江苏盐城原生盐沼湿地表层沉积物中的重金属分布特征

左平，赵善道，赵雪琴，腾厚锋，耿金菊，高翔

（1. 南京大学地理与海洋科学学院，江苏 南京210093； 2. 南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室，江苏 南京210093；3. 南京大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏 南京210093）

江苏盐城原生盐沼湿地表层沉积物中的重金属分布特征

左平1,2，赵善道1,2，赵雪琴1，腾厚锋1,2，耿金菊3，高翔1

（1. 南京大学地理与海洋科学学院，江苏 南京210093； 2. 南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室，江苏 南京210093；3. 南京大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏 南京210093）

根据2008年7月25－30日在江苏盐城国家级自然保护区核心区进行的滩面表层沉积物取样调查，分析了核心区不同滩面表层沉积物的全Hg、As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni等8种重金属元素的含量，发现除Hg外，其它元素的浓度均已超过了江苏省海岸带的背景值，其中全Hg、As、Cr、Pb、Zn的含量均低于国家Ⅰ类标准，属国家Ⅰ类沉积物，Cd为超Ⅱ类沉积物。从面状分布看，互花米草滩、盐蒿滩和芦苇滩对重金属的吸附能力明显高于无植被覆盖的泥螺光滩和青蛤光滩，其中又以互花米草滩中的重金属元素含量为最高。研究认为，受各类经济活动的影响，重金属污染物已经通过水体输运进入核心区，并在核心区的沉积物中累积。因此，仅在核心区内严禁人类活动并不能保证整个生态系统的健康，保护区的生态安全需要进一步加强管理，要从源头上严格控制各类污染物的排海。

盐沼湿地；表层沉积物；分布特征；江苏盐城

江苏盐城国家级自然保护区内的核心区是目前保留最完好的原生盐沼湿地之一，自陆向海有规律地分布有芦苇滩、盐蒿滩、互花米草滩（简称米草滩）、大面积生长泥螺的光滩（简称泥螺光滩）、大面积生长青蛤的光滩（简称青蛤光滩）。该保护区总面积28.42×104hm2，是我国最大的海岸带保护区。该保护区1992年被纳入“世界生物圈保护区网络”，1996年被纳入“东北亚鹤类保护区网络”，在生物多样性保护中占有十分重要的地位[1]。保护区中有29种动物被列入世界自然资源保护联盟濒危物种红皮书，并常年或季节性地为丹顶鹤、黑嘴鸥、獐、震旦鸦雀等国家级保护动物提供适宜的生境[2]。核心区位于新洋河和斗龙河之间，总面积1.87×104hm2，自1980年以来作为珍稀、濒危生物的集中分布地的核心区一直处于自然演替状态，属目前保存完好的天然状态的生态系统。但是，海岸生态系统是一个开放的生态系统，因各类经济活动所产生的各种污染物会随着废水排海、大气颗粒沉降、地表径流和降雨进入近岸水体[3]。这些污染物质会不可避免地随水体流动渗入核心区，并通过食物链进入鱼类、鸟类体内，从而影响到整个生态系统的健康。因此，在海岸带保护区核心区的保护中，仅仅是禁止人类活动的干扰并不能满足维持生态系统健康的要求。本研究基于核心区表层沉积物中的重金属含量及其分布特征分析进行了分析和探讨，旨在为海洋及海岸带保护区的资源管理、有效的环境保护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

本研究于2008年7月25—30日在核心区进行了芦苇滩、盐蒿滩、米草滩、泥螺光滩、青蛤光滩共5个滩面的表层沉积物取样（图1）。每个滩面以一点为中心，半径为5 m范围内等间距梅花状抓取6个样品，共获得30个样品，现场用塑料自封袋密封样品。样品带回实验室后分三份，一份子样用于实验室备份，其余两份子样分别用于粒度分析和Hg、As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni等重金属分析。

图1 研究区域及采样点位置图Fig. 1 Sample sites and study area in Jiangsu Yancheng National Nature Reserve

1.2 样品处理和分析

1.2.1 粒度分析 对粒径＜2 mm样品，采用Malvern Master Size 2000型激光粒度仪进行粒度分析，获得了0.25间隔的粒度分布。对于粒径＞2 mm样品，先称重，用1.4 mm孔径的筛子湿筛；细颗粒部分仍用激光粒度仪进行分析，粗颗粒部分用传统筛法分析，两部分数据合并获得完整的粒度分布；使用矩法计算沉积物粒度参数[4]。样品分析在南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室完成。

