扎龍濕地重金屬污染現(xiàn)狀及研究進展

王京京，臧淑英，吳 彬

(黑龍江省普通高等學校地理環(huán)境遙感監(jiān)測重點實驗室，哈爾濱師范大學)

0 引言

扎龍濕地位于松嫩平原西部，系烏裕爾河、雙陽河流域下游尾閭湖形成的葦草湖沼，湖泊眾多，地理位置為46°48'N～47°31.5'N，123°51.5'E～124°37.5'E，總面積2100 km2.作為具有國際意義的重要濕地，扎龍濕地于1987年入選我國首批自然保護區(qū);于1992年入選國際重要濕地名錄［1］.重金屬是自然界普遍大量存在的痕量物質(zhì)，是環(huán)境中主要的污染物，本身不會被生物所降解，卻可以被生物吸收，并能通過食物鏈的富集，最終對人體健康成危害，甚至破壞整個系統(tǒng).國內(nèi)關(guān)于扎龍濕地重金屬污染的研究，多以主體湖泊、水庫、湖泊沉積物和底泥沉積物為研究對象.故以水體和沉積物兩方面為切入點，對扎龍濕地的重金屬污染現(xiàn)狀和研究進展進行概述，以期為扎龍濕地日后的重金屬污染研究提供參考和依據(jù).

1 水體重金屬污染及進展

水污染問題已經(jīng)成為了21世紀危及世界各國的熱點問題［2］.扎龍濕地地處松嫩平原，因其半閉合的特點，湖泊發(fā)達.扎龍濕地內(nèi)共有湖泡208個，其中較大的有克欽湖、扎龍湖、仙鶴湖和東升水庫.扎龍濕地的水污染問題極具研究價值，其中重金屬的污染是水污染問題的重要內(nèi)容.目前關(guān)于扎龍濕地水體重金屬污染問題的研究對象主要集中于幾大主體湖泊.龍湖、龍安橋、特勒橋等非主體湖泊處的水質(zhì)污染研究也有進展.另外，在研究扎龍濕地水體重金屬在生物鏈中的累積作用時，扎龍濕地水體重金屬含量作為背景值，也間接反應了其污染現(xiàn)狀.

1.1 扎龍濕地水體重金屬污染水平

克欽湖位于扎龍濕地北部，其水體中As、Cd、Pb的含量達到劣5類水質(zhì)標準，重金屬As在克欽湖水體中污染程度最高，克欽湖重金屬As對水體的影響占絕對主導地位［3］;仙鶴湖位于扎龍濕地中部地區(qū)，湖水水質(zhì)屬于Ⅱ級偏向Ⅲ級，有輕度重金屬污染，污染較重的重金屬元素主要是As、Pb和Cd，As的污染最為嚴重，含量大小順序為As＞Pb＞Cd［4－5］;龍湖臨近仙鶴湖，龍湖湖水受重金屬污染程度也相對較為嚴重，通過灰色關(guān)聯(lián)評價分析，所采集的9個樣點水樣中有8個樣點都屬于Ⅴ類水質(zhì)、1個樣點屬于Ⅳ水質(zhì)［6］;呂曉磊等對扎龍濕地八個監(jiān)測斷面進行取樣研究，測得以下結(jié)果:龍安橋 Mn＞Zn＞Cr＞As，東升水庫Zn＞Cr＞Mn＞As，龍湖Mn＞Zn＞As=Cr，仙鶴湖 Zn＞Mn＞Cr＞As＞Cu，克欽湖Mn＞Zn＞As=Cr=Cu，特勒橋Zn＞Mn＞As＞Cr＞Cu，林甸排污口Mn＞Zn＞Cr＞Cu＞As，翁海排干Zn＞Mn＞As＞Cr［7］.

國內(nèi)各學者關(guān)于扎龍濕地水體重金屬的研究普遍選取了As元素作為研究對象.根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標準(見表1)，扎龍濕地北部及中部水體中As含量達到劣5類水質(zhì)標準，如克欽湖、仙鶴湖、龍湖水體中的 As平均含量分別為5.383、2.68、0.94 mg/L;扎龍濕地其他地區(qū)As含量達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準Ⅰ類標準，如龍安橋、東升水庫、特勒橋平均含量分別為0.001、0.015、0.005mg/L.總體而言，扎龍濕地As平均含量范圍為5.383～0.001 mg/L，從無污染到嚴重污染橫跨了五個標準，相差懸殊.

