興凱湖沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險評價及污染特征分析

謝自建，趙榮博,3，汪洋，王昊，李春華，于宗靈，葉春*

1.湖泊水污染治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，中國環(huán)境科學(xué)研究院

2.國家環(huán)境保護(hù)湖泊污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國環(huán)境科學(xué)研究院

3.環(huán)境與安全工程學(xué)院，沈陽化工大學(xué)

4.黑龍江省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心

重金屬污染是我國湖泊面臨的主要生態(tài)環(huán)境問題之一，重金屬具有難降解、易富集、毒性強(qiáng)等特點(diǎn)，對魚類、底棲生物及人類健康有重要的影響[1-2]。湖泊沉積物富集了大量的重金屬，是污染物重要的蓄積庫；同時，由于沉積物-水界面的相互作用，沉積物重金屬易重新釋放進(jìn)入水體，對水體造成二次污染，是湖泊潛在的污染源[3-4]。研究湖泊沉積物重金屬分布特征和污染狀況，對湖泊水生態(tài)安全和流域人體健康具有重要的意義。

地累積指數(shù)法、沉積物富集系數(shù)法、沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)法、潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法和尼梅羅綜合指數(shù)法等是目前國內(nèi)外常用的沉積物重金屬污染風(fēng)險評價方法[5]，地累積指數(shù)法可以直觀地看出某元素在某采樣點(diǎn)的超標(biāo)情況，但側(cè)重單一金屬；沉積物富集系數(shù)法能準(zhǔn)確地判斷人為污染狀況，而且結(jié)合年代學(xué)可以揭示重金屬的富集過程以及確定重金屬的來源，但參比元素的選擇有待規(guī)范，且不能反映整體污染水平；沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)法在建立沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)時，多種方法相結(jié)合，綜合運(yùn)用沉積物化學(xué)分析、生物調(diào)查及毒理學(xué)試驗(yàn)等手段以提高評價的準(zhǔn)確性；潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法考慮了重金屬的生物毒理學(xué)和生態(tài)學(xué)內(nèi)容，能直觀反映重金屬的生態(tài)和環(huán)境風(fēng)險，在土壤和沉積物重金屬的污染評價中備受關(guān)注[6-7]；污染負(fù)荷指數(shù)法既可以評價某一點(diǎn)的重金屬污染狀況，也可評價某一區(qū)域（流域）的污染狀況，能直觀地反映各種重金屬對污染的貢獻(xiàn)程度及重金屬在時空上的變化趨勢；尼梅羅綜合指數(shù)法既可反映單因子重金屬污染狀況，又可反映多因子重金屬污染的綜合狀況，同時綜合考慮了重金屬污染的平均值和最大濃度值對污染程度的影響，但有時會夸大或減小某些重金屬因子的影響。在實(shí)際應(yīng)用中通常將幾種評價方法結(jié)合使用，如王恩瑞等[8]綜合運(yùn)用地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價乾務(wù)水庫表層沉積物重金屬污染風(fēng)險，巫丹等[9]通過地累積指數(shù)法、沉積物富集系數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價長蕩湖沉積物重金屬污染風(fēng)險等。采用多種評價方法的結(jié)合，能更全面地評價重金屬的污染狀況，為研究區(qū)水生態(tài)的保護(hù)和治理提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。

興凱湖屬中俄跨國境湖泊，我國部分位于黑龍江省雞西市，是我國糧食主產(chǎn)區(qū)三江平原上重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖基地，同時也是雞西市重要的飲用水水源地。自20 世紀(jì)50 年代以來，由于高強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)開發(fā)和人類活動影響，湖泊水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)下降[10]。興凱湖盆地區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，礦產(chǎn)資源的開發(fā)和冶煉可能產(chǎn)生重金屬污染，并隨地表徑流進(jìn)入湖泊，造成湖泊沉積物污染[11]。但目前，湖泊水質(zhì)評價、水生生物多樣性評估、沉積物氮磷營養(yǎng)鹽評價是興凱湖生態(tài)環(huán)境研究的主要方面[10]。探究興凱湖沉積物重金屬的污染狀況，并對其來源進(jìn)行分析，對湖泊水生態(tài)功能提升具有重要意義。

本研究以興凱湖中國湖區(qū)作為研究對象，通過調(diào)查沉積物重金屬垂向和空間分布狀況，評估沉積物重金屬污染狀況和潛在生態(tài)風(fēng)險，對沉積物重金屬來源進(jìn)行分析，旨在為興凱湖水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善提供科學(xué)支撐。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

