扎龍濕地重金屬污染現(xiàn)狀及風(fēng)險評價研究進(jìn)展

翟志純（拜泉縣環(huán)境監(jiān)測站 黑龍江 拜泉 164700）

扎龍濕地重金屬污染現(xiàn)狀及風(fēng)險評價研究進(jìn)展

翟志純（拜泉縣環(huán)境監(jiān)測站 黑龍江 拜泉 164700）

扎龍濕地是我國北方典型的蘆葦沼澤濕地。本研究通過查閱文獻(xiàn)資料，綜述已有研究成果，旨在為扎龍濕地保護(hù)工作的開展提供科學(xué)性依據(jù)。研究結(jié)果表明：扎龍濕地正面臨植被嚴(yán)重退化、面積迅速萎縮和生產(chǎn)力急劇下降等生態(tài)風(fēng)險。扎龍濕地表層沉積物重金屬含量基本呈現(xiàn)西北高，東南低的趨勢。同時，扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)脆弱性表現(xiàn)較為明顯，中度脆弱和重度脆弱地區(qū)占總面積的18%，潛在脆弱和微度脆弱地區(qū)占總面積的63%。

扎龍濕地；重金屬污染；生態(tài)風(fēng)險；沉積物

濕地是位于陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡性地帶，為土壤浸泡在水中的特定環(huán)境。其地表被淺水覆蓋或者水位在地表附近變化，具有穩(wěn)定區(qū)域氣候環(huán)境、保護(hù)物種基因及資源利用等功能，因而，被譽(yù)為“物種的基因庫”、“生命的搖籃”和“地球之腎”。濕地作為地球三大生態(tài)系統(tǒng)之一，在調(diào)節(jié)氣候、凈化水體、保護(hù)生物多樣性和維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定等方面發(fā)揮重要作用。隨著人類經(jīng)濟(jì)活動加劇和不合理開發(fā)利用，導(dǎo)致扎龍濕地面積銳減、質(zhì)量逐漸惡化。重金屬因其難降解性和易積累性而成為環(huán)境重要污染物。重金屬可以通過有機(jī)質(zhì)絡(luò)合和氧化還原反應(yīng)等過程釋放到上覆水，對濕地生態(tài)系統(tǒng)造成潛在的生態(tài)風(fēng)險。因此，研究濕地沉積物中重金屬含量、空間分布特征和潛在生態(tài)風(fēng)險不僅為水體中重金屬污染的來源和監(jiān)測提供科學(xué)依據(jù)，還對生物多樣性和人類生存環(huán)境的保護(hù)具有深遠(yuǎn)意義。相關(guān)研究表明，工業(yè)污水和生活廢水是扎龍濕地重金屬污染物的主要來源，僅烏裕爾河流入扎龍濕地的年工業(yè)廢水總量高達(dá)2045.9萬t，年生活污水總量高達(dá)968.3萬t，同時，化肥和農(nóng)藥的過量使用必然導(dǎo)致重金屬隨地表徑流進(jìn)入扎龍濕地。本研究通過查閱文獻(xiàn)資料，綜述已有研究成果，探討扎龍濕地重金屬污染現(xiàn)狀，追蹤污染物主要來源，分析影響重金屬累積效應(yīng)的環(huán)境因子，旨在為扎龍濕地保護(hù)工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 扎龍濕地區(qū)域概況

扎龍濕地（46°52′-47°32′N，123°47′-124°37′E）位于黑龍江省西部松嫩平原左岸烏裕爾河和雙陽河下游湖沼葦草地帶，地跨齊齊哈爾市的鐵鋒區(qū)、昂昂溪區(qū)、泰來縣、富?？h和大慶市的林甸縣、杜爾伯特蒙古族自治縣，共計6個縣區(qū)，總面積2100km2，平均濕地面積1240km2，南北長65km，東西寬37km，地勢基本呈東北-西南走向，中間低洼，是我國北方同緯度地區(qū)保留最完整、時間最原始、面積最開闊的濕地生態(tài)系統(tǒng)。扎龍濕地屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季溫?zé)岫嘤?，秋季降溫急劇，常有早霜發(fā)生，冬季寒冷漫長，年均氣溫為2℃-4℃，年均降水量為419mm，多集中于7-9月份，占總降水量的70%，年均蒸發(fā)量為1307.7mm。扎龍濕地地理景觀主要包括沼澤、草甸、水域、鹽堿地和居民用地，土壤類型以鹽化沼澤土、石灰性草甸土、鹽化草甸土、黑鈣土和風(fēng)沙土為主，泥炭深度可達(dá)2m。1979年，黑龍江省人民政府正式比準(zhǔn)建立扎龍濕地自然保護(hù)區(qū)；1987年，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)升級為國家級自然保護(hù)區(qū)，成為我國首批列入《國際重要濕地名錄》的7個自然保護(hù)區(qū)之一；1992年，被拉姆薩爾公約（Ramsar Convention）列入國際重要濕地名錄。

