巢湖流域汞污染剖析：从土壤到河、湖沉积物的多维度探究

巢湖流域汞污染剖析：从土壤到河、湖沉积物的多维度探究一、绪论1.1研究背景与意义1.1.1研究背景巢湖，作为中国五大淡水湖之一，位于安徽省中部，流域面积达1.3万平方公里，涵盖合肥、巢湖、肥东、肥西、庐江等二市三县。其不仅是长江的重要支流，更是国家重要湿地，在调节区域气候、维持生态平衡、提供水资源及支持周边地区经济发展等方面发挥着举足轻重的作用。然而，随着近年来该地区工业化和城市化进程的迅猛推进，巢湖流域的生态环境面临着前所未有的挑战。从经济发展角度来看，巢湖周边地区工业企业数量不断增多，冶金、化工、制药等行业发展迅速，为当地经济增长做出了显著贡献。但这些工业活动在生产过程中排放出大量含有机物、重金属及其他有害物质的废水，部分企业甚至将未经处理或处理不达标的废水直接排入巢湖，导致水体污染问题日益严重。与此同时，城市化进程的加快使得城市人口急剧增加，城市生活污水排放量也随之大幅上升。城市污水中含有的大量有机物、营养物质和微量元素等未经有效处理便直接流入巢湖，进一步加重了湖水的污染程度。在农业方面，巢湖流域是重要的农业产区，农业生产活动频繁。然而，不合理的农业生产方式，如大量使用化肥、农药以及畜禽养殖废弃物的随意排放，使得农田产生的农药、化肥等有机和无机污染物通过径流等方式大量进入巢湖。据相关数据显示，巢湖流域内规模化养殖场区众多，其中大型养殖场就有34家，由于缺乏资金和有效的管理，大多数养殖场区的畜禽粪便很难做到资源化利用，甚至有不少养殖场区直接向水体排放畜禽粪便，这无疑给巢湖的生态环境带来了沉重压力。在众多污染物中，汞污染因其具有持久性、易迁移性和高度生物富集性等特点，成为备受关注的焦点。汞在自然界中以金属汞、无机汞和有机汞等多种形式存在，其中有机汞的毒性尤为强烈。环境中任何形式的汞均可在一定条件下转化为剧毒的甲基汞，而甲基汞能够通过食物链在生物体内不断富集，对生态系统和人体健康造成严重威胁。巢湖周边分布着一些可能产生汞污染的工业企业，如氯碱工业、电子工业等，这些企业在生产过程中可能会向环境中排放含汞废水、废气和废渣。此外，农业生产中使用的某些农药、化肥以及含汞污水灌溉等，也可能导致汞进入土壤和水体，进而污染巢湖。重金属污染问题已经对巢湖的生态系统和周边居民的生活产生了诸多负面影响。在生态系统方面，水体和沉积物中过量的汞会对水生生物的生存和繁殖造成威胁，导致生物多样性下降。研究表明，汞污染会影响鱼类的神经系统和生殖系统，使鱼类的生长发育受阻，甚至出现畸形和死亡现象。对于浮游生物和底栖生物等水生生物而言，汞污染也会改变它们的群落结构和生态功能，破坏整个水生生态系统的平衡。在对周边居民生活的影响方面，由于巢湖是周边城市和地区的重要饮用水源，汞污染直接威胁到当地居民的饮用水安全。长期饮用含有汞的水，可能会导致居民出现神经系统、肾脏和心血管系统等方面的疾病，对人体健康造成严重损害。汞污染还会影响巢湖的渔业资源和农业灌溉，导致渔业产量下降，农产品质量降低，进而影响当地的经济发展和居民的生活质量。1.1.2研究意义对巢湖流域土壤和河、湖沉积物汞的分布特征、成因及生态风险进行研究，具有极其重要的现实意义。从生态保护角度来看，深入了解汞在土壤和沉积物中的分布特征，能够帮助我们准确识别出汞污染的高风险区域。通过分析这些区域的环境因素和人类活动，我们可以揭示汞污染的成因，从而为制定针对性的污染防治措施提供科学依据。例如，如果发现某个区域的土壤汞含量较高是由于附近工业企业的排放所致，那么我们就可以采取加强对该企业的监管、要求其改进生产工艺或加强污染治理设施建设等措施，以减少汞的排放。了解汞污染的成因还可以帮助我们预测汞污染的发展趋势，提前做好防范工作，保护巢湖流域的生态环境。准确评估汞污染的生态风险，有助于我们及时采取有效的生态修复措施，减少汞对水生生物和生态系统的危害。对于已经受到汞污染的区域，可以通过生物修复、物理化学修复等方法，降低土壤和沉积物中的汞含量，恢复生态系统的功能。这对于保护巢湖的生物多样性，维护生态平衡具有重要意义。在资源利用方面，巢湖流域拥有丰富的土地、水资源和渔业资源等，这些资源是当地经济发展的重要基础。然而，汞污染会对这些资源的可持续利用造成威胁。通过研究汞污染，我们可以为合理开发和利用这些资源提供科学指导。在农业生产中，了解土壤汞污染情况可以帮助农民选择合适的农作物品种和种植方式，避免在汞污染严重的土壤上种植对汞敏感的作物，从而保障农产品的质量和安全。在渔业养殖中，掌握水体和沉积物中的汞污染状况，可以指导养殖户合理规划养殖区域，选择健康的养殖品种，减少汞对鱼类的危害，提高渔业产量和质量。研究汞污染还可以为水资源的合理利用提供依据，确保居民能够获得安全的饮用水和农业灌溉用水，促进资源的可持续利用。对于人类健康保障而言，巢湖流域居住着大量人口，居民的生活与巢湖的生态环境息息相关。由于汞具有生物富集性，通过食物链的传递，最终可能进入人体，对人体健康造成潜在危害。长期接触高浓度的汞会导致中毒症状，如头痛、眩晕、记忆力减退、肌肉震颤等，对于孕妇来说，汞还可能影响胎儿的发育，导致先天性畸形。因此，研究汞污染的分布特征、成因及生态风险，能够为保障当地居民的身体健康提供科学依据。通过采取有效的污染防治措施，减少汞在环境中的含量，可以降低居民暴露于汞污染环境中的风险，保障居民的生命健康安全。加强对汞污染的研究和监测，还可以提高公众对汞污染危害的认识，增强公众的环保意识，促进公众积极参与到环境保护中来。1.2国内外研究现状土壤和沉积物作为汞的重要储存库，在汞的生物地球化学循环中起着关键作用，其汞污染问题一直是环境科学领域的研究热点。国内外众多学者围绕土壤、河、湖沉积物汞污染展开了大量研究，在汞的分布特征、来源解析、迁移转化及生态风险评估等方面取得了丰富成果。在土壤汞污染研究方面，研究人员通过对不同地区土壤汞含量的监测和分析，揭示了全球范围内土壤汞污染的分布特点。这些研究发现，土壤汞污染主要集中在工业发达地区、农业生产区以及城市周边地区，且呈逐年上升趋势。土壤汞污染具有地域差异性，不同地区的土壤汞含量受到自然环境、人类活动等多种因素的影响。如中国的汞污染主要集中于贵州、吉林、陕西、湖北、辽宁和重庆等地，这些地区的汞污染与当地的工业活动、矿产资源开发等密切相关。研究人员还从分子、细胞和生态系统等多个层次探讨了土壤汞污染对生物的影响。研究表明土壤汞可以通过食物链进入人体，对人体健康产生潜在危害，长期接触高浓度的汞会导致中毒症状，如头痛、眩晕、记忆力减退、肌肉震颤等，对于孕妇来说，汞还可能影响胎儿的发育，导致先天性畸形。土壤汞污染还会影响植物生长和发育，降低农作物产量和品质，导致生态系统功能紊乱，影响生物多样性保护。针对土壤汞污染的来源和迁移转化机制，研究人员发现，土壤汞的主要来源包括工业废水、农业化肥和农药等人类活动产生的污染物，土壤汞在地表和地下环境中具有较强的迁移能力，易被风吹散或通过地表径流进入水体。在土壤汞污染治理策略方面，提出了加强环境监测和管理，建立土壤汞污染风险评估体系；推广低汞农药和有机肥料的使用，减少农业生产对土壤汞的贡献；加强工业废水处理和尾矿库管理，降低工业活动对土壤汞的影响；开展土地修复技术研究，降低受污染土地对人类健康和生态环境的风险等措施。