1.2.2 重金属分析 将样品放入冰箱中冷冻，然后利用德国Martin Christ公司生产的ALPHA-1-4型冻干机低温冻干，用玛瑙研钵研磨后过150目的尼龙筛。采用国标湿消化法消解泥样，用国家标准物质进行质量控制以确保数据可靠性。全Hg和全As采用还原气化—原子荧光光谱法，在AF-610A型原子荧光光谱仪（北京福利分析公司产）上测定。Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni共6个指标，用热电SOLARRM6原子吸收仪对样品进行测定。样品分析在南京大学分析中心和污染控制与资源化研究国家重点实验室完成。

2 结果与讨论

2.1 粒度特征

由图2可知，光滩沉积物的粒径明显较芦苇滩、盐蒿滩、米草滩的沉积物的颗粒粗，其砂组分含量较高，大都在50%以上。而在有植被覆盖的滩面上，粒径普遍偏细，粉砂组分含量占70%以上。米草滩的粘土组分含量最高，表明米草对细颗粒泥沙有拦截作用[5]，由于米草的茎、叶密集，能降低潮流流速，当涨潮流携带的细颗粒物质进入米草滩后被拦截，导致粘土组分含量增加，沉积物偏细。

图2 研究区表层沉积物粒度变化Fig. 2 Sedimentary size change in study area

2.2 重金属分布特征

由图3-1可知，Hg的含量在互花米草滩最高，其它依次为盐蒿滩、泥螺光滩、芦苇光滩、青蛤光滩。在核心区，芦苇滩中的水以淡水为主，受雨水脱盐和陆地水体的影响较大，含盐量很低，受海水输运带来的污染较小。而盐蒿滩虽位于平均高潮位以上，但仍会周期性的被潮水淹没；又由于植物截留的影响，表层沉积物颗粒较细，海水输运带来的全Hg在该区域有所沉积，导致含量增高。互花米草滩中的全Hg含量最高，这与米草属植物对Hg的极强的吸附能力有关。有研究表明，大米草对Hg和放射性同位素137Cs、90Sr、115mCd和65Zn等有很强的吸收能力，能将它们贮于根部，降低水体污染[6,7]。泥螺光滩紧靠互花米草滩，表层沉积物粒度较细，对重金属具有一定程度的吸附能力。而青蛤光滩位于潮间带的中部，表层沉积物颗粒较粗，对重金属的吸附能力有一定程度的减弱。

由图3-2可知，全As的含量在互花米草滩最高，其它依次为盐蒿滩、芦苇滩、青蛤光滩、泥螺光滩。As在有植被覆盖的滩面的含量要远远高于没有植被覆盖的滩面，与表层沉积物的粒度变化有相显的正相关关系，即沉积物颗粒越细，As的含量多。这一方面说明沉积物的粒径越细，对As的吸附能力越强。

由图3-3可知，全Cd在不同滩面上的含量变化不大，但仍以互花米草滩为最高，其它依次为芦苇滩、盐蒿滩、泥螺光滩、青蛤光滩。有植被覆盖的光滩的重金属含量稍高于无植被覆盖的光滩，这说明植物对Cd的吸附具有一定程度的影响。另一方面，沉积物的粒径变化与Cd的含量变化的相关性也不是很大，具体原因有待进一步研究。

由图3-4可知，全Cr的含量以泥螺光滩为最高，其它依次为青蛤光滩、米草滩、盐蒿滩和芦苇滩。无植被覆盖的光滩的含量明显略高于有植被覆盖的滩面。与研究区表层沉积物的粒径变化呈明显的负相关关系。这可能是由于Cr的来源主要以海上输运为主，由于陆上各类经济活动带来的含Cr污水随水体流动进入该区域。而受海水影响最弱的芦苇滩其表层沉积物中Cr的含量最低。

由图3-5可知， Cu的含量以互花米草滩为最高，其它依次为盐蒿滩、芦苇滩、青蛤光滩、泥螺光滩。有植被覆盖的光滩的重金属含量稍高于无植被覆盖的光滩，这说明植物生长对Cd的吸附具有一定程度的影响。

