菜子湖濕地土壤THg和TZn含量與污染分析

王雪峰

摘要：為了研究菜子湖附近土壤中THg和TZn的污染生態(tài)風(fēng)險以及其與pH、土壤SOM的相關(guān)性分析，本研究采用地積累指數(shù)法、單因子指數(shù)法等方法分析菜子湖周圍八個村莊的土壤THg和TZn污染程度，并進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)土壤THg均值含量與CK組均值含量均無顯著性差異，土壤TZn均值含量與CK組相比有顯著差異。八個村莊土壤THg單因子污染指數(shù)和土壤TZn單因子污染指數(shù)均呈無污染。八個村莊的土壤THg含量均沒超過土壤背景值，但土壤TZn含量有部分超過土壤背景值。本研究表明八個村莊土壤TZn和土壤THg存在一定程度的累積，土壤中THg積累較多，TZn積累較少。菜子湖的土壤THg和TZn的之間相關(guān)性較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：重金屬;菜子湖;地積累指數(shù);單因子污染指數(shù)

引言：

重金屬是環(huán)境當(dāng)中較為常見的一種污染物質(zhì)，它具有對人體健康危害嚴(yán)重、擴(kuò)散范圍較廣、持續(xù)時間較長、污染隱蔽性較高、很難被自然降解等特點[1]。重金屬污染是指由重金屬和其化合物造成的環(huán)境污染，主要是由排放廢氣或污水、開采礦產(chǎn)和使用含重金屬的化合物等人為因素所致[2]。重金屬污染已經(jīng)給人們的日常生活帶來了嚴(yán)重的影響[3]。菜子湖是位于長江中下游，是典型的通江淺水湖泊，菜子湖周邊形成的濕地在氣候調(diào)節(jié)、洪水調(diào)蓄、水土保持等方面的影響顯著，對人與自然的可持續(xù)發(fā)展、社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展意義重大[4]，并吸引了眾多的侯鳥和留鳥在此棲息。引江濟(jì)淮工程是一項以工業(yè)和城市供水為主，兼有農(nóng)業(yè)灌溉補(bǔ)水、生態(tài)環(huán)境改善和發(fā)展江淮航運等綜合效益的大型跨流域調(diào)水工程[5]，該工程解決了地區(qū)之間的水資源分配不均，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益等。但是由于引江濟(jì)淮工程的實施，通過菜子湖進(jìn)行引長江水，使得菜子湖水位季節(jié)性升高與下降，原有的濕地生態(tài)格局遭到破壞，濕地退化。濕地是人類重要的資源之一，是具有較高生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)。在運行輸水工程后，菜子湖濕地將產(chǎn)生不可避免的破壞和損失，湖泊水生態(tài)系統(tǒng)有退化趨勢，如水生植被覆蓋度顯著下降，鳥類多樣性減少等等。為了避免因為引江濟(jì)淮工程對菜子湖造成的生態(tài)環(huán)境問題，有必要對菜子湖周圍的濕地進(jìn)行退耕還濕。本研究通過調(diào)查和測定，研究該菜子湖土壤汞（Mercury，Hg）和鋅（Zinc，Zn）的含量和污染程度，探討菜子湖周邊土壤是否適合退耕還濕進(jìn)行分析，研究為菜子湖濕地生態(tài)恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

菜子湖濕地是組成沿江濕地的重要部分，跨越桐城縣、樅陽縣兩縣，其水域兩縣基本被平分，地理位置為東經(jīng)117°01′～117°10′，北緯30°45′～30°56′，平均的海拔高度為9.1m。菜子湖一年四季分明，氣候條件適宜，處于北亞熱帶濕潤氣候區(qū)，全年的平均氣溫約為16.5℃，主導(dǎo)風(fēng)向為東北風(fēng)，在夏季為西南風(fēng)，其他季節(jié)均為東北風(fēng)，年平均風(fēng)速約為1.6～5.0 m/s。水面是由3個湖區(qū)組成的，3個湖區(qū)分別是：菜子湖，白兔湖以及嬉子湖。菜子湖是安徽省省級安慶沿江水禽自然保護(hù)區(qū)生物多樣性最為豐富的區(qū)域，濕地占地面積為26.9平方公里，其中菜子湖的湖泊面積為21.56平方公里，占濕地面積的73.6%，也是內(nèi)陡湖泊中黑腹濱鷸的重要遷徒和越冬地。濕地土壤是生態(tài)系統(tǒng)中重要的構(gòu)成部分，對保持區(qū)域生態(tài)平衡有著至關(guān)重要的作用。周邊形成的濕地，吸引了白頭鶴、東方白鸛等眾多侯鳥和留鳥在此棲息，符合國際重要濕地的標(biāo)準(zhǔn)，被世界自然基金會列為長江中下游3處最重要的濕地區(qū)域之一。

