丰水期巢湖水体与沉积物重金属污染及分配特征研究

摘要：为研究巢湖水环境重金属污染程度及分配特征，在丰水期采集了全湖水体和沉积物样品，分析了Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb及Hg的含量、赋存形态及分配特征。结果表明，巢湖水体的重金属浓度较低，满足《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中的最严限值要求；沉积物Cd和Hg的超标倍数最高，在西湖区的含量远高于其他湖区，以生物有效态为主；各元素在沉积物-水体中的分配系数空间差异性不大，As的分配系数最低。巢湖重金属治理应更关注西湖区沉积物中Cd和Hg的累积污染。

关键词：巢湖；重金属；丰水期；分配特征

中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）07-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.060

Study on Pollution and Partition Characteristics of Heavy Metals in Water and Sediments of Chaohu Lake in Wet Season

WU Lei1，2， ZHU Weiwei2， YANG Manyi2

（1. Anhui Provincial Academy of Eco-Environmental Science Research， Hefei 230061， China;

2. Hefei University of Technology， Hefei 230009， China）

Abstract： To study the degree and distribution characteristics of heavy metal pollution in the water environment of Chaohu lake， water and sediment samples were collected throughout the lake during the wet season. The content， occurrence forms， and distribution characteristics of Cr， Co， Ni， Cu， Zn， As， Cd， Pb， and Hg were analyzed. The results indicate that the concentration of heavy metals in the water of Chaohu lake is relatively low， meeting the strictest limit requirements in the “Environmental Quality Standards for Surface Water” （GB 3838—2002）. The exceedance multiples of Cd and Hg in sediments are the highest， with much higher levels in the West Lake area than in other lake areas， mainly in the form of bioavailable substances. The spatial differences in the distribution coefficients of various elements in sediment water bodies are not significant， with As having the lowest distribution coefficient. The remediation of heavy metals in Chaohu lake should pay more attention to the cumulative pollution of Cd and Hg in sediments of Xihu district.

Keywords： Chaohu lake; heavy metals; wet season; partition characteristics

环境中的重金属具有难降解、易累积、毒性大的特点，且具有生物富集和放大效应，严重影响生态安全和人体健康。湖泊生态系统是自然生态系统的重要组成部分，参与地球化学物质循环，对生态环境和人类生活有着重要作用。巢湖位于安徽省合肥市，是我国5个大淡水湖之一，具有供水、航运、防洪等功能，在安徽省的经济、社会发展中具有重要的战略地位。相关研究表明，巢湖已受到较为明显的人为重金属污染[1-3]。以水量和物质能量交换最频繁的丰水期为例，研究巢湖水体和沉积物中重金属的含量水平、空间分布及沉积物-水体分配特征，以期为巢湖重金属污染防治提供数据支撑。

1 研究方法

1.1 样品采集与分析测试

基于网格布点法在巢湖湖区设置20个点位，在丰水期（2023年8月）采集表层水（水面以下约0.5 m）和表层沉积物（0～ 5cm）样品各20个，置于保温箱暂存（装有冰袋），并及时运至实验室处理分析。为便于分析湖区元素含量空间分布特征，根据湖区形状、地形等特点，将湖区划分为西湖区（中庙-齐头咀一线以西）、中湖区（中庙-齐头咀一线以东、罗家坎村-大王村一线以西）和东湖区（罗家坎村-大王村一线以东）3个湖区。

按照《土壤和沉积物 汞、砷、硒、铋、锑的测定 微波消解/原子荧光法》（HJ 680—2013）和《土壤和沉积物 12种金属元素的测定 王水提取-电感耦合等离子体质谱法》（HJ 803—2016）规定的方法测试重金属总量。

使用欧洲共同体标准物质局（‌European Community"Bureau of Reference，BCR）三步提取法提取沉积物形态，分为弱酸提取态、可还原态、可氧化态及残渣态。前3种形态加起来称为生物有效态，其占元素总量的比例可说明沉积物受到人为污染的程度。提取液与水样（可溶态）均按照《水质 65种元素的测定 电感耦合等离子体质谱法》（HJ 700—2014）规定的方法对元素浓度分析测试。所有试验质量控制按相关要求进行。

1.2 重金属分配系数

重金属分配系数是表征重金属在沉积物与水体间分配行为的指标，其值越低，说明重金属从固相释放到水体成为溶解态的趋势越明显。计算方法为体系达到平衡时沉积物含量与表层水中浓度的比值。为方便对比分析，取其对数值，用lgK表示。

