長沙縣典型稻區(qū)灌溉溝渠水體重金屬污染狀況及風(fēng)險特征

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

引用格式：，.長沙縣典型稻區(qū)灌溉溝渠水體重金屬污染狀況及風(fēng)險特征[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，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(nóng)業(yè)投入等途徑進(jìn)入農(nóng)田。大量研究表明，大氣十濕沉降是我國南方稻區(qū)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(qū)域農(nóng)田重金屬污染的主要原因[1-2]。南方地區(qū)雨水較多，大氣沉降、廢渣和廢水排放等途徑產(chǎn)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(wěn)定性差、季節(jié)性強(qiáng)、時空差異大、遷移能力強(qiáng)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(jìn)入水體，成為區(qū)域持續(xù)性的潛在污染源[5-7]。

湖南是著名的“有色金屬之鄉(xiāng)”和“非金屬礦之鄉(xiāng)”，采選冶煉業(yè)十分發(fā)達(dá)，但歷史上因技術(shù)不足或管理粗放等方面的問題，采選冶煉過程中產(chǎn)生的“三廢”排放不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致周邊生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重的重金屬污染[8]。湘江流域總面積達(dá)10.8萬 ，占湖南總面積的 5 1 . 0 4 % ，區(qū)域內(nèi)生態(tài)資源豐富，但近年來隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快以及礦產(chǎn)資源的高強(qiáng)度開采利用，區(qū)域內(nèi)耕地土壤重金屬污染日趨嚴(yán)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(hù)與治理列為省“一號重點(diǎn)工程”后，湘江流域重金屬污染治理取得突破性進(jìn)展，湘江干支流水質(zhì)大幅度提升[10]。雖然工礦企業(yè)等污染源得到了有力控制，但其歷史上排入周邊環(huán)境的重金屬通過水力搬運(yùn)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(qū)域灌溉水體的重金屬污染風(fēng)險[1-13]。楊帆等[4] 對湖南主要水系底泥重金屬含量的調(diào)研結(jié)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(shù)法評價結(jié)果顯示湖南主要水系底泥中鎘（Cd）為重污染水平，內(nèi)梅羅指數(shù)法評價結(jié)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(qū)稻區(qū)水體中的重金屬含量一般較低，水環(huán)境中除As和Pb含量比較接近GB5749—2022生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的限量值外，Cd、六價鉻（ ）、汞（ H g ）含量皆遠(yuǎn)低于生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的限量值[15-17]，且5種重金屬元素的含量皆遠(yuǎn)低于GB5084—2021農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[18]。

長沙縣位于湘江下游東岸，水系發(fā)達(dá)，豐水期多出現(xiàn)在每年的5一8月，枯水期一般出現(xiàn)在11月至次年2月。縣域內(nèi)礦產(chǎn)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(shù)礦種因產(chǎn)地規(guī)模小而尚未被充分開發(fā)利用。而2013年湖南省農(nóng)業(yè)委員會組織的稻米質(zhì)量取樣調(diào)查顯示，長沙縣2599個稻米樣品中主要超標(biāo)重金屬元素是Cd，且Cd超標(biāo)稻米占比高達(dá) 。因此，該研究分析長沙縣平水期、枯水期和豐水期典型稻區(qū)灌溉溝渠的水體重金屬污染狀況及風(fēng)險特征，以期為區(qū)域農(nóng)田灌溉用水及水體環(huán)境風(fēng)險管理提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)、取樣及檢測方法

該研究選擇長沙縣北山鎮(zhèn)、安沙鎮(zhèn)、果園鎮(zhèn)、高橋鎮(zhèn)、開慧鎮(zhèn)、福臨鎮(zhèn)、金井鎮(zhèn)、青山鋪鎮(zhèn)8個鎮(zhèn)的典型稻區(qū)灌溉溝渠進(jìn)行灌溉水定位取樣，1個鎮(zhèn)設(shè)1個取樣點(diǎn)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(jìn)行取樣，其中，平水期和枯水期取樣在晴好天氣進(jìn)行，豐水期取樣在暴雨后第2天進(jìn)行。每個點(diǎn)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(jìn)行水體Cd、 P b 、As、 H g ！ 含量測定。

參照NY/T396—2000農(nóng)用水源環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)至pH為7＼～8，用于測定 含量。根據(jù)GB5084—2021農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，該研究采用HJ700—2014水質(zhì)65種元素的測定電感耦合等離子體質(zhì)譜法方法測定Cd、 、As含量，采用HJ597—2011水質(zhì)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(zhì)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(fēng)險評價及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

該研究采用單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法（內(nèi)梅羅污染指數(shù)法）對項(xiàng)目區(qū)域灌溉溝渠水體的重金屬污染風(fēng)險進(jìn)行評價。一是單因子污染指數(shù)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(shù)； 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(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)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(biāo)水平。

二是綜合污染指數(shù)法，具體如公式（2）所示[22]。

式（2）中： 為綜合污染指數(shù)， 為所評價污染物單因子污染指數(shù)的最大值， 為所評價污染物單因子污染指數(shù)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(biāo)水平。