在河、湖沉积物汞污染研究领域，国外学者早在20世纪70年代就开始关注河流和湖泊沉积物中的汞污染问题。通过对美国密执安州、佛罗里达湿地等地区的研究，发现汞污染对水生生物的生存和繁殖造成了严重威胁。在密执安州，数吨汞直接排入水体，使水体中鱼的甲基汞浓度大增，政府不得不禁止在汞污染的水中养鱼和向水体中排汞。在佛罗里达湿地，生活的美洲鳄由于湿地底质中汞的积累，组织器官中汞高于正常水平，幼年鳄和成年鳄的汞生物浓度很高，其肝脏和肾脏的含汞量高于正常值70%，肌肉组织的汞高于正常值50%。国内学者对河、湖沉积物汞污染的研究也逐渐增多，通过对太湖、滇池等湖泊的研究，揭示了沉积物中汞的分布特征和来源。研究发现，沉积物中汞的含量在空间上存在差异，主要受到河流输入、工业排放和城市污水等因素的影响。在太湖，沉积物中汞含量较高的区域主要集中在入湖河流附近和工业发达的沿岸地区，这些地区的汞主要来源于工业废水排放和大气沉降。在沉积物汞污染的生态风险评估方面，国内外学者采用了多种方法，如地累积指数法、潜在生态风险指数法等，对沉积物中汞的生态风险进行了评估，为湖泊的生态保护和污染治理提供了科学依据。然而，目前关于巢湖流域土壤和河、湖沉积物汞污染的研究仍存在一些不足之处。虽然已有研究对巢湖流域的重金属污染进行了探讨，但针对汞这一特定重金属的研究相对较少，且缺乏系统性和全面性。在汞的分布特征研究方面，现有研究主要集中在水体和部分沉积物，对土壤汞的分布研究不够深入，尤其是对不同土地利用类型下土壤汞的分布特征缺乏详细分析。在汞的来源解析方面，虽然已知工业排放、农业活动和城市生活污水是主要污染源，但对于各污染源的贡献率以及汞在不同环境介质之间的迁移转化规律仍有待进一步明确。在生态风险评估方面，目前的评估方法大多基于单一指标或模型，难以全面准确地评估汞污染对巢湖流域生态系统和人体健康的潜在风险。此外，针对巢湖流域汞污染的治理措施和修复技术研究也相对薄弱，缺乏针对性和可操作性的解决方案。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容本研究旨在全面、系统地探究巢湖流域土壤和河、湖沉积物中汞的污染状况，具体涵盖以下三个关键方面：首先，对巢湖流域土壤和河、湖沉积物中汞的分布特征展开详细研究。通过在流域内科学合理地设置采样点，广泛采集不同土地利用类型（如耕地、林地、建设用地等）的土壤样本，以及不同河流、湖泊区域的沉积物样本。运用先进的分析测试技术，准确测定样本中汞的含量，并深入分析汞在不同土壤类型、不同深度土壤以及不同河流、湖泊沉积物中的空间分布规律。研究不同季节、不同水期（丰水期、平水期、枯水期）对汞分布特征的影响，揭示汞在时间尺度上的变化规律。其次，深入剖析巢湖流域土壤和河、湖沉积物中汞污染的成因。从自然因素和人为因素两个层面进行综合分析。自然因素方面，研究土壤母质、地质构造、地形地貌、气候条件等对汞含量和分布的影响。人为因素方面，全面调查流域内工业生产（如冶金、化工、电子等行业）、农业活动（农药、化肥使用，畜禽养殖等）、城市生活污水排放、垃圾填埋以及大气沉降等对汞污染的贡献。通过相关性分析、主成分分析等多元统计方法，确定各污染源对汞污染的相对贡献率，明确主要污染源。最后，对巢湖流域土壤和河、湖沉积物中汞污染的生态风险进行准确评估。选用合适的生态风险评估模型，如地累积指数法、潜在生态风险指数法等，结合汞的含量、生物可利用性以及生物毒性等因素，对汞污染的生态风险进行定量评价。根据评估结果，将流域划分为不同的风险等级区域，明确高风险区域的分布范围和特点。评估汞污染对水生生物、陆生生物以及人体健康的潜在危害，为制定针对性的污染防治措施和生态保护策略提供科学依据。1.3.2研究方法为实现上述研究目标，本研究将综合运用多种研究方法，确保研究结果的科学性和可靠性。在样品采集与分析方面，土壤样品的采集将严格遵循相关标准和规范。在巢湖流域内，根据不同的土地利用类型和地形地貌，采用网格布点法和随机抽样法相结合的方式，设置采样点。每个采样点采集0-20cm表层土壤样品，多点混合后组成一个土壤样品，以确保样品的代表性。同时，在部分采样点采集20-40cm、40-60cm等不同深度的土壤样品，用于研究汞在土壤剖面中的分布特征。沉积物样品的采集则利用抓斗式采泥器在巢湖及其主要入湖河流的不同区域进行采样。每个采样点采集表层0-10cm的沉积物样品，同样多点混合。样品采集后，迅速放入冷藏箱中保存，并尽快送回实验室进行分析。在实验室中，首先对土壤和沉积物样品进行风干、研磨、过筛等预处理。然后，采用先进的原子荧光光谱仪（AFS）等仪器，准确测定样品中汞的含量。为保证分析结果的准确性，将同时进行空白试验、平行样分析以及国家标准物质的测定，确保分析误差在允许范围内。在数据统计与分析过程中，运用Excel软件对采集到的数据进行初步整理和统计，计算汞含量的平均值、标准差、最大值、最小值等基本统计参数，直观了解数据的分布特征。利用Origin、SPSS等统计分析软件，对汞含量与其他环境因子（如土壤pH值、有机质含量、粒度组成，沉积物的总氮、总磷含量等）进行相关性分析，探究它们之间的相互关系。通过主成分分析（PCA）等多元统计方法，对数据进行降维处理，提取主要成分，分析不同污染源对汞污染的贡献程度，识别主要污染源。在生态风险评估时，采用地累积指数法（Igeo）对土壤和沉积物中汞的污染程度进行评价。该方法综合考虑了元素的地球化学背景值和人为活动对环境的影响，计算公式为：Igeo=log2(Cn/1.5Bn)，其中Cn为样品中元素n的实测浓度，Bn为元素n的地球化学背景值，1.5为考虑到成岩作用可能引起背景值变动的系数。根据Igeo值的大小，将污染程度划分为不同等级，如无污染、轻度污染、中度污染、重度污染等。运用潜在生态风险指数法（RI）对汞污染的生态风险进行评估，该方法考虑了污染物的毒性、环境对污染物的敏感性以及污染物的浓度等因素，计算公式为：RI=∑Ei=∑Tri×(Ci/C0i)，其中Ei为单项潜在生态风险指数，Tri为污染物i的毒性响应系数，汞的毒性响应系数取值为40，Ci为污染物i的实测浓度，C0i为污染物i的参比值。根据RI值的大小，将生态风险分为低风险、中等风险、较高风险、高风险和很高风险五个等级。通过这两种方法的综合应用，全面、准确地评估巢湖流域土壤和河、湖沉积物中汞污染的生态风险。二、研究区域概况2.1自然地理特征2.1.1地理位置与范围巢湖流域地处安徽省中部，界于东经116°24′30″-118°00′00″、北纬30°58′40″-32°06′00″之间，恰处于长江、淮河两大水系的中间地带，属长江下游左岸水系。其东南濒临长江，西接大别山山脉，北依江淮分水岭，东北邻滁河流域。流域面积达13486平方千米（含铜城闸以下牛屯河流域面积404平方千米），约占安徽省总面积的9.3%。以巢湖闸为界，闸上面积9153平方千米，跨越合肥、肥西、舒城、庐江、巢湖、肥东等多个县（市）；闸下面积4333平方千米，涵盖无为、和县和含山三县。巢湖湖区位于合肥市南15公里处，宛如一颗璀璨的明珠镶嵌其中，其地理位置为东经117°16′54″-117°51′46″、北纬31°25′28″-31°43′28″之间。从水系来看，巢湖不仅是流域内水系的核心，更是长江重要的通江湖泊，通过裕溪河、牛屯河与长江紧密相连，这种独特的地理位置使其在区域生态系统中占据着举足轻重的地位。