万峰湖水体和沉积物中汞的污染现状及风险评价*

杨 洋 黄婉玉 程 星

(1.贵州师范大学地理与环境科学学院， 贵阳 550001； 2.贵州省环境科学研究设计院， 贵阳 550081)

万峰湖水体和沉积物中汞的污染现状及风险评价*

杨 洋1黄婉玉2程 星1

(1.贵州师范大学地理与环境科学学院， 贵阳 550001； 2.贵州省环境科学研究设计院， 贵阳 550081)

分析了万峰湖水体和沉积物中汞的污染现状以及汞含量分布状况，分别采用单因子污染指数法表征了水体中汞污染程度，地累积指数法和潜在生态危害指数法评价了沉积物中汞污染程度和潜在生态风险。结果表明，11个采样点水中汞含量为ND～0.034μg/L，平均值0.014μg/L，均符合国家地表水质量Ⅲ类标准；沉积物中汞含量为0.039～0.358mg/kg，平均值0.169mg/kg。从三江口—红村码头水和沉积物中汞含量均呈现波状起伏分布，分布趋势较一致。单因子评价法显示研究区水体中无汞污染，地累积指数法和潜在生态危害指数法显示所测样点沉积物中有82%无汞污染，45%生态风险很低。

万峰湖；水；沉积物；汞；风险评价

汞是唯一在常温下呈液态并易流动的重金属，具有持久性、生物富集性和剧毒性，是全球性环境污染物之一[1-2]。水体中的汞易与有机高分子生成配合物或螯合物，吸附在黏土矿物等表面，进入沉积物中并积累，而沉积物因悬浮作用向水中释放汞又导致河水中较高的汞含量维持较长时间[3-5]。因此，研究水及沉积物中重金属汞的污染分布，对了解汞对水环境的影响具有重要意义。汞及其有机化合物能通过食物链进入体内，危害人体健康，其中摄食和饮水是人群汞暴露的重要途径，所以控制和降低饮水中汞含量是保障区域正常生活，降低人群健康风险的内在要求。万峰湖集供水、发电、灌溉、养殖、防洪、旅游及调节自然生态等功能于一库[6]，当前的研究主要集中在浮游植物和水质富营养化方面[7-9]，对于环境中汞污染状况鲜有报道。本研究对万峰湖水体和沉积物中汞的污染及分布状况进行测定分析，并采用单因子指数法、地累积指数法和潜在生态危害指数法进行环境和生态风险的评估，为该地区水资源的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

万峰湖位于贵州省黔西南州兴义市和安龙县境内，地理位置东经104°31'-105°01'，北纬24°37'-25°23'，是黔、滇、桂三省区交界处，由国家重点工程天生桥一级电站大坝将南盘江拦截而形成的水库，属珠江流域上游区，担负着珠江流域沿江城市生活饮用和工农业用水的供水[8-9]。万峰湖湖面面积达176 km2，属于典型的高原深水湖库，水体最深处超过170 m，主航道长约 128 km，库容量为102 亿m3，仅次于鄱阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖，位居全国5大淡水湖之列。万峰湖由于生态环境保护、污染防治工作滞后，以及流域化工厂和城镇污水的直接排放、大量网箱养鱼、库区农业面源污染，使得湖水水质恶化日趋严重。

1.2 样品采集与制备

2014年2月赴万峰湖采集水样和沉积物，以万峰湖主航道为主线，从上游三江口到下游红村码头设置11个采样点(见图1)。使用聚乙烯桶采集表层水样，同时采集表层沉积物于聚乙烯袋内封口保存。沉积物样品带回后置于阴凉处自然风干，剔除样品中的动植物残体、石子等杂质，经四分法缩分，研磨后过100目筛，保存备用。

1.三江口;2.马蚌;3.田湾河口;4.平街;5.小米;6.金钟山;7.坝达章;8.革布;9.歪染;10.坝索湾;11.红村码头.图1 万峰湖采样点分布

1.3 样品处理与分析测定

水：取水样10 mL于25 mL具塞比色管中，加入0.5 mL浓盐酸，混匀，静置。

沉积物：称取样品0.2 g(精确至0.000 1 g)于50 mL具塞比色管中，加入10 mL王水(HCl：HNO3=3：1)，混匀，沸水浴消解2 h，并不时进行摇匀。冷却至室温后用水定容至50 mL，摇匀。放置过夜取上清液测定。

采用AF-640型原子荧光光谱仪测定样品中的汞含量。所用化学试剂为优级纯或分析纯，水为超纯水。采用完全相同的分析程序测定水样标准溶液和土壤标准物质ESS-3(GSBZ50013-88)中的汞含量，以保证分析数据的质量。同时测定实验空白，并按10%的比例随机测定样品平行样，平行样分析结果相对偏差均低于10%。