表1 地面水環(huán)境質(zhì)量標準值 單位:mg/L

Pb在扎龍濕地北部及中部，如克欽湖、仙鶴湖、龍湖中污染較為嚴重，平均含量分別為0.442、0.49、0.46 mg/L，參照表1可得，Pb在克欽湖、仙鶴湖、龍湖中的含量達到了劣5類水質(zhì)標準;Cd在克欽湖、仙鶴湖的平均含量分別為0.1203、0.13 mg/L，參照表1，Cd在克欽湖、仙鶴湖中的含量也達到了劣5類水質(zhì)標準;Zn雖也被各學者普遍取樣研究，但根據(jù)測得結(jié)果，扎龍濕地水體中Zn含量范圍在0.028～0.61 mg/L之間，參照地表水環(huán)境質(zhì)量標準，Zn在扎龍濕地水體中的含量達到了Ⅱ級水質(zhì)標準;Cr、Cu平均含量范圍為0.004～0.042、0～0.8 mg/L，尚未構(gòu)成污染威脅.

從整體污染狀況來看，仙鶴湖水體重金屬污染較為嚴重，As、Pb、Cd含量均達到了劣5類水質(zhì)標準.仙鶴湖處于扎龍濕地功能分區(qū)中的核心區(qū)，禁止人為活動，僅限丹頂鶴的生活繁殖，可見濕地核心區(qū)的保護措施亟待加強.

另外值得注意的是克欽湖的As污染應引起足夠重視.近年來，我國各大江河、湖庫普遍受到不同程度的重金屬污染，鄱陽湖、太湖、巢湖、洪澤湖、陽宗海、滇池、湘江、沘江流域、黃浦江、環(huán)太湖主要河流、大沙河等地表水受 Pb、Cd、Hg、As、Cr污染較重，Pb、Cd、Hg等出現(xiàn)流域性污染，砷污染成為普遍現(xiàn)象［8］.雖然As污染已不特殊，但在世界淡水體系中，溶解態(tài)砷的平均濃度為1.0×10－4mg/L［9］，湘江是我國水體污染較為嚴重的河流之一，歷年的監(jiān)測分析得出其支流郴江梁家灣的斷面歷年平均含量為0.50mg/L［10］，對比扎龍濕地克欽湖，仙鶴湖，龍湖中的As含量，尤其是克欽湖中As的含量為5.383 mg/L，相差倍數(shù)懸殊，可見其污染形勢十分嚴峻.As與其化合物被運用在農(nóng)藥、除草劑、殺蟲劑與許多種的合金中.人體受其污染，會使皮膚色素沉著，導致異常角質(zhì)化.因此，針對扎龍濕地克欽湖的As污染，有關(guān)部門應予以高度重視.

綜上，各學者對扎龍濕地水體重金屬污染研究選取的重金屬元素類型基本相同，主要有As、Cd、Pb、Cu、Zn、Cr，其中Zn和As為最常選取的元素類型.As、Pb、Cd在幾大主體湖泊處存在嚴重污染情況，As、Pb在扎龍濕地北部及中部水體如克欽湖、仙鶴湖、龍湖中含量均達到了劣5類水質(zhì)標準，Cd在克欽湖、仙鶴湖的含量也達到了劣5類水質(zhì)標準.Cu、Cr、Zn在整個扎龍濕地水體中尚未構(gòu)成污染威脅.仙鶴湖重金屬整體污染較為嚴重，地處扎龍濕地功能分區(qū)中的核心區(qū)，保護措施亟待加強.另外As在克欽湖中污染形勢十分嚴峻.

1.2 區(qū)域分布特點

經(jīng)過對比分析，扎龍濕地水體重金屬元素在水平分布上變化比較大，以普遍選取的重金屬元素類型As和Zn為例，其最高值和最低值相差懸殊.從具體分布規(guī)律上看，As、Pb、Cd重金屬元素含量在扎龍濕地北部克欽湖、中部仙鶴湖中特別突出，As的最高值出現(xiàn)在克欽湖上，Pb、Cd的最高值出現(xiàn)在仙鶴湖上.Zn的最高值出現(xiàn)在東升水庫.