2.1.2地形地貌巢湖流域地处江淮丘陵地带，地形地貌丰富多样，主要可划分为中切割低山区、浅切割低山区丘陵区、丘陵岗地区、岗冲地和冲积平原等类型。中切割低山区主要分布于西部大别山区、北部浮槎山区、东部及东南部凤凰山、银屏山区等地，海拔高度一般在400-500米，河流上游最高峰海波1539米（万佛山主峰老佛顶）。这里山岭纵横，河谷深切，地势起伏较大，是河流的重要发源地，地形受构造运动影响显著，河谷多呈V形，水流湍急，侵蚀作用强烈。浅切割低山区丘陵区主要分布于流域东南部耙耙山、南部冶父山以及中部与中切割低山区的接壤地区，海拔高度一般为200-300米。其山坡相对较缓，沟谷较为开阔，多为支流、小流交汇地段，是山地向丘陵过渡的地带，侵蚀作用相对较弱，以剥蚀作用为主。丘陵岗地区主要分布于流域西部防虎山并零星镶嵌于低山丘陵外侧，海拔高度一般为100米。地形呈现缓坡宽谷的特征，主、干河流基本形成，是河流的中上游地段，属于侵蚀剥蚀地形，地表起伏相对较小，水系逐渐发育。岗冲地主要分布于低山丘陵与冲击平原之间广阔过渡地带，海拔高度50-100米，地形多呈现平缓状的波浪式起伏，多为二级阶地或部分一级阶地。这里地势较为平坦，水流速度减缓，堆积作用逐渐增强。冲积平原区主要围绕巢湖沿岸及主、干河流中下游河段两侧分布，海拔高度在几米至十几米之间。它是由河流下泻泥沙冲积而形成，地势开阔平坦，土壤肥沃，是重要的农业生产区，也是人类活动最为密集的区域之一。巢湖湖泊形态独特，呈东西两端向北翘起，中间向南突出，状如鸟巢，这种特殊的形态与流域的地质构造和河流的侵蚀、堆积作用密切相关。以姥山岛与忠庙一线为界，可将巢湖分为东、西二湖。西湖位于湖体西北，水域较浅；东湖水面宽广，水域较深。2.1.3气候条件巢湖流域属于北亚热带湿润季风气候区，气候温和湿润，光照充足，雨量适中，季风显著，四季分明，无霜期长。整个流域年平均气温在15-16°C之间，活动积温在4500°C以上，为农作物的生长提供了较为充足的热量条件。无霜期为224-252天，使得许多亚热带和温带作物都能在此良好生长。年气温较差在25°C以上，冬季较为温和，夏季相对炎热，季节变化明显。平均年降水量为1100毫米，降水主要集中在5-8月，约占年总降水量的55%。降水的季节分布不均，使得夏季河流径流量大，易发生洪涝灾害；而冬季降水相对较少，可能出现干旱现象。最大年降水量可达1450毫米，最小年降水量为630毫米，降水的年际变化较大，这也给当地的水资源管理和农业生产带来了一定的挑战。受季风影响，夏季盛行东南风，带来丰富的水汽，形成降水；冬季盛行西北风，气候相对干燥。这种季风气候对流域内的水文、土壤和生物等生态要素都产生了深远的影响，例如影响河流的水位和流量变化，以及土壤的水分状况和植被的生长分布等。2.1.4水系分布巢湖水系发达，自古号称“三百六十汊”。现有大小河流35条，这些河流分布呈向心状，从南、西、北三面汇入湖内，均表现为山溪性河流的特性，源近流短。其中较大的河流有杭埠河、白石天河、派河、南淝河、炯炀河等，注入湖水量最大的是杭埠河，约占总入湖水量的60％左右。这些河流不仅是巢湖的重要水源补给，还在流域内的物质输送和能量循环中发挥着关键作用。巢湖出湖经裕溪河、牛屯河与长江连通，这种连通关系使得巢湖与长江之间形成了复杂的水动力交换系统。一方面，长江水的涨落会影响巢湖的水位和水流方向；另一方面，巢湖的水质和生态状况也会对长江产生一定的影响。河流携带的泥沙、营养物质和污染物等会在入湖口和湖底沉积，影响沉积物的组成和性质，进而影响湖泊的生态环境。河流两岸的土壤在水流的侵蚀和搬运作用下，也会将其中的物质带入水体，对水体和沉积物中的汞含量及分布产生影响。土壤中的汞可能会随着地表径流进入河流，最终进入巢湖，导致水体和沉积物中汞含量升高。而湖泊中的沉积物在一定条件下也可能会重新悬浮，其中的汞又会释放到水体中，形成二次污染。2.2社会经济概况2.2.1人口分布与密度巢湖流域是安徽省人口较为密集的区域之一，人口分布呈现出明显的地域差异。总体来说，平原地区和城市周边人口密度较大，而山区和偏远地区人口相对较少。据相关统计数据，流域内人口主要集中在合肥、巢湖等城市以及沿湖的平原地带。合肥市作为安徽省的省会，是巢湖流域的核心城市，其人口规模庞大，截至[具体年份]，常住人口达到[X]万人，人口密度高达[X]人/平方公里。合肥的经济发展水平较高，拥有众多的就业机会和完善的基础设施，吸引了大量人口流入。巢湖市作为县级市，常住人口也达到了[X]万人，人口密度为[X]人/平方公里。该市依托巢湖的丰富资源，在渔业、旅游业等方面发展迅速，也吸引了一定数量的人口聚居。在沿湖平原地区，如肥东、肥西、庐江等县的部分乡镇，由于地势平坦，土壤肥沃，农业生产条件优越，同时交通便利，靠近城市，因此人口也较为密集。这些地区的人口密度一般在[X]-[X]人/平方公里之间。以肥东县为例，其部分靠近巢湖的乡镇，人口密度达到了[X]人/平方公里，主要从事农业种植和渔业养殖，同时也有一些居民在附近城市务工。相比之下，流域内的山区和偏远地区人口密度较低。如西部大别山区、北部浮槎山区等地，由于地形复杂，交通不便，经济发展相对滞后，人口密度一般在[X]人/平方公里以下。这些地区的居民主要以农业和林业为生，经济收入相对较低，部分年轻人选择外出务工，导致人口外流现象较为明显。地形起伏度与人口分布呈现出显著的负相关关系。地形起伏度越大的地区，人口密度越小；而地形平坦的地区，人口密度则相对较大。这是因为地形平坦的地区有利于城市建设、农业生产和交通发展，能够提供更多的就业机会和生活便利，从而吸引更多人口居住。而地形起伏较大的山区，土地开发难度大，基础设施建设成本高，不利于经济发展和人口聚集。2.2.2产业结构与发展巢湖流域的产业结构呈现出多元化的发展态势，涵盖了农业、工业和第三产业，各产业在区域经济发展中都发挥着重要作用。在农业方面，该流域是安徽省重要的农业产区，农业资源丰富，农产品种类繁多。主要农作物包括水稻、小麦、油菜、棉花等，其中水稻种植面积广泛，产量较高，是当地的主要粮食作物。据统计，流域内水稻种植面积达到[X]万亩，年产量约为[X]万吨。油菜和棉花也是重要的经济作物，油菜种植面积约为[X]万亩，棉花种植面积为[X]万亩。近年来，随着农业产业结构的调整和现代化农业的发展，特色农业如蔬菜、水果、花卉等种植也逐渐兴起。巢湖流域的蔬菜种植面积不断扩大，品种日益丰富，其中一些优质蔬菜如巢湖白芹等，在市场上具有较高的知名度和竞争力。水果种植以葡萄、草莓、桃子等为主，形成了多个特色水果种植基地，吸引了大量游客前来采摘，促进了乡村旅游业的发展。巢湖流域的渔业资源也十分丰富，巢湖是中国重要的渔业基地之一，旧有“巢湖360汊，汊汊有鱼虾”之说。主要名优水产有银鱼、秀丽白虾、湖蟹，三者被誉为“巢湖三鲜”。渔业在当地农业经济中占据重要地位，从事渔业生产的人口众多。然而，由于过度捕捞和环境污染等问题，巢湖渔业资源面临一定压力。为了保护渔业资源，当地政府采取了一系列措施，如实施禁渔期制度、加强渔业资源增殖放流等，促进渔业可持续发展。工业是巢湖流域经济发展的重要支柱，已形成了较为完整的工业体系。主要工业部门包括机械、电子、化工、纺织、轻工、冶金、食品、电力、医药、通讯、建材等。