江蘇條子泥濱海濕地表層沉積物重金屬污染特征

徐雅，張華兵*，劉玉卿，吳菲兒，韓爽

(1.鹽城師范學院 地理系，江蘇 鹽城 224007； 2.中國黃海鹽城海濱濕地生態環境監測中心，江蘇 鹽城 224057)

濱海濕地處于海陸交接帶，是人類社會經濟活動最頻繁的地方[1]。隨著沿海工業、農業和城市化的發展，許多沿海濕地相繼成為工農業廢水和生活污水的承泄區。盡管濕地自身可通過物理、化學和生物作用過程對重金屬等有毒污染物進行吸收、固定和轉化，但當其沉積環境遭受嚴重的污染并超過承受限度，重金屬將從懸浮物或沉積物中重新釋放，形成二次污染，甚至通過食物鏈威脅人類的生存[2]。

鹽城是我國海洋灘涂資源大市。鹽城海岸作為太平洋西海岸最大的淤泥質濱海濕地[3]，一些岸段基本保持了天然的生態結構與功能，是重要的世界自然遺產地。同時，鹽城濱海濕地又是江蘇省面積最大、植被最好、開發潛力最大的地段之一，近幾十年來，受經濟利益和各項政策的驅動，灘涂的圍墾速率越發加快，高強度的土地開發利用在促進沿海地區經濟發展的同時也對沿海地區的生態環境產生了一定的影響。位于江蘇鹽城的中國黃(渤)海候鳥棲息地(第一期)已列入世界自然遺產名錄，條子泥濕地是其重要組成部分，是東亞-澳大利西亞遷徙路線上重要的候鳥中轉站。開展生態環境質量評價是條子泥生態保護的基礎。土壤是濱海濕地重要的生態要素之一，土壤質量直接影響濱海濕地的生態功能。開展濕地重金屬污染評價[4-8]是重金屬防治工作的前提，對區域生態保護具有積極意義?，F有的關于鹽城濱海濕地土壤表層重金屬污染特征及其評價的研究多集中在射陽、大豐境內的江蘇鹽城濕地珍禽國家級自然保護區、江蘇省大豐麋鹿國家級自然保護區及其周圍區域。羅婷等[9]、袁紅明等[10]通過內梅羅綜合污染指數法、地質累積指數法和Hakanson潛在生態風險指數法對土壤重金屬的污染情況進行了評價，指出重金屬區域分布與土壤粒度正相關，黏土含量對重金屬的富集和分布起到一定的控制作用。本研究擬采用潛在生態風險指數法，對江蘇條子泥濕地表層沉積物重金屬含量及其污染程度進行評價，以期客觀地反映該區域的重金屬污染狀況，為該區域綠色經濟發展和生態保護決策的制定提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

鹽城濱海濕地，位于江蘇中部沿海，包括響水縣、濱海縣、射陽縣、亭湖區、大豐區和東臺市(縣級市)等一市兩區三縣，介于32°20′～34°37′N、119°29′～121°16′E，是西太平洋海岸最大的淤泥質濱海濕地。海岸既有快速淤長岸段，又有強烈侵蝕岸段，以射陽河口為界，以北為侵蝕型海岸，射陽河口至斗龍港河口之間為淤蝕轉換型海岸，斗龍港河口以南，為淤長型海岸。侵蝕岸段的泥沙和長江口的泥沙受潮流影響在以東臺市弶港為中心的中南部潮灘堆積，使中南部海濱濕地快速向海延伸，尤以東臺市的蹲門—弶港岸段淤長最快，向海淤長速度可達200 m·a-1。研究選擇的采樣區在東臺弶港的條子泥堤外濱海濕地(圖1)。

圖1 研究區位置和采樣點分布

1.2 數據來源

2017年10月22日在東臺弶港的條子泥堤外布設8個樣地(T1～T8)，每個樣地3 m×3 m，采集0～20 cm深度的土壤樣品，每個樣地取3個樣點進行混合，取混合樣品約500 g放入自封袋帶回實驗室。將土壤樣品在避光通風條件下風干，取風干后的土壤樣品研磨，去除樣品中比較大的動植物殘體、石塊等雜物，進一步研磨使土壤樣品全部通過100目(孔徑0.149 mm)篩。將研磨好的土壤樣品裝入自封袋，存放于干燥器中。取0.5 g研磨好的土壤樣品消解后定容到50 mL比色管中。土壤中銅含量的測定采用火焰原子吸收分光光度法(GB/T 17138—1997)，總鉻含量的測定采用火焰原子吸收分光光度法(HJ 491—2009)，總砷含量的測定采用原子熒光法(GB/T 22105.2—2008)。檢測時，每個樣品設置3個平行樣，取其平均值，同時進行空白對比。Cu、Cr、As的檢出限分別為1、5、0.01 mg·kg-1。