1.3 扎龍濕地水體重金屬研究的其他角度及價值

有關(guān)學者在研究扎龍濕地水體重金屬沿食物鏈的生物累計分析時，將扎龍濕地水體重金屬作為背景值，該研究可為分析污染現(xiàn)狀提供參考，而研究扎龍濕地水體重金屬的污染，也可為研究扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)中不同營養(yǎng)級生物對重金屬的積累隨食物鏈等級的升高的變化，以及確定生物的重金屬累積的危害閾值提供背景值［11］，具有重要價值.

2 沉積物重金屬污染及進展

近幾年來，從沉積學角度對重金屬的污染及風險評價進行研究備受矚目［12－13］.扎龍濕地湖泊眾多，而通過各種途徑進入水體的重金屬，絕大部分迅速的由水相轉(zhuǎn)入固相，即迅速地結(jié)合到懸浮物和沉積物中，結(jié)合到懸浮物中的重金屬在被水流搬運過程中，當其負荷超過搬運能力時，便最終也轉(zhuǎn)入沉積物中［14］，因此對扎龍濕地沉積物中重金屬污染研究具有重要的意義.國內(nèi)關(guān)于扎龍濕地沉積物重金屬的污染研究不多，研究對象主要為底泥沉積物和湖泊沉積物，本文僅作簡要概述，力求為今后扎龍濕地沉積物重金屬的污染研究提供支持.

2.1 扎龍濕地沉積物重金屬污染現(xiàn)狀

扎龍濕地底泥沉積物富集重金屬狀態(tài)較明顯且重金屬分布在空間上存在明顯差異性，工農(nóng)業(yè)活動較頻繁的林甸縣和富?？h所屬的地區(qū)的底泥污染最重，具有很強的潛在生態(tài)風險，濕地核心區(qū)內(nèi)的底泥重金屬屬于輕微－中等生態(tài)風險［15］.蘇丹等選取扎龍濕地南部南山湖為研究區(qū)，分析了NSH2沉積巖芯中Hg、Cd、Pb、Cr、As等11種重金屬元素總量的垂向分布特征，表明NSH2沉積物已經(jīng)受到了如Hg、Cd和Ag重金屬污染，具有較高的潛在風險［16］.扎龍湖毗鄰龍湖，其表層沉積物總體潛在風險程度低，Zn的含量相對較高，但由于其毒性系數(shù)最低，因此表現(xiàn)出最弱的生態(tài)風險.Cd在部分采樣點存在中等潛在生態(tài)風險，應當引起一定的重視［17］.

Cd在南山湖和扎龍湖湖泊沉積物中分別具有較高和中等潛在生態(tài)風險，在扎龍濕地底泥沉積物中Cd的生態(tài)風險系數(shù)最大，可見Cd在扎龍濕地沉積物中污染較為嚴重;Cu在扎龍濕底泥沉積物中生態(tài)風險系數(shù)僅次于Cd;Hg、Ag在南山湖沉積物中具有較高的潛在風險;其余元素As、Pb、Zn、Cr、Co、Fe、Mn、Ni在扎龍濕地沉積物中尚未造成明顯污染.

2.2 主要研究方法和內(nèi)容

2.2.1 主要研究方法

目前國內(nèi)關(guān)于扎龍濕地沉積物重金屬的研究在污染評價方面多采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法.瑞典科學家Hakanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)法，不僅反映了某一特定環(huán)境中的各種污染物的影響，而且也反映了多種污染物的綜合影響，并且用定量的方法劃分出潛在生態(tài)危害的程度，從目前來看，在研究沉積物中重金屬對環(huán)境的影響評價中，Hankanson的潛在生態(tài)危害指數(shù)法是眾多污染指數(shù)中應用最廣的一種，在國際上具有深刻影響［18］.其他研究方法主要集中在統(tǒng)計學中的主成分分析和相關(guān)性分析.利用主成分分析法和相關(guān)性分析法可為湖泊沉積巖芯重金屬污染來源判別提供支持.另外因為沉積物中重金屬的含量是受水體中重金屬負荷、沉積物－水界面的環(huán)境條件(如pH和Eh等)以及沉積物自身性質(zhì)所控制的［19］，所以對沉積物中重金屬含量、pH和有機質(zhì)含量進行相關(guān)性分析可為研究重金屬元素之間是否具有相似的地球化學行為提供依據(jù)，也可為沉積物中重金屬含量變化的影響因素分析提供參考.

