開放與封閉漁業養殖方式下菜子湖濕地土壤重金屬元素組成特征

張經緯 張平究 楊艷芳 王鑫鑫 陳芳 張金花

摘要?以菜子湖濕地28個釆樣點2種漁業養殖方式（開放和封閉）下的土壤及底泥樣品為研究對象，用X射線原子熒光光譜儀測定沉積物中P、S及重金屬元素的含量。采用地累積指數和化學元素背景值對菜子湖濕地土壤污染現狀進行評價，探討漁業養殖方式對重金屬污染物分布的影響。結果表明，菜子湖濕地土壤呈弱酸性，土壤較底泥偏酸;底泥和土壤中全磷含量均處3級以上水平，且封閉式下各樣點磷含量大于開放式;全硫含量分布與養殖方式之間未表現出明顯聯系。菜子湖濕地底泥中Zn、Cu、Mn、As含量高于土壤底泥樣品，開放式下Zn、Cu、Mn、As含量均顯著低于封閉式，Pb、Cu、Cr、Ni含量則略高于封閉式。通過對菜子湖濕地重金屬的污染狀況進行評價，發現底泥樣品中Zn、Cu、Cr、Ni含量均小于長江沉積物重金屬元素背景值，未出現污染狀況;土壤樣品中除Ni、Mn外，Zn、Pb、Cu、Cr、As含量均超過安徽土壤背景值。

關鍵詞?漁業養殖方式;天然濕地;重金屬;組成特征;污染評價

中圖分類號?S?154.1文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2020）17-0077-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.17.021

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Composition Characteristics of Heavy Metal Elements in the Soil of Caizi Lake Wetland under Open and Closed Fisheries

ZHANG Jingwei1，ZHANG Pingjiu1，YANG Yanfang2 et al

（1.School of Geography and Tourism，Anhui Normal University / Jianghuai River Basin Surface Process and Regional Response Anhui Provincial Key Laboratory，Wuhu，Anhui 241003;2.School of Environmental Science and Engineering，Anhui Normal University，Wuhu，Anhui 241003）

Abstract?Soil and sediment samples under two fishery culture methods （open and closed） in 28 sampling points of Caizi Lake wetland were taken as the research object.The P，S and heavy metals in the sediment were determined by Xray atomic fluorescence spectrometry.The geoaccumulation index and the background value of chemical elements were used to evaluate the current status of soil pollution in Caizi Lake wetland，and the influence of fishery culture methods on the distribution of heavy metal pollutants was discussed.The results showed that the soil of the Caizi Lake wetland was weakly acidic，and the soil was more acidic than the sediment.The total phosphorus content in the sediment and soil was above level 3，and the phosphorus content in every sample under the closed system was greater than that in the open system.There was no obvious relationship between the distribution of total sulfur content and the culture methods.The content of Zn，Cu，Mn and As in the sediment of the Caizi Lake wetland was higher than that of the soil sediment sample.The content of Zn，Cu，Mn and As in the open type was significantly lower than that in the closed type，and the content of Pb，Cu，Cr and Ni was slightly higher than the closed type.By evaluating the pollution status of heavy metals in the Caizi Lake wetland，it was found that the content of Zn，Cu，Cr and Ni in the sediment samples was less than the background value of heavy metal elements in the sediments of the Yangtze River，and no pollution occurred.In addition to Ni，Mn，Zn in soil samples， the average contents of Zn，Pb，Cu，Cr and As exceeded the Anhui soil background value.

Key words?Fishery culture methods;Natural wetland;Heavy metal;Composition characteristics;Pollution assessment

濕地是陸地無機離子及有機質通過徑流進入水體的最后一道屏障，是水陸相互作用下形成的獨特生態系統，對營養物質的吸收、轉化與固持有較高效率[1]。濕地漁業養殖是人類對于濕地功能的有效利用，合理的養殖方式不僅為當地居民創造不菲的收益，同時也為恢復和保護濕地生態提供重要支持，而如今由于不科學的管理與人類生產生活的影響，出現濕地水體生境破碎、大量湖泊被層層圍網包圍、湖泊水體富營養化、重金屬含量超標等問題[2]。

