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狀，采用Hakanson潛在生態風險指數法，對菜子湖八個村莊土壤TPb、THg、SOM含量和pH值進行了測定和評價，并進行了相關性分析。結果發現：（1）八個村土壤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;八個村莊THg含量與CK均沒有明顯差異;（3）八個村莊土壤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值相關性較強;（5）八個村莊土壤TPb和THg呈低生態風險。研究表明：八個村莊土壤中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。

關鍵詞：濕地;鉛;汞;潛在風險指數;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前面積最廣、危害最大的環境問題之一[1]。許多研究結果表示，土壤重金屬含量受到土壤pH值影響，一般情況下，當pH值小于7時，土壤對總鉛（TPb）和總汞（THg）的吸附量會隨著pH值的增大而升高;當pH值大于7時，土壤對TPb和THg的吸附量會隨著pH值的增大而降低[2]。有機質（SOM）也會影響土壤重金屬的有效性[3]，膠態SOM對重金屬離子有很高的親和力，因此對重金屬離子的截留能力往往與SOM的含量有很好的相關性。SOM能提供陽離子交換反應位點，但其對陽離子的強親和力是由于SOM的基團或官能團與金屬離子形成絡合物所致。由于重金屬離子的絡合作用，富含SOM的土壤中可交換性重金屬含量降低，毒性降低。引江濟淮工程使菜子湖水位上升，適合白頭鶴等保護動物的棲息地面積減少，退耕還濕勢在必行，但濕地范圍內和周邊耕地存在重金屬和農藥污染，是否具有還濕可行性必須驗證[4]。本研究通過測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研究區概況及研究方法

1.1 研究區概況

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區的重要組成部分，總面積大約有1.73萬公頃，位于長江中下游，是安徽省長江流域濕地自然保護區的重要組成部分之一。屬北亞熱帶季風濕潤氣候帶，湖區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。上世紀中期菜子湖沿岸出現大規模圍墾的現象，多被使用為農用地，使得沿岸濕地面積減少。菜子湖退耕還濕方式主要是恢復為自然水域，本研究中所選定的研究區域為菜子湖周邊有圍墾現象的八個村莊。

1.2 樣品的采集與測定

1.2.1 采樣和處理

采樣區為菜子湖離岸100-150m農用地，根據所了解的污染情況，并依據菜地農田距離菜子湖的遠近，選擇了8個采樣區，每個村選取三塊不同耕作類型的耕地，再各選取3個點分別采集了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驗室。采回的土壤樣品放在塑料布上，攤成大約2厘米厚的薄層，使其均勻風干。在風干過程中，挑選出石礫及動植物殘體，當水分減少到合適的程度時將土塊捏碎。等土樣風干后，全部磨碎過2mm篩，取出20克左右，用瑪瑙研缽磨細，使其全部過100目篩，分別裝進樣品袋并貼上標簽封袋保存，之后再測定TPb、THg和SOM含量。

1.2.2 土壤指標含量的測定

土壤中重金屬的測定參照《農田土壤環境質量監測技術規范》（NY-T 395-2000）。pH值的測定采用玻璃電極法，土壤SOM的含量采用重鉻酸鉀容量法測定，利用其水溶液混合時產生的稀釋熱，使SOM中的碳加快氧化為二氧化碳，重鉻酸鉀中的六價鉻被還原成三價鉻，剩余的重鉻酸鉀再用硫酸亞鐵銨標準溶液滴定，然后根據有機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定，通過測量TPb和THg的原子蒸氣在輻射能激發下產生的熒光發射強度，來確定TPb和THg含量。

1.3 數據處理與評價

測定結果與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 潛在生態風險綜合指數法評價

潛在生態風險綜合指數法是由瑞典學者Hakanson在1980年建立的一套應用沉積學原理評價重金屬污染及生態危害的有效方法，按照單因子污染物生態風險指標和總潛在生態風險RI指標進行生態風險分級。其計算公式為：

式中：Pi為單因子污染指數，Cis為重金屬含量實測值，Cin為污染風險篩選值（表1），Eir為單因子風險指數，Tir為毒性響應系數，TPb的毒性響應系數為5，THg的毒性響應系數為40，RI為多因子潛在生態風險綜合指數。根據表2判定重金屬污染程度。

1.3.2 統計學分析

測定結果運用SPSS（19.0）及Excel等軟件對實驗數據進行統計處理、差異顯著性和相關性分析。

2結果與分析

2.1 不同村莊TPb含量分析

對每個采樣點進行三次平行試驗，并求出平均值。八個村莊重金屬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

對每個采樣點進行三次平行試驗，并求出平均值，由表4知，八個村莊重金屬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，其余六個村莊THg含量均低于CK，但差異顯著性分析顯示，八個村莊THg含量與CK均沒有明顯差異。

2.3 不同村莊SOM含量分析

對每個采樣點進行三次平行試驗，并求出平均值，由表5知，八個村莊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 潛在生態風險綜合指數測定分析

TPb單因子風險指數從雙興村、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單因子風險指數從雙興村、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，潛在生態風險綜合指數從雙興村、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，均屬于低風險。

3討論

同一個村不同采樣點TPb含量最高值與最低值相差可高達4.89倍，THg含量最高值與最低值相差可高達10.26倍，分析原因可能與每個村選擇的三個不同耕作類型耕地有關，不同耕作類型耕地農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成分、生物成分及土壤質地、地形地勢雨水等因素有關，致使這3個村土壤TPb遷移性增強，或以固定不溶性形態存在。8個村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成分、生物成分及土壤質地、地形地勢雨水等因素有關外，還可能與土壤pH值、SOM和其它重金屬相互影響相關。

前人研究表明，pH值大小影響土壤重金屬形態，而不同形態的重金屬遷移和累積性不同，一般情況下，酸性狀態土壤對重金屬的吸附隨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。相關性分析發現，部分村莊pH值與重金屬呈明顯正相關，部分不存在明顯相關性或存在負相關。雙興村pH值與THg呈強正相關;趙莊村pH值與TPb呈極顯著正相關;黃盆村pH值與TPb呈極顯著正相關;獅莊村pH值與呈強正相關;陡潭村pH值與TPb呈極顯著負相關。由此可推知影響八個村土壤TPb含量的因素不止pH值，土壤重金屬形態、遷移和累積性與SOM也有較強的關聯性，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SOM做了相關性分析。

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

從單因子風險指數看，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生態風險程度輕。但八個村莊TPb和THg均超過土壤背景值，這表明八個村莊土壤中TPb和THg存在一定程度的累積，所以綜合潛在風險指數分析顯示，八個村莊污染分級情況均呈低生態風險，反映了兩種重金屬雖然生態風險程度輕，但對植物生長仍具有毒性，也反映土壤中TPb和THg相互作用，致使單因子生態風險程度增強[5]。

4結論

由于不同類型的耕地施加農藥（化肥）產品與施加量不同，導致TPb和THg在菜子湖八個村莊土壤中分布和積累不一樣;長期耕作的歷史影響了TPb和THg含量，受到人類活動的干擾較大，并且與土壤中其它化學成分、生物成分及土壤質地、地形水文等因素有關;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TPb和THg的競爭吸附也會隨之減弱，土壤對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。土壤中SOM含量增加，SOM在微生物作用下形成的膠體會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生態風險程度低，但相互作用加重了綜合生態風險程度。

參考文獻：

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