大慶龍鳳濕地土壤重金屬空間分布特征

陳雪龍，齊艷萍，2，吳海燕，王忠偉，郭 麗

（1.黑龍江八一農墾大學 動物科技學院，黑龍江 大慶163319；2.農業部 農產加工品質量監督檢驗測試中心（大慶），黑龍江 大慶163319）

濕地作為地球上水陸交互作用形成的獨特生態系統，是生物的重要生存環境，也是生物多樣性最為豐富的生態景觀之一，在水土保持、污染控制等方面有著其他生態系統難以替代的重要作用［1］。

近年來，隨著地方經濟的快速發展，工農業以及日常生活造成的重金屬污染物逐漸增多，大量污染物匯集于濕地內，使得濕地面臨著嚴重的重金屬污染的威脅［2］。重金屬污染已成為濕地環境中主要的污染物之一，是典型的難降解、累積性的污染物，并且還可通過食物鏈的傳遞，對動植物產生危害并逐漸積累，在某些條件下可以轉變為金屬有機化合物而使得毒性增加，對濕地生態系統安全構成直接或潛在的危害［3］。重金屬在土壤中累積，不僅可以降低土壤生物活性、影響土壤理化性質、阻礙植物的生長，而且會進入食物鏈直接或間接對人體健康造成威脅［4］。大慶龍鳳濕地是亞洲最大的城中濕地，因此，其生態環境對城市影響較為顯著，但目前尚未對龍鳳濕地土壤重金屬空間分布進行過研究，為此，本文以龍鳳濕地土壤為研究對象，對濕地土壤中的Cu，Cr，Cd，Zn，Pb和As六種典型重金屬元素含量和空間分布特征進行分析，以期為龍鳳濕地的生態環境保護提供基礎資料和決策依據。

1 研究區概況

大慶龍鳳濕地自然保護區（下文簡稱龍鳳濕地）位于大慶龍鳳區境內東南面，距離市中心僅8 k m，是一處位于城區中的濕地，屬于扎龍濕地邊緣地區。地理坐 標 為 東 經 125°07′—125°15′，北 緯 46°28′—46°32′，總面積5 050.39 h m2，處于中緯度地帶，屬溫帶大陸性季風氣候區，四季明顯，溫差較大。年平均氣溫4.5℃，極端最高氣溫39.8℃，極端最低氣溫－39.2℃。年均4月中下旬解凍開泡，11月上旬結冰，無霜期149 d，結冰期176 d。年平均降水量為435 mm。保護區內地勢低洼平坦，泡沼相間，自然坡降小于千分之一。土壤由草甸土和沼澤土組成，其中沼澤土是其主要的土壤類型，分布面積約占自然保護區總面積的80%左右。濕地內的植被主要是沼澤植被，包括蘆葦群落、菖蒲群落、堿蓬堿蒿群落和星星草群落。蘆葦群落覆蓋度一般為40%～90%，高度1.5～2.5 m；菖蒲群落覆蓋度一般為60%～90%，高度50～80 c m；堿蓬堿蒿群落覆蓋度一般為40%～60%，高度30～50 c m；星星草群落覆蓋度一般為30%～80%，高度30～70 c m。

2 樣品采集與測定

2.1 土壤樣品采集

于2011年夏季在龍鳳濕地內采集土壤樣品，采樣過程中，采用塑料小鏟作為工具，避免使用金屬器具帶來的交叉污染。根據龍鳳濕地保護區的特點，將其劃分為4個采樣區（編號為1—4），每個樣區隨機選擇5個采樣點（編號為a—e），每個樣點均按照表層（0—10 c m）、次表層（10—20 c m）、中層（20—40 c m）和深層（40—60 c m）4個層次進行土樣的采集，共采集土壤樣品80個（圖1）。其后將土壤樣品自然風干后，磨碎、過篩，進行土壤重金屬含量測定。