2.2.2 主要研究內(nèi)容

關(guān)于扎龍濕地沉積物重金屬的分析主要集中在重金屬的總量、分布特征及規(guī)律以及來源分析上，在橫向分布和縱向分布上均有進展，但在重金屬的賦存形態(tài)、生物有效性以及重金屬的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律方面并無涉及.重金屬在沉積物中是以不同的化學形態(tài)存在的，不同的形態(tài)則具有不同的地球化學行為和毒性特征.對沉積物重金屬化學形態(tài)的研究是沉積物重金屬研究的一個重要組成部分.在重金屬形態(tài)分析的基礎(chǔ)上就可以對重金屬的生物有效性進行分析.重金屬生物有效性是指重金屬能被生物吸收或?qū)ι锂a(chǎn)生毒性的性狀，可由間接的毒性數(shù)據(jù)或生物體濃度數(shù)據(jù)進行評價，生物有效性是形態(tài)方法學在生物領(lǐng)域的應用［20］.重金屬在沉積物間、沉積物－水相間的遷移轉(zhuǎn)化過程復雜，影響因子廣泛，因此對重金屬的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究也是近年來的熱地點.對扎龍濕地沉積物重金屬的后續(xù)研究應進一步加強.

3 結(jié)束語

目前，扎龍濕地重金屬污染研究取得了一些進展.以下針對扎龍濕地水體和沉積物重金屬污染情況進行對比，并對日后扎龍濕地重金屬污染的研究方向進行展望.

(1)對比扎龍濕地水體和沉積物重金屬污染情況，發(fā)現(xiàn)扎龍濕地底泥沉積物與水體的重金屬污染水平在空間上有明顯差異，水體重金屬污染在扎龍濕地核心區(qū)如仙鶴湖處較為嚴重，在富裕縣的龍安橋附近污染較輕;而底泥沉積物重金屬在核心區(qū)只有輕微－中等生態(tài)風險，在富?？h污染較重，具有很強的潛在生態(tài)風險.

(2)關(guān)于扎龍濕地重金屬污染來源判別上，尤其是水體重金屬的來源判別研究還不夠徹底，多為定性分析，主要有自然來源，農(nóng)業(yè)退水，工業(yè)排污，生活污水等.有研究顯示，隨著近年來區(qū)域氣溫升高和濕地蓄水量的減少，濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能將會顯著下降，甚至會導致濕地的消失［21］.而濕地本身的自凈功能一旦受影響，對于整個濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護來說無疑是惡性循環(huán).因此，保護與恢復濕地的任務具有重要意義，對扎龍濕地重金屬污染的來源判別應向定量化、標準化方向研究，為保護和恢復濕地提供支持.

(3)扎龍濕地重金屬的相關(guān)研究中重金屬的二次污染問題涉及較少.重金屬在水和沉積物之間能通過吸附－解吸等作用進行相互轉(zhuǎn)化，當水環(huán)境發(fā)生變化時，沉積物中的重金屬會釋放出來成為上覆水的二次污染源，而重金屬的遷移轉(zhuǎn)化又受pH、Eh、離子強度、水溫等特性影響.在扎龍濕地重金屬污染的后續(xù)研究時應加強對重金屬釋放機制的認識，提高對重金屬二次污染問題的重視程度.

(4)扎龍濕地重金屬的分析和污染評價方法上，有對權(quán)重公式進行發(fā)展的模糊綜合評價模型和用熵權(quán)法確定權(quán)重構(gòu)建的模糊物元模型的兩種較為創(chuàng)新的方法，可綜合運用多種分析、評價方法加以研究，更充分的說明問題.