1.4 评价方法

1.4.1 水体中汞污染评价

本研究采用单因子污染指数法评价万峰湖水体中总汞的污染程度，此方法可直观表征水体总汞的污染水平。计算公式如下：

Pi=Ci/Si

式中：Pi为汞的污染指数；Ci为水中汞的实测值；Si为汞的评价标准。总汞评价标准为：F>1轻污染，F≥10中度污染，F≥100重度污染[10]。

1.4.2 沉积物中汞的风险评价

采用地累积指数法[11]和潜在生态危害指数法[12]评价万峰湖沉积物中的汞污染情况。

(1) 地累积指数法

德国学者Muller在1969年提出的地质累积指数法(Geo-accumulation Index)，被广泛用于沉积物的污染评价。计算方法为：

式中，Igeo为汞的地累积指数；Ci为沉积物中汞的实测值；Bi为沉积物中汞的地球化学背景值(Bi值选取贵州土壤汞背景值0.158 mg/kg)[13]；k为考虑到造岩运动可能引起的背景值变动而取的系数，一般取1.5[11]。

(2) 潜在生态危害指数法

目前，国内外学者常采用瑞典地球化学家Hakanson提出的潜在生态危害指数法(The Potential Ecological Risk Index)评价土壤或沉积物中重金属的生态风险。其计算方法为：

Er=Tr·Ci/C0

式中，Er为汞的潜在生态危害系数；Ci为沉积物中汞的测定值；C0为汞的参比值(C0值选取贵州土壤汞背景值0.158 mg/kg)[13]；Tr为汞的毒性系数(Tr=40)[12]。地累积指数法与潜在生态危害指数法的评价标准见表1。

表1 地累积指数法和潜在生态危害指数法评价标准

2 结果与讨论

2.1 万峰湖水和沉积物中汞的含量

2.1.1 水中汞含量

万峰湖不同采样点水和沉积物中汞质量浓度见表2，水中汞含量相差不大，范围在ND～0.034 μg/L之间，平均值为0.014 μg/L。万峰湖规定水质类别为Ⅲ类水体[9]，因此采用GB 3838—2002《地表水环境质量标准》[14]Ⅲ类水质标准(Hg≤0.10 μg/L)进行评价，11个采样点汞含量均未超过国家地表水环境质量标准所规定的Ⅲ类水质标准限值，其中革布和坝索湾水中汞含量未检出。与贵州其他地区水体中汞含量比较(见表3)，万峰湖水中汞含量低于百花湖、黄道河、下溪河、敖寨河、高楼坪河，而稍高于草海水中的汞含量，表明万峰湖水中汞含量处于较低水平。

表2 万峰湖水和沉积物中汞含量

注：ND为未检出。

表3 与贵州其他地区水和沉积物中汞含量比较

2.1.2 沉积物中汞的含量

由万峰湖不同采样点沉积物中汞含量(表2)可知，质量浓度范围为0.039～0.358 mg/kg，最大值在马蚌，最小值位于革布，最大值是最小值的9.263倍，沉积物总汞含量平均值为0.169 mg/kg。与贵州土壤汞背景值(0.158 mg/kg)[13]相比，三江口、马蚌、田湾河口、平街、坝达章、红村码头6个样点的汞含量超过背景值，汞含量是背景值的1.028～2.267倍，其余样点与背景值持平甚至更低。与贵州其他地区沉积物中汞含量相比(见表3)，万峰湖沉积物中的汞含量低于红枫湖、麦西河、草海、阿哈水库、百花湖，表明万峰湖沉积物中汞含量处于较低水平。

2.2 万峰湖水和沉积物中汞的分布特征

万峰湖水和沉积物中汞的空间分布见图2，从上游三江口到中游再到下游红村码头，水和沉积物中汞含量均呈现波状起伏分布，分布趋势较一致，整体上均具有高-低-高的特征，原因可能是湖泊周边农业或居民分布不同导致汞污染不同。水和沉积物中汞含量最高点分别是1(三江口)和2(马蚌)，是因为三江口和马蚌位于主航道上游，是支流的汇合点，污染物汇集此处，致使水和沉积物中汞含量高于其他点。

