湘江衡阳段河流沉积物中重金属污染特征及评价
2016-06-22邱国良陈泓霖
邱国良 陈泓霖
(衡阳市环境监测站，湖南 衡阳 421001)
湘江衡阳段河流沉积物中重金属污染特征及评价
邱国良陈泓霖
(衡阳市环境监测站，湖南 衡阳421001)
【摘要】2011-2015年连续5年采集了湘江衡阳段河流沉积物，测定了沉积物中9种重金属的含量。采用地累积指数法及潜在生态危害指数法对沉积物中9种重金属的污染状况及生态风险进行了评价。结果表明：以地累积指数法评价时污染程度表现为镉>锌>铅>铜>汞>锰>砷>钒>总铬，其中镉为极强污染，锌、铅为强污染，铜、汞为中度污染到强污染； 以潜在生态危害指数法评价时生态危害表现为镉>汞>铅>砷>铜>锌>锰>钒>总铬，其中镉为极强生态危害程度，湘江衡阳段及各个断面沉积物中重金属总潜在生态危害均表现为很强生态危害程度，各个断面的生态危害程度表现为松柏>黄茶岭>归阳镇>熬洲；两种评价方法均表明2013-2015年污染较2011-2012年有所减轻。
【关键词】湘江衡阳段；沉积物；重金属；地累积指数法；潜在生态危害指数法
湘江是湖南省最大河流，发源于广西壮族自治区灵川县海洋乡，流经湖南省永州市、衡阳市、株洲市、湘潭市、长沙市，至岳阳市的湘阴县注入长江水系的洞庭湖。随着湘江流域工农业的发展，湘江已成为我国重金属污染最严重的河流之一。湖南省自2012年开始实施湘江流域重金属污染治理，近几年来河流水体中重金属浓度呈下降趋势，为了查明湘江河流沉积物重金属污染变化情况，运用地累积指数法和潜在生态危害指数法对2011-2015年湘江衡阳段沉积物中重金属污染状况进行了分析。
1材料与方法
1.1研究区域及监测概况
衡阳市位于湘江中游，湘江自祁东县归阳镇清塘入境，从衡东县和平村出境进入株洲市，衡阳境内长226千米。衡阳是著名的有色金属之乡，境内水口山地区有色金属开采与冶炼已有百余年历史，是我国重要的有色金属冶炼基地之一。含重金属废水进入湘江水体，再经过吸附、解析、沉淀等方式转移到沉积物中并不断富集造成湘江衡阳段沉积物中沉积了大量的重金属。
在湘江衡阳段布设了归阳镇、松柏、黄茶岭、熬洲共4个监测断面，归阳镇为湘江衡阳段入境断面，松柏位于湘江衡阳段中上游、水口山地区下游，黄茶岭位于湘江衡阳段中下游(市城区河段)，熬洲为湘江衡阳段出境断面。2011-2015年，每年在枯水期(9月份)用掘式采泥器采集河流沉积物表层泥样，分左、右两个测点采样。沉积物样品经自然风干后，用四分法研磨、过筛，再保存待分析。样品分析按相关技术规范执行，采用原子吸收、原子荧光、ICP等仪器分析，采取了相应的质量保证与质量控制措施。
1.2评价方法
1.2.1地累积指数法
地质累积指数是一种研究水环境沉积物中重金属污染的定量指标，不仅考虑了自然地质过程造成的背景值的影响，而且也充分注意了人为活动对重金属污染的影响。其计算公式如下：
式中：Ci为沉积物重金属元素i的实测含量(mg/kg)；Bi为重金属元素i的环境背景值(mg/kg)；k为考虑各地岩石差异可能引起背景值变动而取的常数，取k=1.5；湘江河流沉积物背景值(均值)为：铅：22.5，镉：0.50，砷：21.2，汞：0.043，铜：16.7，锌：73.0，总铬：35.2，钒：46.1，锰：371.0(mg/kg)。背景值数据来源于《环境背景值数据手册》(环境科学出版社，1988年12月第一版，1989年4月第一次印刷)。
将地累积指数划分为7个级别，Igeo≤0，污染级别为0级，表示无污染；0
1.2.2潜在生态危害指数法
潜在生态危害指数法是目前较为常用的评价沉积物中重金属生态危害的方法，该方法从沉积学角度对沉积物中重金属污染进行评价，并利用沉积物中重金属相对于工业化以前沉积物的最高背景值的比值以及将重金属的生态效应、环境效应与生物毒性系数联系起来，得到潜在生态危害指数。其计算公式是：
表1 沉积物重金属生态危害程度划分标准
2结果与分析
2.1沉积物中重金属含量水平