興凱湖是亞洲東北部最大的淡水湖，由大、小興凱湖組成。小興凱湖位于大興凱湖北部，與大興凱湖隔沙崗相望，面積約為176 km2，平均深度約2.5 m。大興凱湖為中俄界湖，面積約4 380 km2，北部屬于中國，南部屬于俄羅斯，在中國稱為大興凱湖，面積約1240 km2，平均深度約6.6 m。大、小興凱湖多年平均水位分別為70.43 和71.23 m。穆棱河是興凱湖的主要水源，約95%以上穆棱河水沿穆興分洪道注入小興凱湖后排入大興凱湖[12]。本研究所涉及的湖區(qū)為小興凱湖及大興凱湖中國境內(nèi)湖區(qū)（圖1）。

圖1 興凱湖沉積物采樣點(diǎn)Fig.1 Distribution of sampling points in the sediments of Xingkai Lake

興凱湖流域內(nèi)土地利用類型以林地、耕地為主，其中2000—2020 年耕地和林地占比分別為38.4%~39.4%和45.1%~46.9%。流域自然和生態(tài)資源十分豐富，雞西市是有百年開采歷史的國家重要煤炭基地和“中國石墨之都”，也是黑龍江省農(nóng)業(yè)大市；位于興凱湖俄羅斯流域的斯帕斯克達(dá)利尼市區(qū)、切爾尼戈夫卡區(qū)和米哈伊洛夫卡區(qū)不僅有公共服務(wù)企業(yè)，還有煤礦挖掘公司、金屬加工和成品生產(chǎn)公司、生產(chǎn)供熱設(shè)備的機(jī)械廠、建筑企業(yè)等。自20 世紀(jì)50 年代開始，中國和俄羅斯開始大面積開發(fā)區(qū)域內(nèi)的農(nóng)田，特別是近30 年來，區(qū)域內(nèi)耕地面積快速增加，人口也隨之增加[12-13]。

1.2 樣品采集與測定

興凱湖沉積物調(diào)查時間為2021 年7 月，其中大、小興凱湖表層沉積物調(diào)查點(diǎn)位分別為15 個和6 個，柱狀沉積物采集點(diǎn)位各1 個（圖1）。表層沉積物使用抓泥斗采集，柱狀沉積物使用柱狀泥采樣器獲取。柱狀沉積物采樣深度結(jié)合底層掃描獲取的沉積物淤積結(jié)果確定，小興凱湖為50 cm，大興凱湖為30 cm；結(jié)合沉積物結(jié)構(gòu)分層情況，將密度較小的0~10 cm 層沉積物按5 cm 進(jìn)行分層（0~5 和5~10 cm），而大于10 cm 部分密度較大，且垂直差異不明顯，每隔10 cm 進(jìn)行分層[10]。沉積物主要監(jiān)測內(nèi)容包括鉻（Cr）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鋅（Zn）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、汞（Hg）濃度。其中Cr、Ni、Cu、Zn濃度采用火焰原子吸收分光光度法測定，As、Hg 濃度采用微波消解/原子熒光法測定，Cd、Pb 濃度采用石墨爐原子吸收分光光度法測定[14-16]。

1.3 沉積物污染評價方法

1.3.1 地累積指數(shù)法

地積累指數(shù)法基于重金屬濃度和研究區(qū)土壤背景值，分析外源重金屬在沉積物中的富集程度，是一種研究沉積物中重金屬污染程度的定量指標(biāo)，但該方法未充分考慮不同重金屬毒性效應(yīng)的差異[17-18]。公式為：

式中：Igeo為地累積指數(shù)；Ci為元素i在沉積物中的濃度，mg/kg；1.5 為考慮到成巖作用可能會引起背景值的變動而取的系數(shù)；Bi為該元素的地球化學(xué)背景值，mg/kg。

本研究以黑龍江省土壤各元素背景值的算術(shù)平均值為參考[19]，根據(jù)Igeo將重金屬污染程度分為7 個等級：Igeo≤0，無污染；Igeo為0~1，輕度污染；Igeo為1~2，偏中度污染；Igeo為2~3，中度污染；Igeo為3~4，偏重度污染；Igeo為4~5，重度污染；Igeo>5，嚴(yán)重污染。

