江蘇鹽城原生鹽沼濕地表層沉積物中的重金屬分布特征

左平，趙善道，趙雪琴，騰厚鋒，耿金菊，高翔

（1. 南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京210093； 2. 南京大學(xué)海岸與海島開發(fā)教育部重點實驗室，江蘇 南京210093；3. 南京大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點實驗室，江蘇 南京210093）

江蘇鹽城原生鹽沼濕地表層沉積物中的重金屬分布特征

左平1,2，趙善道1,2，趙雪琴1，騰厚鋒1,2，耿金菊3，高翔1

（1. 南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京210093； 2. 南京大學(xué)海岸與海島開發(fā)教育部重點實驗室，江蘇 南京210093；3. 南京大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點實驗室，江蘇 南京210093）

根據(jù)2008年7月25－30日在江蘇鹽城國家級自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)進(jìn)行的灘面表層沉積物取樣調(diào)查，分析了核心區(qū)不同灘面表層沉積物的全Hg、As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni等8種重金屬元素的含量，發(fā)現(xiàn)除Hg外，其它元素的濃度均已超過了江蘇省海岸帶的背景值，其中全Hg、As、Cr、Pb、Zn的含量均低于國家Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，屬國家Ⅰ類沉積物，Cd為超Ⅱ類沉積物。從面狀分布看，互花米草灘、鹽蒿灘和蘆葦灘對重金屬的吸附能力明顯高于無植被覆蓋的泥螺光灘和青蛤光灘，其中又以互花米草灘中的重金屬元素含量為最高。研究認(rèn)為，受各類經(jīng)濟(jì)活動的影響，重金屬污染物已經(jīng)通過水體輸運進(jìn)入核心區(qū)，并在核心區(qū)的沉積物中累積。因此，僅在核心區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁人類活動并不能保證整個生態(tài)系統(tǒng)的健康，保護(hù)區(qū)的生態(tài)安全需要進(jìn)一步加強(qiáng)管理，要從源頭上嚴(yán)格控制各類污染物的排海。

鹽沼濕地；表層沉積物；分布特征；江蘇鹽城

江蘇鹽城國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的核心區(qū)是目前保留最完好的原生鹽沼濕地之一，自陸向海有規(guī)律地分布有蘆葦灘、鹽蒿灘、互花米草灘（簡稱米草灘）、大面積生長泥螺的光灘（簡稱泥螺光灘）、大面積生長青蛤的光灘（簡稱青蛤光灘）。該保護(hù)區(qū)總面積28.42×104hm2，是我國最大的海岸帶保護(hù)區(qū)。該保護(hù)區(qū)1992年被納入“世界生物圈保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)”，1996年被納入“東北亞鶴類保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)”，在生物多樣性保護(hù)中占有十分重要的地位[1]。保護(hù)區(qū)中有29種動物被列入世界自然資源保護(hù)聯(lián)盟瀕危物種紅皮書，并常年或季節(jié)性地為丹頂鶴、黑嘴鷗、獐、震旦鴉雀等國家級保護(hù)動物提供適宜的生境[2]。核心區(qū)位于新洋河和斗龍河之間，總面積1.87×104hm2，自1980年以來作為珍稀、瀕危生物的集中分布地的核心區(qū)一直處于自然演替狀態(tài)，屬目前保存完好的天然狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)。但是，海岸生態(tài)系統(tǒng)是一個開放的生態(tài)系統(tǒng)，因各類經(jīng)濟(jì)活動所產(chǎn)生的各種污染物會隨著廢水排海、大氣顆粒沉降、地表徑流和降雨進(jìn)入近岸水體[3]。這些污染物質(zhì)會不可避免地隨水體流動滲入核心區(qū)，并通過食物鏈進(jìn)入魚類、鳥類體內(nèi)，從而影響到整個生態(tài)系統(tǒng)的健康。因此，在海岸帶保護(hù)區(qū)核心區(qū)的保護(hù)中，僅僅是禁止人類活動的干擾并不能滿足維持生態(tài)系統(tǒng)健康的要求。本研究基于核心區(qū)表層沉積物中的重金屬含量及其分布特征分析進(jìn)行了分析和探討，旨在為海洋及海岸帶保護(hù)區(qū)的資源管理、有效的環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

