江蘇條子泥濱海濕地表層沉積物重金屬污染特征

徐雅，張華兵*，劉玉卿，吳菲兒，韓爽

(1.鹽城師范學(xué)院 地理系，江蘇 鹽城 224007； 2.中國黃海鹽城海濱濕地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 鹽城 224057)

濱海濕地處于海陸交接帶，是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)最頻繁的地方[1]。隨著沿海工業(yè)、農(nóng)業(yè)和城市化的發(fā)展，許多沿海濕地相繼成為工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水的承泄區(qū)。盡管濕地自身可通過物理、化學(xué)和生物作用過程對重金屬等有毒污染物進(jìn)行吸收、固定和轉(zhuǎn)化，但當(dāng)其沉積環(huán)境遭受嚴(yán)重的污染并超過承受限度，重金屬將從懸浮物或沉積物中重新釋放，形成二次污染，甚至通過食物鏈威脅人類的生存[2]。

鹽城是我國海洋灘涂資源大市。鹽城海岸作為太平洋西海岸最大的淤泥質(zhì)濱海濕地[3]，一些岸段基本保持了天然的生態(tài)結(jié)構(gòu)與功能，是重要的世界自然遺產(chǎn)地。同時(shí)，鹽城濱海濕地又是江蘇省面積最大、植被最好、開發(fā)潛力最大的地段之一，近幾十年來，受經(jīng)濟(jì)利益和各項(xiàng)政策的驅(qū)動(dòng)，灘涂的圍墾速率越發(fā)加快，高強(qiáng)度的土地開發(fā)利用在促進(jìn)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也對沿海地區(qū)的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響。位于江蘇鹽城的中國黃(渤)海候鳥棲息地(第一期)已列入世界自然遺產(chǎn)名錄，條子泥濕地是其重要組成部分，是東亞-澳大利西亞遷徙路線上重要的候鳥中轉(zhuǎn)站。開展生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)是條子泥生態(tài)保護(hù)的基礎(chǔ)。土壤是濱海濕地重要的生態(tài)要素之一，土壤質(zhì)量直接影響濱海濕地的生態(tài)功能。開展?jié)竦刂亟饘傥廴驹u價(jià)[4-8]是重金屬防治工作的前提，對區(qū)域生態(tài)保護(hù)具有積極意義?，F(xiàn)有的關(guān)于鹽城濱海濕地土壤表層重金屬污染特征及其評價(jià)的研究多集中在射陽、大豐境內(nèi)的江蘇鹽城濕地珍禽國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、江蘇省大豐麋鹿國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)及其周圍區(qū)域。羅婷等[9]、袁紅明等[10]通過內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、地質(zhì)累積指數(shù)法和Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對土壤重金屬的污染情況進(jìn)行了評價(jià)，指出重金屬區(qū)域分布與土壤粒度正相關(guān)，黏土含量對重金屬的富集和分布起到一定的控制作用。本研究擬采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，對江蘇條子泥濕地表層沉積物重金屬含量及其污染程度進(jìn)行評價(jià)，以期客觀地反映該區(qū)域的重金屬污染狀況，為該區(qū)域綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)決策的制定提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鹽城濱海濕地，位于江蘇中部沿海，包括響水縣、濱海縣、射陽縣、亭湖區(qū)、大豐區(qū)和東臺(tái)市(縣級(jí)市)等一市兩區(qū)三縣，介于32°20′～34°37′N、119°29′～121°16′E，是西太平洋海岸最大的淤泥質(zhì)濱海濕地。海岸既有快速淤長岸段，又有強(qiáng)烈侵蝕岸段，以射陽河口為界，以北為侵蝕型海岸，射陽河口至斗龍港河口之間為淤蝕轉(zhuǎn)換型海岸，斗龍港河口以南，為淤長型海岸。侵蝕岸段的泥沙和長江口的泥沙受潮流影響在以東臺(tái)市弶港為中心的中南部潮灘堆積，使中南部海濱濕地快速向海延伸，尤以東臺(tái)市的蹲門—弶港岸段淤長最快，向海淤長速度可達(dá)200 m·a-1。研究選擇的采樣區(qū)在東臺(tái)弶港的條子泥堤外濱海濕地(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置和采樣點(diǎn)分布

1.2 數(shù)據(jù)來源

2017年10月22日在東臺(tái)弶港的條子泥堤外布設(shè)8個(gè)樣地(T1～T8)，每個(gè)樣地3 m×3 m，采集0～20 cm深度的土壤樣品，每個(gè)樣地取3個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行混合，取混合樣品約500 g放入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室。將土壤樣品在避光通風(fēng)條件下風(fēng)干，取風(fēng)干后的土壤樣品研磨，去除樣品中比較大的動(dòng)植物殘?bào)w、石塊等雜物，進(jìn)一步研磨使土壤樣品全部通過100目(孔徑0.149 mm)篩。將研磨好的土壤樣品裝入自封袋，存放于干燥器中。取0.5 g研磨好的土壤樣品消解后定容到50 mL比色管中。土壤中銅含量的測定采用火焰原子吸收分光光度法(GB/T 17138—1997)，總鉻含量的測定采用火焰原子吸收分光光度法(HJ 491—2009)，總砷含量的測定采用原子熒光法(GB/T 22105.2—2008)。檢測時(shí)，每個(gè)樣品設(shè)置3個(gè)平行樣，取其平均值，同時(shí)進(jìn)行空白對比。Cu、Cr、As的檢出限分別為1、5、0.01 mg·kg-1。

