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摘 要：为了解万峰湖周边土壤中汞污染现状和环境风险，对13个不同位置土壤中汞含量进行了测定分析，并用地累积指数法和潜在生态危害指数法综合研究和评估了土壤中总汞的污染水平和生态风险。结果显示，13个采样点土壤中汞含量差异较小，土壤汞含量为0.004～0.618mg·kg-1，平均含量为0.141mg·kg-1，仅三江口和吉隆土壤汞含量超过贵州土壤汞背景值。地累积指数法和潜在生态危害指数法显示万峰湖周边土壤总体无汞污染，潜在生态风险很低。
关键词：汞污染；土壤；万峰湖；风险评价
中图分类号 X825 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）06-96-03
Status and Risk Evaluation of Mercury Pollution in Soil around the Wanfeng Lake
Yang Yang1 et al.
（1Deparment of Geographic and Environmental Science，Guizhou Normal University，Guiyang 550001，China）
Abstract：In order to realize the pollution status and environmental risk of soil mercury around the Wanfeng Lake，this thesis measures and analyzes the content of soil mercury located in 13 different positions.The geo-accumulation index method and the potential ecological risk index were used to research and evaluate comprehensively the pollution levels and ecological risk of the mercury in soil.The results showed that there were little difference among the contents of soil mercury，ranged from 0.004～0.618mg·kg-1，in the soil of 13 sampling points，and the average content was 0.141mg·kg-1.However，only the contents of soil mercury in San Jiangkou and Ji Long exceed its background value of Guizhou.Therefore，the geo-accumulation index method and the potential ecological risk index method showed that there is no mercury pollution in soil around the WanFeng Lake，and its potential risk is much lower.
Key words：Mercury pollution；Soil；The Wanfeng lake；Risk assessment
土壤是重金属的重要汇集源[1]，重金属进入土壤环境后难以被降解，通过食物链等途径进入生物体内并不断富集，直接或间接地对生态系统和人类健康造成危害。湖泊周边土壤中赋存的重金属在土壤可溶性有机质的作用下，可以缓慢的发生土壤-水界面的迁移过程，从而造成水体中的重金属非点源污染。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等特点，是全球性环境污染物之一[2-3]。贵州是我国汞矿的主要产地，汞矿在给当地带来经济效益的同时，也造成严重的汞污染[4]。万峰湖位于贵州省黔西南州兴义市和安龙县境内，地理位置为东经104°31′～105°01′，北纬24°37′～25°23′，是黔、滇、桂3省区交界处，是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。目前，万峰湖的研究主要集中在湖泊富营养化上，而对于该地环境介质中汞污染的研究鲜有报道。鉴于汞的迁移性和富集性，笔者对万峰湖周边土壤中汞的污染现状进行了测定分析，并进行了风险评价，以期为进一步研究万峰湖环境中汞污染提供参考。
1 材料与方法
1.1 样品采集与制备 2014年2月赴万峰湖周边地区进行土壤采集，以万峰湖主航道为主线，从上游三江口到下游红村码头采集13个周边土壤（采样点见图1）。每个样品自表层土壤（0～20cm），以四分法进行采集，封存于聚乙烯袋内。采集回的样品置于阴凉处自然风干，剔除土样中的动植物残体、石子等杂质，经四分法缩分，研磨后过100目筛，保存备用。
1.2 样品处理与分析测定 称取土样0.2g（精确至0.000 1g）于50mL具塞比色管中，加入10mL王水（HCl∶HNO3=3∶1），混匀，沸水浴消解2h，并不时进行摇匀。冷却至室温后用水定容至50mL，摇匀。放置过夜取上清液，用AF-640型原子荧光光谱仪进行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。
