涓水下游某地沉积物的重金属污染评价

徐 良，陈新跃，魏 薇

（湖南科技大学资源环境与安全工程学院，湖南 湘潭 411201）

涓水是湘江的一级支流，在湘潭县境内流程57 km，流经湘潭县7 个乡镇，是湘潭县的主要饮用水源。重金属污染因具有危害大、持续时间长、难治理等特点而备受关注[1-2]。目前，已有许多针对湘江干流沉积物重金属污染的研究[3-6]，却少有针对支流沉积物重金属污染的研究。笔者研究分析了涓水下游涓水二桥附近沉积物中的重金属污染情况，并运用地累积指数法和潜在生态危害指数法对其进行评价，以期为涓水流域重金属污染防治提供依据，保障涓水下游居民的饮水安全。

1 材料与方法

1.1 样品采集及处理

在涓水下游涓水二桥附近坐标为112°54'46″E，27°46'44″N 的地点进行采样。样品厚度为80 cm，从上到下每10 cm 为一个样品，共得到8 个样品。

将得到的样品封存于聚乙烯封口袋内带回实验室。样品自然风干，同时去除动植物残骸、石块等异物，混匀后进行研磨，过200 目筛。将过筛后的样品送至湖南省地质调查院测试中心，使用iCAPQ 型电感耦合等离子质谱分析仪和BAF-2000 型原子荧光光谱联用仪测定样品中的Cr、Cu、Cd、Pb、Hg、As 等重金属含量。

1.2 重金属污染评价方法

1.2.1 地累积指数法 地累积指数又称Muller 指数，是20 世纪德国科学家Muller[7]提出的一种用于研究沉积物中重金属污染程度的定量指标。地累积指数表达式见公式（1）。

其中，Cn为沉积物样品中某元素n 的实测质量比（mg/kg）；Bn为沉积物中元素n 的地球化学背景值；1.5 是常数，是考虑到各地岩石差异可能影响背景值变动而取的系数。由公式（1）可知，背景值的选取对结果的影响十分重要。因此，采用湘江长株潭段底泥重金属浓度作为地球化学背景值，即Cr 60.00 mg/kg，Cu 30.00 mg/kg，Cd 0.50 mg/kg，Pb 25.00 mg/kg，Hg 0.25 mg/kg，As 15.00 mg/kg。地累积指数分为7 个等级，如表1 所示。

表1 地累积指数、等级与污染程度

1.2.2 潜在生态危害指数法 潜在生态危害指数法即Hakanson 指数法，是由瑞典科学家Hakanson[8]于1980 年提出的。该方法从沉积学角度出发，不仅考虑沉积物中重金属的含量，还综合考虑了多元素共同作用、毒性系数等因素，因此得到了广泛的应用。潜在生态危害指数法表达式见公式（2）～（4）。

表2 重金属的参比值及毒性系数

表3 危害程度的划分

2 结果与分析

2.1 地累积指数法评价

该采样点共得到8 份样品，垂直方向上重金属的含量分布如图1 所示。各重金属元素相应地累积指数及级别如表4 所示。

由图1可知，除Hg只在0～10 cm处超过背景值外，Cr、Cu、Cd、Pb 和As 在任意深度都远远超出背景值，其中Cr 含量为背景值的1.40～1.60 倍，Cu 含量为背景值的1.27～1.60 倍，Cd 含量为背景值的1.42～2.52 倍，Pb为背景值的2.65～4.71 倍，As 为背景值的2.09～2.60 倍。

图1 垂直方向重金属分布

由表4 可知，Hg 在所有深度样品中的污染级别均为0，即污染程度为无污染；As 在所有深度样品中的污染级别均为1，即污染程度为无—中等污染；Cr在30～50 cm 处污染级别为1，污染程度为无—中等污染，其余深度的污染级别均为0，污染程度为无污染；Cu 在0～20 cm 处的污染级别为1，污染程度为无—中等污染，其余深度的污染级别为0，污染程度为无污染；Cd在50～80 cm处的污染级别为0，污染程度为无污染，其余深度的污染级别为1，污染程度为无—中等污染；Pb 在50～80 cm 处的污染级别为1，污染程度为无—中等污染，其余深度的污染级别为2，污染程度为中等污染。

