楊陽 李小龍 楊碧瑩 楊金香 胡友彪 劉翔

摘要：研究湖泊沉積物中重金屬的含量及其潛在生態(tài)風險對評估湖泊生態(tài)環(huán)境質量有著重大意義。通過文獻收集2002 - 2016年巢湖湖區(qū)表層沉積物重金屬濃度數據，全面分析近15年內10種重金屬的污染特征、生態(tài)風險和主要來源。結果顯示，As、Cd、Cu、Cr、Fe、Hg、Mn、Ni、Pb和Zn元素近15年已有數據年份的平均含量分別為12. 33、0.398、41. 75、67. 59、31 506、0. 120、722.5、31. 12、37. 30和108. 7mg/kg，除Cr外，其余元素皆高于安徽省土壤背景值;從時間濃度變化特征來看，元素Cd、Fe、Hg、Mn、Ni和Pb濃度變化較大，As、Cr、Cu和Zn元素濃度變化較為穩(wěn)定;空間污染分布為西湖區(qū)>全湖>東湖區(qū)。地累積指數評價結果表明，元素在西湖區(qū)的污染程度為Cd>Hg>Zn>Pb>Mn>Fe>As> Ni>Cu>Cr，Cd、Hg和Zn屬“中度”污染。潛在生態(tài)風險指數評價結果表明，西湖區(qū)多處于中等生態(tài)危害，全湖與東湖區(qū)多屬于輕微生態(tài)危害，Cd貢獻最多，多為強生態(tài)危害。污染來源分析表明.As、Cu、Cr和Cd主要來源于工農業(yè)復合污染，Pb主要來源于交通污染，Zn主要來源于煤炭燃燒、垃圾焚燒等。

關鍵詞：沉積物;重金屬污染;生態(tài)風險評價;源分析

中圖分類號：X524 文獻標志碼：A 文章編號：1672-1098（ 2020）04-0046-09

作者簡介：楊陽（1995-），女，安徽青陽人，在讀碩士，研究方向：水環(huán)境重金屬污染評價。

湖泊沉積物為湖泊中各物質遷移的最終載體，可體現(xiàn)湖泊生態(tài)環(huán)境的大量信息[1]，因此研究湖泊沉積物中重金屬的含量及其潛在生態(tài)風險對評估湖泊生態(tài)環(huán)境質量有著重大意義[2-3]。近年，關于巢湖表層沉積物重金屬污染的研究已大量開展，表明巢湖表層沉積物重金屬歷年來皆有不同程度污染[4-7]，但對巢湖表層沉積物中重金屬的研究多以單次采樣和一年內的采樣時間為研究周期。目前，還少有對巢湖表層沉積物重金屬進行連續(xù)多年采樣、分析評價的系統(tǒng)研究。本次通過文獻收集2002 - 2016年巢湖湖區(qū)表層沉積物重金屬濃度數據，結合巢湖流域人口經濟增長及產業(yè)結構的變遷，對巢湖表層沉積物重金屬的多年污染變化特征進行比較分析，采用地累積指數法和Hakanson潛在生態(tài)指數法對歷年重金屬污染程度進行評價，并分析重金屬的主要來源，為巢湖沉積物重金屬污染治理和生態(tài)環(huán)境保護提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究對象及數據來源

巢湖（31°42'40. 87”～31°25 '11. 45”N，117 °17'27. 90”- 117°50'35. 78”E）位于安徽省中部，現(xiàn)有湖區(qū)面積約789km2[8]。巢湖主要的人湖河流有8條，1條出湖河流，其中杭埠河，南淝河與白石天河人湖徑流量占75%以上，出湖河流為東部的裕溪河。湖水主要靠地面徑流補給，集水范圍包括合肥、巢湖、肥東、肥西、廬江、舒城、無為等兩市五縣。

以“巢湖”、“重金屬”、“沉積物”等關鍵詞在“CNKI”、Web of Science等數據庫檢索歷年以來關于巢湖湖區(qū)表層沉積物重金屬文獻，并將所收集信息分析整理。本次收集到了2002 - 2016年15年間的巢湖湖區(qū)表層沉積物重金屬數據。

1.2 數據處理

由于數據收集于不同的文獻，已有年份沉積物中重金屬濃度變化的因素可能與周邊地區(qū)重金屬排放量情況、不同文獻中采樣點位置、季節(jié)[9-10]、分析儀器及精度不同、水中浮游生物的作用[11]及沉積物再懸浮釋放等因素有關。由于本文研究目的是為了從宏觀上探討分析巢湖沉積物近15年的變化特征，參考相關文獻數據分析方法，所以在時間和空間上對數據進行了概化。根據文獻給出的采樣時間和采樣點位，將數據進行記錄整合，且以姥山島為界，進一步將其劃分為東西半湖進行數據收集，同年數據采用平均值算法，并記錄濃度范圍，以便對巢湖表層沉積物重金屬污染進行分區(qū)域研究。