1.3 质量控制与质量保证 为了保证分析数据的质量，在分析土样的同时，采用完全相同的分析程序测定土壤标准物质ESS-3（GSBZ50013-88）中的汞含量。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%。 2 结果与分析
2.1 万峰湖周边土壤汞污染现状 万峰湖周边土壤中的汞含量见表1。由表1可知，其值在0.004～0.618mg·kg-1，平均含量为0.141mg·kg-1，其中最大值在三江口，最小值在歪染和革步。贵州土壤中汞的背景值[5]为0.158mg·kg-1，13个采样点的土壤汞含量为背景值的0.026～3.912倍，由图2可知，除三江口和吉隆超过土壤汞含量背景值外，其余均未超过，超标率为15%。万峰湖周边土壤中汞含量分布无明显规律，上游三江口和下游吉隆周边土壤汞含量高于其他样点，分析原因可能是汞污染来源不同所致。三江口位于主航道上游，是支流的汇合点，污染物汇集此处，致使该地周边土壤汞含量高于其他点；吉隆周边是耕种地，含汞农药和化肥的施用也会造成汞污染。此外，周边居民使用含汞燃煤或是排放含汞废水废渣等也会导致各样点中汞含量的不同。
2.2 万峰湖周边土壤汞的风险评价 鉴于德国学者Muller提出的地累积指数法（Geo-accumulation Index） [6]与瑞典地球化学家Hakanson提出的潜在生态危害指数法（The Potential Ecological Risk Index） [7]，分别考虑到汞的土壤地球化学行为和环境毒素，能较为合理的反映万峰湖周边土壤中汞的污染程度和潜在生态风险。根据万峰湖周边土壤中汞含量的实测值，采用地累积指数法和潜在生态危害指数法对研究区汞污染进行综合评价。
2.2.1 地累积指数法 地累积指数法反映万峰湖土壤中汞的污染程度，其计算方法为：
[Igeo=log2Ci/kBi]
式中：Igeo为Hg的地累积指数；Ci为土壤中Hg的实测值；Bi为土壤中Hg的地球化学背景值（以贵州土壤汞背景值为参比值，即Bi=0.158mg·kg-1）[5]；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[6]。
地累积指数法评价标准见表2。由表2可知，85%的采样点地累积指数小于0，没有污染；15%的采样点达到偏中度污染，包括三江口和吉隆。研究区地累积指数Igeo平均值为-2.143，在Igeo≤0范围内，表明研究区总体属无污染。
2.2.2 潜在生态危害指数法 潜在生态危害指数法能对研究区汞的潜在生态风险进行评价，其计算方法为：
[Er=Tr?Ci/C0][]
式中：Er为Hg的潜在生态危害系数；Ci为土壤中Hg的测定值；C0为Hg的参比值（以贵州土壤汞背景值为参比值，即C0=0.158mg·kg-1）；Tr为汞的毒性系数（Tr=40）[7]。
潜在生态危害指数法评价标准见表2。由表2显示的潜在生态危害指数，除三江口和吉隆外，其余采样点的潜在生态危害指数都小于40，处于低生态风险；三江口和吉隆采样点达到重度潜在生态危害。研究区潜在生态危害指数Er平均为35.720，低于40，说明研究区土壤中汞的潜在生态风险很低。
总体来说，地累积指数和潜在生态危害指数所得的结果一致，万峰湖周边土壤中无汞污染，潜在生态风险很低。由于实验的有限性，仅对研究区土壤中的总汞进行了风险评价，未研究不同形态汞对环境造成的生态风险。由于不同形态的汞生物有效性和环境毒性迥异，所以会在评价土壤汞的生态风险上存在一定的局限性[8-9]。
3 结论与讨论
（1）万峰湖周边土壤中汞含量差异不大，汞含量范围值在0.004～0.618mg·kg-1，平均含量为0.141mg·kg-1。除三江口和吉隆外，其余样点土壤中汞含量均未超过贵州土壤汞背景值。万峰湖周边土壤中部分汞污染有可能来源于大气汞的干湿沉降、人类活动中含汞农药和化肥的施用以及废水和废渣的排放等。
（2）采用地累积指数法和潜在生态危害指数法对万峰湖周边土壤中汞污染的生态风险进行评价，得到的评价结果一致，即三江口和吉隆汞污染偏中度，潜在生态风险为重度，其余样点无汞污染，潜在生态风险低。整体来说，万峰湖周边土壤无汞污染，潜在生态风险很低。
参考文献
[1]刘俊华，王文华，彭安.土壤性质对土壤中汞赋存形态的影响[J].环境化学，2000，19（5）： 474-477.
[2]曲蛟，袁星，丛俏，等.钼矿区选矿场周边农田土壤重金属污染现状分析与评价[J].生态环境，2008，17（2）： 677-681.
[3]Zhang L，Wong M H.Environmental mercury contamination in China： sources and impacts [J].Environmental International，2007，（33）： 108-121.
[4]花永丰.汞的地球化学[D].北京：中国有色金属工业总公司地质勘查总局，1999.
[5]夏增禄.土壤元素背景值及其研究方法[M].北京：气象出版社，1987.
[6]Muller G.Index of geo-accumulation in sediments of the Rhine River [J].Geojournal，1969，2（3）：108-118.
[7]Hakanson L.An ecological risk index for aquatic pollution control a sediment logical approach [J].Water Research，1980，14（8）： 975-1001.
