江苏条子泥滨海湿地表层沉积物重金属污染特征

徐雅，张华兵*，刘玉卿，吴菲儿，韩爽

(1.盐城师范学院 地理系，江苏 盐城 224007； 2.中国黄海盐城海滨湿地生态环境监测中心，江苏 盐城 224057)

滨海湿地处于海陆交接带，是人类社会经济活动最频繁的地方[1]。随着沿海工业、农业和城市化的发展，许多沿海湿地相继成为工农业废水和生活污水的承泄区。尽管湿地自身可通过物理、化学和生物作用过程对重金属等有毒污染物进行吸收、固定和转化，但当其沉积环境遭受严重的污染并超过承受限度，重金属将从悬浮物或沉积物中重新释放，形成二次污染，甚至通过食物链威胁人类的生存[2]。

盐城是我国海洋滩涂资源大市。盐城海岸作为太平洋西海岸最大的淤泥质滨海湿地[3]，一些岸段基本保持了天然的生态结构与功能，是重要的世界自然遗产地。同时，盐城滨海湿地又是江苏省面积最大、植被最好、开发潜力最大的地段之一，近几十年来，受经济利益和各项政策的驱动，滩涂的围垦速率越发加快，高强度的土地开发利用在促进沿海地区经济发展的同时也对沿海地区的生态环境产生了一定的影响。位于江苏盐城的中国黄(渤)海候鸟栖息地(第一期)已列入世界自然遗产名录，条子泥湿地是其重要组成部分，是东亚-澳大利西亚迁徙路线上重要的候鸟中转站。开展生态环境质量评价是条子泥生态保护的基础。土壤是滨海湿地重要的生态要素之一，土壤质量直接影响滨海湿地的生态功能。开展湿地重金属污染评价[4-8]是重金属防治工作的前提，对区域生态保护具有积极意义。现有的关于盐城滨海湿地土壤表层重金属污染特征及其评价的研究多集中在射阳、大丰境内的江苏盐城湿地珍禽国家级自然保护区、江苏省大丰麋鹿国家级自然保护区及其周围区域。罗婷等[9]、袁红明等[10]通过内梅罗综合污染指数法、地质累积指数法和Hakanson潜在生态风险指数法对土壤重金属的污染情况进行了评价，指出重金属区域分布与土壤粒度正相关，黏土含量对重金属的富集和分布起到一定的控制作用。本研究拟采用潜在生态风险指数法，对江苏条子泥湿地表层沉积物重金属含量及其污染程度进行评价，以期客观地反映该区域的重金属污染状况，为该区域绿色经济发展和生态保护决策的制定提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

盐城滨海湿地，位于江苏中部沿海，包括响水县、滨海县、射阳县、亭湖区、大丰区和东台市(县级市)等一市两区三县，介于32°20′～34°37′N、119°29′～121°16′E，是西太平洋海岸最大的淤泥质滨海湿地。海岸既有快速淤长岸段，又有强烈侵蚀岸段，以射阳河口为界，以北为侵蚀型海岸，射阳河口至斗龙港河口之间为淤蚀转换型海岸，斗龙港河口以南，为淤长型海岸。侵蚀岸段的泥沙和长江口的泥沙受潮流影响在以东台市弶港为中心的中南部潮滩堆积，使中南部海滨湿地快速向海延伸，尤以东台市的蹲门—弶港岸段淤长最快，向海淤长速度可达200 m·a-1。研究选择的采样区在东台弶港的条子泥堤外滨海湿地(图1)。

图1 研究区位置和采样点分布

1.2 数据来源

2017年10月22日在东台弶港的条子泥堤外布设8个样地(T1～T8)，每个样地3 m×3 m，采集0～20 cm深度的土壤样品，每个样地取3个样点进行混合，取混合样品约500 g放入自封袋带回实验室。将土壤样品在避光通风条件下风干，取风干后的土壤样品研磨，去除样品中比较大的动植物残体、石块等杂物，进一步研磨使土壤样品全部通过100目(孔径0.149 mm)筛。将研磨好的土壤样品装入自封袋，存放于干燥器中。取0.5 g研磨好的土壤样品消解后定容到50 mL比色管中。土壤中铜含量的测定采用火焰原子吸收分光光度法(GB/T 17138—1997)，总铬含量的测定采用火焰原子吸收分光光度法(HJ 491—2009)，总砷含量的测定采用原子荧光法(GB/T 22105.2—2008)。检测时，每个样品设置3个平行样，取其平均值，同时进行空白对比。Cu、Cr、As的检出限分别为1、5、0.01 mg·kg-1。

