喀斯特地區貴陽花溪河水生生態系統中汞分布調查研究

趙宇中，趙海兵，吳國坪，郭 云

（1.貴州民族大學 化學與環境科學學院，貴州 貴陽550025；2.貴州師范大學 地理與環境科學學院，貴州 貴陽550001；3.貴陽市兩湖一庫環境保護監測站，貴州 貴陽551400）

1 引言

汞是一種劇毒的微量重金屬，是目前造成水體污染的一類有毒物質，引起越來越廣泛的關注［1，2］。在水生生態系統中，汞在水體中的含量很低，但可以通過水生生物食物的攝取、吸附、吸收等途徑進入生物體內進行富集，最終通過水產品轉移到人體內，損害細胞內酶系統蛋白質巰基，損傷人體的神經系統以及引起胎兒發育畸形、降低人體素質等多方面、多層次的后果，嚴重危害人類的健康［3］。

花溪河位于喀斯特地區的貴陽市郊，貫穿有“云貴高原明珠”美譽的花溪風景區，該河流水質清澈，水生植物豐富，保持較好的水生生態［4］。2009年12月4日，以花溪河十里河灘為主體的濕地公園被國家住房和城鄉建設部批準為國家級城市濕地公園?；ㄏ硬粌H是貴陽市的風景名勝區，也是貴陽市重要的生活飲用水源地和農業灌溉用水源。由于旅游經濟的發展和城鎮規模的擴大，如何防治水體污染和保護環境成為重要的關注點。

本研究以花溪景區的花溪河段的水體為研究對象。對水生生態系統中不同介質（水、底泥、水生生物）的重金屬汞的分布、遷移進行了系統的調查研究，以期對花溪河水重金屬汞污染的情況有所了解，為花溪河水質的改善提供基礎性的科學依據，以更好地保護花溪河，發揮濕地的生態保護功能。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

2011年5月，在花溪河花溪景區河段從上游往下，依次設置花溪水庫、平橋、牛角島、董家堰、中曹司5個取樣點（圖1）。采樣點情況如下：花溪水庫至平橋段有生活飲用水水源取水口；牛角島附近為城鎮生活區；牛角島至董家堰河段建有人工濕地系統；中曹司為花溪十里河灘末端。不同介質選取水體、底泥、水生植物、水生動物4種介質。水樣采集于水體表面下0.5m處，底泥采用抓斗式采樣器進行采集。水生植物選取花溪河水生植物群落中優勢種——苦草［5］（Vallisneriaspiralis）為研究對象。水生動物采集花溪河水中常見的鯽魚種［6］（Carassiusauratus）為研究對象。

2.2 樣品的制備與分析

水樣：取80mL水樣于100mL容量瓶中，加入5mL優級純濃硝酸，用去離子水定容至100mL，用AF－640A型原子熒光光譜儀測定總汞含量［7，8］；底泥、苦草：將剛采集的淤泥、苦草剔除動植物殘體、碎石等雜質，自然風干、研磨。將稱取好的樣品加入王水消解液后消解35min，用（1＋95）的鹽酸溶液轉移至50mL容量瓶，搖勻，放置澄清后，用DMA－80自動測汞儀進行測定［9］；鯽魚樣：將剛采集來的鯽魚樣去鱗、去皮，去骨，取其背脊肌肉部位，均漿，盛在表面皿上，放入烘箱中加熱干燥，升溫至60℃后保持恒溫48h，待樣品完全干燥后取出，粉碎，加酸處理后，直接用自動測汞儀進行測定［10］。

3 結果與分析

3.1 花溪河不同介質中汞含量分布情況

圖1 采樣點示意圖

根據檢測數據（圖2）結合國家地表水環境質量標準（GB3838－2002）基本項目標準限值可知：花溪水庫中水體的汞含量未測出，花溪河平橋水體中的汞含量為0.037μg/L，達到Ⅰ類水標準，符合國家飲用水的質量標準；牛角島水體中的汞含量是0.486μg/L，在Ⅲ類—Ⅳ類水標準之間，汞含量超標，可能是由于該地段處于城鎮居民生活區，生活污水的大量排放和煤的燃燒而造成汞污染；水體經過生態濕地后的董家堰段、中曹司段汞含量分別為0.065μg/L和0.046μg/L，在Ⅱ類—Ⅲ類水標準之間，汞含量明顯比上游牛角島的水的汞含量低，可能是由于水體的自凈作用和生物的富集作用產生的效果。