本研究于2008年7月25—30日在核心區(qū)進(jìn)行了蘆葦灘、鹽蒿灘、米草灘、泥螺光灘、青蛤光灘共5個灘面的表層沉積物取樣（圖1）。每個灘面以一點為中心，半徑為5 m范圍內(nèi)等間距梅花狀抓取6個樣品，共獲得30個樣品，現(xiàn)場用塑料自封袋密封樣品。樣品帶回實驗室后分三份，一份子樣用于實驗室備份，其余兩份子樣分別用于粒度分析和Hg、As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni等重金屬分析。

圖1 研究區(qū)域及采樣點位置圖Fig. 1 Sample sites and study area in Jiangsu Yancheng National Nature Reserve

1.2 樣品處理和分析

1.2.1 粒度分析 對粒徑＜2 mm樣品，采用Malvern Master Size 2000型激光粒度儀進(jìn)行粒度分析，獲得了0.25間隔的粒度分布。對于粒徑＞2 mm樣品，先稱重，用1.4 mm孔徑的篩子濕篩；細(xì)顆粒部分仍用激光粒度儀進(jìn)行分析，粗顆粒部分用傳統(tǒng)篩法分析，兩部分?jǐn)?shù)據(jù)合并獲得完整的粒度分布；使用矩法計算沉積物粒度參數(shù)[4]。樣品分析在南京大學(xué)海岸與海島開發(fā)教育部重點實驗室完成。

1.2.2 重金屬分析 將樣品放入冰箱中冷凍，然后利用德國Martin Christ公司生產(chǎn)的ALPHA-1-4型凍干機(jī)低溫凍干，用瑪瑙研缽研磨后過150目的尼龍篩。采用國標(biāo)濕消化法消解泥樣，用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制以確保數(shù)據(jù)可靠性。全Hg和全As采用還原氣化—原子熒光光譜法，在AF-610A型原子熒光光譜儀（北京福利分析公司產(chǎn)）上測定。Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni共6個指標(biāo)，用熱電SOLARRM6原子吸收儀對樣品進(jìn)行測定。樣品分析在南京大學(xué)分析中心和污染控制與資源化研究國家重點實驗室完成。

2 結(jié)果與討論

2.1 粒度特征

由圖2可知，光灘沉積物的粒徑明顯較蘆葦灘、鹽蒿灘、米草灘的沉積物的顆粒粗，其砂組分含量較高，大都在50%以上。而在有植被覆蓋的灘面上，粒徑普遍偏細(xì)，粉砂組分含量占70%以上。米草灘的粘土組分含量最高，表明米草對細(xì)顆粒泥沙有攔截作用[5]，由于米草的莖、葉密集，能降低潮流流速，當(dāng)漲潮流攜帶的細(xì)顆粒物質(zhì)進(jìn)入米草灘后被攔截，導(dǎo)致粘土組分含量增加，沉積物偏細(xì)。