1.3.2 潛在風(fēng)險指數(shù)法

潛在風(fēng)險指數(shù)法綜合了沉積物重金屬的種類、濃度、環(huán)境背景值及其毒性水平的協(xié)同作用，充分考慮了重金屬生物毒性和環(huán)境污染系數(shù)，通過設(shè)定毒性響應(yīng)系數(shù)對重金屬健康風(fēng)險、污染程度和潛在生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行綜合評價，是國內(nèi)外學(xué)者最常用于評價沉積物中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險的方法[20]。公式為：

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016 軟件統(tǒng)計(jì)分析興凱湖沉積物重金屬濃度，利用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行Pearson 相關(guān)分析和聚類分析，采用ArcGIS 10.7 軟件繪制重金屬生態(tài)風(fēng)險空間分布圖，利用Origin Pro 2018 軟件繪制柱狀沉積物垂直分布圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 沉積物重金屬濃度變化特征

2.1.1 表層沉積物重金屬濃度統(tǒng)計(jì)特征

興凱湖表層沉積物重金屬濃度特征如表1 所示。小興凱湖表層沉積物重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 和Hg 的濃度均值分別為59.0、25.3、19.6、36.7、8.2、0.11、19.25 和0.08 mg/kg，濃度表現(xiàn)為Cr>Zn>Ni>Cu>Pb>As>Cd>Hg，其中Cr、Ni、As、Cr、Hg 濃度均值高于黑龍江省土壤背景值，與參考值的比值分別為1.01、1.11、1.13、1.22 和2.0。大興凱湖表層沉積物重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 和Hg 的濃度均值分別為51.64、22.99、13.82、49.08、5.18、0.15、18.04 和0.02 mg/kg，濃度表現(xiàn)為Cr>Zn >Ni>Pb>Cu>As>Cd>Hg，其中Ni、Cd 濃度均值高于黑龍江省土壤背景值，與參考值的比值分別為1.01、1.67。

表1 表層重金屬的描述性統(tǒng)計(jì)Table 1 Descriptive statistics of heavy metals in the surface sediments mg/kg

變異系數(shù)常用于表示沉積物中重金屬區(qū)域分布的變異程度[1,8]。小興凱湖表層沉積物各重金屬變異系數(shù)表現(xiàn)為Hg>Zn>As>Cu>Ni>Cr>Cd>Pb，根據(jù)變異程度的分類[1,8]，重金屬Cr、Ni、Cu、As、Cd 和Pb 變異系數(shù)為15%~36%，屬于中等變異，表明不同區(qū)域重金屬濃度分布較均勻；Zn 和Hg 變異系數(shù)大于36%，表明這2 種重金屬在湖區(qū)內(nèi)分布不均勻，空間差異性顯著。大興凱湖表層沉積物各重金屬變異系數(shù)表現(xiàn)為Hg>As>Cd>Cu>Pb>Ni>Zn>Cr，重金屬Pb、Ni、Zn、Cr 為輕微變異(變異系數(shù)小于等于15%)，Hg、As、Cd、Cu 屬于中等變異（變異系數(shù)為15%~36%），表明湖區(qū)內(nèi)重金屬濃度分布均勻。

2.1.2 柱狀沉積物重金屬垂直分布特征

興凱湖沉積物重金屬濃度垂直分布特征如圖2 所示，其中X15 采樣點(diǎn)位于小興凱湖，D18 采樣點(diǎn)位于大興凱湖。對于小興凱湖，Cr、Ni、Cu、As、Cr 和Hg 濃度均值高于土壤背景值，濃度范圍（均值）分別為54.28~77.31（67.68）、21.71~38.39（31.08）、17.08~33.50（25.95）、4.88~9.58（7.63）、0.08~0.13（0.10）、0.04~0.13（0.07）mg/kg，整體變化趨勢為0~20 cm 呈降低趨勢，20~50 cm 呈先增后降再增加趨勢，其中0~10、20~30 和40~50 cm 層出現(xiàn)多個濃度峰值；對于Zn 和Pb，其濃度變化區(qū)域與其他重金屬相似，但不同層次濃度均低于區(qū)域土壤背景值。對于大興凱湖，除Ni 和Cd 的濃度均值高于土壤背景值外，其余重金屬濃度均值低于土壤背景值，其中Ni 和Cd 的濃度范圍（均值）分別為16.88～36.92（26.09）和0.10~0.17（0.14）mg/kg。D18 采樣點(diǎn)各重金屬濃度整體呈增加趨勢，且均在20~30 cm 達(dá)到濃度峰值。

