湘江(衡阳段)底泥重金属污染特征及生态风险动态评价

第３６卷第３期　２　０１　５年０　６月　衡阳师范学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｎｇｙａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｎｏ．３ＶｏｌＩ　３６　Ｊｕｎ．２　０　ｌ　５　湘江（衡阳段）底泥重金属污染特征及　生态风险动态评价　唐文清　，曾荣英　，冯泳兰　。，刘梦琴　。，申秀英。　（１．衡阳师范学院化学与材料科学系，湖南衡阳４２１００８；　２．功能金属有机材料湖南省普通高等学校重点实验室，湖南衡阳４２１００８；　３．湖南省普通高校哲学社会科学重点研究基地环境教育研究中心，湖南衡阳４２１００２）　摘要：为了解湘江（Ｏｒ阳段）底泥重金属污染程度，对流域内１Ｏ个断面１８个采样点的表层底泥重金属（Ｃｕ、　Ｚｎ、Ａｓ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｐｂ）进行采样，测定样品各金属含量，并分别采用潜在生态危害指数法和地累积指数　法评价底泥重金属潜在生态风险和污染程度。结果表明，湘江（衡阳段）袁层底泥中各．占’重金属平均Ｒ　为　１００９．４６，总体上属于很强生态风险；地累积指数表明在松柏段面的砷、汞、镉、铅处于严重污染。　关键词：湘江（衡阳段）；底泥重金属；生态危害指数法；地累积指数法　中图分类号：Ｘ５３　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３—０３１３（２０１５）０３—００５６－０６　湖南衡阳地区是著名有色金属之乡，随着有色金属开采和冶炼业的蓬勃发展，大量重金属废水排人湘　江，进入河流的重金属经过吸附、解析、沉淀等方式转移到底泥中并不断富集，对本地区生态环境造成严重　的威胁，引起部分学者的高度关注　引。本研究将结合衡阳地区工业布局情况，选择湘江（衡阳段）底泥中７　种代表性重金属作为研究对象，通过现场采样监测分析，深入地探讨该段底泥重金属污染分布特征，并采用　潜在生态危害指数法和地累积指数法分别对底泥各重金属生态风险和污染状况进行评价。　１材料与方法　ｌ＿１样品采集　为深入调查衡阳地区生活生产行为给湘江带来的影响，本研究将以湘江衡阳段干流及其境内主要支流　沉积物为研究对象。在２０１３—２０１４年期间，课题组对湘江（衡阳段）１０个代表性监测断面如憩山、松柏、春陵　水入口、新塘铺、黄茶岭、蒸水入口、耒水入口、枣子坪、站门前和熬洲的１８个点进行采样调查分析，采样分布　图如图１。　１．２采样分析项目　结合衡阳地区工业布局，采样选择Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｐｂ等７种重金属作为研究对象。　１．３检测方法　现场所取样品均经过酸溶法消解，其中Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ａｓ、Ｐｂ采用原子吸收光度法测定，Ｈｇ采用原子　收稿日期：２０１５－０４—０８　基金项目：湖南省自然科学基金资助项目（１３ｊｊ９０１８）；“材料物理与化学”湖南省十二五重点建设学科资助项目；功能金属有机　化合物湖南省高校科技创新团队资助项目。　作者简介：唐文清（１９７２一），男，广西桂林人，副教授，博士生，主要从事环境功能材料合成及环境污染治理与防治。　２０１５年第３期　唐文清，曾荣英，冯泳兰，等：湘江（衡阳段）底泥重金属污染特征及生态风险动态评价　５７　Ｋ　耒水　Ａ　ｃ　—　×　；　一ａ／　；ＲＩ一∑Ｅ一∑　×　重金属的毒性系数，见表１。重金属生态危害程度的划分依据Ｌａｒｓ　Ｈａｎｓｏｎ提出的分级标准，见表２。　表１重金属的参照值和毒性系数　１．４．２地累积指数法　地累积指数法是德国学者Ｍｕｌｌｅｒ提出的，被广泛用于沉积物中重金属污染程度的定量研究　］。地累　积指数的计算公式如下：Ｉｇ　一ｌｏｇ２Ｅｃｏ／（ｋＢ．）］，式中，　为地累积指数，Ｃｎ为重金属ｎ在沉积物中的实测　含量，Ｂｎ为沉积物中所测元素的地球化学背景值，ｋ为考虑到重金属沉积作用可能会引起的背景值的变动　而设定的常数（一般ｋ一１．５）。　根据Ｉ鲫数值的大小，Ｆｏｒｓｔｎｅｒ将沉积物中重金属的污染程度分为７个等级，即Ｏ～６级，如表３所示。　表３重金属污染程度与　的关系　２０１５年第３期　唐文清，曾荣英，冯泳兰，等：湘江（衡阳段）底泥重金属污染特征及生态风险动态评价　５９　Ｐｂ　１　０Ｉ。（％）　ｌ２５０　Ｇ铅含量分布　图２湘江（衡阳段）底泥中重金属含量分布情况　２．２　潜在生态危害指数法评价　根据Ｌａｒｓ　Ｈａｎｓｏｎ的潜在生态危害风险评价模型对湘江（衡阳段）底泥重金属进行定量评估，评价结果　见表４。　从表４中各断面各重金属的　或ＲＩ指标值可以判断，憩山段两侧为轻微生态危害，松柏段两侧为极强　生态危害，春陵水人口断面Ｃ　侧为很强生态危害、Ｃｚ侧为强生态危害，新塘铺断面Ｄ　侧为强生态危害、Ｄｚ　侧为中等生态危害，黄茶岭断面Ｅ　侧为极强生态危害、Ｅ。