[8]李永华，王五一，杨林生，等.湘西多金属矿区汞铅污染土壤的环境质量[J].环境科学，2005，26（5）：187-191.
[9]李强，张瑞卿，郭飞，等.贵州重点地区土壤和水体中汞的生态风险[J].生态学杂志，2013，32（8）：2140-2147.
（责编：张宏民）
关键词：汞污染；土壤；万峰湖；风险评价
中图分类号 X825 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）06-96-03
Status and Risk Evaluation of Mercury Pollution in Soil around the Wanfeng Lake
Yang Yang1 et al.
（1Deparment of Geographic and Environmental Science，Guizhou Normal University，Guiyang 550001，China）
Abstract：In order to realize the pollution status and environmental risk of soil mercury around the Wanfeng Lake，this thesis measures and analyzes the content of soil mercury located in 13 different positions.The geo-accumulation index method and the potential ecological risk index were used to research and evaluate comprehensively the pollution levels and ecological risk of the mercury in soil.The results showed that there were little difference among the contents of soil mercury，ranged from 0.004～0.618mg·kg-1，in the soil of 13 sampling points，and the average content was 0.141mg·kg-1.However，only the contents of soil mercury in San Jiangkou and Ji Long exceed its background value of Guizhou.Therefore，the geo-accumulation index method and the potential ecological risk index method showed that there is no mercury pollution in soil around the WanFeng Lake，and its potential risk is much lower.
Key words：Mercury pollution；Soil；The Wanfeng lake；Risk assessment
土壤是重金属的重要汇集源[1]，重金属进入土壤环境后难以被降解，通过食物链等途径进入生物体内并不断富集，直接或间接地对生态系统和人类健康造成危害。湖泊周边土壤中赋存的重金属在土壤可溶性有机质的作用下，可以缓慢的发生土壤-水界面的迁移过程，从而造成水体中的重金属非点源污染。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等特点，是全球性环境污染物之一[2-3]。贵州是我国汞矿的主要产地，汞矿在给当地带来经济效益的同时，也造成严重的汞污染[4]。万峰湖位于贵州省黔西南州兴义市和安龙县境内，地理位置为东经104°31′～105°01′，北纬24°37′～25°23′，是黔、滇、桂3省区交界处，是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。目前，万峰湖的研究主要集中在湖泊富营养化上，而对于该地环境介质中汞污染的研究鲜有报道。鉴于汞的迁移性和富集性，笔者对万峰湖周边土壤中汞的污染现状进行了测定分析，并进行了风险评价，以期为进一步研究万峰湖环境中汞污染提供参考。
1 材料与方法
1.1 样品采集与制备 2014年2月赴万峰湖周边地区进行土壤采集，以万峰湖主航道为主线，从上游三江口到下游红村码头采集13个周边土壤（采样点见图1）。每个样品自表层土壤（0～20cm），以四分法进行采集，封存于聚乙烯袋内。采集回的样品置于阴凉处自然风干，剔除土样中的动植物残体、石子等杂质，经四分法缩分，研磨后过100目筛，保存备用。
1.2 样品处理与分析测定 称取土样0.2g（精确至0.000 1g）于50mL具塞比色管中，加入10mL王水（HCl∶HNO3=3∶1），混匀，沸水浴消解2h，并不时进行摇匀。冷却至室温后用水定容至50mL，摇匀。放置过夜取上清液，用AF-640型原子荧光光谱仪进行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。
1.3 质量控制与质量保证 为了保证分析数据的质量，在分析土样的同时，采用完全相同的分析程序测定土壤标准物质ESS-3（GSBZ50013-88）中的汞含量。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%。 2 结果与分析