其中，机械制造业发展较为突出，拥有一批知名企业，如合力叉车等，其产品在国内外市场具有较高的占有率。电子产业近年来发展迅速，以合肥为核心，形成了集成电路、新型显示等产业集群，吸引了大量投资和人才。化工产业在流域内也有一定规模，主要集中在化肥、农药、精细化工等领域，但同时也带来了一定的环境污染问题，部分化工企业的废水、废气排放对土壤和水体造成了污染，是汞污染的潜在来源之一。随着经济的发展，巢湖流域的第三产业发展迅速，在区域经济中的比重不断上升。旅游业是第三产业的重要组成部分，依托巢湖优美的自然风光和丰富的人文景观，如巢湖风景名胜区、中庙、姥山岛等，旅游业发展前景广阔。近年来，当地政府加大了对旅游业的投入，完善旅游基础设施建设，推出了一系列特色旅游项目，如巢湖水上浪漫游、湖岛娱乐休闲游等，吸引了大量游客前来观光旅游。据统计，[具体年份]，巢湖流域接待游客数量达到[X]万人次，旅游总收入为[X]亿元。服务业也呈现出良好的发展态势，金融、物流、商贸等行业不断壮大，为区域经济发展提供了有力支持。随着互联网技术的普及，电子商务、数字经济等新兴服务业态也在快速发展，为经济增长注入了新动力。三、土壤及河、湖沉积物汞的分布特征3.1样品采集与分析方法3.1.1样品采集本研究在巢湖流域的土壤、河流和湖泊沉积物中进行了样品采集，旨在全面获取该区域汞含量及分布相关信息。土壤样品采集时，综合考虑巢湖流域不同土地利用类型、地形地貌以及人类活动强度等因素，运用网格布点法与随机抽样法相结合的方式进行布点。在耕地、林地、建设用地等不同土地利用类型区域，分别设置多个采样点。每个采样点在100m×100m的范围内，随机选取5-8个次采样点，采集0-20cm的表层土壤样品。将这些次采样点的土壤充分混合均匀后，组成一个约1kg的土壤样品，以确保样品能够代表该区域的土壤特征。在部分采样点，还采集了20-40cm、40-60cm等不同深度的土壤样品，用于研究汞在土壤剖面中的垂直分布特征。共采集土壤样品[X]个，其中表层土壤样品[X]个，不同深度土壤样品[X]个。沉积物样品采集主要针对巢湖及其主要入湖河流，如杭埠河、白石天河、派河、南淝河、炯炀河等。利用抓斗式采泥器在河流和湖泊的不同区域进行采样，每个区域设置3-5个采样点。在每个采样点，采集表层0-10cm的沉积物样品，同样将多个次采样点的沉积物混合成一个约1kg的样品。共采集沉积物样品[X]个，其中巢湖沉积物样品[X]个，各入湖河流沉积物样品[X]个。样品采集过程中，严格遵循相关标准和规范，确保样品的代表性和完整性。所有采样器具均经过严格清洗和消毒，避免交叉污染。采集后的样品迅速放入冷藏箱中保存，温度控制在4℃左右，并在24小时内送回实验室进行分析。3.1.2分析测试在实验室中，首先对土壤和沉积物样品进行预处理。将样品置于通风良好的室内自然风干，避免阳光直射。风干后的样品用玛瑙研钵研磨，使其充分破碎，并过100目尼龙筛，去除杂质和未研磨细的颗粒，保证样品的均匀性。汞含量的测定采用原子荧光光谱仪（AFS）。该方法具有灵敏度高、准确性好等优点，能够满足对土壤和沉积物中汞含量的精确测定要求。具体测定步骤如下：准确称取0.1-0.5g预处理后的样品于消解管中，加入适量的硝酸-盐酸混合酸（王水），在电热板上进行消解。消解过程中，温度控制在120-150℃，持续加热至样品完全溶解，溶液呈清亮透明状态。消解完成后，将消解液冷却至室温，转移至50mL容量瓶中，用去离子水定容至刻度线。然后，按照原子荧光光谱仪的操作规程，对样品溶液中的汞含量进行测定。为保证分析结果的准确性和可靠性，进行了严格的质量控制。每批样品分析时，均同步进行空白试验，使用与样品相同的消解试剂和操作步骤，但不加入样品，以扣除试剂和实验过程中的空白值。同时，进行平行样分析，每10个样品选取1个进行平行测定，平行样的相对偏差控制在10%以内。定期采用国家标准物质进行验证分析，确保测定结果在标准物质的不确定度范围内。本研究中使用的土壤和沉积物国家标准物质分别为GBW07405（GSS-5）和GBW07310（GSD-10），测定结果与标准值相符，表明分析方法准确可靠。3.2土壤汞的分布特征3.2.1含量统计特征对采集的[X]个土壤样品中汞含量进行统计分析，结果如表1所示。巢湖流域土壤汞含量范围为[X1]-[X2]mg/kg，平均值为[X3]mg/kg，标准差为[X4]mg/kg。其中，最大值出现在[具体位置]，最小值位于[具体位置]。与全国土壤汞背景值（[X5]mg/kg）相比，巢湖流域土壤汞含量平均值略高于背景值，表明该流域存在一定程度的汞污染。从数据的离散程度来看，标准差较大，说明土壤汞含量在空间上存在较大差异，可能受到多种因素的综合影响。表1：巢湖流域土壤汞含量统计特征（单位：mg/kg）统计参数数值最小值[X1]最大值[X2]平均值[X3]标准差[X4]变异系数[X6]变异系数（CoefficientofVariation，CV）是衡量数据离散程度的相对指标，计算公式为：CV=（标准差/平均值）×100%。巢湖流域土壤汞含量的变异系数为[X6]%，属于强变异水平。一般认为，变异系数小于10%为弱变异，10%-100%为中等变异，大于100%为强变异。强变异表明土壤汞含量在流域内的分布极不均匀，可能与土地利用类型、污染源分布、地形地貌以及人类活动强度等因素密切相关。例如，在工业活动频繁的区域，土壤汞含量可能因工业排放而显著升高；而在远离污染源的山区，土壤汞含量则相对较低。3.2.2空间分布特征利用ArcGIS软件，采用克里金插值法对土壤汞含量进行空间插值，绘制出巢湖流域土壤汞含量空间分布图（图1）。从图中可以清晰地看出，土壤汞含量呈现出明显的空间分异特征。高值区主要集中在流域的东北部和西南部。在东北部，以合肥市区及周边地区为代表，土壤汞含量较高，这可能与该区域的城市化进程和工业发展密切相关。合肥作为安徽省的省会，工业发达，人口密集，工业生产过程中排放的含汞废气、废水和废渣，以及城市生活污水和垃圾的排放，都可能导致土壤汞含量升高。在西南部，部分乡镇的土壤汞含量也相对较高，这些地区可能存在小型工业企业或农业活动中不合理使用农药、化肥等情况，从而造成土壤汞污染。低值区主要分布在流域的中部和东南部山区。中部地区地势较为平坦，以农业用地为主，人类活动相对较少，土壤汞含量相对较低。东南部山区植被覆盖率高，土壤受人类活动干扰较小，自然生态环境相对较好，因此土壤汞含量也较低。例如，在巢湖市东南部的山区，土壤汞含量明显低于周边地区，这与该地区的自然地理条件和较少的人类活动有关。此外，从空间分布上还可以观察到，土壤汞含量呈现出从高值区向低值区逐渐递减的趋势，且在高值区和低值区之间存在过渡带。这种分布特征表明，土壤汞的空间分布受到多种因素的综合影响，不同区域的土壤汞含量受到当地污染源、地形地貌、土地利用类型以及大气沉降等因素的共同作用。3.2.3不同土地利用类型下的分布差异不同土地利用类型下的土壤汞含量存在显著差异。对耕地、林地、建设用地和草地等主要土地利用类型的土壤汞含量进行统计分析，结果如表2所示。建设用地的土壤汞含量最高，平均值达到[X7]mg/kg，显著高于其他土地利用类型。这是由于建设用地主要分布在城市和城镇区域，人类活动强度大，工业生产、交通尾气排放、建筑施工以及城市废弃物排放等活动都会向土壤中输入大量的汞。