菜子湖濕地重金屬TPb、THg含量與污染分析

王付紅

摘要：為探討菜子湖周邊土壤重金屬污染現(xiàn)狀，采用Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，對(duì)菜子湖八個(gè)村莊土壤TPb、THg、SOM含量和pH值進(jìn)行了測(cè)定和評(píng)價(jià)，并進(jìn)行了相關(guān)性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）八個(gè)村土壤TPb、THg和SOM呈差異性分布;（2）先讓村、趙莊村、獅莊村、陡潭村土壤TPb含量與CK相比差異性極顯著，小楊莊與CK相比差異顯著，雙興村、黃盆村、瓦竹村與CK差異不顯著;八個(gè)村莊THg含量與CK均沒有明顯差異;（3）八個(gè)村莊土壤TPb和THg基本都超過土壤背景值;（4）部分村莊土壤TPb、THg含量與SOM和pH值相關(guān)性較強(qiáng);（5）八個(gè)村莊土壤TPb和THg呈低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。研究表明：八個(gè)村莊土壤中TPb和THg存在一定程度的累積，土壤中TPb和THg與pH值、SOM之間相互影響，致使單因子污染程度加大。

關(guān)鍵詞：濕地;鉛;汞;潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);菜子湖

引言

重金屬是指原子密度大于5g/cm3的一類金屬元素，土壤的重金屬污染是當(dāng)前面積最廣、危害最大的環(huán)境問題之一[1]。許多研究結(jié)果表示，土壤重金屬含量受到土壤pH值影響，一般情況下，當(dāng)pH值小于7時(shí)，土壤對(duì)總鉛（TPb）和總汞（THg）的吸附量會(huì)隨著pH值的增大而升高;當(dāng)pH值大于7時(shí)，土壤對(duì)TPb和THg的吸附量會(huì)隨著pH值的增大而降低[2]。有機(jī)質(zhì)（SOM）也會(huì)影響土壤重金屬的有效性[3]，膠態(tài)SOM對(duì)重金屬離子有很高的親和力，因此對(duì)重金屬離子的截留能力往往與SOM的含量有很好的相關(guān)性。SOM能提供陽離子交換反應(yīng)位點(diǎn)，但其對(duì)陽離子的強(qiáng)親和力是由于SOM的基團(tuán)或官能團(tuán)與金屬離子形成絡(luò)合物所致。由于重金屬離子的絡(luò)合作用，富含SOM的土壤中可交換性重金屬含量降低，毒性降低。引江濟(jì)淮工程使菜子湖水位上升，適合白頭鶴等保護(hù)動(dòng)物的棲息地面積減少，退耕還濕勢(shì)在必行，但濕地范圍內(nèi)和周邊耕地存在重金屬和農(nóng)藥污染，是否具有還濕可行性必須驗(yàn)證[4]。本研究通過測(cè)定菜子湖周邊耕地土壤TPb、THg含量，探討其污染程度，為菜子湖濕地退耕還濕提供理論參考。

1研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

菜子湖跨桐城縣、樅陽縣兩縣，位于116°07′～117°44′E，20°50′～30°58′N，是安徽省沿江濕地自然保護(hù)區(qū)的重要組成部分，總面積大約有1.73萬公頃，位于長(zhǎng)江中下游，是安徽省長(zhǎng)江流域濕地自然保護(hù)區(qū)的重要組成部分之一。屬北亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候帶，湖區(qū)地貌多為以丘陵和沖積平原，年平均氣溫16.6℃，年平均降水量1325.5mm，4～10月為豐水期，11月～翌年3月為枯水期，湖底大多出露為灘涂。上世紀(jì)中期菜子湖沿岸出現(xiàn)大規(guī)模圍墾的現(xiàn)象，多被使用為農(nóng)用地，使得沿岸濕地面積減少。菜子湖退耕還濕方式主要是恢復(fù)為自然水域，本研究中所選定的研究區(qū)域?yàn)椴俗雍苓呌袊鷫ìF(xiàn)象的八個(gè)村莊。

