菜子湖湿地重金属TPb、THg含量与污染分析

王付红

摘要：为探讨菜子湖周边土壤重金属污染现状，采用Hakanson潜在生态风险指数法，对菜子湖八个村庄土壤TPb、THg、SOM含量和pH值进行了测定和评价，并进行了相关性分析。结果发现：（1）八个村土壤TPb、THg和SOM呈差异性分布;（2）先让村、赵庄村、狮庄村、陡潭村土壤TPb含量与CK相比差异性极显著，小杨庄与CK相比差异显著，双兴村、黄盆村、瓦竹村与CK差异不显著;八个村庄THg含量与CK均没有明显差异;（3）八个村庄土壤TPb和THg基本都超过土壤背景值;（4）部分村庄土壤TPb、THg含量与SOM和pH值相关性较强;（5）八个村庄土壤TPb和THg呈低生态风险。研究表明：八个村庄土壤中TPb和THg存在一定程度的累积，土壤中TPb和THg与pH值、SOM之间相互影响，致使单因子污染程度加大。

关键词：湿地;铅;汞;潜在风险指数;菜子湖

引言

重金属是指原子密度大于5g/cm3的一类金属元素，土壤的重金属污染是当前面积最广、危害最大的环境问题之一[1]。许多研究结果表示，土壤重金属含量受到土壤pH值影响，一般情况下，当pH值小于7时，土壤对总铅（TPb）和总汞（THg）的吸附量会随着pH值的增大而升高;当pH值大于7时，土壤对TPb和THg的吸附量会随着pH值的增大而降低[2]。有机质（SOM）也会影响土壤重金属的有效性[3]，胶态SOM对重金属离子有很高的亲和力，因此对重金属离子的截留能力往往与SOM的含量有很好的相關性。SOM能提供阳离子交换反应位点，但其对阳离子的强亲和力是由于SOM的基团或官能团与金属离子形成络合物所致。由于重金属离子的络合作用，富含SOM的土壤中可交换性重金属含量降低，毒性降低。引江济淮工程使菜子湖水位上升，适合白头鹤等保护动物的栖息地面积减少，退耕还湿势在必行，但湿地范围内和周边耕地存在重金属和农药污染，是否具有还湿可行性必须验证[4]。本研究通过测定菜子湖周边耕地土壤TPb、THg含量，探讨其污染程度，为菜子湖湿地退耕还湿提供理论参考。

1研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

菜子湖跨桐城县、枞阳县两县，位于116°07′～117°44′E，20°50′～30°58′N，是安徽省沿江湿地自然保护区的重要组成部分，总面积大约有1.73万公顷，位于长江中下游，是安徽省长江流域湿地自然保护区的重要组成部分之一。属北亚热带季风湿润气候带，湖区地貌多为以丘陵和冲积平原，年平均气温16.6℃，年平均降水量1325.5mm，4～10月为丰水期，11月～翌年3月为枯水期，湖底大多出露为滩涂。上世纪中期菜子湖沿岸出现大规模围垦的现象，多被使用为农用地，使得沿岸湿地面积减少。菜子湖退耕还湿方式主要是恢复为自然水域，本研究中所选定的研究区域为菜子湖周边有围垦现象的八个村庄。

1.2 样品的采集与测定

1.2.1 采样和处理

采样区为菜子湖离岸100-150m农用地，根据所了解的污染情况，并依据菜地农田距离菜子湖的远近，选择了8个采样区，每个村选取三块不同耕作类型的耕地，再各选取3个点分别采集了0-20cm表层土混合样，样品在塑料薄膜上均匀混合，用四分法选取1kg左右装入聚乙烯袋带回实验室。采回的土壤样品放在塑料布上，摊成大约2厘米厚的薄层，使其均匀风干。在风干过程中，挑选出石砾及动植物残体，当水分减少到合适的程度时将土块捏碎。等土样风干后，全部磨碎过2mm筛，取出20克左右，用玛瑙研钵磨细，使其全部过100目筛，分别装进样品袋并贴上标签封袋保存，之后再测定TPb、THg和SOM含量。

1.2.2 土壤指标含量的测定

土壤中重金属的测定参照《农田土壤环境质量监测技术规范》（NY-T 395-2000）。pH值的测定采用玻璃电极法，土壤SOM的含量采用重铬酸钾容量法测定，利用其水溶液混合时产生的稀释热，使SOM中的碳加快氧化为二氧化碳，重铬酸钾中的六价铬被还原成三价铬，剩余的重铬酸钾再用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，然后根据有机碳被氧化前后重铬酸离子量的变化，就可算得SOM的含量。土壤重金属TPb和THg用原子荧光光谱仪测定，通过测量TPb和THg的原子蒸气在辐射能激发下产生的荧光发射强度，来确定TPb和THg含量。