安慶市菜子湖水域位于長江中下游北岸，是長江流域淡水湖泊群的重要組成部分，20世紀50年代湖區開始大規模圍墾，到20世紀80年代開始退耕還湖，且不同退耕還湖區因地制宜，選擇性恢復為自然濕地或自然水域進行漁業養殖[3]。2019年初，國家有關部門制定了《長江流域重點水域禁捕和建立補償制度實施方案》，提出2019年底前完成水生生物保護區漁民退捕，禁捕期暫定實行10年[4]。當前已有學者對不同退耕年限下菜子湖濕地土壤鐵形態變化、濕地土壤活性鋁形態變化、濕地土壤銅和鋅形態變化及濕地土壤和相關酶活性變化等進行了一定研究，但對退耕還湖后人類漁業養殖及方式的差異對菜子湖濕地土壤重金屬的影響研究較缺乏[5-8]。筆者分別對菜子湖不同區域開放與封閉2種養殖方式下禁捕令實施前濕地土壤樣品進行采集，對樣品pH、P、S、重金屬元素含量進行測定，研究濕地土壤養殖方式差異與濕地土壤P、S、重金屬元素組成間聯系，為合理利用濕地功能和對當前濕地污染的評估與治理提供一定的理論依據。

1?材料與方法

1.1?研究區概況

安慶市菜子湖（116°07′～117°44′E，29°50′～30°58′N）位于長江中下游北岸，為安慶市九大通江湖泊之一，所轄水域（監測斷面）為桐城龍眠河、菜子湖、嬉子湖、白兔湖等[9]。菜子湖湖區地貌以丘陵和沖積平原為主，年平均氣溫16.6 ℃，年平均降水量1 325.5 mm，平均水深176 m，屬淺水型漫灘湖泊，湖區主體屬亞熱帶季風氣候，夏季炎熱潮濕，冬季寒冷干燥。研究區自1958年開始大規模圍墾，1986年退耕后大多用于漁業養殖，養殖方式主要分為兩類：①開放式，指天然的或人工的但未與外界水系完全隔開的養殖區和捕撈區;②封閉式，主要指人工采用高壩與外界水體完全隔開的養殖區。養殖品種主要以青魚、草魚、鰱魚等經濟魚為主;部分魚塘用于養殖珍珠、龍蝦等;未開發的濕地植物群落主要為蘆葦、細葉薹等，存在部分放牧行為。

1.2?樣品采集?以安慶菜子湖濕地土壤為研究對象，2018年3月環繞菜子湖水域，隨機均勻布點，并利用GPS進行準確定位（具體采樣點見圖1），分別選取濕地土壤中湖邊出露水面的土壤和湖底淤泥各14個采樣點，土壤樣品命名為T1～T14，底泥樣品命名為D1～D14，一個采樣點由3個混合樣混合。底泥樣品采用抓斗式底泥采樣器采集，土壤樣品剝離表層植被后采集0～10 cm表層土樣，所有樣品用聚乙烯塑料袋密封編號，底泥樣品需在裝有冰袋的冷藏箱臨時存儲，然后帶回實驗室。樣品采集按開放和封閉養殖方式劃分為兩類，土壤采樣點中T1、T2、T4、T7、T9、T10、T11、T12、T13、T14處于開放式，采樣點T3、T5、T6、T8處于封閉式，同時T3于近幾年改養殖珍珠，T6可能養殖龍蝦;底泥采樣點中D2、D3、D8、D10、D12、D14處于開放式，采樣點D1、D4、D5、D6、D7、D9、D11、D13處于封閉式，且D4樣點中含有人工輸入的雞糞等（有機肥料），D13樣點養殖珍珠。

1.3?樣品分析

將采集的樣品自然風干后挑去肉眼可見的細根、礫石等雜物，均勻混合后研磨，一部分過2 mm篩，進行樣品pH測定，樣品pH采用水土比2.5∶1浸提Mettler Toledo pH計測定。