圖1 采樣點分布圖

2.2 土壤重金屬含量測定

采用原子吸收分光光度法測定土壤中Cu，Cr，Cd，Zn，Pb、As六種重金屬元素的含量［5］。

2.3 數據的統計分析

利用Microsoft Excel和SPSS 13.0數據統計軟件對數據進行分析處理。

3 結果與分析

3.1 表層土壤（0－10 c m）重金屬含量特征

龍鳳濕地表層土壤Cu含量為15.46～12.76 mg／kg、Cr含量68.45～97.96 mg／kg、Cd含量0.046～0.082 mg／kg、Zn含量為49.78～63.55 mg／kg、Pb含量為13.22～17.02 mg／kg、As含量為6.12～8.14 mg／kg，在水平分布上變化較大，即使是同種元素在不同樣區、不同樣點的含量變化幅度也很大（表1），其中樣區1和樣區4表土層土壤各種重金屬含量稍低，恰好這兩個樣區距離人為活動地點較遠，這也可以說明人為活動對濕地土壤重金屬的累積程度影響較大。

中國幅員遼闊，各地土壤環境本底值并不一致［6］，通過表1與表2的對比分析可知，龍鳳濕地土壤表土層Cu，Cd，Zn，Pb和As含量均低于全國土壤環境背景值，只有Cr高于全國土壤環境背景值。由于大慶位于松嫩平原中部，如果以低于全國土壤環境背景值的松嫩平原全區域土壤重金屬含量平均值作為背景值，則龍鳳濕地土壤表土層Cu，Cd，Pb和As含量均較低，而Cr和Zn含量稍高于背景值，這一方面說明龍鳳濕地除了Cr和Zn外并沒有明顯的重金屬的累積，另一方面也說明，由于松嫩平原地域廣闊，土壤類型分布復雜，單純用某一區域的環境背景值的平均值來評價部分土壤重金屬的污染水平并不符合實際。

根據國家《土壤環境質量標準》（GB15618-1995）的規定，土壤環境質量共分三類，其中第一類主要適用于國家規定的自然保護區（原有背景重金屬含量高達到除外）、集中式生活飲用水源地、茶園、牧場和其他保護地區的土壤、土壤質量基本上保持自然背景水平。一類土壤環境質量執行一級標準，其中Cu≤35 mg／kg、Cr≤90 mg／kg、Cd≤0.20 mg／kg、Zn≤100 mg／kg、Pb≤35 mg／kg、As≤15 mg／kg。依據此標準中的規定，龍鳳濕地土壤中除Cr含量稍高外，Cu，Cd，Zn，Pb和As含量均符合一級土壤環境質量標準，而且濕地的四個樣區的表土層20個隨機樣點中，有8個樣點的Cr出現了不同程度的超標，超標率為40%。所有重金屬，包括Cr在內，均符合國家二級土壤環境質量標準，說明土壤重金屬含量未對環境和植物造成危害和污染，環境狀況良好。