1.3 数据处理与评价

测定结果与CK和土壤背景值比较，安徽省江淮流域土壤背景值分别是TPb25.0mg/kg、THg0.014mg/kg。

1.3.1 潜在生态风险综合指数法评价

潜在生态风险综合指数法是由瑞典学者Hakanson在1980年建立的一套应用沉积学原理评价重金属污染及生态危害的有效方法，按照单因子污染物生态风险指标和总潜在生态风险RI指标进行生态风险分级。其计算公式为：

式中：Pi为单因子污染指数，Cis为重金属含量实测值，Cin为污染风险筛选值（表1），Eir为单因子风险指数，Tir为毒性响应系数，TPb的毒性响应系数为5，THg的毒性响应系数为40，RI为多因子潜在生态风险综合指数。根据表2判定重金属污染程度。

1.3.2 统计学分析

测定结果运用SPSS（19.0）及Excel等软件对实验数据进行统计处理、差异显著性和相关性分析。

2结果与分析

2.1 不同村庄TPb含量分析

对每个采样点进行三次平行试验，并求出平均值。八个村庄重金属TPb平均值含量最高的是黄盆村，为52.65mg/kg，平均值含量最低的是先让村，为19.19mg/kg，双兴村不同采样点TPb含量差异最大，该村最高含量是最低含量的4.89倍。狮庄村不同采样点TPb含量差异最小，该村最高含量是最低含量的1.30倍。先让村、赵庄村、狮庄村、陡潭村与对照组（CK）相比差异性极显著（P<0.01），小杨庄与CK相比差异显著（P<0.05），双兴村、黄盆村、瓦竹村与CK差异不显著（P>0.05）。

2.2 不同村庄THg含量分析

对每个采样点进行三次平行试验，并求出平均值，由表4知，八个村庄重金属THg平均值含量最高的是双兴村，为0.68mg/kg，平均值含量最低的是瓦竹村，为0.15mg/kg，先让村不同采样点THg含量差异最大，该村最高含量是最低含量的10.26倍。黄盆村不同采样点THg含量差异最小，该村最高含量是最低含量的1.16倍。双兴村和先让村土壤THg含量高于CK，其余六个村庄THg含量均低于CK，但差异显著性分析显示，八个村庄THg含量与CK均没有明显差异。

2.3 不同村庄SOM含量分析

对每个采样点进行三次平行试验，并求出平均值，由表5知，八个村庄SOM平均含量从高到低顺序依次是赵庄村>黄盆村>双兴村>小杨庄>先让村>瓦竹村>陡潭村>狮庄村。双兴村、先让村、赵庄村、瓦竹村与CK相比呈极差异显著（P<0.01），小杨庄、黄盆村、狮庄村与CK相比呈差异显著（P<0.05）。

2.4 潜在生态风险综合指数测定分析

TPb单因子风险指数从双兴村、先让村、小杨庄、赵庄村、黄盆村、瓦竹村、狮庄村、陡潭村依次为1.73、1.07、1.82、1.86、2.92、2.54、1.36、1.54;THg单因子风险指数从双兴村、先让村、小杨庄、赵庄村、黄盆村、瓦竹村、狮庄村、陡潭村依次为11.39、14.84、6.32、5.37、3.51、2.57、5.46、4.32，潜在生态风险综合指数从双兴村、先让村、小杨庄、赵庄村、黄盆村、瓦竹村、狮庄村、陡潭村依次为13.12、15.91、8.14、7.23、6.43、5.11、6.82、5.86，均属于低风险。

3讨论

同一个村不同采样点TPb含量最高值与最低值相差可高达4.89倍，THg含量最高值与最低值相差可高达10.26倍，分析原因可能与每个村选择的三个不同耕作类型耕地有关，不同耕作类型耕地农药或化肥施加量不同，如一些氮肥—TPb含量较高，磷肥—THg含量较高，导致重金属在土壤中分布和积累不一样。