湘江衡阳段2011-2015年沉积物中重金属监测结果五年的平均值见表2。由表2可以看出：湘江衡阳段(4个断面平均值)沉积物中9种重金属含量均超过湘江河流沉积物背景值，总铬超背景值倍数最小(0.6倍)，镉超背景值倍数最大(78倍)，锌、铅超背景值倍数分别为11.4、11.1倍，铜、汞、锰、砷超背景值倍数在3.9～7.4倍之间，总铬、钒超背景值倍数较低(0.6～0.8倍)，湘江衡阳段沉积物以镉、锌、铅污染为主，其次为铜、汞、锰、砷。从空间上沿程污染分布来看，总铬、钒在各断面含量相差不大，其余7种重金属含量在各断面含量差异较大；除总铬、钒外，其余7种重金属含量最大值均出现在松柏断面，松柏断面沉积物中镉、锌、铅、铜含量均为其余断面的3倍以上，松柏断面沉积物受到明显的重金属污染，与松柏断面位于水口山地区下游相关；松柏断面沉积物中的镉、铅、砷、锌均高于《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)三级标准限值。如果以入境断面归阳镇作为对照断面，除总铬、钒、锰外，其余6种重金属在衡阳境内河段沉积物中污染均有所加重、受境内工业源污染影响比较明显，与衡阳地区工业源排放情况相一致。
表2 2011-2015年湘江衡阳段河流沉积物监测结果平均值(mg/kg)
2.2地累积指数法评价
采用地累积指数法评价湘江衡阳段河流沉积物中重金属污染状况见表3。由表3可以看出：湘江衡阳段河流沉积物中9种重金属均受到不同程度的污染，其中总铬、钒为无污染到中度污染，砷、锰为中度污染，汞、铜为中度污染到强污染，铅、锌为强污染，镉为极强污染；9种重金属污染程度表现为镉>锌>铅>铜>汞>锰>砷>钒>总铬，镉每年度均为强污染或极强污染，说明湘江衡阳段河流沉积物以镉污染最为严重，总铬、钒污染不明显。
由表3各年度Igeo值可以看出：9种重金属各年度污染程度均呈不规则波动变化，处于中度污染的砷和锰各年度呈不规则变动、且波动变化不大，镉、铅、锌波动变化稍大；从多种元素整体上看，2013-2015年污染程度较2011-2012年有所减轻，其中镉、铅、锌污染有明显减轻，镉在2013-2015年污染有所减轻、但仍为强污染。虽然河流沉积物中重金属的富集与释放比较复杂，但河流沉积物中重金属污染变化减轻与近年来水体中重金属浓度下降相吻合。
2.3潜在生态危害指数法评价
(1)采用潜在生态危害指数法评价湘江衡阳段河流沉积物中重金属污染状况见表4。由表4从单个重金属的潜在生态危害指数可以看出：湘江衡阳段河流沉积物中的9种重金属均呈现出不同程度的生态危害，其中总铬、钒、锰、锌为轻微生态危害程度，铅、砷、铜为中等生态危害程度，汞为很强生态危害程度，镉为极强生态危害程度，基本上与地累积指数法评价结果一致(锰、锌与地累积指数法评价不一致，因锰、锌毒性系数低)； 9种重金属生态危害表现为镉>汞>铅>砷>铜>锌>锰>钒>总铬；其中镉在各个断面均为极强生态危害程度；从4个断面及湘江衡阳段总体来看，湘江衡阳段河流沉积物中总铬、钒、锰污染不明显，以其余6种重金属污染为主。从各断面单个重金属的潜在生态危害指数来看：入境断面归阳镇、黄茶岭、熬洲3个断面均是除镉(极强)、汞(中等)有中等以上生态危害外、其余7种重金属均为轻微生态危害程度；松柏断面的镉和汞为极强生态危害、铅为很强生态危害、铜和锌为强生态危害，说明松柏断面有多种重金属为严重污染。 由表4从总潜在生态危害指数可以看出：湘江衡阳段及各个断面沉积物中重金属均呈现出很强生态危害程度，各个断面的生态危害程度表现为松柏>黄茶岭>归阳镇>熬洲，松柏断面生态危害程度远高于其余断面。
表3 湘江衡阳段河流沉积物中重金属地累积指数法评价结果
表4 湘江衡阳段河流沉积物中重金属潜在生态危害指数法评价结果
(2)湘江衡阳段河流沉积物中重金属总潜在生态危害指数年际变化情况见表5。由表5可以看出：各个断面及湘江衡阳段除2013年的归阳镇为强生态危害程度外，其余各年度均为很强生态危害程度(Ri均大于600)，松柏断面对湘江衡阳段生态危害影响最为显著；沉积物中重金属总潜在生态危害指数在各年度呈现出不规则波动变化，归阳镇、松柏断面及湘江衡阳段2013-2015年生态危害程度较2011-2012年有所下降，黄茶岭断面2012年偏高、其余年份波动变化不大，熬州断面各年度波动变化较小。
2.4重点污染断面(松柏)污染变化
松柏断面河流沉积物中主要重金属污染变化情况见表6。从Igeo及Eir来看，松柏断面沉积物中铅、镉污染在2011-2014年呈下降趋势、2015年有所上升，铅、镉污染2013-2015年较2011-2012年有所下降；砷、汞污染在2011-2013年呈下降趋势、2014-2015年有所上升，2013-2014年污染相对较低；铜、锌污染波动变化，在2013-2015年污染较2011-2012年有所下降；锰污染波动变化，2013-2014年污染相对较低。整体上看，松柏断面河流沉积物中主要重金属在2013-2015年污染较2011-2012年有所下降；与湘江衡阳段整体变化情况一致。