1.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是瑞典科學(xué)家Hakanson從沉積學(xué)角度提出的對土壤中重金屬污染進(jìn)行評價(jià)的方法。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的計(jì)算結(jié)果不僅可以反映單一重金屬對環(huán)境的影響，還可以解釋多種重金屬同時(shí)對周圍環(huán)境造成的綜合影響[11]。本研究在運(yùn)用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行評價(jià)時(shí)，以《中國土壤元素背景值》[12]中江蘇土壤背景值為標(biāo)準(zhǔn)。

以Cf表征單項(xiàng)重金屬元素的污染系數(shù):Cf<1為低污染，1≤Cf<3為中污染，3≤Cf<6為較高污染，Cf≥6為高污染。以P值表征某一樣地所有重金屬的綜合污染指數(shù):P<0.7為安全，0.7≤P<1為警戒線，1≤P<2為輕度污染，2≤P<3為中度污染，P≥3為重污染。

將As、Cr、Cu的毒性響應(yīng)系數(shù)分別取為10、2、5[12]，測算綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)。由于只分析了Cu、Cr、As這3種重金屬污染物，因此，參照前人研究成果，依據(jù)各污染物所占權(quán)重值，對綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行調(diào)整:RI<20為低潛在風(fēng)險(xiǎn)，20≤RI<40為中潛在風(fēng)險(xiǎn)，40≤RI<80為較高潛在風(fēng)險(xiǎn)，RI≥80為高潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬含量特征

研究區(qū)Cu的最大值、最小值和平均值均大于江蘇省土壤環(huán)境背景值。如表1所示，Cu在所有采樣點(diǎn)中的最高含量為30.00 mg·kg-1，最低值為26.00 mg·kg-1，平均值為28.25 mg·kg-1，是背景值的1.27倍，變異系數(shù)為5.24%，空間波動(dòng)程度較低。As所有樣點(diǎn)的檢測值均低于江蘇省土壤環(huán)境背景值，最大值為4.56 mg·kg-1，最小值為2.61 mg·kg-1，平均值是3.54 mg·kg-1，變異系數(shù)17.85%，空間波動(dòng)程度較大。Cr所有樣點(diǎn)的檢測值均遠(yuǎn)低于江蘇省土壤環(huán)境背景值，最大值為19.00 mg·kg-1，最小值是13.00 mg·kg-1，平均值是15.75 mg·kg-1，變異系數(shù)是12.60%，空間波動(dòng)程度相較Cu而言較大。

表1 鹽城濱海濕地表層沉積物重金屬含量特征

2.2 重金屬污染程度分析

如表2所示，Cu的Cf在1.17～1.35，處于中污染狀態(tài)；As和Cr的Cf分別在0.26～0.46、0.17～0.24，都處于安全狀態(tài)。所有樣地的綜合污染指數(shù)(P值)在0.91～1.06，其中有3個(gè)樣地的值大于1，處于輕度污染級(jí)別；其余都在0.9～1.0，已經(jīng)處于污染的警戒線，其中，對污染貢獻(xiàn)最大的元素為Cu。

表2 土壤重金屬污染系數(shù)、綜合污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

2.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析

在土壤重金屬污染系數(shù)計(jì)算基礎(chǔ)上，計(jì)算潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(表2)。所有樣地的RI值在9.44～12.01，總體上處于低潛在風(fēng)險(xiǎn)水平。研究區(qū)8個(gè)采樣點(diǎn)中，T8的RI值最大，其次為T1和T3，T4和T5的RI值最小。這種差異可能與局部地形條件有關(guān)，某些局部地形條件的改變可能更有利于重金屬的沉積。

3 小結(jié)

在江蘇東臺(tái)弶港的條子泥堤外設(shè)8個(gè)樣地，對地表層沉積物Cu、Cr、As的含量及其污染程度進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3種重金屬元素中，As的變異系數(shù)相對最高，空間波動(dòng)程度比較大，其次是Cr，Cu的變異系數(shù)最小，空間波動(dòng)程度較低。樣地中的Cu處于中污染狀態(tài)，而As、Cr都處于安全狀態(tài)。根據(jù)綜合污染指數(shù)，8個(gè)樣地中有3個(gè)樣地處于輕度污染級(jí)別，其余5個(gè)處于安全狀態(tài)，Cu對污染指數(shù)的貢獻(xiàn)最大。3種重金屬的綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)RI值都在20以下，整體屬于低潛在風(fēng)險(xiǎn)。