1.2 樣品的采集與測(cè)定

1.2.1 采樣和處理

采樣區(qū)為菜子湖離岸100-150m農(nóng)用地，根據(jù)所了解的污染情況，并依據(jù)菜地農(nóng)田距離菜子湖的遠(yuǎn)近，選擇了8個(gè)采樣區(qū)，每個(gè)村選取三塊不同耕作類型的耕地，再各選取3個(gè)點(diǎn)分別采集了0-20cm表層土混合樣，樣品在塑料薄膜上均勻混合，用四分法選取1kg左右裝入聚乙烯袋帶回實(shí)驗(yàn)室。采回的土壤樣品放在塑料布上，攤成大約2厘米厚的薄層，使其均勻風(fēng)干。在風(fēng)干過程中，挑選出石礫及動(dòng)植物殘?bào)w，當(dāng)水分減少到合適的程度時(shí)將土塊捏碎。等土樣風(fēng)干后，全部磨碎過2mm篩，取出20克左右，用瑪瑙研缽磨細(xì)，使其全部過100目篩，分別裝進(jìn)樣品袋并貼上標(biāo)簽封袋保存，之后再測(cè)定TPb、THg和SOM含量。

1.2.2 土壤指標(biāo)含量的測(cè)定

土壤中重金屬的測(cè)定參照《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（NY-T 395-2000）。pH值的測(cè)定采用玻璃電極法，土壤SOM的含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，利用其水溶液混合時(shí)產(chǎn)生的稀釋熱，使SOM中的碳加快氧化為二氧化碳，重鉻酸鉀中的六價(jià)鉻被還原成三價(jià)鉻，剩余的重鉻酸鉀再用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，然后根據(jù)有機(jī)碳被氧化前后重鉻酸離子量的變化，就可算得SOM的含量。土壤重金屬TPb和THg用原子熒光光譜儀測(cè)定，通過測(cè)量TPb和THg的原子蒸氣在輻射能激發(fā)下產(chǎn)生的熒光發(fā)射強(qiáng)度，來確定TPb和THg含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與評(píng)價(jià)

測(cè)定結(jié)果與CK和土壤背景值比較，安徽省江淮流域土壤背景值分別是TPb25.0mg/kg、THg0.014mg/kg。

1.3.1 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)法是由瑞典學(xué)者Hakanson在1980年建立的一套應(yīng)用沉積學(xué)原理評(píng)價(jià)重金屬污染及生態(tài)危害的有效方法，按照單因子污染物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和總潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)RI指標(biāo)進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)。其計(jì)算公式為：

式中：Pi為單因子污染指數(shù)，Cis為重金屬含量實(shí)測(cè)值，Cin為污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值（表1），Eir為單因子風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，Tir為毒性響應(yīng)系數(shù)，TPb的毒性響應(yīng)系數(shù)為5，THg的毒性響應(yīng)系數(shù)為40，RI為多因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)。根據(jù)表2判定重金屬污染程度。

1.3.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

測(cè)定結(jié)果運(yùn)用SPSS（19.0）及Excel等軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理、差異顯著性和相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1 不同村莊TPb含量分析

對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行三次平行試驗(yàn)，并求出平均值。八個(gè)村莊重金屬TPb平均值含量最高的是黃盆村，為52.65mg/kg，平均值含量最低的是先讓村，為19.19mg/kg，雙興村不同采樣點(diǎn)TPb含量差異最大，該村最高含量是最低含量的4.89倍。獅莊村不同采樣點(diǎn)TPb含量差異最小，該村最高含量是最低含量的1.30倍。先讓村、趙莊村、獅莊村、陡潭村與對(duì)照組（CK）相比差異性極顯著（P<0.01），小楊莊與CK相比差異顯著（P<0.05），雙興村、黃盆村、瓦竹村與CK差異不顯著（P>0.05）。