1.2 樣品的采集與測定

1.2.1 采樣和處理

在菜子湖周圍雙興村、小楊村、先讓村、趙莊村、黃盆村、瓦竹村、獅莊村、陡潭村各設(shè)置3個采用點，每個采樣點進(jìn)行3次采樣。在地勢較高、沒有人為活動干擾的樹林設(shè)置對照組（CK組），進(jìn)行相同的操作，總共是81份土壤樣品。對這八個村農(nóng)田耕地進(jìn)行采樣，用干凈的鏟子采樣20cm深度的土壤，每份采取1000g，將采取的樣品裝入雙層聚乙烯塑料袋中，封好且做好標(biāo)記，避免混亂。帶回實驗室后及時處理土壤中的雜質(zhì)，將土壤碾碎，篩好后放在陰涼處密封低溫保存。

1.2.2 土壤指標(biāo)含量的測定

土壤中THg、TZn的測定參照《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（NY /T 395-2000），將水樣進(jìn)行過濾后，酸堿度（pH值）采用玻璃電極法進(jìn)行測定。土壤THg采用冷原子吸收分光光度法進(jìn)行測定，取部分采樣土壤經(jīng)過瑪瑙研缽研磨，過100目網(wǎng)篩后，用鹽酸與硝酸混合液（體積1∶1）體系使用水浴法消解土壤樣品，通過原子熒光光度計（AFS）測定土壤THg元素的含量。在聚四氟乙烯鍋內(nèi)用鹽酸—硝酸—氫氟酸—高氯酸進(jìn)行全分解，再使用火焰原子吸收分光光度法測定土壤TZn元素的含量。再取部分土壤經(jīng)過瑪瑙研缽研磨，過60目篩后采用重鉻酸鉀氧化-油浴加熱法（容量法）測定土壤有機(jī)質(zhì)含量（Soil organic matter，SOM）。

1.3 數(shù)據(jù)處理與評價

1.3.1 地積累指數(shù)計算

地積累指數(shù)法（Muller指數(shù)）是由Muller在1969年提出，用于研究沉積物中重金屬污染的定量指標(biāo)，被廣泛地應(yīng)用于土壤重金屬污染評價，其計算公式如下：

式中：IGeo是地積累指數(shù);Cn為樣品中元素n的實測含量（mg/kg）;BEn為該元素背景值（mg/kg），安徽省江淮流域土壤背景值分別是為THg 0.014 mg/kg，TZn 53.2mg/kg，常量1.5是轉(zhuǎn)換系數(shù)（為消除各地巖石差異可能引起背景值的變動）。IGeo分級和污染程度見下表1。

1.3.2 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法評價可以用來確定單一重金屬污染物以及危害程度的方法。即以重金屬含量實測值和土壤污染風(fēng)險篩選值相比除去量綱來計算污染指數(shù)，其計算公式為：

Pi=Ci s/Ci n

式中：為單因子污染指數(shù)，為重金屬含量實測值，為《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-2018）中的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值，根據(jù)土壤不同的pH值，的值也不同（表2）。

土壤重金屬污染狀況按單項污染指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)如下表3所示。

1.3.3 統(tǒng)計學(xué)分析

測得的結(jié)果應(yīng)用于軟件SPSS19.0以及Excel表格進(jìn)行相關(guān)的差異顯著性和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

各個村莊的pH值都在7.0以下。其中趙莊村、黃盆村的pH值不到6.0，分別是5.4、5.6;雙興村、先讓村、小楊村、瓦竹村、獅莊村、陡潭村的pH值在6和7之間，分別是6.7、6.4、6.1、6.6、6.3、6.3。

2.1 不同村莊土壤THg含量分析

對8個村莊的3個采樣點分別進(jìn)行3次平行實驗得出均值（表4），由表4，土壤THg均值含量最高的是雙興村，均值含量最低的是瓦竹村。雙興村和先讓村土壤THg含量均值是0.68mg/kg、0.67mg/kg，高于CK組（CK組土壤THg含量0.39mg/kg）;小楊村、趙莊村、黃盆村、瓦竹村、獅莊村、陡潭村的土壤THg均值含量分別是0.28mg/kg、0.17mg/kg、0.16mg/kg、0.15mg/kg、0.25mg/kg、0.19mg/kg，均低于CK組。先讓村不同采樣點THg含量差異最大，該村最高含量是最低含量的10.26倍。黃盆村不同采樣點THg含量差異最小，該村最高含量是最低含量的1.16倍。八個村莊土壤THg含量與CK組比較，均無顯著差異（P>0.05）。

