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的污染生態風險以及其與pH、土壤SOM的相關性分析，本研究采用地積累指數法、單因子指數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，并進行分析。結果發現土壤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單因子污染指數和土壤TZn單因子污染指數均呈無污染。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的之間相關性較強。

關鍵詞：重金屬;菜子湖;地積累指數;單因子污染指數

引言：

重金屬是環境當中較為常見的一種污染物質，它具有對人體健康危害嚴重、擴散范圍較廣、持續時間較長、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境污染，主要是由排放廢氣或污水、開采礦產和使用含重金屬的化合物等人為因素所致[2]。重金屬污染已經給人們的日常生活帶來了嚴重的影響[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節、洪水調蓄、水土保持等方面的影響顯著，對人與自然的可持續發展、社會經濟協調發展意義重大[4]，并吸引了眾多的侯鳥和留鳥在此棲息。引江濟淮工程是一項以工業和城市供水為主，兼有農業灌溉補水、生態環境改善和發展江淮航運等綜合效益的大型跨流域調水工程[5]，該工程解決了地區之間的水資源分配不均，并取得了顯著的經濟效益等。但是由于引江濟淮工程的實施，通過菜子湖進行引長江水，使得菜子湖水位季節性升高與下降，原有的濕地生態格局遭到破壞，濕地退化。濕地是人類重要的資源之一，是具有較高生產力的生態系統。在運行輸水工程后，菜子湖濕地將產生不可避免的破壞和損失，湖泊水生態系統有退化趨勢，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淮工程對菜子湖造成的生態環境問題，有必要對菜子湖周圍的濕地進行退耕還濕。本研究通過調查和測定，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行分析，研究為菜子湖濕地生態恢復提供科學依據。

1研究區概況及研究方法

1.1 研究區概況

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，全年的平均氣溫約為16.5℃，主導風向為東北風，在夏季為西南風，其他季節均為東北風，年平均風速約為1.6～5.0 m/s。水面是由3個湖區組成的，3個湖區分別是：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區生物多樣性最為豐富的區域，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%，也是內陡湖泊中黑腹濱鷸的重要遷徒和越冬地。濕地土壤是生態系統中重要的構成部分，對保持區域生態平衡有著至關重要的作用。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準，被世界自然基金會列為長江中下游3處最重要的濕地區域之一。

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、陡潭村各設置3個采用點，每個采樣點進行3次采樣。在地勢較高、沒有人為活動干擾的樹林設置對照組（CK組），進行相同的操作，總共是81份土壤樣品。對這八個村農田耕地進行采樣，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，封好且做好標記，避免混亂。帶回實驗室后及時處理土壤中的雜質，將土壤碾碎，篩好后放在陰涼處密封低溫保存。

1.2.2 土壤指標含量的測定

土壤中THg、TZn的測定參照《農田土壤環境質量監測技術規范》（NY /T 395-2000），將水樣進行過濾后，酸堿度（pH值）采用玻璃電極法進行測定。土壤THg采用冷原子吸收分光光度法進行測定，取部分采樣土壤經過瑪瑙研缽研磨，過100目網篩后，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。在聚四氟乙烯鍋內用鹽酸—硝酸—氫氟酸—高氯酸進行全分解，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）測定土壤有機質含量（Soil organic matter，SOM）。

1.3 數據處理與評價

1.3.1 地積累指數計算

地積累指數法（Muller指數）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，被廣泛地應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;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是轉換系數（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 單因子污染指數法

單因子污染指數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險篩選值相比除去量綱來計算污染指數，其計算公式為：

Pi=Ci s/Ci n

式中：為單因子污染指數，為重金屬含量實測值，為《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》（GB15618-2018）中的農用地土壤污染風險篩選值，根據土壤不同的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評價標準如下表3所示。

1.3.3 統計學分析

測得的結果應用于軟件SPSS19.0以及Excel表格進行相關的差異顯著性和相關性分析。

2 結果與分析

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單因子污染指數和地積累指數分析

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標準的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：瓦竹村的地積累指數是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是4.9909，屬于重污染與極重污染之間;雙興村的地積累指數是5.0241，屬于極重污染。

2.5 不同村莊土壤TZn單因子污染指數和地積累指數分析

CK組TZn含量比GB 15618-2018中的Zn的農用地土壤污染風險篩選值標準低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標準的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。單因子污染指數法評價可知八個村莊和CK組均無污染。積累指數法評價顯示八個村莊土壤TZn均介于無污染與中污染之間。常用的單因子指數法無法直觀反映綜合污染狀況[11]。研究發現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成分、pH值、SOM、生物成分及土壤質地、地形水文等因素，可知這些因素起到了一定的作用。經調查，菜子湖周圍的八個村莊沒有Hg、Zn污染企業，長期耕種，長期施加農藥和化肥也會帶來一些積累，如硫酸鉀型復合肥、氮肥（Zn含量較高）、磷肥（Hg含量較高）。

前人研究表明，pH、有機質和土壤粒徑等土壤理化因子會對土壤重金屬的含量產生影響。一般相關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進行相關性分析，相關系數r顯示：

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

重金屬元素間的相關關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結論

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

單因子指數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。菜子湖周圍土壤THg和TZn之間相關性較強。

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