圖2 興凱湖沉積物重金屬濃度的垂直分布Fig.2 Vertical distribution of heavy metals concentrations in the sediments of Xingkai Lake

沉積物重金屬垂直方向分布差異受區(qū)域人類活動及自然狀況等因素綜合影響。對于大、小興凱湖沉積柱，其底層重金屬濃度較為接近，表明其自然形成過程與背景環(huán)境相似。對于小興凱湖，0~5 cm 層沉積物重金屬濃度略高于其他剖面層，以興凱湖沉積物的平均沉積速率為0.174 g/(cm2·a)進(jìn)行推算，5 cm沉積物沉積時間約29 a[12-13]，20 世紀(jì)80 年代以來，興凱湖地區(qū)人口和耕地面積快速增加，流域內(nèi)人類活動加劇產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)面源污染和城鎮(zhèn)生活廢水排放沿穆棱河進(jìn)入小興凱湖，對其產(chǎn)生影響。對于大興凱湖，大部分重金屬濃度隨沉積物深度增加而增加，重金屬在底層富集量較高，表明小興凱湖作為大興凱湖的“前置庫”湖泊，在一定程度上削弱了上游人類活動對其沉積的影響。

2.2 沉積物重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險評價

2.2.1 地累積指數(shù)法評價

根據(jù)地累積指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)，興凱湖表層沉積物重金屬污染程度如圖3 和圖4 所示。小興凱湖表層沉積物重金屬的污染程度排序?yàn)镠g>Cd>As>Ni>Cr>Cu>Pb>Zn，其中Hg 的污染程度較高，主要為輕度污染和偏中度污染，二者的污染占比分別為33.3%和16.7%；As 和Cd 以無污染為主，輕度污染次之，輕度污染占比為16.7%；受污染點(diǎn)主要位于穆棱河、小黑河河口區(qū)域，其他重金屬Cr、Ni、Cu、Zn 和Pb 全部點(diǎn)位為無污染。大興凱湖表層沉積物重金屬的污染程度排序?yàn)镃d>Ni>Cr>Pb>As>Cu>Zn>Hg，除Cd 以輕度污染為主外（無污染和輕度污染占比分別為40%和60%），Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb 和Hg 全部點(diǎn)位為無污染狀態(tài)；位于大興凱湖西側(cè)的采樣點(diǎn)地累積指數(shù)值較高，表明其重金屬污染程度較高。

圖3 興凱湖表層沉積物不同重金屬地累積指數(shù)評價結(jié)果Fig.3 Evaluation results for different heavy metal pollution levels by geological accumulative index in the surface sediments of Xingkai Lake

圖4 興凱湖表層沉積物重金屬地累積指數(shù)空間分布Fig.4 Spatial distribution of geo-accumulation index of heavy metals in the surface sediments of Xingkai Lake

2.2.2 潛在風(fēng)險指數(shù)法評價

根據(jù)沉積物潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果如圖5 和圖6 所示。小興凱湖各重金屬的單因子危害指數(shù)均值排序?yàn)镃d>As>Ni>Cu>Pb>Cr>Zn>Hg；Cd 存在較大的潛在生態(tài)風(fēng)險，Eri為28.03~51.85，均值為36.53，Cd 單因子危害指數(shù)大部分為低風(fēng)險，個別采樣點(diǎn)達(dá)到了中等風(fēng)險，其他重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)均為低風(fēng)險。從污染程度看，Cd 以無污染為主，輕度污染次之，但Cd 的毒性系數(shù)較高，故而其潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)較強(qiáng)；而As 雖然也有輕度污染，但是其毒性系數(shù)較低，故其潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)也較低。小興凱湖RI 為46.69~85.95，均值為64.82，其中100%的采樣點(diǎn)為低風(fēng)險，Cd 是最主要的生態(tài)風(fēng)險貢獻(xiàn)因子，對綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的貢獻(xiàn)率為33.33%，需要引起相應(yīng)的重視。值得注意的是，根據(jù)地累積指數(shù)法，Hg 的污染程度最高，而在潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法中，Hg 的風(fēng)險程度最低，表明相對土壤背景參考值，沉積物中Hg 存在一定的污染，但潛在生態(tài)風(fēng)險較低。

圖5 興凱湖表層沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果Fig.5 Box diagram of ecological risk assessment results of heavy metals in the surface sediments of Xingkai Lake