另一部分采用X射線熒光光譜（XRF）儀器測定底泥和土壤樣品中全磷、全硫、重金屬元素含量，將保存好的底泥及土壤樣品經冷凍干燥機干燥，研磨，過200目篩，然后分別取各個釆樣點樣品5 g左右置于用粉末壓片機壓成塑料薄片，裝袋標號待測，將壓好的塑料薄片置于X熒光光譜儀（XRF）上的樣品杯中，工作曲線設為土壤重金屬，逐個進行定量檢測。

1.4?數據統計分析?采用Excel 2003軟件對數據進行分析處理，采用SPSS 22.0進行單因素方差和相關性分析，利用Origin 9.0軟件進行作圖。

2?結果與分析

2.1?濕地土壤pH、全磷、全硫含量分布特征

2.1.1?pH。

對研究區中各采樣點的底泥和土壤進行pH測定，不同養殖方式下菜子湖流域底泥及土壤pH分布特征如圖2所示，總體呈弱酸性，底泥pH略高于土壤pH，底泥pH平均值為6.37，土壤pH平均值為5.37。不同養殖方式下底泥及土壤間pH均表現出顯著差異，開放式下pH略低于封閉式，底泥與土壤開放式下pH平均值分別為6.13、5.24，封閉式下分別為6.55、5.70。由此可見，菜子湖濕地土壤封閉與開放方式下pH呈弱酸性，符合安徽省南酸北堿的分布規律。濕地土壤常年或季節性積水厭氧環境中，表面覆蓋的枯枝落葉分解較慢，累積產生腐殖酸，使水體及表層土壤處于弱酸性環境，底泥樣品長期處于還原性環境，還原性的Fe、Mn等消耗H+，導致土壤樣品較底泥樣品偏酸性[10-11]。

2.1.2?全磷。從圖3可以看出，菜子湖全磷含量總體偏高，底泥和土壤平均值分別為1 033.69、693.81mg/kg，參照全國第二次土壤普查標準底泥達一級極豐富水平，土壤達3級中等水平。全磷含量表現為封閉式高于開放式、底泥含量高于土壤的分布特征，推測可能是因為封閉的養殖方式受人類活動影響更大，含磷的飼料、藥品及其他污染物大量排入水體，使磷元素在湖底底泥富集。封閉式下各采樣點全磷含量差異顯著。封閉式下的D4、D5達到較高值，其中D4位于黃玉濕地區域，調查發現其魚塘養殖過程中存在人工施用有機肥（雞糞），由于水產養殖過程中養殖對象的糞便、排泄物、尸體，以及投放至水體中的部分未被取食的餌料，沉淀到底泥中導致底泥全磷較高[12]。

3?結論

菜子湖濕地土壤pH呈弱酸性，底泥pH略高于土壤pH，開放式下pH略低于封閉式。底泥中全磷含量達1級極豐富水平，土壤中全磷含量達3級中等水平，土壤及底泥全磷含量均表現為封閉式高于開放式的分布特征。菜子湖各采樣點間硫元素含量差異性顯著，但與養殖方式間無明顯聯系。

菜子湖濕地底泥中Zn、Cu、Mn、As含量高于土壤。開放式底泥下Zn、Cu、Mn、As含量均低于封閉式，Pb、Cu、Cr、Ni含量則略高于封閉式。底泥樣品中Zn、Cu、Cr、Ni含量均小于長江沉積物重金屬元素背景值，且重金屬含量離散程度小，空間分布相對均勻，大部分樣點地累積指數均小于0，屬于無污染狀況。土壤樣品中除Ni、Mn外，其他重金屬的平均含量均超過安徽土壤背景值，空間差異較大，部分樣點出現輕度污染。

濕地土壤酸堿性、磷、硫含量均會對重金屬分布產生顯著影響，底泥中pH與重金屬未表現出顯著相關;土壤中pH與Pb、Cu呈顯著負相關，而與Cr、Mn呈顯著正相關。底泥中全磷與Zn、Cr、Mn呈極顯著正相關;土壤中與Mn、Zn、Ni呈顯著正相關。除Pb外，

底泥中全硫與其他重金屬元素均呈極顯著正相關;土壤中分別與Pb、Cu呈極顯著正相關，與Mn呈極顯著負相關。除As外，底泥中各重金屬元素間均呈顯著或極顯著相關關系，相關系數從0.418（Cu-Mn）到0807（Cu-Cr）。

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