表5 湘江衡阳段河流沉积物中重金属总潜
表6 松柏断面河流沉积物中主要重金属污染变化情况
3结论
(1)由监测结果统计看出：与背景值相比时，湘江衡阳段沉积物以镉、锌、铅污染为主，其次为铜、汞、锰、砷；有 6种重金属(镉、锌、铅、铜、汞、砷)在衡阳境内河段沉积物中污染有所加重、受境内工业源污染影响比较明显；沉积物重金属污染以松柏断面最为严重。
(2)以地累积指数法评价，结果表明湘江衡阳段河流沉积物中9种重金属均受到不同程度的污染，9种重金属污染程度表现为镉>锌>铅>铜>汞>锰>砷>钒>总铬，其中镉为极强污染(镉每年度均为强污染或极强污染，以镉污染最为严重)，锌、铅为强污染，铜、汞为中度污染到强污染，锰、砷为中度污染，钒、总铬为无污染到中度污染。9种重金属各年度污染程度均呈不规则波动变化，多种重金属2013-2015年污染程度较2011-2012年有所减轻，其中镉、铅、锌污染有明显减轻，镉在2013-2015年污染有所减轻、但仍为强污染。
(3)以潜在生态危害指数法评价，湘江衡阳段河流沉积物中9种重金属均呈现出不同程度的生态危害，9种重金属生态危害表现为镉>汞>铅>砷>铜>锌>锰>钒>总铬，其中镉在各个断面均为极强生态危害程度，汞为很强生态危害程度，铅、砷、铜为中等生态危害程度，总铬、钒、锰、锌为轻微生态危害程度。从总潜在生态危害指数来看：湘江衡阳段及各个断面河流沉积物中重金属均呈现出很强生态危害程度，各个断面生态危害程度表现为松柏>黄茶岭>归阳镇>熬洲，松柏断面生态危害程度远高于其余断面。沉积物中重金属总潜在生态危害指数在各年度呈现出不规则波动变化，归阳镇、松柏断面及湘江衡阳段2013-2015年生态危害程度较2011-2012年有所下降，黄茶岭、熬洲断面各年度波动变化不大。
(4)从Igeo及Eir来看，重点污染断面松柏沉积物中铅、镉污染在2011-2014年呈下降趋势，砷、汞污染在2011-2013年呈下降趋势，铜、锌、锰污染呈不规则波动变化。整体上看，松柏断面河流沉积物中主要重金属在2013-2015年污染较2011-2012年有所下降。
(5)河流水体中的重金属由于物理、化学、生物作用富集到沉积物中，其污染是长期累积的，重金属具有富集性且难以降解，湘江衡阳段河流沉积物中重金属呈现出很强生态危害程度。重金属主要来源于工业污染源，湘江流域重金属污染治理需要持续推进。
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Characteristics and Assessment of Heavy Metal Pollution in the Sediments of Hengyang River in Xiangjiang
QIU GuoliangCHEN Honglin
(Hengyang Environmental Monitoring Station，Hunan Hengyang 421001，China)
Abstract：The river sediment of Hengyang River in Xiangjiang section of river was collected in 5 consecutive years，and the contents of 9 kinds of heavy metals in the sediment were measured. The pollution status and ecological risk of 9 kinds of heavy metals in sediment were evaluated by the method of accumulation index and potential ecological risk index.
Keywords：Hengyang Xiangjiang section; Sediment; Heavy metal; Land accumulation index method; Potential ecological risk index method
作者简介：邱国良，工程师，主要从事环境监测方面的工作
中图分类号：X522
文献标识码：A
文章编号：1673-288X(2016)03-0207-04
引用文献格式：邱国良等.湘江衡阳段河流沉积物中重金属污染特征及评价[J].环境与可持续发展，2016，41(3)：207-210.