先让村、赵庄村、狮庄村、陡潭村、小杨庄TPb含量与CK相比均呈现不同程度的显著性差异。CK取自基本无人类干扰的树林，这说明5个村庄士壤TPb含量变化受到人为源的干扰较大。但双兴村、黄盆村、瓦竹村TPb含量与CK相比没有明显差异，分析原因，可能与土壤中其它化学成分、生物成分及土壤质地、地形地势雨水等因素有关，致使这3个村土壤TPb迁移性增强，或以固定不溶性形态存在。8个村THg重金属含量与CK相比也没有明显差异，可能的原因除了与土壤中其它化学成分、生物成分及土壤质地、地形地势雨水等因素有关外，还可能与土壤pH值、SOM和其它重金属相互影响相关。

前人研究表明，pH值大小影响土壤重金属形态，而不同形态的重金属迁移和累积性不同，一般情况下，酸性状态土壤对重金属的吸附随pH值增大而增大。雙兴村、先让村、小杨庄、赵庄村、黄盆村、瓦竹村、狮庄村、陡潭村pH值分别为6.7、6.4、6.1、5.4、5.6、6.6、6.3、6.3。相关性分析发现，部分村庄pH值与重金属呈明显正相关，部分不存在明显相关性或存在负相关。双兴村pH值与THg呈强正相关;赵庄村pH值与TPb呈极显著正相关;黄盆村pH值与TPb呈极显著正相关;狮庄村pH值与呈强正相关;陡潭村pH值与TPb呈极显著负相关。由此可推知影响八个村土壤TPb含量的因素不止pH值，土壤重金属形态、迁移和累积性与SOM也有较强的关联性，一般情况下，土壤中SOM含量增加，SOM在微生物作用形成的胶体提高土壤表面活性，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。本研究对SOM做了相关性分析。

双兴村SOM与TPb呈强正相关;小杨庄SOM与TPb呈显著负相关;赵庄村SOM与TPb呈强负相关，SOM与THg呈强正相关;黄盆村SOM与TPb呈极显著正相关;狮庄村SOM与TPb呈极显著负相关，SOM与THg呈强正相关;陡潭村SOM与THg呈强负相关。此外，本研究也进行了THg对TPb的相关性分析，双兴村、小杨庄、瓦竹村、狮庄村THg对TPb具有中等到强度相关性。由此可断定，土壤THg和TPb含量是多因素综合作用的结果，这些因素相互影响，表现出促进（正相关）和抑制作用（负相关）。

从单因子风险指数看，双兴村、先让村、小杨庄、赵庄村、黄盆村、瓦竹村、狮庄村、陡潭村TPb和THg生态风险程度轻。但八个村庄TPb和THg均超过土壤背景值，这表明八个村庄土壤中TPb和THg存在一定程度的累积，所以综合潜在风险指数分析显示，八个村庄污染分级情况均呈低生态风险，反映了两种重金属虽然生态风险程度轻，但对植物生长仍具有毒性，也反映土壤中TPb和THg相互作用，致使单因子生态风险程度增强[5]。

4结论

由于不同类型的耕地施加农药（化肥）产品与施加量不同，导致TPb和THg在菜子湖八个村庄土壤中分布和积累不一样;长期耕作的历史影响了TPb和THg含量，受到人类活动的干扰较大，并且与土壤中其它化学成分、生物成分及土壤质地、地形水文等因素有关;pH值大小影响土壤TPb和THg的迁移和累积，在酸性条件下随着pH值的升高，使H+对TPb和THg的竞争吸附也会随之减弱，土壤对TPb和THg的吸附量增加。一般情况下，SOM含量与TPb和THg含量呈正相关。土壤中SOM含量增加，SOM在微生物作用下形成的胶体会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。虽然土壤中TPb和THg生态风险程度低，但相互作用加重了综合生态风险程度。

参考文献：

[1]鲍桐，廉梅花，孙丽娜，孙铁珩，苏磊，雷刚.重金属污染土壤植物修复研究进展[J].生态环境，2008（02）：858-865.

[2]王静，肖国举，毕江涛，马飞，韩磊.pH对宁夏引黄灌区盐碱化土壤重金属吸附-解吸过程的影响[J].生态环境学报，2017，26（10）：1782-1787.

[3]刘效东，乔玉娜，周国逸.土壤有机质对土壤水分保持及其有效性的控制作用[J].植物生态学报，2011，35（12）：1209-1218.

[4]周盛，杨森，鲍明霞，杨阳，李春林.基于遥感反演预测“引江济淮”工程对菜子湖越冬水鸟栖息地的影响[J].生态科学，2019，38（01）：71-78.

[5]徐明露，方凤满，林跃胜.安庆菜子湖退耕湿地土壤中的重金属含量及其污染评价[J].湿地科学，2015，13（4）：1672-5948.