圖2 花溪河各采樣點水體總汞含量分布情況

在對花溪河水體中其他介質汞含量進行檢測時發現（圖3）：底泥、苦草、鯽魚介質中汞含量趨勢與水體中汞含量較為符合。在花溪水庫、平橋段水、淤泥、鯽魚以及苦草中總汞的含量極低，在牛角島段，水、淤泥、鯽魚以及苦草的汞含量都呈現最大值，表明汞污染比花溪河其他段嚴重。底泥中汞含量：花溪水庫和平橋的底泥中汞含量都比較低，低于國家土壤環境質量標準值的一級范圍；而牛角島、董家堰和中曹司段的淤泥中汞含量處在土壤環境質量的一級至二級之間。水生植物苦草的汞含量較低，平均值為0.011μg/g。牛角島至中曹司河段鯽魚的總汞含量較高，說明汞在鯽魚體內出現富集，但低于國家鮮、凍動物性水產品衛生標準（GB2733－2006）的0.5μg/g，處于可食用范圍。

圖3 花溪河各采樣點不同介質總汞含量分布情況

3.2 汞在水生生態系統中的富集情況

汞在自然環境下會出現遷移和富集現象。汞在土壤—植物—動物之間的遷移構成了汞生物地球化學過程的重要組成部分［11］。汞在不同環境要素中的傳遞與累積，通常采用“富集系數”來表示。我們對花溪河生態系統中的汞富集情況進行了進一步的分析。結果發現（表1），花溪水庫水體中未能檢測出總汞含量，富集系數無法計算。但是汞仍在底泥和生物體中出現富集，富集量較低。這與前人研究結果一致：即使在沒有汞污染的情況下，汞在生物體內仍然出現富集［12］。底泥是由有機腐生質、微生物群等構成，對汞具有較好的富集作用。我們的結果發現底泥的富集作用要大于苦草。

表1 花溪河中重金屬汞富集情況

鯽魚對于汞的富集系數最高，前人研究認為：水生動物對于水中汞的濃縮系數很高，而且一般隨著動物營養級位置的升高，濃縮系數也隨著升高［13］。水生植物苦草對水體中的汞也具有較強的富集作用。汞通過食物鏈，在水生生態系統中進行富集，也說明汞的污染對水生生態系統的影響將是廣泛的［14］。

4 結論與討論

從汞污染的源頭來分析，貴州屬于煤炭型污染嚴重的地區之一，汞在煤炭中是屬于微量元素，在燃燒的過程中會產生遷移轉化，對環境產生污染［15］。煤炭是貴陽的主要能源，在燃燒過程中大部分以煙塵等形式進入大氣，隨后隨液相、固相沉降地面，進入水體和土壤等對環境產生污染［16］。化肥和農藥的大量使用，也大大增加了汞污染的程度。我們的研究結果顯示：

（1）水樣、底泥、水生植物、水生動物中的汞含量明顯有差異。其中底泥（平均值為0.141μg/g）＞鯽魚（平均值為0.109μg/g）＞苦草（平均值為0.011μg/g）。進入水體后的汞不易被降解，隨著時間的累積，被無機和有機物質吸附的粒子態汞會逐漸凝聚為大的顆粒沉降到水底，進入沉積物，使沉積物中汞的濃度偏高［17］。采集的鯽魚大小和體形相同，所以不考慮體重與肌肉中汞含量的相關性。鯽魚是一種雜食性的魚類，在該河流水生生態系統中處于食物鏈的末端。食物來源豐富，具有較快的生長速度。研究表明：汞通過活化、厭氧微生物甲基化、食物鏈的吸收傳遞和逐級放大，最后在高營養層次魚類和捕食動物體內富集，即使是在環境極低劑量的汞暴露條件下，魚類等高營養層次生物體內仍可能出現很高的汞污染。

（2）同一河流的不同地段的汞含量存在差異。水體的汞分布情況是經過牛角島后，汞含量增加，這可能是由于居民區污水的排放和煤的燃燒引起的。在牛角島采樣過程中發現周圍附近有污水排水口和垃圾傾倒的現象，這也可能是造成汞污染的主要原因。

濕地是一種獨特的生態系統，它地處水陸交錯帶，具有降解污染物等功能。我們的研究結果發現，經過牛角島至董家堰地段的濕地后，水體中汞含量顯著降低，濕地系統能吸收大氣沉降和地表徑流的汞，成為汞的“匯”［18］。同時水體的自凈作用和生物的富集作用也會引起水體中汞濃度的下降［19］。底泥、苦草和鯽魚體內的汞含量在經過濕地后也出現下降趨勢。濕地系統既能治理汞污染的“匯”，同時也可能成為汞污染的“源”。需要及時進行監控和治理，防止水體二次污染。

總之，從本研究結果情況來看花溪河在花溪景區段中的花溪水庫至花溪平橋段水質達到I級標準。居民區附近的牛角島采樣點還是出現汞污染情況，需對污染源進行嚴格地控制和監控，對污水排放和生活垃圾的丟棄引起的污染需引起高度重視，防止對下游河段造成污染。

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