圖1 扎龍濕地地理位置

獨(dú)特的地理位置使扎龍濕地成為東北地區(qū)重要的鳥類繁殖地和棲息地，在世界鶴類和植物保護(hù)事業(yè)中占據(jù)重要地位。扎龍濕地是烏裕爾河流域的生態(tài)屏障，維持了該區(qū)野生生物種類的豐富度和多樣性，保存了最完整的濕地生態(tài)系統(tǒng)和野生生物特有的遺傳特性，是我國重要的天然基因庫之一。區(qū)域內(nèi)高等植物468種，隸屬67科；魚類46種，隸屬9科；獸類21種，隸屬5目8科；兩棲類爬行動物8種，隸屬4目6科；鳥類236種，隸屬17目45科，其中國家一級保護(hù)鳥類8種，二級保護(hù)鳥類33種。

表1 扎龍濕地植被資源

2 重金屬污染風(fēng)險評價方法

目前，國內(nèi)外常用的重金屬污染評價方法較多，最具代表性的主要有：單因子指數(shù)法、尼梅羅綜合指數(shù)法、地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法和沉積物富集系數(shù)法。以上評價方法各具特色，適用范圍不一，應(yīng)用也各有局限。

2.1 單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)法是國內(nèi)評價水、土壤、大氣和河流沉積物重金屬污染最常用的方法。其優(yōu)點(diǎn)是能夠判斷出環(huán)境中的主要污染因子。但環(huán)境是一個復(fù)雜的綜合體系，環(huán)境污染往往是由多個污染因子復(fù)合污染所致。因此，該方法僅適用于評價受單因子污染的特定區(qū)域。

（1）式中：Pi表示污染物單因子指數(shù)；Ci表示實(shí)測濃度（mg﹒kg-1）；S表示土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（mg﹒kg-1）。

表2 單項污染指數(shù)污染程度分級

2.2 尼梅羅綜合指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法只能反映單個污染物的污染程度，不能全面、綜合的反映土壤整體污染狀況。而不同區(qū)域土壤背景差異較大，同時受多種重金屬污染，此時，采用尼梅羅污染指數(shù)法評價整個區(qū)域重金屬污染狀況較為適用。且能夠突出污染指數(shù)最大的污染物對研究區(qū)環(huán)境質(zhì)量的影響。

（2）式中：I表示尼梅羅綜合污染指數(shù)；Pi表示i元素標(biāo)準(zhǔn)化污染指數(shù)（單因子污染指數(shù)）；Pimax表示所有重金屬元素中污染指數(shù)最大值。

2.3 地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法（index of geoaccumulation）是由德國海德堡大學(xué)沉積物研究所化學(xué)家Müller提出的，不僅能夠反映重金屬分布的自然變化特征，還可判別人為活動對環(huán)境的影響，是區(qū)分人為活動影響的重要參數(shù)。因而被廣泛應(yīng)用于評價現(xiàn)代沉積物中重金屬的含量表征。

表3 尼梅羅污染指數(shù)和重金屬污染分級標(biāo)準(zhǔn)

（3）式中：Igeo表示地累積指數(shù)；Cn表示重金屬n在沉積物中的實(shí)測含量；Bn表示沉積巖中n元素的地球化學(xué)背景值；K表示常數(shù)（一般情況下K=1.5）。

表4 重金屬污染指數(shù)與Igeo的關(guān)系

2.4 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是瑞典學(xué)者Hakanson建立的一種應(yīng)用沉積學(xué)原理評價重金屬污染及生態(tài)危害的方法。該方法結(jié)合環(huán)境化學(xué)、生態(tài)毒理學(xué)等方面的知識，采用定量的方法劃分重金屬的潛在危害程度，目前，已成為國際重金屬研究的標(biāo)準(zhǔn)方法。