圖2 研究區(qū)表層沉積物粒度變化Fig. 2 Sedimentary size change in study area

2.2 重金屬分布特征

由圖3-1可知，Hg的含量在互花米草灘最高，其它依次為鹽蒿灘、泥螺光灘、蘆葦光灘、青蛤光灘。在核心區(qū)，蘆葦灘中的水以淡水為主，受雨水脫鹽和陸地水體的影響較大，含鹽量很低，受海水輸運帶來的污染較小。而鹽蒿灘雖位于平均高潮位以上，但仍會周期性的被潮水淹沒；又由于植物截留的影響，表層沉積物顆粒較細(xì)，海水輸運帶來的全Hg在該區(qū)域有所沉積，導(dǎo)致含量增高?；セ撞轂┲械娜獺g含量最高，這與米草屬植物對Hg的極強(qiáng)的吸附能力有關(guān)。有研究表明，大米草對Hg和放射性同位素137Cs、90Sr、115mCd和65Zn等有很強(qiáng)的吸收能力，能將它們貯于根部，降低水體污染[6,7]。泥螺光灘緊靠互花米草灘，表層沉積物粒度較細(xì)，對重金屬具有一定程度的吸附能力。而青蛤光灘位于潮間帶的中部，表層沉積物顆粒較粗，對重金屬的吸附能力有一定程度的減弱。

由圖3-2可知，全As的含量在互花米草灘最高，其它依次為鹽蒿灘、蘆葦灘、青蛤光灘、泥螺光灘。As在有植被覆蓋的灘面的含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沒有植被覆蓋的灘面，與表層沉積物的粒度變化有相顯的正相關(guān)關(guān)系，即沉積物顆粒越細(xì)，As的含量多。這一方面說明沉積物的粒徑越細(xì)，對As的吸附能力越強(qiáng)。

由圖3-3可知，全Cd在不同灘面上的含量變化不大，但仍以互花米草灘為最高，其它依次為蘆葦灘、鹽蒿灘、泥螺光灘、青蛤光灘。有植被覆蓋的光灘的重金屬含量稍高于無植被覆蓋的光灘，這說明植物對Cd的吸附具有一定程度的影響。另一方面，沉積物的粒徑變化與Cd的含量變化的相關(guān)性也不是很大，具體原因有待進(jìn)一步研究。

由圖3-4可知，全Cr的含量以泥螺光灘為最高，其它依次為青蛤光灘、米草灘、鹽蒿灘和蘆葦灘。無植被覆蓋的光灘的含量明顯略高于有植被覆蓋的灘面。與研究區(qū)表層沉積物的粒徑變化呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這可能是由于Cr的來源主要以海上輸運為主，由于陸上各類經(jīng)濟(jì)活動帶來的含Cr污水隨水體流動進(jìn)入該區(qū)域。而受海水影響最弱的蘆葦灘其表層沉積物中Cr的含量最低。

由圖3-5可知， Cu的含量以互花米草灘為最高，其它依次為鹽蒿灘、蘆葦灘、青蛤光灘、泥螺光灘。有植被覆蓋的光灘的重金屬含量稍高于無植被覆蓋的光灘，這說明植物生長對Cd的吸附具有一定程度的影響。

由圖3-6可知，研究區(qū)表層沉積物中Pb的含量以互花米草灘為最高，其它依次為青蛤光灘、鹽蒿光灘、泥螺光灘、蘆葦光灘。青蛤光灘表層沉積物粒徑與Pb的含量呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即粒徑較粗。

由圖3-7、圖3-8可知，研究區(qū)表層沉積物中全Zn、全Ni的含量以互花米草灘為最高，其它依次為鹽蒿灘、蘆葦灘、泥螺光灘、青蛤光灘。其中，有植被覆蓋的灘面上其Zn、Ni的含量明顯高于無植被覆蓋的光灘。