2 分析与讨论

2.1 表层水重金属浓度及空间分布

在20个水样中，全部样品均未检出Hg，Cd、Pb和Hg未检出的样品比例分别为35%、55%和100%。因此，不分析这3种元素在水体中的空间分布特征。其表层水重金属浓度统计如表1所示。采用《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）评价元素浓度，As、Zn、Cu、Cr、Cd、Pb及Hg的浓度均符合Ⅰ类标准，Ni和Co的浓度远低于集中式生活饮用水地表水源地特定项目标准限值。Zn和Cr的变异系数较大，分别达到83.98%和45.51%，说明这两种元素的全湖浓度分布离散程度较高；Cu的变异系数最小。东湖区的As和Zn浓度较高，西湖区的As浓度较高。

2.2 表层沉积物重金属含量及空间分布

丰水期巢湖表层沉积物各元素含量统计如表2所示。对比江淮流域沉积物背景值，Pb的全湖均值低于背景值，其余元素均超背景值。Cd和Hg的超标倍数最高，分别为4.77和1.93倍[4]。Hg和Cd的变异系数较大，分别为58.77%和33.51%；其余元素的变异系数较小，说明空间差异不大。总体来看，重金属在沉积物中含量的空间分布差异性要低于在水体中的差异。由各湖区的含量均值可知，Cr、Zn、Cd及Hg均为西湖区最高，其中Cd和Hg在西湖区的含量远高于其他湖区；各湖区的其余元素含量相差不大。对比可知，沉积物和水体中同一元素的空间分布特征存在差异。

2.3 巢湖表层沉积物重金属赋存形态

丰水期巢湖沉积物重金属赋存形态特征如表3所示。As、Cr、Pb、Cu、Ni、Zn和Co在各点位沉积物中的残渣态含量比例均高于50%，全湖均值分别为96.68%、91.96%、88.82%、77.77%、74.67%、71.14%及58.61%。Cd和Hg以生物有效态为主，分别为63.29%和75.75%，说明这两种元素受人为污染影响较大，生物可利用性较高，潜在生态风险值较大。从空间分布看，As和Cr在全湖赋存形态比例相差不大，Co、Zn、Pb、Hg在西湖区的残渣态比例最低，Ni、Cu、Cd在中湖区的残渣态比例最低。

2.4 重金属在沉积物-水体中的分配特征

因Cd、Pb和Hg在水样中的检出比例较低，无法计算分配系数Kp，因此不分析其分配特征。其余元素沉积物-水体间的lgK统计如表4所示，全湖均值大小为Cr＞Co＞Zn＞Ni＞Cu＞As。Cr和Co的分配系数较高，说明在丰水期巢湖沉积物对这两种元素的固定能力较强，不易从沉积物中释放进入水体；As的分配系数最小，表明As从沉积物释放到水体中的趋势相对最明显。徐晨等[5]分析了望虞河西海岸河网中的各重金属分配特征，发现分配系数大小顺序为Cu＞Cr＞Zn＞Ni＞As，与研究结果基本一致。从空间分布来看，各元素在不同湖区的分配系数相差较小。

3 结论

丰水期巢湖水体中As、Zn、Cu、Cr、Cd、Pb及Hg的浓度均符合地表水Ⅰ类水标准，Ni和Co浓度远低于标准限值；东湖区的As和Zn浓度最高，西湖区的Cr、Co、Ni及Cu浓度最高。沉积物中除Pb外，其余元素含量均值均超背景值，Cd和Hg的超标倍数最高，在西湖区的含量远高于其他湖区，且全湖均以生物有效态为主，潜在生态风险值较大；其余元素以残渣态为主。巢湖应格外重视西湖区沉积物中Cd和Hg的累积污染治理。

参考文献

1 刘 新，蒋 豫，高俊峰，等.巢湖湖区及主要出入湖河流表层沉积物重金属污染特征及风险评价[J].湖泊科学，2016（3）：502-512.

2 何 苗，刘桂建，吴 蕾，等.巢湖流域丰水期可溶态重金属空间分布及污染评价[J].环境科学，2021（11）：5346-5354.

3 杨 阳，李小龙，杨碧莹，等.巢湖表层沉积物重金属污染特征研究[J].安徽理工大学学报（自然科学版），2020（4）：46-54.

4 陈兴仁，陈富荣，贾十军，等.安徽省江淮流域土壤地球化学基准值与背景值研究[J].中国地质，2012（2）：302-310.

5 徐 晨，王沛芳，陈 娟，等.望虞河西岸河网重金属污染特征及生态风险评价[J].环境科学，2019（11）：4914-4923.