（4）式中：RI表示重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)；Eri表示重金屬i的潛在生態(tài)危害指數(shù)；Tri表示重金屬i的毒性系數(shù)（反映生物對重金屬污染的敏感程度）；Ci表示沉積物中重金屬實(shí)測濃度；Cni表示重金屬i的區(qū)域土壤背景值。

表5 重金屬潛在生態(tài)危害指標(biāo)與分級關(guān)系

2.5 沉積物富集系數(shù)法

沉積物富集系數(shù)法（Sediment enrichment factor）是Kemp于1979年提出的。該方法考慮到沉積物中重金屬的環(huán)境背景值，能夠反映重金屬污染物的來源和化學(xué)活性。但僅適用于單因子污染區(qū)域，不能反映整體污染水平。

（5）式中：KSEF表示沉積物中重金屬的富集系數(shù)；ES表示沉積物中重金屬含量；AlS表示沉積物中Al的含量；Ea表示未受污染的沉積物中重金屬的含量；Ala表示未受污染的沉積物中Al的含量。

表6 富集系數(shù)與污染程度的關(guān)系

3 扎龍濕地重金屬污染風(fēng)險評價

重金屬是自然界普遍大量存在的痕量物質(zhì)，難以被生物降解，但可被生物吸收，并通過食物鏈富集，最終破壞生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，因而，常被視為環(huán)境主要污染物。土壤中重金屬污染來源途徑多樣：含重金屬廢棄物料的隨意堆放、農(nóng)藥和化肥的過量使用、礦山酸性水的注入、污水灌溉和廢舊電池的非科學(xué)處理等。同時，圍湖造田、湖泊養(yǎng)殖和工業(yè)生產(chǎn)等經(jīng)濟(jì)活動高速發(fā)展，導(dǎo)致扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)相應(yīng)發(fā)生變化，濕地生產(chǎn)力逐漸下降，湖沼環(huán)境污染日益嚴(yán)重。

扎龍濕地死魚事件（1981、1988）、天鵝死亡事件（1987）和黑鶴死亡事件（1988）等一些列環(huán)境安全問題，引發(fā)相關(guān)學(xué)者和當(dāng)?shù)卣畬υ垵竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)健康性及穩(wěn)定性的關(guān)注，并組織科研團(tuán)隊展開野外調(diào)查和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，除Cr、Hg外，Cd、Pb、Zn、Cu、As含量均超過土壤背景值，底泥質(zhì)量受到工業(yè)生產(chǎn)的嚴(yán)重影響。分析其原因?yàn)椋?）扎龍濕地進(jìn)水量減少。一方面，烏裕爾河徑流量較??；另一方面，扎龍濕地水資源受東升水庫調(diào)節(jié)和人為控制，致使進(jìn)入自然保護(hù)區(qū)的水量明顯減少，水體流速緩慢，自凈能力降低；2）生產(chǎn)、生活污水過量排放。目前，烏裕爾河已經(jīng)成為依安、富裕和杜蒙等城鎮(zhèn)的納污水體；3）化肥和農(nóng)藥。烏裕爾河上游為松嫩平原主要耕種區(qū)，年化肥施用量和農(nóng)藥噴灑量嚴(yán)重超過環(huán)境容納上限。

表7 地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值mg·L-1

扎龍濕地是集生態(tài)價值、經(jīng)濟(jì)價值、旅游價值和科研價值于一體的國家級自然保護(hù)區(qū)，但隨著工農(nóng)業(yè)污水排放、水利工程的修建以及水陸交措帶墾植等經(jīng)濟(jì)活動的逐漸增強(qiáng)，目前，扎龍濕地正面臨植被嚴(yán)重退化、面積迅速萎縮和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力急劇下降等生態(tài)風(fēng)險。作為珍稀鳥類和水禽的棲息地，扎龍濕地重金屬污染已嚴(yán)重影響到該區(qū)野生動物健康。沉積物是水環(huán)境中持久性和有毒化學(xué)污染物的“終極沉降地”和“倉庫”，因此，沉積物的污染狀況是全面衡量水環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣的重要因素。