表1 表層土壤（0－10 c m）重金屬含量特征 mg／kg

表2 全國、松嫩平原重金屬含量背景值 mg／kg

3.2 剖面土壤（0－60 c m）重金屬含量特征

龍鳳濕地土壤中重金屬元素的垂直剖面分布特征見表3。統計結果顯示，Cu，Cr，Cd和As的含量都隨著土層深度的增加逐漸減少，而Pb和Zn的含量在土壤剖面上的變化規律則是先增加后減少，這種隨土壤剖面發生的變化與區域內土壤本身的理化性質、成母土質、巖石風化及淋溶作用有著極大的關系［7－8］。隨著土層深度的增加，一方面Cu，Cr，Cd和As的含量在淋溶作用下會在剖面中產生遷移，因而導致其隨著土層深度的增加含量逐漸降低，另一方面由于人為活動、大氣沉降等原因，造成了這些元素的表層累積。對于Pb和Zn來說，在10—20 c m范圍內有聚集現象，主要是由于Pb和Zn發生了淋溶積累，這兩種元素在水分較多的厭氧環境中極易溶于水并向下淋溶，使得在10—20 c m的土層中形成累積，而后隨著土壤深度的增加其含量逐漸下降。這種現象產生的原因可能與濕地生態環境的特殊性、水體溫度及水體的擾動、循環方式促進重金屬的解析有一定的關系［9］。本研究結果與對北固山濕地的研究結果基本一致［10］，即在濕地土壤中的所有重金屬元素，無論是隨著土壤剖面的改變含量逐漸遞減的，還是含量先增加后減少的，都會在0—15 c m左右的土層中富集，因此，在濕地生態系統中，如果要清除重金屬污染而又不破壞或少破壞濕地原有生境，最可行的方法就是進行生態清淤［11］，而且清淤深度應該為15 c m左右。從整體來看，除Cr外，龍鳳濕地土壤不同深度的Cu，Cd，Zn，Pb和As含量均在國家《土壤環境質量標準》（GB15618-1995）規定的一級標準值以下，可以判斷龍鳳濕地土壤基本沒有受到重金屬污染。盡管目前龍鳳濕地的環境狀況很好，但由于該地區位于城市中，周邊人為干擾較多，人類活動比較頻繁，因此應加大環境保護力度，以避免濕地環境污染及生態系統的破壞。

3.3 土壤重金屬之間的相關性

龍鳳濕地土壤重金屬元素之間的相關系數見表4。由表4可知，龍鳳濕地土壤Cu，Cd，Zn，Pb，As五種重金屬元素之間，除Cu和As間的的相關關系不顯著外，其余各重金屬元素之間均呈極顯著的正相關關系（p＜0.01）。土壤重金屬元素之間的顯著相關性說明在重金屬元素沉積的過程中，這些重金屬元素的運移情況、蓄積量及影響蓄積量的因素等具有相同的變化趨勢，還可以說明重金屬的來源可能相同［12］，因此，從Cu，Cd，Zn，Pb，As五種重金屬的相關性可以推測其來源有可能相同，且具有一定的共生組合性，其中Cd和Pb之間的相關性最高（相關系數為0.802），而Cu和Zn的相關性最小（相關系數為0.503）。重金屬元素之間的這種相關性也說明在自然條件下，重金屬元素之間具有極其密切的伴生性，并且這種伴生性會表現在土壤狀況較好的地區［13］。在所檢測的重金屬元素中，Cr只與Cu呈顯著正相關（p＜0.05），而與其他各重金屬元素之間均未表現出顯著的相關性，這說明Cr的來源與其他重金屬元素的來源不同，這是受到濕地周邊復雜環境及人為隨機因素的影響所致。

表3 土壤剖面（0－60 c m）重金屬含量 mg／kg

表4 土壤重金屬元素間的相關性

4 結論

（1）龍鳳濕地土壤表土層（0—10 c m）Cu，Cd，Pb和As含量均低于松嫩平原背景值，而Cr和Zn含量稍高于背景值，說明龍鳳濕地除了Cr和Zn外并沒有明顯的重金屬的累積。龍鳳濕地土壤中的重金屬含量基本符合一級土壤環境質量標準（GB15618—1995），只有Cr出現少量的超標，超標率為40%，因此土壤重金屬含量尚未對本地區環境和植物造成污染，環境狀況良好。

（2）龍鳳濕地土壤中，Cu，Cr，Cd和 As的含量都隨著土層深度的增加逐漸減少，而Pb和Zn的含量在土壤剖面上的變化規律則是先增加后減少，并且在0—15 c m左右的土層中富集，因此，要清除重金屬污染而又不破壞或少破壞濕地原有生境最可行的方法就是進行深度約15 c m的生態清淤。

（3）龍鳳濕地土壤Cu，Cd，Zn，Pb，As五種重金屬元素之間，除Cu和As間的的相關關系不顯著外，其余各重金屬元素之間均呈極顯著的正相關關系（p＜0.01），而Cr除與Cu呈顯著正相關（p＜0.05）外，與其他各重金屬元素之間均未表現出顯著的相關性。由此可推測Cu，Cd，Zn，Pb，As的來源有可能相同，具有一定的共生組合性，而Cr可能與其他重金屬元素的來源不同。

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