大興凱湖各重金屬的單因子危害指數(shù)均值排序?yàn)镃d>As>Ni>Pb>Cu>Cr>Zn>Hg，Cd 存在較大的潛在生態(tài)風(fēng)險，Eri為32.59~66.28，均值為50.05；Cd 單因子危害指數(shù)達(dá)到了中等風(fēng)險，小部分采樣點(diǎn)為低風(fēng)險，其他重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)均表現(xiàn)為低風(fēng)險。從污染程度看，Cd 以無污染為主，輕度污染次之，但Cd 的毒性系數(shù)較高，故而其潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)較強(qiáng)。大興凱湖RI 為48.13~94.24，均值為71.80，全部采樣點(diǎn)為低風(fēng)險。

2.3 沉積物重金屬相關(guān)性及來源分析

2.3.1 重金屬相關(guān)性分析

重金屬相關(guān)性的顯著與否可以判斷不同重金屬間是否具有相同或相似的來源[22-24]。如表2 所示，小興凱湖表層沉積物的Cr、Ni、Pb 和Cu 之間均顯著相關(guān)，Cr-Ni、Cr-Cu、Cr-Pb、Ni-Cu、Ni-Pb 和Pb-Cu相關(guān)系數(shù)分別為0.990（P<0.01）、0.917（P<0.01）、0.937（P<0.01）、0.940（P<0.01）、0.961（P<0.01）和0.844（P<0.05），表明這4 個金屬元素可能有共同的來源或相似的傳播途徑。Zn 與Pb、Hg 呈顯著相關(guān)（P<0.05），但與Cr、Ni、Cu、As 和Cd 相關(guān)性均較低，說明Zn 來源較為復(fù)雜。As 與其他元素相關(guān)性均較低，可能為單獨(dú)來源。Cd 僅與Cu 呈顯著相關(guān)（P<0.05），與其他元素相關(guān)性均較低，說明Cd 來源同樣較為復(fù)雜。Hg 與Zn、Pb 呈顯著相關(guān)，與其他元素相關(guān)性均較低。

表2 興凱湖表層沉積物重金屬濃度相關(guān)關(guān)系Table 2 Correlation of heavy metal contents in the surface sediments of Xingkai Lake

大興凱湖表層沉積物的Cr、Ni、Cu、Zn、As 與Hg 之間均顯著相關(guān)，Cr-Ni、Cr-Cu、Cr-Zn、Cr-As、Cr-Hg、Ni-Cu、Ni-Zn、Ni-As、Ni-Hg、Cu-Zn、Cu-As、Cu-Hg、Zn-As、Zn-Hg 和As-Hg 相關(guān)系數(shù)分別為0.930（P<0.01）、0.714（P<0.01）、0.864（P<0.01）、0.633 （P<0.01）、0.657（P<0.01）、0.879（P<0.01）、0.903（P<0.01）、0.775（P<0.01）、0.803（P<0.01）、0.845（P<0.01）、0.924（P<0.01）、0.819（P<0.01）、0.822（P<0.01）、0.736（P<0.01）和0.732（P<0.01），表明這些元素可能有共同的來源或相似的傳播途徑；Cd 與Cu、Zn、As、Pb 均呈顯著相關(guān)，但與Cr、Ni、Hg 相關(guān)性較低，表明其來源較為復(fù)雜。Hg 與Cr、Ni、Cu、Zn、As 呈顯著相關(guān)，與Cd、Pb 相關(guān)性均較低。盧瑛等[25]證實(shí)，化學(xué)性質(zhì)相似的同類元素在地球化學(xué)過程中具有一定共性，例如，Cr、Ni、和Pb 為親鐵元素，Cu、Hg 和Zn 為親硫元素，這些元素具有顯著相關(guān)性。

2.3.2 重金屬聚類分析

基于離差平方和算法和歐式距離進(jìn)行R型聚類分組[22]，可以將相似程度較高的指標(biāo)聚為一類（圖7）[17,26]。聚類分析結(jié)果顯示，在小興凱湖，Cu、Pb、Ni 聚 為 一 類，As 和Cd 聚 為 一 類，Cr、Zn 和Hg 聚為一類；而在大興凱湖，Cr、Zn 聚為一類，As、Cd 聚為一類，Cu、Pb、Ni 和Hg 聚為一類。

圖7 興凱湖表層沉積物重金屬聚類結(jié)果Fig.7 Cluster analysis results of heavy metals in surface sediments of Xingkai Lake

