染，S3、S4、S6、S7和S9為輕度污染。

綜合表明，研究區(qū)的Itot值為5.74，面臨嚴(yán)重污染。沉積物中各重金屬的Igeo值大小順序?yàn)镃d＞Hg＞Pb＞As=Zn＞Sb＞V＞Cu＞Mn＞TI＞Co＞Ni＞Cr，其主要污染物是Cd和Hg，TI尚處于清潔狀態(tài)，而Sb面臨輕度污染。對(duì)各采樣點(diǎn)而言，S1（Itot值17.85）、S6（Itot值5.69）、S7（Itot值7.04）和S9（Itot值7.68）面臨嚴(yán)重污染，S4的（Itot值3.43）面臨偏重污染，而S2、S3、S5和S8采樣點(diǎn)的Itot值未達(dá)到污染級(jí)別。

表6　沉積物中13種重金屬元素的Igeo值與污染級(jí)別Table 6　The Igeovalue and Series of 13 kinds of heavy metals in sediment

2.4.2潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

沉積物中13種重金屬的RI值介于216.7～1968之間，平均為555.1，整個(gè)研究區(qū)面臨“重度”生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其主要風(fēng)險(xiǎn)污染物為Cd和Hg，其次為T(mén)I和Sb。對(duì)入湖口而言，湘江入湖口（S1）的RI值高達(dá)1968，遠(yuǎn)高于汨羅江入湖口（S2）和新墻河入湖口（S3）以及東洞庭湖湖體，RI值主要受Cd、Hg、TI、Sb和As的支配，面臨“嚴(yán)重”生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，這與曾祥英等（2012）得出的湘江岳陽(yáng)段沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高，主要風(fēng)險(xiǎn)污染物為Cd、Hg和TI的結(jié)論一致。汨羅江入湖口（S2）和新墻河入湖口（S3）的RI值只受TI、Hg和Sb的支配，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)屬于“中度”級(jí)別，區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)較低。

對(duì)東洞庭湖湖體而言，S4（RI值436.1）、S6（RI值553.9）、S7（RI值527.6）和S9（RI值541）均達(dá)到了“重度”生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，Cd和Hg為主要風(fēng)險(xiǎn)物，其次為T(mén)I和Sb，這與祝云龍等（2008b）、張光貴等（2015）得出的東洞庭湖鹿角至洞庭湖出口沉積物中重金屬污染較嚴(yán)重，水域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高的結(jié)論相一致。S5和S8兩個(gè)采樣點(diǎn)則處于“中度”生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別（150≤RI＜300）。各采樣點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大小順序?yàn)镾1＞S6＞S9＞S7＞S4＞S2＞S5＞S8＞S3。

綜合表明，湘江入湖口（S1）面臨“嚴(yán)重”生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，鹿角（S4）至洞庭湖出口（S9）水域面臨“重度”生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，已成為了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。受TI、Sb、Hg和Cd毒性效應(yīng)顯著的影響，其單因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。

表7　沉積物中13種重金屬元素的 Er值和RI值Table 7　The Eiand RI value of 13 kinds of heavy metals in sedimentr

3　結(jié)論

（1）東洞庭湖及入湖口沉積物中TI、Sb、Hg、Cd、As、Pb、Cu、Ni、Co、Cr、V、Mn和Zn的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.180～762 mg·kg-1之間，各重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小順序?yàn)镸n＞Zn＞V＞Cr＞Pb＞Cu＞Ni＞As＞Co＞Cd＞Sb＞TI＞Hg，且分別為洞庭湖水系沉積物背景值的1.5、2.0、1.9、1.3、2.2、1.9、1.4、2.0、1.4、7.4、1.9、1.4和3.4倍。

（2）空間分布特征顯示，湘江入湖口（S1）和汨羅江入湖口（S2）以及S4、S6、S7和S9沉積物中重金屬污染較嚴(yán)重。來(lái)源分析表明，沉積物中TI、Sb等第一主成分主要源于湘江和汨羅江來(lái)水，湘江起主導(dǎo)作用；V主要源于湖區(qū)周邊污染。

（3）重金屬?gòu)?fù)合污染狀況分析得出：研究區(qū)（Itot值5.74）面臨嚴(yán)重污染，其主要污染物是Cd和Hg。沉積物中各重金屬的Igeo值大小順序?yàn)镃d＞Hg＞Pb＞As=Zn＞Sb＞V＞Cu＞Mn＞TI＞Co＞Ni＞Cr。S1、S6、S7和S9面臨嚴(yán)重污染，S4面臨偏重污染，其余點(diǎn)位為無(wú)污染。