由图3-6可知，研究区表层沉积物中Pb的含量以互花米草滩为最高，其它依次为青蛤光滩、盐蒿光滩、泥螺光滩、芦苇光滩。青蛤光滩表层沉积物粒径与Pb的含量呈明显的负相关关系，即粒径较粗。

由图3-7、图3-8可知，研究区表层沉积物中全Zn、全Ni的含量以互花米草滩为最高，其它依次为盐蒿滩、芦苇滩、泥螺光滩、青蛤光滩。其中，有植被覆盖的滩面上其Zn、Ni的含量明显高于无植被覆盖的光滩。

图3-1 不同滩面表层沉积物中Hg分布特征Fig. 3-1 Distribution of Hg in different sedimentary

图3-2 不同滩面表层沉积物中全As分布特征Fig. 3-2 Distribution of As in different sedimentary

图3-3 不同滩面表层沉积物中全Cd分布特征Fig. 3-3 Distribution of Cd in different sedimentary

图3-4 不同滩面表层沉积物中全Cr分布特征Fig. 3-4 Distribution of Cr in different sedimentary

图3-5 不同滩面表层沉积物中全Cu分布特征Fig. 3-5 Distribution of Cu in different sedimentary

图3-6 不同滩面表层沉积物中全Pb分布特征Fig. 3-6 Distribution of Pb in different sedimentary

图3-7 不同滩面表层沉积物中全Zn分布特征Fig. 3-7 Distribution of Zn in different sedimentary

图3-8 不同滩面表层沉积物中全Ni分布特征Fig. 3-8 Distribution of Ni in different sedimentary

2.3 重金属含量评价

表1给出了研究区各滩面表层沉积物中的重金属含量均值。由表1可知，Hg、As、Cr、Pb、Zn的含量均低于国家Ⅰ类标准，属国家Ⅰ类沉积物。Cd为超Ⅱ类沉积物。在芦苇滩、盐蒿滩、米草滩的Cu含量为超Ⅱ类沉积物，泥螺光滩、青蛤光滩属Ⅰ类沉积物。除Cd、Pb外，有植被覆盖的滩面其表层沉积物中重金属的含量均略大于无植被生长的光滩，这说明植物对重金属的吸附、水体及沉积物的净化均具有一定的功能。而就三种植被来看，互花米草滩中的沉积物对重金属的吸附能力又高于芦苇滩和盐蒿滩。与1978年海域调查所获得的背景值[8]相比，除Hg、As外，其它重金属的含量均高于背景值。Hg的含量很低，属国家Ⅰ类沉积物。除互花米草滩含量稍高于背景值外，其它均低于背景值，这说明互花米草的生长对Hg具有较强的吸附能力。

表1 盐城原生湿地表层沉积物中重金属含量（mg·kg-1）Tab. 1 Heavy metal concentration in sedimentary in Yancheng original wetlands (mg·kg-1)

3 结 论

a) 盐城原生湿地生态系统的表层沉积物中，除Hg外，As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn元素的含量均高于1978-1979年江苏省海岸带与海域调查的背景值。与国家沉积物质量标准相比，Hg、As、Cr、Pb、Zn的含量均低于国家Ⅰ类标准，属国家Ⅰ类沉积物，Cd为超Ⅱ类沉积物。在芦苇滩、盐蒿滩、米草滩的Cu含量为超Ⅱ类沉积物，泥螺光滩、青蛤光滩属Ⅰ类沉积物。

b) 由重金属含量在5个滩面的分布特征可知，有植被覆盖的互花米草滩、盐蒿滩、芦苇滩，其对重金属的吸附能力明显高于无植被覆盖的泥螺光滩和青蛤光滩。而在有植被覆盖的滩面上，又以互花米草滩中的重金属元素含量为最高。可以认为，沉积物粒度特征、植被吸附能力、重金属的元素特性、陆源输入或海水输运趋势对表层沉积物中所研究的8种重金属含量变化均具有一定程度的影响，并直接关系到重金属在沉积物中的污染水平。但具体原因有待于进一步验证。

结合苏北近年来的沿海经济开发和各种工业园区的兴建，其因此而产生的工业污水如果处置不当，水体输运可能会把污水带入江苏盐城国家级自然保护区的核心区，并通过生物富集效应进入植物、动物、微生物体内。因此，仅仅是在核心区内严禁人类活动并不能保证整个生态系统的健康。而在核心区外围的各类经济活动，尤其是近些年来的工业发展活动，如众多滨海工业园区的兴建和投产，需要进一步加强管理，对各类污染物需要进行源头控制，过程管理，而不是集中排海。

[1] 国家环保局自然生态保护司. 中国自然保护区名录 [M]. 北京:中国环境科学出版社. 1998.