图2 万峰湖水和沉积物中汞的空间分布

2.3 汞的风险评价

2.3.1 水体中汞的风险评价

利用单因子指数法评价水体中汞的污染状况，采用Ⅲ类水质标准(Hg≤0.10 μg/L)作为评价标准[23-24]，评价结果见表4。

尽管研究区大部分样点水中汞含量都有检出，但是各个样点的评价污染系数Pi均未大于1，评价结果均显示该地区水中无汞污染，程度为清洁。

表4 万峰湖水和沉积物中汞的风险评价

注：ND为未检出。

2.3.2 沉积物中汞的风险评价

利用地累积指数法和潜在生态危害指数法评价万峰湖沉积物中汞的污染程度和风险程度(见表4)，两种方法得到的结果基本一致，小米、金钟山、革布、歪染、坝索湾5个样点沉积物中无汞污染，轻度潜在生态风险占总数的45%。而田湾河口、平街、坝达章、红村码头沉积物中地累积指数法虽然显示无汞污染，但潜在生态风险指数稍稍高于限值40，显示达到中度生态风险。同时，三江口和马蚌沉积物中汞污染达到轻度污染程度，潜在生态风险显示达到重度生态危害程度。这是由于地累积指数和潜在生态风险指数引进的参数不一样，导致结果有些偏差，并且两种方法的评价标准不一样，地累积指数法相较于潜在生态风险指数的评价分级稍细致，评价结果相对偏小。总体来说，11个沉积物样品中有82%样点无汞污染，45%样点生态风险很低。

2.4 万峰湖地区汞的来源分析

目前万峰湖因生态环境保护、污染防治工作滞后，加上流域化工厂和城镇污水的直接排放等问题，已造成湖水水质恶化[7]。而水源地汞污染可能来源于农村地区生活垃圾处置不当、含汞化肥和农药的施用以及废水废渣的排放。同时，研究区属于燃煤地区，由于煤碳中含有一定量的汞，在燃烧过程中大部分汞也会以飞灰等形式进入大气中，然后通过干湿沉降进入水体和沉积物等环境介质中并最终富集。另外，贵州是我国汞矿的主要产地，尽管研究区万峰湖离汞矿地较远，但由于汞具有迁移性和富集性，在某种程度上通过环境间的相互作用也会造成一些影响。

3 结论

(1) 万峰湖水体中汞含量在ND～0.034 μg/L之间，平均值为0.014 μg/L，符合我国地表水环境质量标准Ⅲ类标准。万峰湖沉积物中汞含量在为0.039～0.358 mg/kg，平均值为0.169 mg/kg，其中三江口、马蚌、田湾河口、平街、坝达章、红村码头样点沉积物中汞含量超过贵州土壤汞背景值。从三江口——红村码头水和沉积物中汞含量均呈现波状起伏分布，分布趋势较一致，整体上均具有高-低-高的特征。

(2) 采用单因子评价法评价万峰湖水中汞的污染状况，结果显示11个样点均无汞污染。采用地累积指数法和潜在生态危害指数法评价沉积物中汞的污染状况和风险程度，有82%样点无汞污染，45%样点生态风险很低。

(3) 万峰湖水和沉积物中汞污染有可能来源于人类活动中含汞农药和化肥的施用、废水废渣的排放以及大气汞的干湿沉降等。当地环保部门应积极做好环境保护工作，将生态风险降至最低，以确保周围居民拥有更加良好的生活环境。

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Pollution status and risk assessment of mercury in water and sediments of Wanfeng Lake

Yang Yang1, Huang Wanyu2, Cheng Xing1

(1.Deparment of Geographic and Environmental Science, Guizhou Normal University, Guiyang 550001; 2.Guizhou Institute of Environmental Science and Designing, Guiyang 550081, China)

pollution status and spatial distribution of mercury in the water and sediment at the Wanfeng Lake were analyzed in this paper. The single-factor index method was adopted to evaluate the mercury pollution degree in water, and the geo-accumulation index and the potential ecological risk index were applied to assess the pollution degree and the ecological risk of mercury in sediments. The results showed that, in 11 sampling spots, mercury in water ranged from ND-0.034μg·L-1and the average content was 0.014 μg·L-1which conformed to the national surface water quality Ⅲ class standard. Mercury in sediments ranged from 0.039-0.358 mg·kg-1and the average content was 0.169 mg·kg-1. Along the sampling route, from Sanjiankou to Hongcun Dock, mercury content in water had the same distribution trend with that of in sediment. The single-factor index method showed that the level of mercury in water of Wanfeng Lake was very low, and the geo-accumulation index and the potential ecological risk index showed that in sediments, mercury pollution was not found in 82% of surveyed sediments, and ecological risk in 45% was in a low level.

Wanfeng Lake; water; sediment; mercury; risk assessment

* 贵州省科学技术基金项目(黔科合J字[2013]2165号)；贵州省环境科学研究设计院院长基金：万峰湖沉积物中有机氯农药残留分布调查及风险评价

2014-09-04；2014-10-28修回

杨洋，女，1990年生，硕士研究生，研究方向：喀斯特环境。E-maill:dyang79@163.com

黄婉玉，女，硕士，研究方向：环境监测与水污染控制。E-mail：liang0002@163.com

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