表4 重金属Cr、Cu、Cd、Pb、Hg、As 的Igeo 与级别

整体来看，各重金属危害大小为Pb ＞As ＞Cd ＞Cr ＞Cu ＞Hg，并且整体满足随着深度的增加重金属对土壤的污染程度降低。

2.2 潜在生态危害指数法评价

由表5 可知，从单一重金属来看，Cd 在不同深度的生态危害都达到了中等程度；Hg 在0～10 cm 处的生态危害达到中等程度；除上述之外的生态危害程度都为轻微。从潜在生态危害指数（RI）来看：3～8号样品的RI 均小于150，危害程度为轻微，1～2 号样品的RI 大于150 且小于300，危害程度达到中等，随着深度的增加，RI 减小；6 种重金属元素中，Cd 的危害程度达到强，Pb、Hg 和As 的危害程度达到中等，Cr 和Cu 的危害程度为轻微；6 种重金属造成危害大小的排序为Cd ＞Hg ＞As ＞Pb ＞Cu ＞Cr。

表5 重金属Cr、Cu、Cd、Pb、Hg、As 的与RI 值

表5 重金属Cr、Cu、Cd、Pb、Hg、As 的与RI 值

样品编号深 度（cm）i Er RI Cr Cu Cd Pb Hg As 1 0～10 2.88 7.98 75.60 23.56 43.95 21.31 175.27 2 10～20 2.92 7.56 71.82 21.60 34.69 26.02 164.61 3 20～30 2.83 6.77 53.88 22.24 28.58 25.12 139.41 4 30～40 3.07 7.10 48.24 21.12 27.39 23.13 130.06 5 40～50 3.20 7.22 45.72 19.62 27.92 24.38 128.07 6 50～60 2.98 6.54 42.66 14.46 26.98 25.40 119.02 7 60～70 2.95 6.54 43.08 13.24 29.94 20.93 116.67 8 70～80 2.79 6.37 43.80 14.32 25.58 21.21 114.08 RI 23.64 56.09 424.80 150.15 245.02 187.50 —

3 结 论

采集湘江支流涓水下游涓水二桥附近0～80 cm 深的河流沉积物为样品，运用地累积指数法和潜在生态危害指数法对样品中Cr、Cu、Cd、Pb、Hg、As 这6种重金属污染进行评价，得到以下结论。

运用地累积指数法进行评价得到：Cr 在30～50 cm 处为无—中等污染；Cu 在0～20 cm 处为无—中等污染；Cd 在0～50 cm 处为无—中等污染；Pb 在0～50 cm 处为中等污染，在50～80 cm 处为无—中等污染；Hg 在所有深度样品中污染程度均为无污染；As 在所有深度样品中的污染程度均为无—中等污染；Cu、Cd、Pb 和Hg 总体上满足随深度的增加对土壤的污染程度降低的趋势；而Cr 在30～50 cm 处污染程度呈现上升趋势。总体上各重金属造成危害大小为Pb ＞As＞Cd ＞Cr ＞Cu ＞Hg。

运用潜在生态危害指数法进行评价得到：6 种重金属元素中，Cd 的危害程度达到强，Pb、Hg 和As的危害程度达到中等，Cr 和Cu 的危害程度为轻微；0～10 cm 和10～20 cm 样品中的重金属对土壤造成的危害程度为中等危害，其余深度的为轻微危害；总体上满足随着深度的增加，6 种重金属对土壤造成的危害依次降低；6 种重金属造成危害大小的排序为Cd ＞Hg ＞As ＞Pb ＞Cu ＞Cr。

总体上，运用地累积指数法和潜在生态危害指数法对重金属污染进行评价，二者均呈现出随着深度的增加危害程度降低的趋势。