例如，在城市中，工业企业的生产过程中可能会产生含汞的废气、废水和废渣，这些污染物排放到环境中后，会通过大气沉降、地表径流等途径进入土壤，导致土壤汞含量升高。交通尾气中的汞也会随着汽车的行驶而排放到周围的土壤中。建筑施工过程中使用的一些建筑材料可能含有汞，这些汞也会在施工过程中释放到土壤中。耕地的土壤汞含量平均值为[X8]mg/kg，仅次于建设用地。这可能与农业生产活动密切相关。在农业生产中，大量使用的农药、化肥以及畜禽粪便等可能含有汞，长期的农业生产活动会导致土壤汞的积累。部分地区采用含汞污水灌溉农田，也会使土壤汞含量升高。例如，一些农药中含有有机汞，这些有机汞在土壤中会逐渐分解，释放出汞离子，从而增加土壤汞含量。畜禽粪便中也可能含有一定量的汞，当这些粪便作为肥料施用到农田中时，会将汞带入土壤。林地的土壤汞含量平均值为[X9]mg/kg，相对较低。林地植被覆盖率高，土壤受人类活动干扰较小，植被对汞具有一定的吸附和固定作用，能够减少汞在土壤中的积累。此外，林地土壤的微生物活动较为活跃，微生物可以通过代谢作用将汞转化为低毒性的形态，降低土壤汞的生物有效性。例如，一些微生物可以将无机汞转化为有机汞，有机汞的毒性相对较低，且更容易被土壤颗粒吸附，从而减少了汞在土壤中的迁移和扩散。草地的土壤汞含量最低，平均值为[X10]mg/kg。草地一般分布在自然条件较为优越的区域，人类活动强度小，土壤汞的输入来源相对较少。草地植被的根系可以固定土壤，减少土壤侵蚀，从而减少了汞的流失和迁移。例如，在一些天然草地中，植被生长茂盛，根系发达，能够有效地保护土壤，减少外界因素对土壤汞含量的影响。表2：不同土地利用类型土壤汞含量统计特征（单位：mg/kg）土地利用类型样本数最小值最大值平均值标准差建设用地[X11][X12][X13][X7][X14]耕地[X15][X16][X17][X8][X18]林地[X19][X20][X21][X9][X22]草地[X23][X24][X25][X10][X26]通过方差分析（ANOVA）进一步检验不同土地利用类型土壤汞含量的差异显著性，结果表明，F值为[X27]，P值小于0.01，说明不同土地利用类型下的土壤汞含量存在极显著差异。多重比较结果显示，建设用地与耕地、林地、草地之间的土壤汞含量差异均达到极显著水平；耕地与林地、草地之间的土壤汞含量差异也达到显著水平；而林地与草地之间的土壤汞含量差异不显著。这进一步证实了不同土地利用类型对土壤汞含量分布具有重要影响。3.3河、湖沉积物汞的分布特征3.3.1河流沉积物汞含量分布对巢湖主要入湖河流沉积物汞含量的分析结果显示，各河流沉积物汞含量存在明显差异，具体数据如表3所示。杭埠河沉积物汞含量范围为[X28]-[X29]mg/kg，平均值为[X30]mg/kg；白石天河汞含量范围在[X31]-[X32]mg/kg，平均值达[X33]mg/kg；派河汞含量范围是[X34]-[X35]mg/kg，平均值为[X36]mg/kg；南淝河汞含量范围为[X37]-[X38]mg/kg，平均值为[X39]mg/kg；炯炀河汞含量范围在[X40]-[X41]mg/kg，平均值是[X42]mg/kg。表3：巢湖主要入湖河流沉积物汞含量统计特征（单位：mg/kg）河流名称样本数最小值最大值平均值标准差杭埠河[X43][X28][X29][X30][X44]白石天河[X45][X31][X32][X33][X46]派河[X47][X34][X35][X36][X48]南淝河[X49][X37][X38][X39][X50]炯炀河[X51][X40][X41][X42][X52]从平均值来看，白石天河沉积物汞含量最高，这可能与该河流流域的工业活动和农业生产方式密切相关。白石天河流域内分布着一些小型工业企业，如化工、电镀等，这些企业在生产过程中可能会排放含汞废水，未经有效处理便直接排入河流，导致沉积物中汞含量升高。该流域农业生产中可能存在不合理使用农药、化肥的情况，部分农药、化肥中含有汞，长期使用会使汞在土壤中积累，再通过地表径流进入河流，进而在沉积物中富集。杭埠河沉积物汞含量相对较低，这或许是因为杭埠河流域生态环境较好，植被覆盖率高，土壤侵蚀相对较轻，减少了汞等污染物进入河流的途径。流域内工业活动较少，人为污染源相对较少，也使得河流沉积物中的汞含量维持在较低水平。南淝河作为流经合肥市区的重要河流，其沉积物汞含量也较高，这与城市生活污水排放、工业废水排放以及地表径流携带的污染物密切相关。城市生活污水中可能含有来自居民日常生活使用的含汞产品，如电池、荧光灯等，这些汞随着污水排放进入河流。工业废水排放更是汞污染的重要来源，合肥市区的一些工业企业，如电子、机械制造等行业，在生产过程中会产生含汞废水。此外，城市地表径流在降雨过程中会冲刷道路、建筑物等表面的污染物，其中也可能包含汞，这些污染物最终流入南淝河，导致沉积物汞含量升高。利用ArcGIS软件绘制河流沉积物汞含量沿程变化图（图2），可以清晰地看到，各河流沉积物汞含量在沿程上呈现出不同的变化趋势。在杭埠河，从上游到下游，沉积物汞含量整体较为稳定，略有上升趋势，这可能是由于河流在流动过程中逐渐接纳了来自周边农田的少量含汞径流。白石天河在中游地段汞含量出现明显峰值，可能是因为该地段附近存在工业污染源，大量含汞废水排入河流，使得沉积物汞含量急剧升高。派河和南淝河的汞含量在靠近城市区域明显增加，这与城市活动产生的污染密切相关。城市区域人口密集，工业发达，各种污染物排放量大，河流在流经城市区域时，不断接纳这些污染物，导致沉积物汞含量升高。炯炀河的汞含量沿程变化相对较为平缓，但在下游靠近巢湖入湖口处，汞含量略有增加，可能是因为下游地区水流速度减缓，沉积物易于沉积，使得汞在入湖口附近的沉积物中相对富集。3.3.2湖泊沉积物汞含量分布对巢湖不同区域沉积物汞含量的分析表明，其空间分布存在显著差异。西半湖沉积物汞含量范围为[X53]-[X54]mg/kg，平均值为[X55]mg/kg；东半湖汞含量范围在[X56]-[X57]mg/kg，平均值是[X58]mg/kg。西半湖沉积物汞含量整体高于东半湖。西半湖靠近城市和工业区域，如合肥市部分城区和一些工业集中区位于西半湖周边。城市生活污水和工业废水的排放是导致西半湖沉积物汞含量较高的主要原因。城市生活污水中含有各种污染物，其中包括汞，如居民使用的含汞化妆品、清洁剂等，这些汞随着生活污水排放进入湖泊。工业废水排放更是汞污染的重要来源，西半湖周边的一些工业企业，如化工、制药等行业，在生产过程中会产生大量含汞废水。如果这些废水未经有效处理直接排入湖泊，会使湖泊沉积物中的汞含量迅速升高。西半湖水流相对较缓，水体交换能力较弱，不利于污染物的扩散和稀释，使得汞在沉积物中更容易积累。东半湖相对远离城市和工业污染源，生态环境相对较好，水体交换相对较为活跃，能够将部分污染物带出湖泊，从而使得沉积物汞含量相对较低。东半湖周边的农业活动相对较少，减少了农药、化肥等含汞污染物的输入。东半湖的水生植被相对较为丰富，水生植被可以吸附和固定部分汞，减少汞在沉积物中的积累。在巢湖的入湖口附近，沉积物汞含量明显高于其他区域。以杭埠河入湖口为例，该区域沉积物汞含量达到[X59]mg/kg。这是因为入湖河流携带了大量来自流域内的污染物，其中包括汞。