1.3 潜在生态风险评价方法

潜在生态风险指数法是瑞典科学家Hakanson从沉积学角度提出的对土壤中重金属污染进行评价的方法。潜在生态风险指数法的计算结果不仅可以反映单一重金属对环境的影响，还可以解释多种重金属同时对周围环境造成的综合影响[11]。本研究在运用潜在生态风险指数法进行评价时，以《中国土壤元素背景值》[12]中江苏土壤背景值为标准。

以Cf表征单项重金属元素的污染系数:Cf<1为低污染，1≤Cf<3为中污染，3≤Cf<6为较高污染，Cf≥6为高污染。以P值表征某一样地所有重金属的综合污染指数:P<0.7为安全，0.7≤P<1为警戒线，1≤P<2为轻度污染，2≤P<3为中度污染，P≥3为重污染。

将As、Cr、Cu的毒性响应系数分别取为10、2、5[12]，测算综合潜在生态风险指数(RI)。由于只分析了Cu、Cr、As这3种重金属污染物，因此，参照前人研究成果，依据各污染物所占权重值，对综合潜在生态风险程度进行调整:RI<20为低潜在风险，20≤RI<40为中潜在风险，40≤RI<80为较高潜在风险，RI≥80为高潜在风险。

2 结果与分析

2.1 重金属含量特征

研究区Cu的最大值、最小值和平均值均大于江苏省土壤环境背景值。如表1所示，Cu在所有采样点中的最高含量为30.00 mg·kg-1，最低值为26.00 mg·kg-1，平均值为28.25 mg·kg-1，是背景值的1.27倍，变异系数为5.24%，空间波动程度较低。As所有样点的检测值均低于江苏省土壤环境背景值，最大值为4.56 mg·kg-1，最小值为2.61 mg·kg-1，平均值是3.54 mg·kg-1，变异系数17.85%，空间波动程度较大。Cr所有样点的检测值均远低于江苏省土壤环境背景值，最大值为19.00 mg·kg-1，最小值是13.00 mg·kg-1，平均值是15.75 mg·kg-1，变异系数是12.60%，空间波动程度相较Cu而言较大。

表1 盐城滨海湿地表层沉积物重金属含量特征

2.2 重金属污染程度分析

如表2所示，Cu的Cf在1.17～1.35，处于中污染状态；As和Cr的Cf分别在0.26～0.46、0.17～0.24，都处于安全状态。所有样地的综合污染指数(P值)在0.91～1.06，其中有3个样地的值大于1，处于轻度污染级别；其余都在0.9～1.0，已经处于污染的警戒线，其中，对污染贡献最大的元素为Cu。

表2 土壤重金属污染系数、综合污染指数和潜在生态风险指数

2.3 潜在生态风险分析

在土壤重金属污染系数计算基础上，计算潜在生态风险指数(表2)。所有样地的RI值在9.44～12.01，总体上处于低潜在风险水平。研究区8个采样点中，T8的RI值最大，其次为T1和T3，T4和T5的RI值最小。这种差异可能与局部地形条件有关，某些局部地形条件的改变可能更有利于重金属的沉积。

3 小结

在江苏东台弶港的条子泥堤外设8个样地，对地表层沉积物Cu、Cr、As的含量及其污染程度进行评价。结果发现，3种重金属元素中，As的变异系数相对最高，空间波动程度比较大，其次是Cr，Cu的变异系数最小，空间波动程度较低。样地中的Cu处于中污染状态，而As、Cr都处于安全状态。根据综合污染指数，8个样地中有3个样地处于轻度污染级别，其余5个处于安全状态，Cu对污染指数的贡献最大。3种重金属的综合潜在生态危害指数RI值都在20以下，整体属于低潜在风险。