2 結果與討論

2.1 重金屬濃度歷年變化特征

本次研究選擇歷年研究次數較多的10種重金屬元素（Pb、Cu、Zn、Cd、Cr、Ni、As、Hg、Fe和Mn）進行深入分析[12-34]，其歷年濃度變化特征如圖1所示。從時間濃度變化特征來看，元素Fe、Mn、Pb、Hg、Cd和Ni濃度變化較大，Cr、As、Cu和Zn元素濃度變化較穩(wěn)定。大部分元素如Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Zn和Pb的濃度在2006 - 2010年之間，整體呈現(xiàn)出上升趨勢;在2010 - 2016年間，元素Fe、Ni、Hg、Cd、Pb和Zn的濃度出現(xiàn)不同程度的下降。Cd、Hg、Ni、Pb和Cr濃度在2010年最高，分別為0. 920、0.179、44. 70、94. 90和80. 10mg/kg; Cd、Cr、Cu、Mn和Zn濃度在2006年最低，分別為0.003、56. 82、22. 19、259.3和64. 68mg/kg。

As、Cd、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、Ni、Pb和Zn元素最大濃度分別高達安徽省土壤背景值的2. 41、8.85、1. 15、5.80、1.83、4.36、2.44、1.79、3.66和4.59倍[35]，其中元素Hg、Pb和Zn歷年濃度皆超過安徽省土壤背景值，其余元素均有不同程度的富集，僅Cd濃度在部分年份超過了土壤環(huán)境質量標準，具有污染風險，其余元素歷年均未超過。Cr、Ni和As歷年濃度均，超過了加拿大沉積物質量準則，說明在該閾值水平以上，Cr、Ni和As有可能會對生物產生負面效應，具有一定的生態(tài)風險，其余元素均有部分年份的濃度超過。以上結果表明，Cd、Cr、Ni、As、Hg、Zn、Cu存在一定的生態(tài)和人類健康風險，需加強監(jiān)控管理。整體上看，與我國其他湖泊如太湖[36]及鄱陽湖[37]相比，巢湖的污染程度遠遠小于太湖，而與鄱陽湖差別不大。

由圖4可看出，元素Cu、Cr、Ni、Pb和Zn在2006 - 2010年的變化趨勢與合肥市企業(yè)數、化肥施用量、城鎮(zhèn)生活污水排放量各指標的變化趨勢較為契合，皆呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢;2011～2016年間，化肥施用量、工業(yè)廢水排放量、城鎮(zhèn)生活污水排放量及人口數各指標呈現(xiàn)偶有波動但整體維持下降或平穩(wěn)的變化，同期各元素濃度也呈現(xiàn)一定的變化。由聚類分析結果可知，重金屬來源被分為三大類，第一類包括重金屬As、Cu、Cr、Cd，來源于工農業(yè)的復合污染。As通常來源于人類活動，如農業(yè)用藥及化肥[43]，Cu、Cr和Cd主要來源于金屬冶煉、電鍍、機械制造等工業(yè)[44]。巢湖流域內合肥市有冶金、機械、化工、輕紡等34個工業(yè)行業(yè)，巢湖流域農業(yè)發(fā)達，在國民經濟中占有重要地位，但農藥化肥利用率低，污染嚴重，2015年合肥市巢湖流域化肥及農藥施用量高達22.4萬t和5 098t，但利用率僅達30% -40%，從而對環(huán)境造成污染[45]。第二類為Pb，主要來源于交通污染，是機動車污染源的標識元素，隨著人口的增加，經濟不斷發(fā)展，企業(yè)數與生活需求相應加大，據安徽省統(tǒng)計年鑒，2015年民用車輛擁有量為1045. 85萬輛，相比2005年增長了81.7%，私人車輛擁有量為708. 658萬輛，是2005年的12倍，交通運輸業(yè)迅猛發(fā)展。第三類為Zn，主要來源于煤炭燃燒、垃圾焚燒[46]等，據安徽省統(tǒng)計年鑒，全省2013年電力、熱力生產和供應業(yè)及燃氣生產和供應業(yè)的企業(yè)數分別達到166和47家，相比2002年增長了55%和213%，相關工業(yè)的快速增長，加劇了Zn對環(huán)境的污染。這與重金屬與經濟發(fā)展指標相關性的分析結果保持一致，揭示了巢湖周邊地區(qū)近年來的人口變化，經濟技術發(fā)展和產業(yè)結構變化，以及巢湖周邊向巢湖進行重金屬污染物排放量變化的特征，從宏觀角度解釋了重金屬濃度變化的因素。

3 結論

（l）近15年已有數據表明，F(xiàn)e、Mn、Pb、Cr、Hg、Ni濃度變化較大，Cd、As、Cu、Zn元素濃度變化較穩(wěn)定。巢湖表層沉積物受到各重金屬不同程度的污染，貢獻最多的屬Cd、Hg、Zn、Pb，其中Cd污染最為嚴重，多為強生態(tài)危害。

（2）重金屬污染空間分布特征為西湖區(qū)>全湖>東湖區(qū)，受到合肥市多電力、熱力的生產和供應業(yè)、金屬冶煉工業(yè)及制造業(yè)等，工業(yè)廢水及周邊地區(qū)排放的生活污水通過各人湖河流長期匯人西湖區(qū)的影響，導致西湖區(qū)重金屬濃度較高。

（3）聚類分析結果表明As、Cu、Cr、Cd來源相似，主要來源于工農業(yè)復合污染;Pb主要來自于交通污染;Zn主要來源于煤炭燃燒和垃圾焚燒等。結合相關性分析及聚類分析結果，表層沉積物重金屬濃度變化特征受巢湖流域的人口、企業(yè)、工業(yè)廢水排放量、生活污水排放量及化肥施用量等因素的影響。

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（責任編輯：李麗）