圖3-1 不同灘面表層沉積物中Hg分布特征Fig. 3-1 Distribution of Hg in different sedimentary

圖3-2 不同灘面表層沉積物中全As分布特征Fig. 3-2 Distribution of As in different sedimentary

圖3-3 不同灘面表層沉積物中全Cd分布特征Fig. 3-3 Distribution of Cd in different sedimentary

圖3-4 不同灘面表層沉積物中全Cr分布特征Fig. 3-4 Distribution of Cr in different sedimentary

圖3-5 不同灘面表層沉積物中全Cu分布特征Fig. 3-5 Distribution of Cu in different sedimentary

圖3-6 不同灘面表層沉積物中全Pb分布特征Fig. 3-6 Distribution of Pb in different sedimentary

圖3-7 不同灘面表層沉積物中全Zn分布特征Fig. 3-7 Distribution of Zn in different sedimentary

圖3-8 不同灘面表層沉積物中全Ni分布特征Fig. 3-8 Distribution of Ni in different sedimentary

2.3 重金屬含量評價

表1給出了研究區(qū)各灘面表層沉積物中的重金屬含量均值。由表1可知，Hg、As、Cr、Pb、Zn的含量均低于國家Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，屬國家Ⅰ類沉積物。Cd為超Ⅱ類沉積物。在蘆葦灘、鹽蒿灘、米草灘的Cu含量為超Ⅱ類沉積物，泥螺光灘、青蛤光灘屬Ⅰ類沉積物。除Cd、Pb外，有植被覆蓋的灘面其表層沉積物中重金屬的含量均略大于無植被生長的光灘，這說明植物對重金屬的吸附、水體及沉積物的凈化均具有一定的功能。而就三種植被來看，互花米草灘中的沉積物對重金屬的吸附能力又高于蘆葦灘和鹽蒿灘。與1978年海域調(diào)查所獲得的背景值[8]相比，除Hg、As外，其它重金屬的含量均高于背景值。Hg的含量很低，屬國家Ⅰ類沉積物。除互花米草灘含量稍高于背景值外，其它均低于背景值，這說明互花米草的生長對Hg具有較強(qiáng)的吸附能力。

表1 鹽城原生濕地表層沉積物中重金屬含量（mg·kg-1）Tab. 1 Heavy metal concentration in sedimentary in Yancheng original wetlands (mg·kg-1)

3 結(jié) 論

a) 鹽城原生濕地生態(tài)系統(tǒng)的表層沉積物中，除Hg外，As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn元素的含量均高于1978-1979年江蘇省海岸帶與海域調(diào)查的背景值。與國家沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相比，Hg、As、Cr、Pb、Zn的含量均低于國家Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，屬國家Ⅰ類沉積物，Cd為超Ⅱ類沉積物。在蘆葦灘、鹽蒿灘、米草灘的Cu含量為超Ⅱ類沉積物，泥螺光灘、青蛤光灘屬Ⅰ類沉積物。

b) 由重金屬含量在5個灘面的分布特征可知，有植被覆蓋的互花米草灘、鹽蒿灘、蘆葦灘，其對重金屬的吸附能力明顯高于無植被覆蓋的泥螺光灘和青蛤光灘。而在有植被覆蓋的灘面上，又以互花米草灘中的重金屬元素含量為最高?？梢哉J(rèn)為，沉積物粒度特征、植被吸附能力、重金屬的元素特性、陸源輸入或海水輸運趨勢對表層沉積物中所研究的8種重金屬含量變化均具有一定程度的影響，并直接關(guān)系到重金屬在沉積物中的污染水平。但具體原因有待于進(jìn)一步驗證。

結(jié)合蘇北近年來的沿海經(jīng)濟(jì)開發(fā)和各種工業(yè)園區(qū)的興建，其因此而產(chǎn)生的工業(yè)污水如果處置不當(dāng)，水體輸運可能會把污水帶入江蘇鹽城國家級自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)，并通過生物富集效應(yīng)進(jìn)入植物、動物、微生物體內(nèi)。因此，僅僅是在核心區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁人類活動并不能保證整個生態(tài)系統(tǒng)的健康。而在核心區(qū)外圍的各類經(jīng)濟(jì)活動，尤其是近些年來的工業(yè)發(fā)展活動，如眾多濱海工業(yè)園區(qū)的興建和投產(chǎn)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)管理，對各類污染物需要進(jìn)行源頭控制，過程管理，而不是集中排海。

[1] 國家環(huán)保局自然生態(tài)保護(hù)司. 中國自然保護(hù)區(qū)名錄 [M]. 北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社. 1998.

[2] 劉希平, 王會, 陳亞芹. 水鳥珍禽戀鹽城 [J]. 人與生物圈, 1999,3: 3-6.