2.2 不同村莊THg含量分析

對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行三次平行試驗(yàn)，并求出平均值，由表4知，八個(gè)村莊重金屬THg平均值含量最高的是雙興村，為0.68mg/kg，平均值含量最低的是瓦竹村，為0.15mg/kg，先讓村不同采樣點(diǎn)THg含量差異最大，該村最高含量是最低含量的10.26倍。黃盆村不同采樣點(diǎn)THg含量差異最小，該村最高含量是最低含量的1.16倍。雙興村和先讓村土壤THg含量高于CK，其余六個(gè)村莊THg含量均低于CK，但差異顯著性分析顯示，八個(gè)村莊THg含量與CK均沒有明顯差異。

2.3 不同村莊SOM含量分析

對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行三次平行試驗(yàn)，并求出平均值，由表5知，八個(gè)村莊SOM平均含量從高到低順序依次是趙莊村>黃盆村>雙興村>小楊莊>先讓村>瓦竹村>陡潭村>獅莊村。雙興村、先讓村、趙莊村、瓦竹村與CK相比呈極差異顯著（P<0.01），小楊莊、黃盆村、獅莊村與CK相比呈差異顯著（P<0.05）。

2.4 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)測(cè)定分析

TPb單因子風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)從雙興村、先讓村、小楊莊、趙莊村、黃盆村、瓦竹村、獅莊村、陡潭村依次為1.73、1.07、1.82、1.86、2.92、2.54、1.36、1.54;THg單因子風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)從雙興村、先讓村、小楊莊、趙莊村、黃盆村、瓦竹村、獅莊村、陡潭村依次為11.39、14.84、6.32、5.37、3.51、2.57、5.46、4.32，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)從雙興村、先讓村、小楊莊、趙莊村、黃盆村、瓦竹村、獅莊村、陡潭村依次為13.12、15.91、8.14、7.23、6.43、5.11、6.82、5.86，均屬于低風(fēng)險(xiǎn)。

3討論

同一個(gè)村不同采樣點(diǎn)TPb含量最高值與最低值相差可高達(dá)4.89倍，THg含量最高值與最低值相差可高達(dá)10.26倍，分析原因可能與每個(gè)村選擇的三個(gè)不同耕作類型耕地有關(guān)，不同耕作類型耕地農(nóng)藥或化肥施加量不同，如一些氮肥—TPb含量較高，磷肥—THg含量較高，導(dǎo)致重金屬在土壤中分布和積累不一樣。

先讓村、趙莊村、獅莊村、陡潭村、小楊莊TPb含量與CK相比均呈現(xiàn)不同程度的顯著性差異。CK取自基本無人類干擾的樹林，這說明5個(gè)村莊士壤TPb含量變化受到人為源的干擾較大。但雙興村、黃盆村、瓦竹村TPb含量與CK相比沒有明顯差異，分析原因，可能與土壤中其它化學(xué)成分、生物成分及土壤質(zhì)地、地形地勢(shì)雨水等因素有關(guān)，致使這3個(gè)村土壤TPb遷移性增強(qiáng)，或以固定不溶性形態(tài)存在。8個(gè)村THg重金屬含量與CK相比也沒有明顯差異，可能的原因除了與土壤中其它化學(xué)成分、生物成分及土壤質(zhì)地、地形地勢(shì)雨水等因素有關(guān)外，還可能與土壤pH值、SOM和其它重金屬相互影響相關(guān)。

前人研究表明，pH值大小影響土壤重金屬形態(tài)，而不同形態(tài)的重金屬遷移和累積性不同，一般情況下，酸性狀態(tài)土壤對(duì)重金屬的吸附隨pH值增大而增大。雙興村、先讓村、小楊莊、趙莊村、黃盆村、瓦竹村、獅莊村、陡潭村pH值分別為6.7、6.4、6.1、5.4、5.6、6.6、6.3、6.3。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，部分村莊pH值與重金屬呈明顯正相關(guān)，部分不存在明顯相關(guān)性或存在負(fù)相關(guān)。雙興村pH值與THg呈強(qiáng)正相關(guān);趙莊村pH值與TPb呈極顯著正相關(guān);黃盆村pH值與TPb呈極顯著正相關(guān);獅莊村pH值與呈強(qiáng)正相關(guān);陡潭村pH值與TPb呈極顯著負(fù)相關(guān)。由此可推知影響八個(gè)村土壤TPb含量的因素不止pH值，土壤重金屬形態(tài)、遷移和累積性與SOM也有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，一般情況下，土壤中SOM含量增加，SOM在微生物作用形成的膠體提高土壤表面活性，增加吸附土壤中TPb和THg的能力，使土壤中TPb含量和THg含量上升。本研究對(duì)SOM做了相關(guān)性分析。