2.1 万峰湖周边土壤汞污染现状 万峰湖周边土壤中的汞含量见表1。由表1可知，其值在0.004～0.618mg·kg-1，平均含量为0.141mg·kg-1，其中最大值在三江口，最小值在歪染和革步。贵州土壤中汞的背景值[5]为0.158mg·kg-1，13个采样点的土壤汞含量为背景值的0.026～3.912倍，由图2可知，除三江口和吉隆超过土壤汞含量背景值外，其余均未超过，超标率为15%。万峰湖周边土壤中汞含量分布无明显规律，上游三江口和下游吉隆周边土壤汞含量高于其他样点，分析原因可能是汞污染来源不同所致。三江口位于主航道上游，是支流的汇合点，污染物汇集此处，致使该地周边土壤汞含量高于其他点；吉隆周边是耕种地，含汞农药和化肥的施用也会造成汞污染。此外，周边居民使用含汞燃煤或是排放含汞废水废渣等也会导致各样点中汞含量的不同。
2.2 万峰湖周边土壤汞的风险评价 鉴于德国学者Muller提出的地累积指数法（Geo-accumulation Index） [6]与瑞典地球化学家Hakanson提出的潜在生态危害指数法（The Potential Ecological Risk Index） [7]，分别考虑到汞的土壤地球化学行为和环境毒素，能较为合理的反映万峰湖周边土壤中汞的污染程度和潜在生态风险。根据万峰湖周边土壤中汞含量的实测值，采用地累积指数法和潜在生态危害指数法对研究区汞污染进行综合评价。
2.2.1 地累积指数法 地累积指数法反映万峰湖土壤中汞的污染程度，其计算方法为：
[Igeo=log2Ci/kBi]
式中：Igeo为Hg的地累积指数；Ci为土壤中Hg的实测值；Bi为土壤中Hg的地球化学背景值（以贵州土壤汞背景值为参比值，即Bi=0.158mg·kg-1）[5]；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[6]。
地累积指数法评价标准见表2。由表2可知，85%的采样点地累积指数小于0，没有污染；15%的采样点达到偏中度污染，包括三江口和吉隆。研究区地累积指数Igeo平均值为-2.143，在Igeo≤0范围内，表明研究区总体属无污染。
2.2.2 潜在生态危害指数法 潜在生态危害指数法能对研究区汞的潜在生态风险进行评价，其计算方法为：
[Er=Tr?Ci/C0][]
式中：Er为Hg的潜在生态危害系数；Ci为土壤中Hg的测定值；C0为Hg的参比值（以贵州土壤汞背景值为参比值，即C0=0.158mg·kg-1）；Tr为汞的毒性系数（Tr=40）[7]。
潜在生态危害指数法评价标准见表2。由表2显示的潜在生态危害指数，除三江口和吉隆外，其余采样点的潜在生态危害指数都小于40，处于低生态风险；三江口和吉隆采样点达到重度潜在生态危害。研究区潜在生态危害指数Er平均为35.720，低于40，说明研究区土壤中汞的潜在生态风险很低。
总体来说，地累积指数和潜在生态危害指数所得的结果一致，万峰湖周边土壤中无汞污染，潜在生态风险很低。由于实验的有限性，仅对研究区土壤中的总汞进行了风险评价，未研究不同形态汞对环境造成的生态风险。由于不同形态的汞生物有效性和环境毒性迥异，所以会在评价土壤汞的生态风险上存在一定的局限性[8-9]。
3 结论与讨论
（1）万峰湖周边土壤中汞含量差异不大，汞含量范围值在0.004～0.618mg·kg-1，平均含量为0.141mg·kg-1。除三江口和吉隆外，其余样点土壤中汞含量均未超过贵州土壤汞背景值。万峰湖周边土壤中部分汞污染有可能来源于大气汞的干湿沉降、人类活动中含汞农药和化肥的施用以及废水和废渣的排放等。
（2）采用地累积指数法和潜在生态危害指数法对万峰湖周边土壤中汞污染的生态风险进行评价，得到的评价结果一致，即三江口和吉隆汞污染偏中度，潜在生态风险为重度，其余样点无汞污染，潜在生态风险低。整体来说，万峰湖周边土壤无汞污染，潜在生态风险很低。
参考文献
[1]刘俊华，王文华，彭安.土壤性质对土壤中汞赋存形态的影响[J].环境化学，2000，19（5）： 474-477.
[2]曲蛟，袁星，丛俏，等.钼矿区选矿场周边农田土壤重金属污染现状分析与评价[J].生态环境，2008，17（2）： 677-681.
[3]Zhang L，Wong M H.Environmental mercury contamination in China： sources and impacts [J].Environmental International，2007，（33）： 108-121.
[4]花永丰.汞的地球化学[D].北京：中国有色金属工业总公司地质勘查总局，1999.
[5]夏增禄.土壤元素背景值及其研究方法[M].北京：气象出版社，1987.
[6]Muller G.Index of geo-accumulation in sediments of the Rhine River [J].Geojournal，1969，2（3）：108-118.
[7]Hakanson L.An ecological risk index for aquatic pollution control a sediment logical approach [J].Water Research，1980，14（8）： 975-1001.
[8]李永华，王五一，杨林生，等.湘西多金属矿区汞铅污染土壤的环境质量[J].环境科学，2005，26（5）：187-191.
[9]李强，张瑞卿，郭飞，等.贵州重点地区土壤和水体中汞的生态风险[J].生态学杂志，2013，32（8）：2140-2147.
（责编：张宏民）