鄱陽湖南磯山濕地土壤重金屬含量及其形態(tài)分布規(guī)律

彭桂群，敖子強(qiáng)

（江西省科學(xué)院能源研究所，南昌 330029）

鄱陽湖南磯山濕地土壤重金屬含量及其形態(tài)分布規(guī)律

彭桂群，敖子強(qiáng)

（江西省科學(xué)院能源研究所，南昌 330029）

本文利用BCR四步提取法，對鄱陽湖南磯山三種典型濕地植被類型土壤樣品重金屬Cu、Pb和Zn的形態(tài)和總量進(jìn)行測定分析。結(jié)果表明，除Pb含量較少對土壤幾乎不構(gòu)成潛在生態(tài)風(fēng)險外，Cu和Zn兩種重金屬基本呈現(xiàn)表層＞中層＞底層的特征。殘渣態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)為鄱陽湖濕地土壤Cu、Zn和Pb的主要賦存形態(tài)，尤其是Zn大部分以殘渣態(tài)為主，其他兩種生物有效性態(tài)含量較少，表明鄱陽湖濕地土壤重金屬生態(tài)危害較小。

鄱陽湖；濕地土壤；重金屬；形態(tài)分析

濕地是陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡帶，是人類重要的自然資源，它在調(diào)節(jié)氣候、凈化水質(zhì)、保護(hù)生物多樣性和為人類提供生產(chǎn)、生活資源等方面發(fā)揮著重要作用。南磯山省級自然保護(hù)區(qū)位于新建縣境內(nèi)的鄱陽湖區(qū)，保護(hù)區(qū)總面積3.33萬hm2，核心區(qū)2 000 hm2，是至今為止鄱陽湖區(qū)內(nèi)面積最大的自然保護(hù)區(qū)（面積超過鄱陽湖國家級自然保護(hù)區(qū)）。南磯山自然保護(hù)區(qū)地廣人稀，自然資源極為豐富，有高等植物約600種、鳥類310種、魚類139種、貝類80余種、蝦蟹類20余種。湖區(qū)內(nèi)分布的大片苦草、野荸薺等，為冬候鳥提供了豐富的食物。植物群落主要是扁蓄廖群落、苔草群落、野荸薺群落、蘆葦群落、南獲群落等，成為越冬候鳥良好的藏身地和棲息地。不同形態(tài)的重金屬對動植物具有不同的生物有效性和毒性，研究重金屬在植物中的形態(tài)分布對于了解重金屬的來源、變化形式、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和對生物的毒害作用等十分必要。鄱陽湖承納贛江、撫河、信江、饒河、修水五大河流之水，位于樂安河中下游的我國目前最大的銅礦——江西德興銅礦以及位于信江中游的永平銅礦在開采過程中產(chǎn)生的含重金屬酸性廢水是導(dǎo)致鄱陽湖部分區(qū)域重金屬污染的主要點(diǎn)源。以往的研究多側(cè)重于對重金屬總量的測定及評價[1-4]，而鮮有對鄱陽湖濕地土壤重金屬形態(tài)的研究。

對于鄱陽湖南磯山3種典型濕地植物9個采樣點(diǎn)的樣品，筆者采用BCR四步連續(xù)提取法進(jìn)行分析[5-7]，研究了鄱陽湖濕地植物根系土壤中重金屬的形態(tài)分布特征和空間分布特征。同時，筆者運(yùn)用了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-OES）測定這9個采樣點(diǎn)重金屬Cu、Pb和Zn的含量空間分布規(guī)律，為合理預(yù)防和治理鄱陽湖重金屬污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2013年5月，筆者選擇鄱陽湖南磯山3種典型濕地植被（苔草、蘆葦和南狄），分別在距地表0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm等三層采集植物根系底泥，作為植物土壤樣品，然后裝入聚四氟乙烯袋中，排出袋中空氣，密封，迅速放置于-4℃的保溫箱中冷凍保存。將冷凍的土樣取出，自然風(fēng)干，磨碎，過100目尼龍網(wǎng)篩后，保存干燥自封袋中，冷藏備用。

1.2 樣品的預(yù)處理與測定

1.2.1 重金屬形態(tài)分析

采用改進(jìn)的Tessier的BCR四步連續(xù)提取法[5-7]，具體步驟如下：

可交換態(tài)和弱酸溶解態(tài)（F1）：準(zhǔn)確稱取0.5 g沉積物樣品并將其放置于50 mL離心管中，加入40 mL的0.11 mol/L乙酸溶液，在（22±5）℃和（220±10）r/min條件下振蕩16 h后，在3 000 r/min和15～20℃條件下離心20 min。取上清液于50 mL容量瓶中定容，4℃保存待測。離心后，用少量超純水清洗殘余物，并棄掉上清液，剩余殘渣供下一步提取。

Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)（F2）：向上述提取殘余物中加入 40 mL、0.5 mol/L的 NH2OH·HCl，用2 mol/L的HNO3調(diào)節(jié)pH值至1.5。混合物振蕩、離心、移液、洗滌同上，殘渣供下一步提取。

有機(jī)硫化物結(jié)合態(tài)(F3)：向F2提取殘余物中加入10 mL、8.8 mol/L的H2O2，室溫下消化1 h（間歇用手震蕩），然后在（85±2）℃下水浴蒸發(fā)至近干。冷卻后再次加入10 mL的H2O2，重復(fù)上述操作。最后，加入40 mL的1 mol/L的NH4Ac在同樣條件下振蕩、分離、離心、移液，剩余殘渣留作殘渣態(tài)提取。

殘渣態(tài)(F4)：重金屬總量減去前3種形態(tài)之和為殘渣態(tài)含量，測定方法參考總量的消解方法。

1.2.2 樣品分析

參照EPA200.8[8]方法，采用Perkin Elmer 8000型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-OES）測定重金屬Cu、Pb和Zn的含量和各個形態(tài)含量。試驗(yàn)所用玻璃器皿及其聚乙烯器皿均以2 mol/L的HNO3溶液充分浸泡24 h以上后，分析過程采用超純水。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

所有樣品分析均重復(fù)進(jìn)行3次，以提高精確度和減少隨機(jī)誤差，試驗(yàn)結(jié)果取平均值，數(shù)據(jù)結(jié)果變化采用OriginPro 8.0和Excel 2007繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 三種典型植物土壤重金屬總量分析

本文對鄱陽湖南磯山三種典型植物各層次的土壤中重金屬Zn、Cu和Pb的總量平均值進(jìn)行測定，分析結(jié)果分別如圖1、圖2、圖3所示。從圖1中可以明顯看出，南荻和蘆葦土壤重金屬Zn的含量從表層到底層依次降低，但是南荻的各層次降低比較明顯；苔草中層的重金屬含量最高，底層含量很低。三種典型植物Zn總量分布規(guī)律為：苔草＞南荻＞蘆葦。從圖2可以看出Cu總量分布規(guī)律為：除苔草外,其他兩種植物基本呈現(xiàn)是表層＞中層＞底層，苔草中為中層＞表層＞底層。從圖3可以看出，Pb含量基本可以忽略不計，對土壤環(huán)境不造成潛在風(fēng)險。

圖1 南磯山三種典型植物各層次土壤重金屬Zn總量（mg/kg）

圖2 南磯山三種典型植物各層次土壤重金屬Cu總量（mg/kg）

圖3 南磯山三種典型植物各層次土壤重金屬Pb總量（mg/kg）

2.2 三種典型植物土壤重金屬形態(tài)含量分析

本文采用改進(jìn)的Tessier BCR四步形態(tài)分析法，對土壤樣品的Cu、Zn和Pb形態(tài)含量進(jìn)行測定與分析，結(jié)果如圖4、圖5和圖6所示。從圖4可以看出，Zn形態(tài)主要以殘渣態(tài)穩(wěn)定態(tài)為主，其他三種形態(tài)含量較少。從圖5可以看出，Cu形態(tài)主要是以殘渣態(tài)和Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)等穩(wěn)定態(tài)存在（其中大部分為殘渣態(tài)），其他兩種形態(tài)含量較少。從圖6可以看出，Pb形態(tài)主要以Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)等穩(wěn)定態(tài)存在（其中又以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)為主），其他兩種形態(tài)含量較少。因此，鄱陽湖典型濕地植被類型土壤Cu、Pb和Zn形態(tài)主要以殘渣態(tài)和Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)為主，可交換態(tài)及弱酸溶解態(tài)和有機(jī)硫化物態(tài)等生物有效性態(tài)含量較少，這與弓曉峰在鄱陽湖濕地土壤以及陳春宵在太湖表層沉積物中重金屬的形態(tài)分布研究結(jié)果一致[9-10]。