雙興村SOM與TPb呈強(qiáng)正相關(guān);小楊莊SOM與TPb呈顯著負(fù)相關(guān);趙莊村SOM與TPb呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)，SOM與THg呈強(qiáng)正相關(guān);黃盆村SOM與TPb呈極顯著正相關(guān);獅莊村SOM與TPb呈極顯著負(fù)相關(guān)，SOM與THg呈強(qiáng)正相關(guān);陡潭村SOM與THg呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)。此外，本研究也進(jìn)行了THg對(duì)TPb的相關(guān)性分析，雙興村、小楊莊、瓦竹村、獅莊村THg對(duì)TPb具有中等到強(qiáng)度相關(guān)性。由此可斷定，土壤THg和TPb含量是多因素綜合作用的結(jié)果，這些因素相互影響，表現(xiàn)出促進(jìn)（正相關(guān)）和抑制作用（負(fù)相關(guān)）。

從單因子風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)看，雙興村、先讓村、小楊莊、趙莊村、黃盆村、瓦竹村、獅莊村、陡潭村TPb和THg生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度輕。但八個(gè)村莊TPb和THg均超過土壤背景值，這表明八個(gè)村莊土壤中TPb和THg存在一定程度的累積，所以綜合潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分析顯示，八個(gè)村莊污染分級(jí)情況均呈低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，反映了兩種重金屬雖然生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度輕，但對(duì)植物生長(zhǎng)仍具有毒性，也反映土壤中TPb和THg相互作用，致使單因子生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度增強(qiáng)[5]。

4結(jié)論

由于不同類型的耕地施加農(nóng)藥（化肥）產(chǎn)品與施加量不同，導(dǎo)致TPb和THg在菜子湖八個(gè)村莊土壤中分布和積累不一樣;長(zhǎng)期耕作的歷史影響了TPb和THg含量，受到人類活動(dòng)的干擾較大，并且與土壤中其它化學(xué)成分、生物成分及土壤質(zhì)地、地形水文等因素有關(guān);pH值大小影響土壤TPb和THg的遷移和累積，在酸性條件下隨著pH值的升高，使H+對(duì)TPb和THg的競(jìng)爭(zhēng)吸附也會(huì)隨之減弱，土壤對(duì)TPb和THg的吸附量增加。一般情況下，SOM含量與TPb和THg含量呈正相關(guān)。土壤中SOM含量增加，SOM在微生物作用下形成的膠體會(huì)使土壤表面活性提高，增加吸附土壤中TPb和THg的能力，使土壤中TPb含量和THg含量上升。雖然土壤中TPb和THg生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度低，但相互作用加重了綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度。

參考文獻(xiàn)：

[1]鮑桐，廉梅花，孫麗娜，孫鐵珩，蘇磊，雷剛.重金屬污染土壤植物修復(fù)研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境，2008（02）：858-865.

[2]王靜，肖國舉，畢江濤，馬飛，韓磊.pH對(duì)寧夏引黃灌區(qū)鹽堿化土壤重金屬吸附-解吸過程的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2017，26（10）：1782-1787.

[3]劉效東，喬玉娜，周國逸.土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤水分保持及其有效性的控制作用[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，35（12）：1209-1218.

[4]周盛，楊森，鮑明霞，楊陽，李春林.基于遙感反演預(yù)測(cè)“引江濟(jì)淮”工程對(duì)菜子湖越冬水鳥棲息地的影響[J].生態(tài)科學(xué)，2019，38（01）：71-78.

[5]徐明露，方鳳滿，林躍勝.安慶菜子湖退耕濕地土壤中的重金屬含量及其污染評(píng)價(jià)[J].濕地科學(xué)，2015，13（4）：1672-5948.