此外，該研究采用SPSS17.0及MicrosoftOfficeExcel2003進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

2 結(jié)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(zhèn)的灌溉溝渠水體重金屬含量監(jiān)測結(jié)果表明，所有監(jiān)測點(diǎn)位的灌溉水Cd、Pb、As、Hg、 含量皆未超過農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。整體上而言，8個監(jiān)測點(diǎn)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(yuǎn)低于豐水期。其中，高橋鎮(zhèn)、北山鎮(zhèn)、福臨鎮(zhèn)、金井鎮(zhèn)、青山鋪鎮(zhèn)5個點(diǎn)位豐水期的灌溉水 含量顯著高于其他點(diǎn)位，安沙鎮(zhèn)、果園鎮(zhèn)、福臨鎮(zhèn)3個點(diǎn)位豐水期的灌溉水As含量顯著高于其他點(diǎn)位。平水期8個點(diǎn)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(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的 2 / 1 0 0 、1/100、3/100、1/100、1/100；枯水期8個點(diǎn)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(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的2/100、1/100、3/100、1/100、1/100；豐水期8個點(diǎn)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(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的6/100、2/100、20/100、5/100、2/100。豐水期8個點(diǎn)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(fēng)險評價

該研究計算出的平水期、枯水期、豐水期8個點(diǎn)位灌溉水Cd、Pb、As、Hg、 單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)結(jié)果皆表明其為清潔水平，說明研究區(qū)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(diǎn)位灌溉水5種重金屬中As和Cd的平均單因子污染指數(shù)和平均綜合污染指數(shù)較高，表明研究區(qū)域灌溉溝渠水體重金屬中As和Cd污染風(fēng)險較高。結(jié)合圖2可知，福臨鎮(zhèn)、果園鎮(zhèn)和安沙鎮(zhèn)3個點(diǎn)位豐水期灌溉溝渠水體As的單因子污染指數(shù)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(shù)在地點(diǎn)間無明顯差異。此外，豐水期8個點(diǎn)位灌溉水中As的平均單因子污染指數(shù)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(qū)域的灌溉溝渠水體環(huán)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(fēng)險。

3 結(jié)論、建議與討論

3.1 結(jié)論與建議

其一，長沙縣8個鎮(zhèn)的灌溉溝渠水體Cd、Pb、As 含量皆未超過農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限量值，且皆表現(xiàn)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(diǎn)位灌溉水Cd、Pb、As、H g ！ 的單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)結(jié)果皆表明其為清潔水平，As和Cd的平均單因子污染指數(shù)和平均綜合污染指數(shù)較高，故研究區(qū)域的灌溉溝渠水體環(huán)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(fēng)險?？梢?，As是造成當(dāng)前長沙縣灌溉溝渠水體污染潛在風(fēng)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(fēng)險。因此，長沙縣一方面要在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(jié)的洪水進(jìn)入農(nóng)田，降低污染風(fēng)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(diǎn)的水環(huán)境中重金屬含量存在差異。該研究結(jié)果表明長沙縣8個點(diǎn)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(jié)論不同。如魯滔等[23]通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)長江岳陽段水環(huán)境毒性物質(zhì)總健康風(fēng)險表現(xiàn)為平水期 gt; 豐水期 gt; 枯水期；一些研究監(jiān)測到洞庭湖水環(huán)境毒性物質(zhì)總健康風(fēng)險表現(xiàn)為豐水期 gt; 枯水期 gt; 平水期[24-25]；蔣東益[2調(diào)研湘江水體重金屬含量的結(jié)果表明，各污染指標(biāo)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(jìn)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(jìn)行，該時期底泥擾動較小、水質(zhì)清澈，這也是導(dǎo)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(zhì)等的影響[14]，在溶解態(tài)、懸浮態(tài)、沉積態(tài)之間不斷轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致灌溉溝渠底泥中的重金屬污染風(fēng)險不穩(wěn)定、監(jiān)測結(jié)果波動較大[27]。

該研究的結(jié)果表明，平水期、枯水期、豐水期長沙縣8個鎮(zhèn)的灌溉水Cd、Pb、As、 H g 、 含量皆遠(yuǎn)低于農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限量值，As和Cd的平均單因子污染指數(shù)和平均綜合污染指數(shù)較高，這與部分研究的結(jié)論一致。如調(diào)研長株潭地區(qū)灌溉水質(zhì)情況的結(jié)果表明，此區(qū)域灌溉水體重金屬含量較低，水質(zhì)皆處于清潔水平[28]；蔣東益[2]調(diào)研湘江流域水體環(huán)境質(zhì)量后也得到相同結(jié)論，還發(fā)現(xiàn)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(fēng)險水平皆表現(xiàn)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(huán)境進(jìn)行評價，結(jié)果也皆表明As為主要風(fēng)險污染物[29-31]。

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（責(zé)任編輯：袁萍萍）