2.2 不同村莊土壤TZn含量分析

8個村莊土壤TZn均值含量從高到低順序依次是獅莊村>瓦竹村>先讓村>黃盆村>趙莊村>小楊莊>雙興村>陡潭村，分別高于CK組90.21mg/kg、85.22mg/kg、84.62mg/kg、69.51mg/kg、62.23mg/kg、61.38mg/kg、58.38mg/kg和54.76mg/kg，8個村莊與CK組均具有極顯著性差異（P<0.01），說明8個村莊土壤TZn含量均受到人類活動的影響。小楊莊不同采樣點土壤TZn含量差異最大，變化范圍在42.45mg/kg-140.88mg/kg之間。

2.3 不同村莊土壤SOM含量分析

各村莊的土壤SOM含量均比CK組大。雙興村、先讓村、趙莊村、瓦竹村的土壤SOM含量是2.14mg/kg、1.98mg/kg、2.48mg/kg、1.85mg/kg，與CK組相比呈極顯著性差異（P<0.01）;小楊村、黃盆村的土壤SOM含量是2.10mg/kg、2.39mg/kg，與CK組相比呈顯著性差異（P<0.05）;陡潭村的土壤SOM含量是1.78mg/kg，與CK組相比，沒有顯著性差異（P>0.05）。

2.4 不同村莊土壤THg單因子污染指數(shù)和地積累指數(shù)分析

雙興村、先讓村、小楊莊、趙莊村、黃盆村、瓦竹村、獅莊村、陡潭村和CK組的THg含量分別是GB 15618-2018標(biāo)準(zhǔn)的0.2847、0.371、0.158、0.1342、0.0877、0.064、0.1364、0.108和0.1611倍，以單因子污染指數(shù)法評價可知八個村莊和CK組均無污染。雙興村、先讓村、小楊莊、趙莊村、黃盆村、瓦竹村、獅莊村、陡潭村THg含量分別是土壤背景值的48.57、47.86、20.00、12.14、11.43、10.71、17.86、13.57、27.86倍。可見八個村THg均超過土壤自然容量，在人為活動下具有一定的積累性。

八個村莊土壤THg的地積累指數(shù)：瓦竹村的地積累指數(shù)是2.8786，屬于中污染與重污染之間;小楊村、趙莊村、獅莊村、陡潭村的地積累指數(shù)分別是3.7595、3.0539、3.5476和3.2109，屬于重污染;先讓村的地積累指數(shù)是4.9909，屬于重污染與極重污染之間;雙興村的地積累指數(shù)是5.0241，屬于極重污染。

2.5 不同村莊土壤TZn單因子污染指數(shù)和地積累指數(shù)分析

CK組TZn含量比GB 15618-2018中的Zn的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值標(biāo)準(zhǔn)低212.19mg/kg，比江淮流域土壤背景值低15.39mg/kg。雙興村、先讓村、小楊莊、趙莊村、黃盆村、瓦竹村、獅莊村和陡潭村的TZn含量分別是GB15618—2018標(biāo)準(zhǔn)的0.38、0.61、0.50、0.50、0.54、0.50、0.64和0.46倍，以單因子污染指數(shù)法評價可知八個村莊和CK組均無污染。雙興村、先讓村、小楊莊、趙莊村、黃盆村、瓦竹村、獅莊村、陡潭村TZn含量分別是土壤背景值的1.81、2.30、1.86、1.88、2.02、2.31、2.41、1.74和0.71倍，可見八個村TZn均超過土壤自然容量，在人為活動下具有一定的積累性。