扎龍濕地受多種重金屬污染，且污染程度相對較為嚴(yán)重，但各種重金屬生態(tài)風(fēng)險指數(shù)差異明顯、空間分布區(qū)規(guī)律各異。吳攀碧等采用相關(guān)分析和潛在生態(tài)危害指數(shù)法，探討扎龍濕地表層沉積物重金屬（Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Ni、As）含量表征，結(jié)果表明，沉積物中重金屬含量順序?yàn)椋篫n＞Cr＞Pb＞Ni＞Cu＞Zn＞Cd，潛在生態(tài)風(fēng)險順序?yàn)椋篊d＞Pb＞As＞Cu＞Ni＞Cr＞Zn。李苗等研究發(fā)現(xiàn)，扎龍濕地重金屬含量變異系數(shù)差異較為明顯，以Pb、Mn最高，分別為139.8%和89.6%。說明扎龍濕地不同區(qū)域同一重金屬含量差異較大，其主要和當(dāng)?shù)毓I(yè)生產(chǎn)布局有關(guān)。諸多研究表明，扎龍濕地重金屬污染生態(tài)風(fēng)險指數(shù)呈逐年增加趨勢。筆者認(rèn)為造成該結(jié)果的主要原因是，一方面，氣候變暖導(dǎo)致烏裕爾河上游來水量逐年遞減，濕地凈化功能下降；另一方面，水體的流動性較低，對重金屬的稀釋能力減弱，導(dǎo)致重金屬富集程度增強(qiáng)，潛在生態(tài)風(fēng)險增加。葉華香等通過選擇不同研究區(qū)域（試驗(yàn)區(qū)、緩沖區(qū)、生態(tài)旅游規(guī)劃區(qū)和核心區(qū)），采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀法，分析扎龍濕地重金屬空間分布規(guī)律，結(jié)果表明，扎龍濕地沉積物重金屬空間分布存在明顯的差異性，試驗(yàn)區(qū)和緩沖區(qū)Cd和Hg含量分別是土壤背景值的32.4和20.8倍，表現(xiàn)出顯著的累積效應(yīng)。其原因是林甸縣造紙等化工企業(yè)相對較多，同時，試驗(yàn)區(qū)土地類型主要為耕地和鹽堿地。整體而言，扎龍濕地表層沉積物重金屬含量基本呈現(xiàn)西北高、西南低。分析其原因?yàn)椋海?）烏裕爾河上游城鎮(zhèn)工業(yè)廢水、生活污水排放以及沿岸農(nóng)業(yè)退水注入，導(dǎo)致水動力條件減弱，大量重金屬隨水中懸浮物沉降，并富集到表面沉積物中；（2）扎龍濕地地形基本呈現(xiàn)自東北向西南傾斜，致使重金屬隨地勢遷移；（3）研究區(qū)西北土地類型以耕地為主，農(nóng)藥、化肥過量使用導(dǎo)致重金屬隨農(nóng)業(yè)退水進(jìn)入扎龍濕地，而西南主要為沼澤蘆葦，對重金屬具有一定量的吸收利用。

表8 扎龍濕地表層沉積物重金屬含量

圖2 研究區(qū)表層沉積物重金屬含量平均值

通過與我國主要濕地（白洋淀濕地、黃河三角洲濱海濕地）及江、河、湖（揚(yáng)子江、巢湖、灤河）比較可得，扎龍濕地重金屬Zn、Cu、Pb含量相對較低，Cd含量介于參考研究區(qū)之間，Hg含量較白洋淀濕地和黃河三角洲濱河濕地高，但低于揚(yáng)子江、巢湖和灤河。扎龍濕地位于黑龍江省西部松嫩平原，與其它研究區(qū)相比，經(jīng)濟(jì)活動以農(nóng)耕為主，工業(yè)生產(chǎn)相對落后，重金屬來源較少，同時，扎龍濕地水體自凈和植物吸收會消耗部分重金屬。因此，扎龍濕地重金屬污染程度相對較低。但作為我國重要的物種基因庫基地和候鳥遷徙“驛站”，扎龍濕地重金屬污染現(xiàn)狀不容忽視。