[3] 黃向青, 張順枝, 霍振海. 深圳大鵬灣、珠江口海水有害重金屬分布特征 [J]. 海洋湖沼通報, 2005, 4: 38-44.

[4] McManus J. Grain size determination and interpretation [A]. In:Techniques in Sedimentology [C]. Black Well, Oxford. 1988: 63-85.

[5] Frey B W, Basas P B. Coastal Salt Marshes [A]. In: Davies B A.(Ed.) Coastal Sedimentary Environments [M]. New York. Spring Verlag. 1985: 225-301.

[6] 周玳, 王曉蓉, 周愛和, 等. 互花米草及大米草對Hg富集的初步研究 [A].米草研究的進(jìn)展——22年來的研究成果論文集 [C].南京: 南京大學(xué)學(xué)報, 1985: 116-123.

[7] 王炳坤, 周愛和, 王曉蓉, 等. 大米草對137Cs、90Sr、115mCd和65Zn的積累分布 [A]. 米草研究的進(jìn)展——22年來的研究成果論文集 [C]. 南京: 南京大學(xué)學(xué)報, 1985 : 124-132.

[8] 江蘇省沿海海域及港河口污染調(diào)查監(jiān)測協(xié)作組. 江蘇省沿海海域及港河口污染調(diào)查監(jiān)測總結(jié)報告(1978-1979) [R]. 1979.

[9] 夏增祿. 土壤元素背景值及其研究方法 [M]. 北京: 氣象出版社.1987.

Distribution characteristics of heavy metals in surface sediments in original salt marshes in Yancheng, Jiangsu Province, China

ZUO Ping1,2, ZHAO Shan-dao1,2, ZHAO Xue-qin1, TENG Hou-feng1,2, GENG Jin-ju3, GAO Xiang1
（1. School of Geographic and Oceanographic Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China;2. Key Laboratory of Coast and Island Development of Ministry of Education, Nanjing University, Nanjing, 210093, China;3. State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, Nanjing University, Nanjing, 210093 China）

The core area in Jiangsu Yancheng National Nature Reserve belongs to one of the last original salt marshes,with perfect succession of Phragmite ausralis wetland, Suaeda glauca wetland, Spartina alterniflora wetland, Bullacta exarata wetland and Mactra veneriformis Reeve wetland from the land to the sea. The contents of mercury, arsenic,cadmium, chromium, copper, lead, zinc, nickel were measured in the core area. The average contents of these metals showed that the contents of all the metals had exceeded that background values in the coastal zone of Jiangsu Province except mercury. The contents of mercury, arsenic, chromium, lead, copper belonged to the first class of sediments,while the contents of cadmium belonged to the second class comparing to the Sediments of National Standards. The absorption capacity of heavy metals in vegetated wetlands with reed, Suaeda glauca and Spartina alterniflora was higher than that in non-vegetated wetlands with high density of macrobenthos, especially Bullacta exarata and Mactra veneriformis Reeve. Spartina alterniflora wetland had the strong absorption capacity of heavy metals than other vegetated wetlands in the core area. Results showed that anthropogenic activities had been threatening the ecosystem health in the core area with food chain transferring from water, sediments to plants, animals and microorganism. Thus,there is an urgent need of sewerage treatment before discharging to the Yellow Sea in those surrounding areas of the Reserve.

Salt marshes; Surface sediments; Distribution characteristics; Yancheng; Jiangsu Province

P736.21+1

A

1001-6932(2010)04-0372-06

2009-03-17；

2009-12-02

UNDP/GEF YSLME資助項目（I-8-prc-smallgrant-2142）；國家自然科學(xué)基金資助項目（40606025）；國家海洋局908專項資助項目（(908-ZC-Ⅱ-03；908-01-ZH3)）

左平（1975—），女，山東臨沂人，博士，講師，主要從事海洋生態(tài)學(xué)方面的研究。電子郵箱：zuoping@nju.edu.cn