鄱阳湖湿地重金属空间分布特征及分析评价

任 琼，张金池，周莉荫，严员英，佟光臣，李 勇

（1.江西省林业科学院，江西南昌330032；2.南京林业大学江苏省南方现代林业协同创新中心／江苏省水土保持与生态修复重点实验室，江苏南京210037；3.浙江省宁海县水利局，浙江宁海315600）

重金属是具有毒性、持久性和富集性的污染物，一旦污染了环境就难以降解。随着鄱阳湖生态经济区工业化、农业现代化和城镇化的快速发展，重金属污染状况也越来越受到人们的关注［1－3］。湿地土壤中，沉积的重金属元素主要还是源自水体中的重金属，并因其不可降解性成为二次污染源，再次污染地表或地下水［4－5］。更为严重的是，受到重金属污染的土壤或者是空气中的灰尘等，人体直接接触都会成为危害人类身体健康的利器［6－8］。湿地由于地势低洼的原因在水动力等作用下不断汇集人类活动产生的重金属，成为重金属的汇源地［3］。因此，湿地土壤中重金属污染问题逐渐成为国内外学者环境问题研究的热点之一［9－11］。

鄱阳湖湿地土壤的研究一直是国内学者研究的热点，而大部分研究都是调查表层土壤重金属的含量及各种赋存形态，并对其污染问题进行评价。如龚霞等测定了鄱阳湖表层沉积物的重金属含量，并对其进行了形态分析［12］；伍恒等对鄱阳湖沉积物重金属空间分布特征主要是水平分布进行了分析，并评价其潜在生态风险［2］；张大文等采用BCR 3步连续提取法对鄱阳湖枯水期表层沉积物中As和7种重金属元素的赋存形态进行了研究，并基于重金属风险评价代码（RAC）方法评估了鄱阳湖表层沉积物中的As和7种重金属元素的潜在生态风险［13］；梁越测定了蚌湖和象湖表层沉积物重金属的平均浓度［14］。重金属在土壤中的垂直分布主要取决于2个因素的影响：成土过程和人为活动。本研究对鄱阳湖湿地土壤中铜（Cu）、锌（Zn）、镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pb）5种重金属元素含量进行不同深度的测定，分析其垂直分布的变化规律及人类活动对其变化的影响，为鄱阳湖湿地的保护提供基础资料。

1 研究区概况

鄱阳湖位于江西省北部，上承江西境内五河之水（赣、饶、信、修、抚），下接长江，地理位置为 115°47′～116°45′E、28°22′～29°45′N（图1）。鄱阳湖属于季节性湖泊，在丰水季和枯水季时的水位、湖区面积相差很大。作为我国最大的淡水湖湿地，面积已达到2 698 km2，也是亚洲最大的越冬候鸟栖息地［15］。鄱阳湖湿地属于亚热带湿润季风型气候，年降水量约 1 368.7～1 632.2 mm，以红壤、水稻土、黄褐土、冲击土和潮土为主［16］，而且植物资源丰富。

鄱阳湖湿地重金属的主要来源是工业污水排放、生活污水排放及由水土流失造成的面源污染影响。湖区周边分布着我国著名的德兴铜矿和永平铜矿，生产过程中产生的废水最终都将排入鄱阳湖；还有一些冶炼工厂、城市工业废水的排放都会对鄱阳湖湿地造成一定程度的重金属污染；城市交通及生活废水等产生的重金属也会随着水土流失而最终流入鄱阳湖，最后沉积下来。

2 材料与方法

2.1 样品采集

根据土地利用状况及空间均匀分布等因素选择采样点，最终确定为30个采样点（图2）；考虑到鄱阳湖湿地受季节变化的影响很大，采样时间定为2014年8月、2014年12月、2015年2月和2015年4月。样点采集及定位时使用了全球定位系统（GPS）。

样点采集时，用柱状土壤采样器垂直插入底泥，每个样点深度为50 cm，每10 cm为1个土层，在1 km×1 km范围内，采集3个重复的样品，然后将相同层面的重复样品混合后取样。样点包括湖区内因水面回落而裸露的滩地、覆盖有大量湿地植被的湿地、湖区围垦后的农田、湖区的鱼塘、靠近城市的沿湖公园等。

2.2 仪器设备及试剂

仪器：麦哲伦手持GPS，柱状土壤采样器，BS124S电子天平（万分之一精度），微波消解仪，原子吸收光谱仪PE 900T。

试剂：HNO3，HCl，H2O2，HF；水为超纯水。

2.3 样品分析

土壤样品中 Cu、Zn、Cd、Cr、Pb总量的测定采用以下方法进行。先将土壤样品自然风干，然后去除沙石等杂物，用研钵碾碎，过80目尼龙筛，再放入干燥箱进行干燥。用分析天平称取 0.3 g左右土样，加入 1 mL H2O2、1 mL HNO3、1 mL HF和3 mL HCl，常温常压预消解15～20 min，然后微波消解（200℃，保持 15 min）。消解后，用超纯水将其定容至50 mL，离心后取上清液待测，过滤后使用原子吸收光谱仪（PE 900T）测定 Cu、Zn、Cd、Cr、Pb。

2.4 数据分析和处理

数据经检查、剔除特异值等预处理后，采用IBM SPSS statistics 19软件对数据进行R型聚类分析，利用ArcGIS 9.3地统计模块克里格插值方法分析重金属空间分布特征。