[2] 刘希平, 王会, 陈亚芹. 水鸟珍禽恋盐城 [J]. 人与生物圈, 1999,3: 3-6.

[3] 黄向青, 张顺枝, 霍振海. 深圳大鹏湾、珠江口海水有害重金属分布特征 [J]. 海洋湖沼通报, 2005, 4: 38-44.

[4] McManus J. Grain size determination and interpretation [A]. In:Techniques in Sedimentology [C]. Black Well, Oxford. 1988: 63-85.

[5] Frey B W, Basas P B. Coastal Salt Marshes [A]. In: Davies B A.(Ed.) Coastal Sedimentary Environments [M]. New York. Spring Verlag. 1985: 225-301.

[6] 周玳, 王晓蓉, 周爱和, 等. 互花米草及大米草对Hg富集的初步研究 [A].米草研究的进展——22年来的研究成果论文集 [C].南京: 南京大学学报, 1985: 116-123.

[7] 王炳坤, 周爱和, 王晓蓉, 等. 大米草对137Cs、90Sr、115mCd和65Zn的积累分布 [A]. 米草研究的进展——22年来的研究成果论文集 [C]. 南京: 南京大学学报, 1985 : 124-132.

[8] 江苏省沿海海域及港河口污染调查监测协作组. 江苏省沿海海域及港河口污染调查监测总结报告(1978-1979) [R]. 1979.

[9] 夏增禄. 土壤元素背景值及其研究方法 [M]. 北京: 气象出版社.1987.

Distribution characteristics of heavy metals in surface sediments in original salt marshes in Yancheng, Jiangsu Province, China

ZUO Ping1,2, ZHAO Shan-dao1,2, ZHAO Xue-qin1, TENG Hou-feng1,2, GENG Jin-ju3, GAO Xiang1
（1. School of Geographic and Oceanographic Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China;2. Key Laboratory of Coast and Island Development of Ministry of Education, Nanjing University, Nanjing, 210093, China;3. State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, Nanjing University, Nanjing, 210093 China）

The core area in Jiangsu Yancheng National Nature Reserve belongs to one of the last original salt marshes,with perfect succession of Phragmite ausralis wetland, Suaeda glauca wetland, Spartina alterniflora wetland, Bullacta exarata wetland and Mactra veneriformis Reeve wetland from the land to the sea. The contents of mercury, arsenic,cadmium, chromium, copper, lead, zinc, nickel were measured in the core area. The average contents of these metals showed that the contents of all the metals had exceeded that background values in the coastal zone of Jiangsu Province except mercury. The contents of mercury, arsenic, chromium, lead, copper belonged to the first class of sediments,while the contents of cadmium belonged to the second class comparing to the Sediments of National Standards. The absorption capacity of heavy metals in vegetated wetlands with reed, Suaeda glauca and Spartina alterniflora was higher than that in non-vegetated wetlands with high density of macrobenthos, especially Bullacta exarata and Mactra veneriformis Reeve. Spartina alterniflora wetland had the strong absorption capacity of heavy metals than other vegetated wetlands in the core area. Results showed that anthropogenic activities had been threatening the ecosystem health in the core area with food chain transferring from water, sediments to plants, animals and microorganism. Thus,there is an urgent need of sewerage treatment before discharging to the Yellow Sea in those surrounding areas of the Reserve.

Salt marshes; Surface sediments; Distribution characteristics; Yancheng; Jiangsu Province

P736.21+1

A

1001-6932(2010)04-0372-06

2009-03-17；

2009-12-02

UNDP/GEF YSLME资助项目（I-8-prc-smallgrant-2142）；国家自然科学基金资助项目（40606025）；国家海洋局908专项资助项目（(908-ZC-Ⅱ-03；908-01-ZH3)）

左平（1975—），女，山东临沂人，博士，讲师，主要从事海洋生态学方面的研究。电子邮箱：zuoping@nju.edu.cn