(5)進一步加強對扎龍濕地重金屬污染現(xiàn)狀的調(diào)查.關(guān)于扎龍濕地的重金屬污染鮮有土壤、懸浮物重金屬污染方面的研究，國內(nèi)研究者多從水體和沉積物兩方面取樣.多方面多角度的調(diào)查研究可為扎龍濕地重金屬污染的來源和監(jiān)測提供依據(jù)，也對人類生存環(huán)境的保護有深遠科學意義.

［1］ 吳長申.扎龍國家級自然保護區(qū)自然資源研究與管理［M］.哈爾濱:東北林業(yè)大學出版社，1999.

［2］ 胡宏韜，林學鈺，蔡青勤.中國的水環(huán)境狀況及對策［J］.干旱環(huán)境監(jiān)測，2001，15(1):41－44.

［3］ 吳彬，臧淑英，李苗.克欽湖水體重金屬分布特征及評價［J］.中國農(nóng)學通報，2012，28(05):289－294.

［4］ 孫清展，臧淑英.水體重金屬污染評價辦法對比研究－以扎龍濕地湖水為例［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2012，31 (11):2242－2248.

［5］ 孫清展，臧淑英，張囡囡.基于模糊評價評價的湖水重金屬污染評價與分析［J］.環(huán)境工程，2012，30(1):111－115.

［6］ 李苗，臧淑英，吳彬，等.扎龍濕地龍湖重金屬污染情況及其潛在生態(tài)風險評價［J］.環(huán)境工程，2012，30(05):100－103.

［7］ 呂曉磊，馬放，王立，等.模糊物元模型在濕地水體污染評價中的應用［J］.環(huán)境科學與技術(shù)，2012，35(7):181－184.

［8］ 金雪蓮，任婧，夏峰.我國河流湖泊砷污染研究進展［J］.環(huán)境科學導刊，2012，31(5):26－31.

［9］ Matschullat J.Arsenic in the geosphere－a review［J］.Science of the total environment，2000(249):297－312.

［10］劉耀馳，高栗，李志光，等.湘江重金屬污染現(xiàn)狀、污染原因分析與對策探討［J］.環(huán)境保護科學，2010，36(4):26－29.

［11］李楓，張微微，劉廣平.扎龍濕地水體重金屬沿食物鏈的生物累積分析［J］.東北林業(yè)大學學報，2007，35(1):44－46.

［12］Caeiro S，Costa M H，Ramos T B，et al.Assessing heavymetal contamination in Sado Estuary sediment:An index analysis approach［J］.Ecological Indicators，2005，5:151－169.

［13］Outridge PM，Stem G A，Hamilton PB，etal.Tracemetal profiles in the varied sediment of an Arcticlake［J］.Geochimicaet Cosmochimica Acta，2005，69(20):4881－4894.

［14］蔣炳言，汪琳琳.中國水系沉積物重金屬污染研究現(xiàn)狀［J］.科技信息，2009，(9):83－84.

［15］葉雅杰，羅金明，王永潔，等.扎龍濕地底泥沉積物重金屬污染評價［J］.灌溉排水學報，2012，31(4):139－141.

［16］蘇丹，臧淑英，葉華香，等.扎龍濕地南山湖沉積巖芯重金屬污染特征及來源判別［J］.環(huán)境科學，2012，33(6):1816－1822.

［17］吳攀碧，解啟來，卜艷蕊，等.扎龍濕地湖泊表層沉積物重金屬污染評價［J］.華南農(nóng)業(yè)大學學報，2010，31(3):24－27.

［18］陳雙雅.中國水環(huán)境重金屬污染的研究現(xiàn)狀與防治對策［J］.漳州職業(yè)大學學報，2002，(3):54－58.

［19］何孟嘗，王子建，湯鴻霄.樂安江沉積物重金屬污染及生態(tài)風險性評價［J］.環(huán)境科學，1999，23(1):7－10.

［20］祝云龍，姜加虎.湖泊濕地沉積物重金屬污染的研究現(xiàn)狀與進展［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38(22):11902－11905，11928.

［21］佟守正，呂憲國，蘇立英，等.扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)變化過程及影響因子分析［J］.濕地科學，2008，6(2):179－184.