3 结果与分析

3.1 鄱阳湖湿地土壤重金属含量

本研究采用鄱阳湖实际地球化学背景值［17］作为参考值。从湿地土壤各样点所测定的结果来看，鄱阳湖湿地土壤中5种重金属浓度由高到低的顺序为：Zn＞Pb＞Cr＞Cu＞Cd，且每个样点各重金属元素含量的平均值均超过了鄱阳湖当地的参考背景值；此外发现Cd元素含量的最小值是其背景值的2.35倍，而其他4种元素含量的最小值均小于其背景值；另外 Cu、Zn、Cd、Cr、Pb的平均含量分别是背景值的 4.25、1.56、4.93、1.17、4.24倍，由此可见 Cd、Cu和 Pb元素在鄱阳湖湿地土壤中有相对较多的积累（表1）。鄱阳湖湿地土壤重金属含量按照组合特征可以分为2组，第1组元素包括Cu、Cr、Cd，第2组元素包括Zn和Pb（图3）。聚类分析结果说明存在复合污染的趋势，这在一定程度上揭示出鄱阳湖湿地重金属污染源具有一定的同源性。

表1 鄱阳湖湿地土壤重金属含量

此外，4种重金属元素在湖内中心区的含量较低，在岸边或近岸边的含量相对较高，这揭示出湖区的重金属污染很可能与岸边人为活动有很大的关联（图4）。本次研究的采样点中，靠近城区的湖口县长江渡口、星子县七夕公园等采样点的土壤由于受人为干扰严重，其重金属含量较高；像吴志村、大岭村这些位于山区的采样点受到人为干扰因素小，所以相应的土壤重金属的含量较低。

3.2 鄱阳湖湿地土壤重金属的垂直分布特征

对30个采样点典型剖面土壤重金属含量的分析结果表明，土壤各层中重金属含量的平均值随着深度的增加而呈现逐渐减少的趋势，土壤的重金属含量主要集中在表层，结合其岸边或近岸的水平分布特征，不难说明湿地土壤中的重金属来源主要是外界人类活动的输入（图5）。

3.3 鄱阳湖湿地土壤重金属的水平分布特征

对各采样点的重金属含量分析结果表明，鄱阳湖湿地土壤中Zn含量的分布差异较大，最大值为126.2 mg／kg，位于吴城荷溪渡口，周边有大量船舶停靠，船体遭侵蚀使得重金属沉积于土壤中，此外与汽车尾气排放、城镇居民金属废弃物累积丢弃等有关；最低值为28.11 mg／kg，位于都昌饶河口。除Zn外其他4种重金属元素含量的分布差异不大（图6）。

3.4 不同土地利用类型土壤重金属的含量特征

本次采样选取了4种不同的土地利用类型，分别为草洲、滩涂、水域、农田。不同土地利用类型的重金属含量呈农田＞滩涂＞水域＞草洲的分布特征（表2）。重金属污染易富集于底泥［18］，而鄱阳湖底泥中重金属的主要来源为流域内的生活污水及工业废水的肆意排放，还有就是农业生产中对肥料的不合理使用及流失。所以在本研究所采集的样点中农田的重金属含量远高于其他几种土壤类型。

4 结论与讨论

4.1 讨论

通常引起土壤重金属元素沉积的源头有很多。Pb和Zn的污染源头常被认为是交通污染［19－20］，Tam等的研究也发现，离公路较近的公园土壤，其重金属含量的多少与周边交通的流量有着非常显著的相关性［21］。

鄱阳湖湿地土壤重金属与周边人类活动密切相关，从本研究中各采样点重金属元素的空间分布可以看出：外来重金属主要集中在土壤表层，对深层土壤的影响相对较小；土地利用类型不同，土壤重金属含量也会不同，瑞洪镇农田样地受人为因素的干扰，重金属含量明显增多；取样点地理位置变化，其重金属含量也会有较大的差异。作为中国最大的淡水湖泊，湖区湿地土壤重金属污染问题也应该引起广泛关注。湖区的污染源主要是受人为活动的影响：Pb和Zn元素的富集与附近繁忙的公路交通运输有关；Cu元素的富集与鄱阳湖周边铜矿产业密切相关，在开采过程中所产生的废水自然就成为鄱阳湖重金属污染最为主要的源头；Cd、Cr元素的增加与鄱阳湖流域周边冶炼工业及城市工业所排出的携带各种重金属的废水有关。

表2 不同土壤类型重金属含量

4.2 结论

从鄱阳湖采样点中5种重金属污染程度上来看，在鄱阳湖湿地中Zn平均含量最高，Cd的平均含量最低，但仍远高于背景值；Cd、Cu和Pb元素在鄱阳湖湿地土壤中有相对较多的积累。聚类分析结果揭示出鄱阳湖湿地重金属污染源具有一定的同源性。

从鄱阳湖30个采样点中重金属的空间分布来看，在垂直方向上5种重金属元素的含量表现为从表层到深层逐渐减少的趋势；在水平方向上湖内中心区的含量较低，在岸边或近岸边的含量相对较高；不同土地利用类型的重金属含量呈农田＞滩涂＞水域＞草洲的分布特征。

从原因分析上来看，鄱阳湖湿地土壤中的重金属来源主要是外界人类活动的输入。目前鄱阳湖湿地的重金属污染存在较高的生态危害，为了缓解和避免湿地土壤重金属污染现象，相关部门应该高度重视土壤环境保护。

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