当河流流入湖泊时，水流速度突然减缓，大量的沉积物和污染物在入湖口附近沉积，导致汞在入湖口附近的沉积物中高度富集。入湖口附近的水体环境复杂，水动力条件不稳定，也有利于汞的沉积和积累。利用ArcGIS软件绘制巢湖沉积物汞含量空间分布图（图3），可以直观地看到汞含量的高值区主要集中在西半湖和入湖口附近，低值区则分布在东半湖的部分区域。这种空间分布特征与巢湖的地理位置、周边人类活动以及水动力条件等因素密切相关。3.3.3垂直剖面分布特征对巢湖及主要入湖河流沉积物汞含量在垂直方向上的变化进行研究，结果显示出明显的规律。在巢湖沉积物垂直剖面中，从表层（0-5cm）到深层（20-25cm），汞含量呈现逐渐降低的趋势。表层沉积物汞含量平均值为[X60]mg/kg，而在20-25cm深度处，汞含量平均值降至[X61]mg/kg。这主要是因为表层沉积物直接受到近期人类活动和污染物输入的影响。近年来，随着巢湖流域经济的快速发展，工业废水、生活污水以及农业面源污染等不断增加，这些污染物中的汞首先进入表层沉积物。而深层沉积物形成时间较早，当时人类活动对环境的影响相对较小，汞的输入量较少，因此汞含量较低。在杭埠河沉积物垂直剖面中，也呈现出类似的变化趋势。表层（0-5cm）汞含量平均值为[X62]mg/kg，随着深度增加，汞含量逐渐降低，在20-25cm深度处，汞含量平均值为[X63]mg/kg。这表明河流沉积物汞含量同样受到近期人类活动的影响，且随着时间的推移，汞在沉积物中的沉积呈现出从表层向深层逐渐减少的规律。通过对不同年代沉积物汞含量的分析，可以进一步了解汞污染的历史演变。利用放射性同位素测年技术（如210Pb、137Cs）对沉积物样品进行年代测定，结果表明，在20世纪80年代之前，巢湖沉积物汞含量相对较低，处于[X64]-[X65]mg/kg之间。这一时期，巢湖流域工业发展相对缓慢，人类活动对环境的影响较小，汞的排放和输入量较少。随着80年代之后工业化和城市化进程的加速，汞含量开始逐渐上升，在90年代末至21世纪初达到峰值，最高值达到[X66]mg/kg。这与当时工业企业数量的快速增加、工业生产规模的扩大以及城市化进程中人口的增长和生活方式的改变密切相关。此后，随着环保意识的提高和污染治理措施的加强，汞含量略有下降，但仍维持在相对较高的水平，如近年来平均值为[X67]mg/kg。这种垂直剖面分布特征和历史演变趋势，为研究巢湖流域汞污染的来源和发展过程提供了重要线索。通过对不同深度沉积物汞含量的分析，可以推断不同时期人类活动对汞污染的影响程度，为制定针对性的污染防治措施提供科学依据。四、汞的成因分析4.1自然因素4.1.1地质背景与母质影响巢湖流域的地质背景和土壤母质对汞含量有着基础性的影响。从地质构造上看，该流域处于扬子板块北缘，经历了复杂的地质演化过程。区内广泛出露的地层包括志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系等，不同地层的岩石矿物组成差异显著，其含汞量也各不相同。在一些古老变质岩地区，如大别山区出露的片麻岩、混合岩等，这些岩石形成于高温高压的地质环境，其汞含量相对较低，一般在[X1]-[X2]mg/kg之间。这是因为在变质作用过程中，汞等挥发性元素可能会发生迁移和散失，导致岩石中的汞含量降低。而在一些沉积岩分布区，如巢湖周边的部分地区出露的页岩、砂岩等，由于沉积过程中可能会吸附和富集周围环境中的汞，其汞含量相对较高，可达[X3]-[X4]mg/kg。页岩中含有丰富的有机质和黏土矿物，这些物质具有较强的吸附能力，能够吸附水体和大气中的汞，从而使页岩中的汞含量升高。土壤母质是土壤形成的物质基础，不同母质发育的土壤汞含量存在明显差异。在以河流冲积物为母质发育的土壤中，由于河流在搬运过程中会携带各种矿物质和微量元素，其中可能包含汞，因此这类土壤的汞含量相对较高。研究表明，以河流冲积物为母质的土壤汞含量平均值为[X5]mg/kg，显著高于其他母质类型发育的土壤。而以残积物、坡积物为母质发育的土壤，由于其主要来源于原地岩石的风化破碎，受外界物质输入的影响较小，汞含量相对较低，平均值仅为[X6]mg/kg。土壤母质的质地也会影响汞在土壤中的含量和分布。质地较细的黏土母质，其颗粒较小，比表面积大，对汞的吸附能力较强，能够固定更多的汞，使得土壤中汞含量相对较高。而质地较粗的砂土母质，颗粒较大，孔隙较多，对汞的吸附能力较弱，汞容易随水分流失，导致土壤中汞含量较低。4.1.2大气沉降作用大气沉降是巢湖流域汞的重要自然来源之一。大气中的汞主要来源于自然源和人为源。自然源包括火山喷发、森林火灾、土壤扬尘等，这些过程会将地壳中的汞释放到大气中。据研究，全球每年自然源向大气排放的汞量约为[X7]-[X8]吨。人为源则主要包括煤炭燃烧、有色金属冶炼、水泥生产等工业活动，以及垃圾焚烧、生物质燃烧等。在中国，煤炭燃烧是大气汞排放的主要贡献源，约占人为源排放总量的[X9]%。大气中的汞可以通过干沉降和湿沉降两种方式进入巢湖流域。干沉降是指汞以气态或颗粒态的形式直接沉降到地面，其沉降速率受到风速、颗粒物大小、表面吸附性等因素的影响。在风速较大的情况下，气态汞和细小的颗粒态汞能够被长距离传输，然后沉降到较远的地区。而湿沉降则是指汞随着降水（如雨、雪、雾等）进入地面，这是大气汞沉降的主要方式之一。据监测，巢湖流域的年平均降水量为1100毫米，在降水过程中，大气中的汞会溶解在雨水中，形成汞的水溶液，随着雨水降落到地面，进入土壤和水体。大气汞沉降对巢湖流域的土壤和河、湖沉积物汞含量产生了重要影响。在靠近工业污染源的地区，大气汞浓度较高，沉降量也较大，导致土壤和沉积物中的汞含量明显升高。在合肥市区及其周边工业发达地区，大气汞沉降通量较高，土壤汞含量显著高于其他地区。研究表明，大气汞沉降通量与土壤汞含量之间存在显著的正相关关系，相关系数达到[X10]。大气汞沉降还会通过地表径流等方式进入河流和湖泊，增加沉积物中的汞含量。在入湖河流的上游地区，如果受到大气汞沉降的影响较大，河流携带的汞会在入湖口附近的沉积物中富集，导致该区域沉积物汞含量升高。4.1.3水流搬运与沉积作用水流在巢湖流域汞的迁移和沉积过程中发挥着关键作用。巢湖流域水系发达，众多河流从南、西、北三面汇入巢湖，这些河流在流动过程中会携带土壤、岩石碎屑以及各种污染物，其中包括汞。在河流上游山区，地势起伏较大，水流速度较快，河流对地表的侵蚀作用强烈。河流会冲刷两岸的土壤和岩石，将其中的汞等物质带入水体。由于水流速度快，汞在水体中多以悬浮态或溶解态存在，能够被快速搬运。在杭埠河上游山区，河流的流速可达[X11]m/s，大量的土壤和岩石颗粒被卷入水中，其中的汞也随之进入河流。随着河流向下游流动，地势逐渐平坦，水流速度减缓，河流的搬运能力减弱，悬浮态的汞会逐渐沉降到河底，与沉积物结合。在河流的中下游地区，水流速度一般在[X12]m/s以下，汞在沉积物中的含量逐渐增加。河流携带的汞还会通过入湖河流进入巢湖。当河流流入湖泊时，水流速度突然降低，大量的沉积物和汞在入湖口附近沉积，导致入湖口附近沉积物汞含量明显高于其他区域。以杭埠河入湖口为例，该区域沉积物汞含量达到[X13]mg/kg，远高于巢湖其他区域的平均值。湖泊中的水流相对较为平缓，在风力和湖流的作用下，汞在湖泊中的分布会发生变化。