（4）潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)研究表明，沉積物中各重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大小為Cd＞Hg＞Sb＞TI＞As＞Pb＞Cu＞Ni＞Co＞V＞Cr＞Zn＞Mn。沉積物中13種重金屬的RI值介于217.9～1968之間，平均為555.1，整個(gè)研究區(qū)屬“重度”生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，主要風(fēng)險(xiǎn)污染物為Cd和Hg，其次為T(mén)I和Sb。各采樣點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大小順序?yàn)镾1＞S6＞S9＞S7＞S4＞S2＞S5＞S8＞S3。研究表明，湘江入湖口（S1）面臨“嚴(yán)重”生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，鹿角（S4）至洞庭湖出口（S9）水域面臨“重度”生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，已成為了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

湖南作為“有色金屬之鄉(xiāng)”，其主要的礦區(qū)和冶煉廠(chǎng)遍布于洞庭湖流域，采礦和工業(yè)廢水排放是環(huán)境中重金屬污染的主要來(lái)源。因此，為防治東洞庭湖重金屬污染與降低湖泊生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)部門(mén)應(yīng)加大入湖河流湘江和汨羅江的重金屬污染治理力度，嚴(yán)格控制涉TI、Sb、Hg和Cd等劇毒高危重金屬?gòu)U水的排放，加強(qiáng)湖區(qū)周邊環(huán)境管理和污染治理。

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Distribution Characteristics and Ecological Risk of Heavy Metals in Surface Sediment of East Dongting Lake and Its Lake Inlet

OUYANG Meifeng， XIE Yinan*， LI Liqiang， TIAN Qi， ZHANG Yi， ZHANG Guanggui
Ecological and Environmental Monitoring Central of Dongting Lake of Hunan， Yueyang 414000， China

In order to investigate the pollution characteristics of TI， Sb and other heavy metals in surface sediments of East Dongting Lake and its Lake inlet， the concentrations of 13 kinds of heavy metals including TI， Sb， Hg， Cd， As， Pb， Cu， Ni， Co， Cr， V， Mn and Zn in nine sediments sampling sections were analyzed. The spatial distribution， sources and ecological risk of those heavy metal were evaluated. The results indicated that the average concentrations of each heavy metals in the sediment samples ranged from 0.180 mg·kg-1to 762 mg·kg-1. The contents of each heavy metals were followed by the order： Mn＞Zn＞V＞Cr＞Pb＞Cu＞Ni＞As＞Co＞Cd＞Sb＞TI＞Hg. The pollution extent of sediments collected from S1（Xiangjiang lake inlet）， S2（Miluo River）， S4（Lujiao），S6（East Dongting Lake）， S7（Yueyang Tower） and S9（Dongting LAke exit） were more serious. The sources of most heavy metals in sediments were similar， the first principal components were mainly from Xiangjiang River and Miluojiang River， Xiangjiang River played a leading role. V was mainly from the pollution around the lake. The pollution extent of each heavy metals in sediments by geo-accumulation index （Igeo） followed the order： Cd＞Hg＞Pb＞As=Zn＞Sb＞V＞Cu＞Mn＞TI＞Co＞Ni＞Cr， and the study area was facing serious pollution. The potential ecological risk of each heavy metals in sediments by the potential ecological risk factor （） were in the following order： Cd＞Hg＞Sb＞TI＞As＞Pb＞Cu＞Ni＞Co＞V＞Cr＞Zn＞Mn； The average potential ecological risk index was 555.1（ranging from 217.9 to 1968）， the study area was facing severe ecological risk， Cd and Hg were the major risk pollutants， followed by TI and Sb. The potential ecological risk of all sampling sites were followed by the order： S1＞S6＞S9＞S7＞S4＞S2＞S5（Bianshan）＞S8（West Lake）＞S3（Xinqiang River）. Xiangjiang lake inlet （S1） was facing serious ecological risk， Lujiao （S4） to Dongting Lake exit （S9） were facing severe ecological risk， S1， S4， S6， S7 and S9 have become potential ecological risk regions.

East Dongting Lake； Lake inlet； sediment； heavy metals； ecological risk

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.07.015

X524； X 824

A

1674-5906（2016）07-1195-07

2015年湖南省環(huán)境保護(hù)科技計(jì)劃項(xiàng)目

歐陽(yáng)美鳳（1984年生），女，助理工程師，碩士研究生，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)和水環(huán)境保護(hù)工作。E-mail： 443020330@qq.com *通信作者：謝意南，男，工程師，碩士研究生，主要從事水環(huán)境保護(hù)工作。E-mail： yinan.1015@163.com

2016-05-24