侧为中等生态危害，蒸水入口断面为很强生态危　害，耒水人口断面除砷为中等生态危害外、其余均为轻微生态危害，枣子坪断面Ｈ　侧为很强生态危害、Ｈ。　侧为轻微生态危害，站门前段两侧均为很强生态危害，熬洲段Ｋ　侧为中等生态危害、Ｋ　侧为很强生态危害。　从湘江（衡阳段）上游憩山段至下游熬洲段底泥重金属生态危害为极强的有４处，很强生态危害有６处，强生　态危害有１处，其余的为中等强生态危害和轻微危害。总体而言，湘江（衡阳段）由于有色金属的开采和冶炼　产生的重金属废水排放未得到有效控制，导致该区域河流底泥重金属得到不断富集，生态危害程度较部分　河流强　。　表４湘江（衡阳段）沉积物中重金属的潜在生态危害评价结果　６Ｏ　衡阳师范学院学报　２０１５年第３６卷　２．３　地累积指数法评价　研究湘江（衡阳）段沉积物因没有相应的重金属背景值，将选择《土壤环境质量标准》［　］（ＧＢ１５６１８—１９９５）　各重金属的一级标准作为背景值进行地累积指数法评价。根据各断面底泥重金属实测值，按照地累积指数　法评价模型推测结果如表５。　由表５可以看出，采样点地累积指数Ｉ　达到６有松柏（砷、汞、镉、铅）、黄茶岭（镉）、枣子坪（镉）、熬洲　（镉），污染程度为严重，Ｉ　。达到６中的重金属均有镉，说明湘江（衡阳）段流域内基本分布有涉镉的生产企　业，含镉生产废水处理效果欠佳；重金属危害程度为重的是松柏（铅）、春陵水（砷）、蒸水（镉）、站门前（镉）；　重金属危害程度为偏重是松柏（锌）、新塘铺（镉）。湘江（衡阳段）除上游憩山污染程度为中度以下，其它断　面均出现重金属污染程度偏重以上，该模型推测结果与上文潜在生态危害预测结果基本一致。　表５各采样点底泥重金属元素的地累积指数Ｉ　及其分级　３结论　（１）湘江（衡阳段）底泥富集重金属程度变化趋势为上游憩山段至中段松柏段不断升高并达到峰值，再　由中段松柏段至下游熬洲不断降低。　（２）湘江（衡阳段）各断面底泥重金属潜在生态危害评价结果表明该区域各断面均有不同程度危害影　响，其中松柏、黄茶岭等断面为极强，憩山段为轻微。　２０１５年第３期　唐文清，曾荣英，冯泳兰，等：湘江（衡阳段）底泥重金属污染特征及生态风险动态评价　６１　（３）地累积指数法评价结果显示，湘江（衡阳段）底泥各断面重金属污染程度基本在轻度污染以上，其中　松柏段最重。　（４）湘江（衡阳段）底泥各断面均受到重金属不同程度的污染，建议相关职能部门应在日后工作中　加强监督，督促相关生产企业严控废水，实施达标排放，抑制该段重金属生态危害风险加重趋势。　参考文献：　Ｅ１３彭渤，唐晓燕，余昌训，等．湘江入湖河段沉积物重金属污染及其Ｐｂ同位素地球化学示踪ＥＪ］．地质学报，２０１１，８５（２）：　２８２—２９９．　［２］王鸣宇，张雷，秦延文，等．湘江表层沉积物重金属的赋存形态及其环境影响因子分析ＥＪ］．环境科学学报，２０１１，３１（１１）：　２４４７—２４５８．　Ｉ－３］陈一清，黄钟霆，毕军平，等．湘江干流沉积物中铅和镉的污染特征与评价ＥＪ］．中国环境监测，２０１４，３０（２）：６２—６６．　Ｅ４］许振成，杨晓云，温勇，等．北江中上游底泥重金属污染及其潜在生态危害评价［Ｊ］．环境科学学报，２００９，３０（１１）：　３２６２—３２６８．　Ｅ５］李德亮，张婷，余建波，等．长江中游典型湖泊重金属分布及其风险评价：以大通湖为例ＥＪ］．长江流域资源与环境，２０１０，１９　（Ｚ１）：１８３—１８９．　［６］李一蒙，马建华，刘德新，等．开封城市土壤重金属污染及潜在生态风险评价ＥＪ］．环境科学，２０１５，３６（３）：１０３７—１０４３．　Ｅ７］于洋，高宏超，马俊花，等．密云县境内潮河流域土壤重金属分析评价ＥＪ］．环境科学，２０１３，３４（９）：３５７２—３５７７．　Ｅｓ］Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｏｒｉｄｉｓ　Ｃ，Ｄｅｄｅｐｓｉｄｉｓ　Ｄ，Ｆｙｔｉａｎｏｓ　Ｋ．Ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｔｈｅｒｍａｉｋｏｓ　Ｇｕｌｆ，Ｎ．Ｇｒｅｅｃｅ．Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｕｓｉｎｇ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈａｚａｒｄｏｕｓ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００９，１６８　（２）：１０８２—１０９１．　［９］潘静芬．舟山本岛河流沉积物重金属污染特征与评价ＥＪ］．环境科学与技术，２０１２，３５（１２Ｊ）：９６—９９．　Ｅｌｏ］中国环境保护局．ＧＢ１５６１８—１９９５，土壤环境质量标准［Ｓ］．北京：中国标准出版社，１９９５．　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｍｅｔａｌｓ　Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｒｉｓｋ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｈｅｎｇｙａｎｇ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｘｉａｎｇｊ　ｉａｎｇ　Ｒｉｖｅｒ　ＴＡＮＧ　Ｗｅｎ—ｑｉｎｇ　・　ｔ。