Cd 在大、小興凱湖均存在輕度污染點(diǎn)位，污染點(diǎn)位主要位于小興凱湖東部區(qū)域及大興凱湖西部區(qū)域。碳酸鹽巖風(fēng)化成土是土壤和沉積物中Cd 富集的主要來源[27]。同時，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動也是其重要來源之一[28-29]，施用化肥、農(nóng)藥和地膜等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動可能會導(dǎo)致土壤和沉積物中Cd 濃度增高或污染[30]，尤其是磷肥中Cd 含量較高，可能加重土壤和沉積物中的Cd 濃度[20]。小興凱湖0~5 cm 層沉積物Cd 濃度略高，這可能與小興凱湖流域上游高強(qiáng)度的人類活動有關(guān)。小興凱湖流域占整個興凱湖流域面積的46.4%，位于小興凱湖東北部的穆棱河是其最主要的入湖河流，其入湖流量占比超小興凱湖入湖量的70%[12]。穆棱河流域內(nèi)種植業(yè)覆蓋度大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中使用的有機(jī)肥、化肥、農(nóng)藥易導(dǎo)致Cd 等重金屬殘留于土壤，通過降水、地表徑流進(jìn)入湖泊沉積。此外，位于大興凱湖西北部也有超過240 km2耕地[12]，這部分區(qū)域種植業(yè)污染沿白棱河等主要入湖河流進(jìn)入湖區(qū)西部，促進(jìn)重金屬在大興凱湖西部沉積物中的積累；值得注意的是，大興凱湖柱狀沉積物Cd 呈底層富集，表明自然源對Cd 累積可能有一定影響。

Hg 和As 在小興凱湖存在輕度污染和偏中度污染點(diǎn)位，主要污染點(diǎn)位于小興凱湖東側(cè)和西側(cè)，區(qū)域內(nèi)為穆棱河、小黑河等入湖河流口入流區(qū)。區(qū)域內(nèi)第一、二、三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為25∶34∶41，位于小興凱湖流域上游的雞西市有著豐富的礦產(chǎn)資源，已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)資源超54 種，主要有煤炭、石墨、硅線石等，上游礦產(chǎn)資源的開發(fā)和冶煉過程中會釋放Hg 和As 等進(jìn)入環(huán)境，隨地表徑流進(jìn)入穆棱河等主要入湖河流，沿河進(jìn)入小興凱湖，進(jìn)而對湖區(qū)金屬污染物的積累產(chǎn)生一定的影響。此外，大、小興凱湖As 和Cd 均聚為一類，表明其來源具有相似性，湖區(qū)內(nèi)沉積物Cd 污染可能同時受到上游礦產(chǎn)開發(fā)冶煉的影響[2,7]。

3 結(jié)論

（1）小興凱湖表層沉積物中Cr、Ni、As、Cr、Hg 濃度均值超過黑龍江省土壤背景參考值，各重金屬變異系數(shù)大小依次為Hg>Zn>As>Cu>Ni>Cr>Cd>Pb ，其中 Cr、Ni、Cu、As、Cd 和 Pb 為中等變異，其余重金屬為高度變異。大興凱湖表層沉積物中僅Ni、Cd 濃度均值超過黑龍江省土壤背景參考值，各重金屬變異系數(shù)大小依次為Hg>As>Cd>Cu>Pb>Ni>Zn>Cr，其中Cr、Ni、Zn 和 Pb 為低等變異，其余重金屬為中等變異。

（2）地累積指數(shù)法評價顯示，小興凱湖表層沉積物的重金屬污染程度排序?yàn)镠g>Cd>As>Ni>Cr>Cu>Pb>Zn，其中Hg 污染程度較高，主要為輕度污染和偏中度污染，As 和Cd 以無污染為主，輕度污染次之，潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價表明小興凱湖表層沉積物總體呈無污染到偏中度污染，Cd 為最主要的生態(tài)風(fēng)險因子。大興凱湖表層沉積物的重金屬污染程度排序?yàn)镃d>Ni>Cr>Pb>As>Cu>Zn>Hg，其中Cd主要為輕度污染，其余重金屬主要為無污染。潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價表明大興凱湖表層沉積物總體呈無污染到偏中度污染，Cd 為最主要的生態(tài)風(fēng)險因子。

（3）As、Hg 和Cd 是重金屬污染的主要因子，受入湖河流上游農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動及礦產(chǎn)開發(fā)冶煉的影響，位于小興凱湖東側(cè)及大興凱湖西側(cè)區(qū)域污染風(fēng)險相對更高；此外，考慮到大興凱湖Cd 呈底部富集特征，其可能受到自然背景影響。