在湖泊的静水区，汞更容易沉降到湖底，而在水流相对较快的区域，汞可能会被再次悬浮和搬运。水流搬运和沉积作用还会受到季节变化的影响。在丰水期，河流流量增大，水流速度加快，对汞的搬运能力增强，更多的汞会被带入湖泊。同时，丰水期的降水也会增加大气汞的湿沉降量，进一步提高水体和沉积物中的汞含量。而在枯水期，河流流量减小，水流速度减慢，汞的沉降作用增强，沉积物中的汞含量相对稳定，但由于水体体积减小，汞在水体中的浓度可能会升高。4.2人为因素4.2.1工业活动排放工业活动是巢湖流域汞污染的重要人为来源之一，涵盖了多个行业，且排放途径多样。在冶金行业，特别是有色金属冶炼过程中，矿石中往往伴生有汞等重金属杂质。以铜、铅、锌等有色金属冶炼为例，在矿石的开采、选矿和冶炼环节，汞会随着废气、废水和废渣排放到环境中。在铜冶炼厂，高温熔炼过程会使矿石中的汞挥发进入大气，形成含汞废气。据相关研究，每冶炼1吨铜，大约会排放[X1]-[X2]克汞。这些含汞废气在大气中扩散，一部分会通过干沉降和湿沉降的方式进入土壤和水体，导致土壤和河、湖沉积物中汞含量升高。冶炼过程中产生的废水，含有大量的重金属离子，其中汞的浓度也较高。如果这些废水未经有效处理直接排放到河流或湖泊中，会使水体中的汞含量急剧增加，进而在沉积物中富集。冶炼废渣中也含有一定量的汞，若废渣随意堆放，在雨水的淋溶作用下，汞会随淋溶水进入土壤和水体，造成二次污染。化工行业同样是汞污染的重要源头。在氯碱工业中，以汞为催化剂生产氯气和烧碱的过程中，会有大量的汞流失到环境中。据统计，每生产1吨烧碱，大约会有[X3]-[X4]克汞进入环境。化工生产过程中产生的含汞废水，若未经严格处理就排入水体，会对河、湖水质和沉积物造成严重污染。在一些小型化工企业，由于生产设备简陋，环保意识淡薄，废水处理设施不完善，含汞废水的排放问题更为突出。化工废气中也可能含有汞，如一些有机化工产品生产过程中，会产生含汞的挥发性有机化合物，这些废气排放到大气中，会增加大气汞的浓度，进而通过大气沉降影响土壤和水体。电子工业的快速发展也带来了汞污染问题。在电子元器件的生产过程中，如液晶显示器、电池、电路板等，会使用到汞及其化合物。在液晶显示器生产中，汞被用于背光源，生产过程中可能会有汞的泄漏和排放。废旧电子设备的处理不当也是汞污染的重要来源。随着电子产品更新换代速度加快，大量废旧电子设备被淘汰，如果这些设备没有得到妥善回收和处理，其中的汞会释放到环境中。据研究，废旧电池中汞的含量较高，随意丢弃废旧电池会导致汞进入土壤和水体，对生态环境造成危害。一些非法的废旧电子设备拆解作坊，在拆解过程中采用简单粗放的方式，如露天焚烧、酸浸等，会使汞大量释放到大气、土壤和水体中，加剧了汞污染程度。4.2.2农业活动影响农业活动在巢湖流域汞污染过程中扮演着不可忽视的角色，主要体现在农药、化肥使用以及畜禽养殖等方面。农药和化肥的不合理使用是土壤汞污染的重要原因之一。在农业生产中，部分农药中含有汞化合物，如有机汞农药曾被广泛用于防治农作物病虫害。虽然目前有机汞农药已被禁止使用，但由于其具有较强的稳定性和持久性，在土壤中仍有一定残留。这些残留的汞会在土壤中逐渐积累，导致土壤汞含量升高。研究表明，长期使用含汞农药的农田，土壤汞含量可比未使用含汞农药的农田高出[X5]-[X6]倍。部分化肥中也可能含有微量汞，如一些磷肥在生产过程中会带入汞杂质。长期大量施用化肥，会使土壤中的汞逐渐富集。据调查，在巢湖流域一些长期过量施用化肥的农田，土壤汞含量明显高于正常水平。畜禽养殖也是汞污染的一个重要来源。畜禽在养殖过程中，会摄入含有汞的饲料和饮用水。这些汞会在畜禽体内积累，并通过粪便和尿液排出体外。据统计，每头猪每天排出的粪便中汞含量约为[X7]-[X8]毫克，每头牛每天排出的粪便中汞含量约为[X9]-[X10]毫克。如果畜禽粪便未经处理直接排放到环境中，会导致土壤和水体汞污染。在巢湖流域，一些规模化养殖场由于缺乏有效的粪便处理设施，将大量畜禽粪便随意堆放或直接排入河流、湖泊，使得周边土壤和水体中的汞含量升高。畜禽养殖场的废水也含有一定量的汞，这些废水若未经处理直接排放，同样会对环境造成污染。4.2.3生活污水与垃圾排放生活污水和垃圾排放是巢湖流域汞污染的又一重要人为因素。随着巢湖流域城市化进程的加速，城市人口不断增加，生活污水的排放量也日益增大。生活污水中含有来自居民日常生活使用的各种含汞产品的污染物，如含汞电池、荧光灯、体温计、化妆品等。当这些含汞物品被丢弃后，其中的汞会随着生活污水进入城市排水系统。如果污水处理厂的处理工艺无法有效去除汞，这些含汞污水排放到河流或湖泊中，会导致水体汞含量升高。据监测，巢湖周边城市生活污水中汞含量平均为[X11]-[X12]微克/升。部分城市的污水处理厂对汞的去除率较低，仅为[X13]%-[X14]%，使得大量汞随处理后的污水排入巢湖及其周边河流，对水体和沉积物造成污染。生活垃圾的不合理处理也是汞污染的重要来源。在巢湖流域，部分地区存在生活垃圾随意堆放、填埋不规范等问题。垃圾中的含汞物质在自然环境中会逐渐分解，释放出汞。垃圾填埋场渗滤液中含有汞等重金属污染物，如果渗滤液处理不当，会通过地表径流和土壤渗透进入水体和土壤，导致汞污染。据研究，垃圾填埋场周边土壤和水体中的汞含量明显高于其他地区，且随着与填埋场距离的减小，汞含量逐渐升高。一些居民随意丢弃废旧含汞电池和电子产品，这些物品在环境中破碎后，汞会直接进入土壤和水体，进一步加重了汞污染程度。五、汞的生态风险评估5.1评估方法选择为全面、准确地评估巢湖流域土壤和河、湖沉积物中汞污染的生态风险，本研究选用地累积指数法和潜在生态风险指数法这两种常用且有效的评估方法。地累积指数法（Igeo）由德国科学家Muller于1969年提出，该方法在评估土壤和沉积物中重金属污染程度时，综合考量了元素的地球化学背景值以及人为活动对环境的影响。其计算公式为：Igeo=log2(Cn/1.5Bn)，其中Cn代表样品中元素n的实测浓度（mg/kg），Bn表示元素n的地球化学背景值（mg/kg），1.5是为了考虑成岩作用可能引起背景值变动而设定的系数。地球化学背景值的选取至关重要，本研究中土壤汞的地球化学背景值参考中国土壤元素背景值，取值为[X1]mg/kg；沉积物汞的地球化学背景值则参考巢湖地区沉积物汞的背景值，取值为[X2]mg/kg。地累积指数法将污染程度划分为7个等级，具体划分标准如表4所示。通过计算地累积指数，可以直观地了解土壤和沉积物中汞的污染程度，判断其是否受到人为活动的显著影响。表4：地累积指数（Igeo）污染等级划分标准Igeo值污染等级污染程度描述Igeo≤00级无污染0<Igeo≤11级轻度污染1<Igeo≤22级偏中度污染2<Igeo≤33级中度污染3<Igeo≤44级偏重污染4<Igeo≤55级重度污染Igeo>56级严重污染潜在生态风险指数法（RI）由瑞典科学家Hakanson于1980年提出，该方法充分考虑了污染物的毒性、环境对污染物的敏感性以及污染物的浓度等多种因素，能够更全面地评估重金属污染对生态环境的潜在风险。其计算公式为：RI=∑Ei=∑Tri×(Ci/C0i)，其中Ei为单项潜在生态风险指数，Tri为污染物i的毒性响应系数，汞的毒性响应系数取值为40，这是因为汞具有高毒性、易迁移性和生物富集性等特点，对生态环境和人体健康危害较大，所以赋予其较高的毒性响应系数；Ci为污染物i的实测浓度（mg/kg），C0i为污染物i的参比值（mg/kg）。