圖4 南磯山三種典型植物各層次土壤Zn的不同形態(tài)含量（mg/L）

圖5 南磯山三種典型植物各層次土壤Cu的不同形態(tài)含量（mg/L）

圖6 南磯山三種典型植物各層次土壤Pb的不同形態(tài)含量（mg/L）

3 結(jié)論與展望

（1）重金屬總量除Pb含量較少對土壤幾乎不構(gòu)成污染外，Cu和Zn兩種重金屬含量基本呈現(xiàn)表層＞中層＞底層的特征。

（2）Cu、Zn、Pb形態(tài)大部分以穩(wěn)定態(tài)殘渣態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)存在，尤其是Zn主要以殘渣態(tài)為主，其他兩種生物可利用態(tài)含量較少，Cu、Zn和Pb的生態(tài)危害較小。

（3）后續(xù)的實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)一步研究鄱陽湖濕地土壤重金屬及其形態(tài)的季節(jié)變化規(guī)律。

1 張力薇，段茂慶.鄱陽湖五河尾閭沉積物表層重金屬分布及潛在生態(tài)評價[J].北京石油化工學(xué)院學(xué)報，2016，24（3）：8-12.

2 簡敏菲，周雪玲，余厚平，等.樂安河-鄱陽湖濕地植物群落特征及其優(yōu)勢植物對重金屬Cu、Pb、Cd的富集[J].廣西植物，2015，35（3）：295-302.

3 宋鵬飛，曾雪真，倪才英，等.鄱陽湖入湖河口土壤重金屬污染評價及藜蒿食用安全分析[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015，37（2）：369-375.

4 簡敏菲，李玲玉，余厚平，等.鄱陽湖濕地水體與底泥重金屬污染及其對沉水植物群落的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2015，24（1）：96-105.

5 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析（第三版）[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999.

6 Tessier A，Campbell P G G，Bisson M.Sequential extraction procedure for the speciation for particulate trace metal[J].Analytical Chemistry，1979，51（7）：844-850.

7 劉恩峰，沈 吉，朱育新.重金屬元素BCR提取法及在太湖沉積物研究中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)研究，2005，18（2）：57-60.

8 Creed J T，Broekhoff C A，Martin T D.Determination of trace elements in waters and wastes by inductively coupled plasma-mass spectrometry[M]. Washington DC：USEPA，1994.

9 弓曉峰，黃志中，張 靜，等.鄱陽湖濕地重金屬形態(tài)分布及植物富集研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，2006，19（3）：34-40.

10 陳春宵，姜 霞，戰(zhàn)玉柱，等.太湖表層沉積物中重金屬形態(tài)分布及其潛在生態(tài)風(fēng)險分析[J].中國環(huán)境科學(xué)，2011，31（11）：1842-1848.

Contents and Distribution of Heavy Metals in Soil of Nanjishan Wetland in Poyang Lake

Peng Guiqun, Ao Ziqiang
(The Institute of Energy, Jiangxi Academy of Sciences, Nanchang 330029, China)

In this paper, the BCR four step extraction method was used to analyze the speciation and total amount of heavy metals (Cu, Pb and Zn) in the soil samples of the typical wetland vegetation of Nanjishan (Poyang Lake). In this study,the heavy metals (Cu, Pb and Zn) in the wetland soil in Poyang Lake are fractionated to exchangeable and weakly acidic dissolved, Fe- Mn oxide bound, organic sulfide-bound matter and residual bound by a four- stage sequential extraction procedure. The results show that the content of Pb in the soil can almost be negligible which does not constitute a potential ecological risk to the soil, the other two kinds of heavy metals (Cu and Zn) rank in the following order: surface ＞ middle＞bottom; The major speciation of Cu、 Pb and Zn is Fe-Mn oxide fraction and residue fraction, especially for Zn mainly existed as the form of residue, while the other two biological availability forms are comparatively rare. It shows that ecological hazard of heavy metals in the wetland of Poyang Lake is small.

Poyang Lake; wetland soil; heavy metals; Morphological analysis

X53

A

1008-9500(2017)06-0012-04

2017-03-21

本文系國家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號：41263006）、國家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號：21567010）、江西省優(yōu)勢科技創(chuàng)新團(tuán)隊（項(xiàng)目編號：20142BCB24009）和2013年院協(xié)同創(chuàng)新專項(xiàng)（項(xiàng)目編號：2013-XTPH1-15）的階段性研究成果。

彭桂群（1979-），女，江西吉安人，博士研究生，助理研究員，從事固體廢棄物處理處置與水污染控制技術(shù)研究工作。