1.3 潛在生態風險評價方法

潛在生態風險指數法是瑞典科學家Hakanson從沉積學角度提出的對土壤中重金屬污染進行評價的方法。潛在生態風險指數法的計算結果不僅可以反映單一重金屬對環境的影響，還可以解釋多種重金屬同時對周圍環境造成的綜合影響[11]。本研究在運用潛在生態風險指數法進行評價時，以《中國土壤元素背景值》[12]中江蘇土壤背景值為標準。

以Cf表征單項重金屬元素的污染系數:Cf<1為低污染，1≤Cf<3為中污染，3≤Cf<6為較高污染，Cf≥6為高污染。以P值表征某一樣地所有重金屬的綜合污染指數:P<0.7為安全，0.7≤P<1為警戒線，1≤P<2為輕度污染，2≤P<3為中度污染，P≥3為重污染。

將As、Cr、Cu的毒性響應系數分別取為10、2、5[12]，測算綜合潛在生態風險指數(RI)。由于只分析了Cu、Cr、As這3種重金屬污染物，因此，參照前人研究成果，依據各污染物所占權重值，對綜合潛在生態風險程度進行調整:RI<20為低潛在風險，20≤RI<40為中潛在風險，40≤RI<80為較高潛在風險，RI≥80為高潛在風險。

2 結果與分析

2.1 重金屬含量特征

研究區Cu的最大值、最小值和平均值均大于江蘇省土壤環境背景值。如表1所示，Cu在所有采樣點中的最高含量為30.00 mg·kg-1，最低值為26.00 mg·kg-1，平均值為28.25 mg·kg-1，是背景值的1.27倍，變異系數為5.24%，空間波動程度較低。As所有樣點的檢測值均低于江蘇省土壤環境背景值，最大值為4.56 mg·kg-1，最小值為2.61 mg·kg-1，平均值是3.54 mg·kg-1，變異系數17.85%，空間波動程度較大。Cr所有樣點的檢測值均遠低于江蘇省土壤環境背景值，最大值為19.00 mg·kg-1，最小值是13.00 mg·kg-1，平均值是15.75 mg·kg-1，變異系數是12.60%，空間波動程度相較Cu而言較大。

表1 鹽城濱海濕地表層沉積物重金屬含量特征

2.2 重金屬污染程度分析

如表2所示，Cu的Cf在1.17～1.35，處于中污染狀態；As和Cr的Cf分別在0.26～0.46、0.17～0.24，都處于安全狀態。所有樣地的綜合污染指數(P值)在0.91～1.06，其中有3個樣地的值大于1，處于輕度污染級別；其余都在0.9～1.0，已經處于污染的警戒線，其中，對污染貢獻最大的元素為Cu。

表2 土壤重金屬污染系數、綜合污染指數和潛在生態風險指數

2.3 潛在生態風險分析

在土壤重金屬污染系數計算基礎上，計算潛在生態風險指數(表2)。所有樣地的RI值在9.44～12.01，總體上處于低潛在風險水平。研究區8個采樣點中，T8的RI值最大，其次為T1和T3，T4和T5的RI值最小。這種差異可能與局部地形條件有關，某些局部地形條件的改變可能更有利于重金屬的沉積。

3 小結

在江蘇東臺弶港的條子泥堤外設8個樣地，對地表層沉積物Cu、Cr、As的含量及其污染程度進行評價。結果發現，3種重金屬元素中，As的變異系數相對最高，空間波動程度比較大，其次是Cr，Cu的變異系數最小，空間波動程度較低。樣地中的Cu處于中污染狀態，而As、Cr都處于安全狀態。根據綜合污染指數，8個樣地中有3個樣地處于輕度污染級別，其余5個處于安全狀態，Cu對污染指數的貢獻最大。3種重金屬的綜合潛在生態危害指數RI值都在20以下，整體屬于低潛在風險。