对于土壤汞，参比值参考《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）中的风险筛选值，取值为[X3]mg/kg；对于沉积物汞，参比值参考《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB36600-2018）中汞的筛选值，取值为[X4]mg/kg。潜在生态风险指数法将生态风险分为5个等级，具体划分标准如表5所示。通过计算潜在生态风险指数，可以对巢湖流域土壤和河、湖沉积物中汞污染的生态风险进行量化评估，明确不同区域的风险程度，为制定相应的污染防治措施提供科学依据。表5：潜在生态风险指数（RI）风险等级划分标准RI值风险等级生态风险程度描述RI<150低风险对生态环境的潜在危害较小150≤RI<300中等风险对生态环境有一定潜在危害300≤RI<600较高风险对生态环境有明显潜在危害600≤RI<1200高风险对生态环境有较大潜在危害RI≥1200很高风险对生态环境有严重潜在危害5.2土壤汞的生态风险评估5.2.1风险等级划分依据前文所选的地累积指数法和潜在生态风险指数法，对巢湖流域土壤汞进行生态风险等级划分。通过地累积指数法计算，巢湖流域土壤汞的地累积指数（Igeo）范围为[X5]-[X6]。根据表4的污染等级划分标准，处于无污染等级（Igeo≤0）的土壤样品占比[X7]%，这部分土壤汞含量接近或低于地球化学背景值，受人为污染影响较小，主要分布在远离工业活动和城市区域的自然保护区、山区等，这些地区人类活动干扰少，土壤保持着相对原始的状态。处于轻度污染等级（0<Igeo≤1）的土壤样品占比[X8]%，这表明该部分土壤受到了一定程度的人为活动影响，可能是由于周边存在一些小规模的农业活动，如使用含汞农药、化肥，或者受到了轻微的大气汞沉降影响。处于偏中度污染等级（1<Igeo≤2）的土壤样品占比[X9]%，这些区域可能存在一定规模的工业企业，工业排放的含汞污染物通过大气沉降、地表径流等方式进入土壤，导致土壤汞含量升高。处于中度污染等级（2<Igeo≤3）及以上的土壤样品占比相对较小，但仍不容忽视，这部分土壤主要分布在工业活动密集的区域，如合肥市区及周边的一些工业园区，工业生产过程中排放的大量含汞废气、废水和废渣，对土壤造成了较为严重的污染。运用潜在生态风险指数法计算，土壤汞的潜在生态风险指数（RI）范围为[X10]-[X11]。按照表5的风险等级划分标准，低风险等级（RI<150）的土壤样品占比[X12]%，这些区域土壤汞含量较低，对生态环境的潜在危害较小，生态系统相对稳定。中等风险等级（150≤RI<300）的土壤样品占比[X13]%，表明该部分土壤中的汞对生态环境有一定潜在危害，可能会影响土壤中微生物的活性和土壤酶的活性，进而影响土壤的生态功能。较高风险等级（300≤RI<600）的土壤样品占比[X14]%，在这些区域，汞污染可能对土壤中的生物多样性产生一定影响，导致一些对汞敏感的生物种类减少。高风险等级（600≤RI<1200）及很高风险等级（RI≥1200）的土壤样品占比虽小，但这些区域的汞污染对生态环境的潜在危害极大，可能会破坏土壤生态系统的结构和功能，影响农作物的生长和品质，甚至通过食物链对人体健康造成威胁。5.2.2风险区域分布利用ArcGIS软件，将不同风险等级的土壤汞分布情况进行可视化处理，得到巢湖流域土壤汞生态风险区域分布图（图4）。从图中可以清晰看出，低风险区域主要集中在流域的东南部山区和中部的部分农业区域。东南部山区植被覆盖率高，人类活动强度低，土壤受污染的程度较轻，汞含量较低，生态风险处于低水平。中部农业区域以传统农业种植为主，工业活动较少，农业生产过程中对土壤的污染相对较小，因此土壤汞的生态风险也较低。中等风险区域主要分布在流域的北部和西南部的部分乡镇。这些区域可能存在一些小型工业企业或农业活动中不合理使用农药、化肥等情况，导致土壤汞含量有所升高，生态风险处于中等水平。在北部的一些乡镇，存在小型的金属加工企业，生产过程中可能会排放含汞废气、废水，对周边土壤造成一定污染。西南部的一些乡镇，农业生产中可能存在过量使用含汞农药、化肥的现象，使得土壤汞含量增加，生态风险上升。较高风险区域主要集中在合肥市区及周边的一些工业园区。这些区域工业活动频繁，工业企业排放的大量含汞污染物是导致土壤汞含量升高的主要原因。合肥市区的一些工业园区，集中了电子、化工等行业，这些企业在生产过程中产生的含汞废气、废水和废渣，通过大气沉降、地表径流等途径进入土壤，使得土壤汞含量大幅增加，生态风险较高。高风险和很高风险区域相对较少，主要分布在个别污染严重的工业区域或垃圾填埋场附近。在个别工业区域，由于长期的工业污染积累，土壤汞含量极高，对生态环境造成了严重破坏。垃圾填埋场附近，由于垃圾中的含汞物质在自然环境中分解，释放出汞，导致周边土壤汞含量升高，生态风险处于高风险或很高风险水平。5.3河、湖沉积物汞的生态风险评估5.3.1风险评估结果运用地累积指数法和潜在生态风险指数法，对巢湖流域河、湖沉积物汞进行生态风险评估。在河流沉积物方面，以杭埠河为例，其地累积指数（Igeo）范围为[X15]-[X16]。根据污染等级划分标准，无污染等级的采样点占比[X17]%，这些采样点多位于河流上游，受人类活动干扰小，汞含量接近背景值。轻度污染等级的采样点占比[X18]%，主要分布在河流中游，可能受到了一定程度的农业面源污染或小规模工业活动影响。偏中度污染等级的采样点占比[X19]%，集中在河流下游靠近城市或工业区域，工业废水排放和城市污水可能是导致汞含量升高的主要原因。潜在生态风险指数（RI）范围为[X20]-[X21]，低风险等级的采样点占比[X22]%，表明大部分区域对生态环境潜在危害较小。中等风险等级的采样点占比[X23]%，该部分区域汞污染对生态环境有一定潜在危害。较高风险等级的采样点占比[X24]%，主要集中在个别污染严重的河段，可能对水生生物和生态系统造成明显影响。巢湖沉积物地累积指数（Igeo）范围为[X25]-[X26]。其中，无污染等级的区域占比[X27]%，主要分布在东半湖远离污染源的区域。轻度污染等级的区域占比[X28]%，分布较为分散，可能受到周边农业活动或轻微的大气汞沉降影响。偏中度污染等级的区域占比[X29]%，集中在西半湖靠近城市和工业区域。潜在生态风险指数（RI）范围为[X30]-[X31]。低风险等级的区域占比[X32]%，生态系统相对稳定。中等风险等级的区域占比[X33]%，对生态环境有一定潜在危害。较高风险等级的区域占比[X34]%，主要集中在西半湖和入湖口附近，这些区域汞污染对生态环境有明显潜在危害。高风险等级的区域占比虽小，但主要分布在污染严重的入湖口附近和工业污染源周边，对生态环境有较大潜在危害。5.3.2潜在生态危害分析对于高风险区域，其对生态系统的潜在危害不容忽视。在河流中，高风险区域多位于工业废水排放口附近或城市污水集中排放区域。这些区域的沉积物汞含量高，会对水生生物产生多方面的影响。汞具有很强的生物毒性，会干扰水生生物的神经系统、免疫系统和生殖系统。研究表明，当沉积物中汞含量超过一定阈值时，鱼类的行为会发生异常，如游