濕地污染和退化表明生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的存在，目前，濕地退化過程與機(jī)理、濕地生態(tài)系統(tǒng)脆弱性研究已經(jīng)成為國際濕地科學(xué)關(guān)注的學(xué)科前沿領(lǐng)域。付博等采用壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型，評價與分析了扎龍濕地生態(tài)脆弱性，得出扎龍濕地中度脆弱和重度脆弱地區(qū)占總面積的18%，潛在脆弱和微度脆弱地區(qū)占總面積的63%，從定量化的角度說明扎龍濕地自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境不容樂觀。王永潔等基于自然因素和人文因素對扎龍自然保護(hù)區(qū)的影響，選取結(jié)構(gòu)型脆弱性因子和脅迫型脆弱性因子為研究對象，利用GIS技術(shù)從空間角度對扎龍濕地生態(tài)脆弱性進(jìn)行評價，結(jié)果可表明，扎龍濕地42.00%的地區(qū)屬于輕度脆弱，41.76%的地區(qū)屬于中度脆弱。楊時民等也曾指出，扎龍濕地生態(tài)安全程度處于4.717左右，已達(dá)到微度預(yù)警狀態(tài)，且整體生態(tài)安全狀況有向中度預(yù)警惡化的趨勢。因此，加強(qiáng)對扎龍濕地的保護(hù)和管理已迫在眉睫。在可操作范圍內(nèi)，調(diào)控對策如下：（1）保護(hù)和保持區(qū)內(nèi)良好的自然生態(tài)環(huán)境，避免工程干擾；（2）有條件的利用蘆葦、草甸及水資源，防止生態(tài)環(huán)境惡化；（3）擺脫對現(xiàn)有資源的嚴(yán)重依賴，鼓勵開發(fā)替代產(chǎn)業(yè)，適度發(fā)展生態(tài)旅游；（4）嚴(yán)格控制外來人口遷入和執(zhí)行人口政策，減緩人口的環(huán)境承載力；（5）在烏裕爾河兩岸種植護(hù)堤林（喬灌結(jié)合），防止面源對扎龍濕地的污染。

圖3 扎龍濕地生態(tài)脆弱性研究技術(shù)路線圖

4 研究不足與展望

檢測重金屬含量值與當(dāng)?shù)刂亟饘俸勘尘爸迪啾容^是判斷研究區(qū)重金屬污染與否的最客觀評價條件，因此，背景值的確定是預(yù)測研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險高低的關(guān)鍵。迄今為止，國內(nèi)尚無關(guān)于濕地沉積物的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，國際上的標(biāo)準(zhǔn)也缺乏統(tǒng)一性。目前，國內(nèi)基本采用區(qū)域土壤背景值作為濱海濕地及湖沼濕地的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。水體重金屬含量是區(qū)域重金屬污染狀況最直觀的表現(xiàn)，而扎龍濕地水文觀測系統(tǒng)尚不完善，不能夠?qū)ζ渌弧⑺|(zhì)等實(shí)行動態(tài)監(jiān)測，隨時掌握保護(hù)區(qū)水文特征。

水體數(shù)量和質(zhì)量是維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，濕地水循環(huán)對濕地的發(fā)生、形成、衰退和消失發(fā)揮著重要作用，且與區(qū)域水資源的開發(fā)利用密切相關(guān)。扎龍濕地水量減少、水速降低是導(dǎo)致區(qū)域重金屬污染加劇的最主要自然因素。相關(guān)統(tǒng)計表明，僅17年間，扎龍濕地地下水位累計下降0.87m，平均下降0.05m﹒a-1。因此，應(yīng)加快資源與環(huán)境生態(tài)水利體系建設(shè)，尤其是引水工程。同時，保證退耕還濕工作積極、穩(wěn)定開展，既能減緩甚至消除扎龍濕地面積逐年萎縮現(xiàn)狀，又能降低農(nóng)業(yè)面源對扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)的危害。

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Research Progress on Heavy Metal Pollution Status and Risk Assessment in Zhalong Wetland

ZhaiZhichun（Environment Monitoring Station of BaiQuan County BaiQuan Heilongjiang 164700）

Zhalong wetland is a typical reed marsh wetland in northern China.Based on the literature review，this study summarizes the existing research results and aims to provide scientific basis for the development of Zhalong wetland protection.The results show that Zhalong wetland is facing ecological risk such as serious degradation of vegetation，rapid shrinkage of area and sharp decline of productivity.The pollution degree of Cu in the border area of LinDian county and DuMeng county has reached the extremely strong pollution.In terms of space，the content of heavy metals in the surface sediments of Zhalong wetland basically shows the trend of high in northwest and low in southeast.At the same time，the vulnerability of Zhalong wetland ecosystem is more obvious，moderate and severe fragile areas accounted for 18%of the total area，potential and slight fragile areas accounted for 63%of the total area.

Zhalong wetland Heavy metal pollution Ecological risk Sediment

X824

A

1674-263X（2017）03-0077-08

2017-09-13

翟志純（1970-），男，本科，工程師，從事環(huán)境監(jiān)測工作。