八個村莊土壤TZn地積累指數(shù)依次分別為0.27、0.62、0.31、0.33、0.43、0.62、0.68、0.21，均介于無污染與中污染之間。

3討論

雙興村、先讓村、小楊村、趙莊村、黃盆村、瓦竹村、獅莊村、陡潭村土壤THg平均含量超過了土壤背景值，地積累指數(shù)法評價顯示八個村莊土壤THg呈中污染-極重污染，但單因子污染指數(shù)法評價八個村莊土壤THg均呈無污染。除了陡潭村，雙興村、先讓村、小楊莊、趙莊村、黃盆村、瓦竹村、獅莊村的TZn含量平均含量超過了土壤背景值。單因子污染指數(shù)法評價可知八個村莊和CK組均無污染。積累指數(shù)法評價顯示八個村莊土壤TZn均介于無污染與中污染之間。常用的單因子指數(shù)法無法直觀反映綜合污染狀況[11]。研究發(fā)現(xiàn)重金屬來源是自然來源和人為活動因素共同所致。自然變化包括土壤中其它化學(xué)成分、pH值、SOM、生物成分及土壤質(zhì)地、地形水文等因素，可知這些因素起到了一定的作用。經(jīng)調(diào)查，菜子湖周圍的八個村莊沒有Hg、Zn污染企業(yè)，長期耕種，長期施加農(nóng)藥和化肥也會帶來一些積累，如硫酸鉀型復(fù)合肥、氮肥（Zn含量較高）、磷肥（Hg含量較高）。

前人研究表明，pH、有機(jī)質(zhì)和土壤粒徑等土壤理化因子會對土壤重金屬的含量產(chǎn)生影響。一般相關(guān)性分析可以用來推測重金屬元素間的來源是否相同。本研究對各村莊土壤TZn、THg含量與pH值、SOM進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)r顯示：

雙興村的土壤THg含量與SOM、pH呈正相關(guān)，相關(guān)性一般;土壤TZn含量與SOM、pH呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性一般;土壤THg含量與土壤TZn的相關(guān)性系數(shù)為0.770，說明土壤TZn和THg具有較強(qiáng)相關(guān)性。先讓村的土壤THg含量與SOM、pH值呈負(fù)相關(guān)，與SOM相關(guān)性緊密，與pH值關(guān)系一般;土壤TZn含量與SOM、pH值呈正相關(guān)，相關(guān)性一般;與土壤TZn的相關(guān)性系數(shù)為0.338，說明土壤中TZn和THg相關(guān)性一般。小楊村的土壤THg含量與SOM呈負(fù)相關(guān)，與pH值呈正相關(guān)，相關(guān)性一般;土壤TZn含量與SOM呈正相關(guān)，與pH值呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性一般;與土壤TZn的相關(guān)性系數(shù)為0.984，說明土壤中TZn和THg相關(guān)性強(qiáng)。趙莊村的土壤THg含量與SOM呈正相關(guān)，與pH值呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性一般;土壤TZn含量與SOM呈正相關(guān)，與pH值呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性一般;與土壤TZn的相關(guān)性系數(shù)為0.324，說明土壤中TZn和THg相關(guān)性一般。黃盆村的土壤THg含量與SOM、pH值呈正相關(guān)，相關(guān)性一般;土壤TZn含量與SOM、pH值呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性強(qiáng);與土壤TZn的相關(guān)性系數(shù)為0.345，說明土壤中TZn和THg相關(guān)性一般。瓦竹村的土壤THg含量與SOM呈負(fù)相關(guān)，與pH值呈正相關(guān)，相關(guān)性一般;土壤TZn含量與SOM呈正相關(guān)，與pH值呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性一般;與土壤TZn的相關(guān)性系數(shù)為0.205，說明土壤中TZn和THg相關(guān)性一般。獅莊村的土壤THg含量與SOM、pH值呈正相關(guān)，相關(guān)性一般;土壤TZn含量與SOM、pH值呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性一般;與土壤TZn的相關(guān)性系數(shù)為0.563，說明土壤中TZn和THg相關(guān)性中等。陡潭村的土壤THg含量與SOM、pH值呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性一般;土壤TZn含量與SOM、pH值呈正相關(guān)，與SOM相關(guān)性強(qiáng)，與pH值相關(guān)性一般;與土壤TZn的相關(guān)性系數(shù)為0.418，說明土壤中TZn和THg中等相關(guān)。

重金屬元素間的相關(guān)關(guān)系在一定程度上反映著幾種重金屬的同源性與差異性，說明雙興村、小楊村土壤Hg和Zn來源可能相同。

4結(jié)論

由于不同類型的耕地施加農(nóng)藥（化肥）產(chǎn)品與施加量不同，導(dǎo)致農(nóng)藥化肥中THg和TZn在土壤中分布和積累不一樣。

單因子指數(shù)評價法表明八個村莊土壤TZn和土壤THg存在一定程度的累積。

地積累指數(shù)表明不同村莊土壤THg呈中度-極重污染，土壤TZn介于無污染與中污染之間。說明八個村莊土壤中THg積累較多，TZn積累較少。

pH值與土壤THg和TZn含量大小影響土壤TPb和THg的遷移和累積。SOM與TPb和THg含量一般呈正相關(guān)。菜子湖周圍土壤THg和TZn之間相關(guān)性較強(qiáng)。

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