，ＺＥＮＧ　Ｒｏｎｇ－ｙｉｎｇ　，ＦＥＮＧ　Ｙｏｎｇ—ｌａｎ　＇。，ＬＩＵＭｅｎｇ—ｑｉｎ　，　，ＳＨＥＮ　Ｘｉｕ—ｙｉｎｇ。　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ　Ｈｕｎａｎ　４２１００８，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｏｆ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ　Ｈｕｎａｎ　４２１００８，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｋｅｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｂａｓｅ　ｏｆ　Ｐｈｉｌｏｓｏｐｈｙ＆Ｓｏｃｉａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｈｕｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，　Ｈｅｎｇｙａｎｇ　Ｈｕｎａｎ　４２１００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｘｐｌｏｒｅ　ｔｈｅ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ（Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｓ，Ｈｇ，ＣＡ，Ｃｒ，Ｐｂ）ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔｓｔｈｅ　Ｘｉａｎｇｉｉａｎｇ　Ｒｉｖｅｒ（Ｈｅｎｇｙａｎｇ　ｓｅｃｔｉｏｎ），１８　ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ　ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ　ｗｅｒｅ　ｓａｍｐｌｅｄ　ｆｒｏｍ　１０　ｓｅｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｉｖｅｒ　ｆｏｒ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ　ｂｙ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｌｅｖｅｌｓ　ａｎｄ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　ｒｉｓｋ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ　ｗｅｒｅ　ａｓ—　ｓｅｓｓｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　ｒｉｓｋ　ｉｎｄｅｘ（ＲＩ）ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｌｏａｄ　ｉｎｄｅｘ（ＰＬＩ）．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　Ｒ１　ｗａｓ　１００９．４６　ｗｈｉｃｈ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ａ　ｖｅｒｙ　ｈｉｇｈ　ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　ｒｉｓｋ．Ｔｈｅ　ＰＬＩ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　Ａｓ，Ｈｇ，Ｃｄ，ｐｂ　ｉｓ　ｓｔｒｏｎｇｅｒ　ｉｎ　ｏＳｎｇｂａｉ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｘｉａｎｇｊｉａｎｇ　Ｒｉｖｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｘｉａｎｇｊｉａｎｇ　Ｒｉｖｅｒ（Ｈｅｎｇｙａｎｇ　ｓｅｃｔｉｏｎ）；ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｉｎ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ；ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　ｒｉｓｋ　ｉｎｄｅｘ　ｍｅｔｈｏｄ；ｇｅｏ－ａｃｃｕｍｕ一　】ａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈＯｄ