菜子湖湿地土壤THg和TZn含量与污染分析

王雪峰

摘要：为了研究菜子湖附近土壤中THg和TZn的污染生态风险以及其与pH、土壤SOM的相关性分析，本研究采用地积累指数法、单因子指数法等方法分析菜子湖周围八个村庄的土壤THg和TZn污染程度，并进行分析。结果发现土壤THg均值含量与CK组均值含量均无显著性差异，土壤TZn均值含量与CK组相比有显著差异。八个村庄土壤THg单因子污染指数和土壤TZn单因子污染指数均呈无污染。八个村庄的土壤THg含量均没超过土壤背景值，但土壤TZn含量有部分超过土壤背景值。本研究表明八个村庄土壤TZn和土壤THg存在一定程度的累积，土壤中THg积累较多，TZn积累较少。菜子湖的土壤THg和TZn的之间相关性较强。

关键词：重金属;菜子湖;地积累指数;单因子污染指数

引言：

重金属是环境当中较为常见的一种污染物质，它具有对人体健康危害严重、扩散范围较广、持续时间较长、污染隐蔽性较高、很难被自然降解等特点[1]。重金属污染是指由重金属和其化合物造成的环境污染，主要是由排放废气或污水、开采矿产和使用含重金属的化合物等人为因素所致[2]。重金属污染已经给人们的日常生活带来了严重的影响[3]。菜子湖是位于长江中下游，是典型的通江浅水湖泊，菜子湖周边形成的湿地在气候调节、洪水调蓄、水土保持等方面的影响显著，对人与自然的可持续发展、社会经济协调发展意义重大[4]，并吸引了众多的侯鸟和留鸟在此栖息。引江济淮工程是一项以工业和城市供水为主，兼有农业灌溉补水、生态环境改善和发展江淮航运等综合效益的大型跨流域调水工程[5]，该工程解决了地区之间的水资源分配不均，并取得了显著的经济效益等。但是由于引江济淮工程的实施，通过菜子湖进行引长江水，使得菜子湖水位季节性升高与下降，原有的湿地生态格局遭到破坏，湿地退化。湿地是人类重要的资源之一，是具有较高生产力的生态系统。在运行输水工程后，菜子湖湿地将产生不可避免的破坏和损失，湖泊水生态系统有退化趋势，如水生植被覆盖度显著下降，鸟类多样性减少等等。为了避免因为引江济淮工程对菜子湖造成的生态环境问题，有必要对菜子湖周围的湿地进行退耕还湿。本研究通过调查和测定，研究该菜子湖土壤汞（Mercury，Hg）和锌（Zinc，Zn）的含量和污染程度，探讨菜子湖周边土壤是否适合退耕还湿进行分析，研究为菜子湖湿地生态恢复提供科学依据。

1研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

菜子湖湿地是组成沿江湿地的重要部分，跨越桐城县、枞阳县两县，其水域两县基本被平分，地理位置为东经117°01′～117°10′，北纬30°45′～30°56′，平均的海拔高度为9.1m。菜子湖一年四季分明，气候条件适宜，处于北亚热带湿润气候区，全年的平均气温约为16.5℃，主导风向为东北风，在夏季为西南风，其他季节均为东北风，年平均风速约为1.6～5.0 m/s。水面是由3个湖区组成的，3个湖区分别是：菜子湖，白兔湖以及嬉子湖。菜子湖是安徽省省级安庆沿江水禽自然保护区生物多样性最为丰富的区域，湿地占地面积为26.9平方公里，其中菜子湖的湖泊面积为21.56平方公里，占湿地面积的73.6%，也是内陡湖泊中黑腹滨鹬的重要迁徒和越冬地。湿地土壤是生态系统中重要的构成部分，对保持区域生态平衡有着至关重要的作用。周边形成的湿地，吸引了白头鹤、东方白鹳等众多侯鸟和留鸟在此栖息，符合国际重要湿地的标准，被世界自然基金会列为长江中下游3处最重要的湿地区域之一。

1.2 样品的采集与测定

1.2.1 采样和处理

在菜子湖周围双兴村、小杨村、先让村、赵庄村、黄盆村、瓦竹村、狮庄村、陡潭村各设置3个采用点，每个采样点进行3次采样。在地势较高、没有人为活动干扰的树林设置对照组（CK组），进行相同的操作，总共是81份土壤样品。对这八个村农田耕地进行采样，用干净的铲子采样20cm深度的土壤，每份采取1000g，将采取的样品装入双层聚乙烯塑料袋中，封好且做好标记，避免混乱。带回实验室后及时处理土壤中的杂质，将土壤碾碎，筛好后放在阴凉处密封低温保存。

1.2.2 土壤指标含量的测定

土壤中THg、TZn的测定参照《农田土壤環境质量监测技术规范》（NY /T 395-2000），将水样进行过滤后，酸碱度（pH值）采用玻璃电极法进行测定。土壤THg采用冷原子吸收分光光度法进行测定，取部分采样土壤经过玛瑙研钵研磨，过100目网筛后，用盐酸与硝酸混合液（体积1∶1）体系使用水浴法消解土壤样品，通过原子荧光光度计（AFS）测定土壤THg元素的含量。在聚四氟乙烯锅内用盐酸—硝酸—氢氟酸—高氯酸进行全分解，再使用火焰原子吸收分光光度法测定土壤TZn元素的含量。再取部分土壤经过玛瑙研钵研磨，过60目筛后采用重铬酸钾氧化-油浴加热法（容量法）测定土壤有机质含量（Soil organic matter，SOM）。

1.3 数据处理与评价

1.3.1 地积累指数计算

地积累指数法（Muller指数）是由Muller在1969年提出，用于研究沉积物中重金属污染的定量指标，被广泛地应用于土壤重金属污染评价，其计算公式如下：

式中：IGeo是地积累指数;Cn为样品中元素n的实测含量（mg/kg）;BEn为该元素背景值（mg/kg），安徽省江淮流域土壤背景值分别是为THg 0.014 mg/kg，TZn 53.2mg/kg，常量1.5是转换系数（为消除各地岩石差异可能引起背景值的变动）。IGeo分级和污染程度见下表1。

1.3.2 单因子污染指数法

单因子污染指数法评价可以用来确定单一重金属污染物以及危害程度的方法。即以重金属含量实测值和土壤污染风险筛选值相比除去量纲来计算污染指数，其计算公式为：

Pi=Ci s/Ci n

式中：为单因子污染指数，为重金属含量实测值，为《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB15618-2018）中的农用地土壤污染风险筛选值，根据土壤不同的pH值，的值也不同（表2）。

土壤重金属污染状况按单项污染指数评价标准如下表3所示。

1.3.3 统计学分析

测得的结果应用于软件SPSS19.0以及Excel表格进行相关的差异显著性和相关性分析。

2 结果与分析

各个村庄的pH值都在7.0以下。其中赵庄村、黄盆村的pH值不到6.0，分别是5.4、5.6;双兴村、先让村、小杨村、瓦竹村、狮庄村、陡潭村的pH值在6和7之间，分别是6.7、6.4、6.1、6.6、6.3、6.3。

2.1 不同村庄土壤THg含量分析

对8个村庄的3个采样点分别进行3次平行实验得出均值（表4），由表4，土壤THg均值含量最高的是双兴村，均值含量最低的是瓦竹村。双兴村和先让村土壤THg含量均值是0.68mg/kg、0.67mg/kg，高于CK组（CK组土壤THg含量0.39mg/kg）;小杨村、赵庄村、黄盆村、瓦竹村、狮庄村、陡潭村的土壤THg均值含量分别是0.28mg/kg、0.17mg/kg、0.16mg/kg、0.15mg/kg、0.25mg/kg、0.19mg/kg，均低于CK组。先让村不同采样点THg含量差异最大，该村最高含量是最低含量的10.26倍。黄盆村不同采样点THg含量差异最小，该村最高含量是最低含量的1.16倍。八个村庄土壤THg含量与CK组比较，均无显著差异（P>0.05）。

2.2 不同村庄土壤TZn含量分析

8个村庄土壤TZn均值含量从高到低顺序依次是狮庄村>瓦竹村>先让村>黄盆村>赵庄村>小杨庄>双兴村>陡潭村，分别高于CK组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个村庄与CK组均具有极显著性差异（P<0.01），说明8个村庄土壤TZn含量均受到人类活动的影响。小杨庄不同采样点土壤TZn含量差异最大，变化范围在42.45mg/kg-140.88mg/kg之间。

2.3 不同村庄土壤SOM含量分析

各村庄的土壤SOM含量均比CK组大。双兴村、先让村、赵庄村、瓦竹村的土壤SOM含量是2.14mg/kg、1.98mg/kg、2.48mg/kg、1.85mg/kg，与CK组相比呈极显著性差异（P<0.01）;小杨村、黄盆村的土壤SOM含量是2.10mg/kg、2.39mg/kg，与CK组相比呈显著性差异（P<0.05）;陡潭村的土壤SOM含量是1.78mg/kg，与CK组相比，没有显著性差异（P>0.05）。

2.4 不同村庄土壤THg单因子污染指数和地积累指数分析

双兴村、先让村、小杨庄、赵庄村、黄盆村、瓦竹村、狮庄村、陡潭村和CK组的THg含量分别是GB 15618-2018标准的0.2847、0.371、0.158、0.1342、0.0877、0.064、0.1364、0.108和0.1611倍，以单因子污染指数法评价可知八个村庄和CK组均无污染。双兴村、先让村、小杨庄、赵庄村、黄盆村、瓦竹村、狮庄村、陡潭村THg含量分别是土壤背景值的48.57、47.86、20.00、12.14、11.43、10.71、17.86、13.57、27.86倍。可见八个村THg均超过土壤自然容量，在人为活动下具有一定的积累性。

八个村庄土壤THg的地积累指数：瓦竹村的地积累指数是2.8786，属于中污染与重污染之间;小杨村、赵庄村、狮庄村、陡潭村的地積累指数分别是3.7595、3.0539、3.5476和3.2109，属于重污染;先让村的地积累指数是4.9909，属于重污染与极重污染之间;双兴村的地积累指数是5.0241，属于极重污染。

2.5 不同村庄土壤TZn单因子污染指数和地积累指数分析

CK组TZn含量比GB 15618-2018中的Zn的农用地土壤污染风险筛选值标准低212.19mg/kg，比江淮流域土壤背景值低15.39mg/kg。双兴村、先让村、小杨庄、赵庄村、黄盆村、瓦竹村、狮庄村和陡潭村的TZn含量分别是GB15618—2018标准的0.38、0.61、0.50、0.50、0.54、0.50、0.64和0.46倍，以单因子污染指数法评价可知八个村庄和CK组均无污染。双兴村、先让村、小杨庄、赵庄村、黄盆村、瓦竹村、狮庄村、陡潭村TZn含量分别是土壤背景值的1.81、2.30、1.86、1.88、2.02、2.31、2.41、1.74和0.71倍，可见八个村TZn均超过土壤自然容量，在人为活动下具有一定的积累性。

八个村庄土壤TZn地积累指数依次分别为0.27、0.62、0.31、0.33、0.43、0.62、0.68、0.21，均介于无污染与中污染之间。

3讨论

双兴村、先让村、小杨村、赵庄村、黄盆村、瓦竹村、狮庄村、陡潭村土壤THg平均含量超过了土壤背景值，地积累指数法评价显示八个村庄土壤THg呈中污染-极重污染，但单因子污染指数法评价八个村庄土壤THg均呈无污染。除了陡潭村，双兴村、先让村、小杨庄、赵庄村、黄盆村、瓦竹村、狮庄村的TZn含量平均含量超过了土壤背景值。单因子污染指数法评价可知八个村庄和CK组均无污染。积累指数法评价显示八个村庄土壤TZn均介于无污染与中污染之间。常用的单因子指数法无法直观反映综合污染状况[11]。研究发现重金属来源是自然来源和人为活动因素共同所致。自然变化包括土壤中其它化学成分、pH值、SOM、生物成分及土壤质地、地形水文等因素，可知这些因素起到了一定的作用。经调查，菜子湖周围的八个村庄没有Hg、Zn污染企业，长期耕种，长期施加农药和化肥也会带来一些积累，如硫酸钾型复合肥、氮肥（Zn含量较高）、磷肥（Hg含量较高）。

前人研究表明，pH、有机质和土壤粒径等土壤理化因子会对土壤重金属的含量产生影响。一般相关性分析可以用来推测重金属元素间的来源是否相同。本研究对各村庄土壤TZn、THg含量与pH值、SOM进行相关性分析，相关系数r显示：

双兴村的土壤THg含量与SOM、pH呈正相关，相关性一般;土壤TZn含量与SOM、pH呈负相关，相关性一般;土壤THg含量与土壤TZn的相关性系数为0.770，说明土壤TZn和THg具有较强相关性。先让村的土壤THg含量与SOM、pH值呈负相关，与SOM相关性紧密，与pH值关系一般;土壤TZn含量与SOM、pH值呈正相关，相关性一般;与土壤TZn的相关性系数为0.338，说明土壤中TZn和THg相关性一般。小杨村的土壤THg含量与SOM呈负相关，与pH值呈正相关，相关性一般;土壤TZn含量与SOM呈正相关，与pH值呈负相关，相关性一般;与土壤TZn的相关性系数为0.984，说明土壤中TZn和THg相关性强。赵庄村的土壤THg含量与SOM呈正相关，与pH值呈负相关，相关性一般;土壤TZn含量与SOM呈正相关，与pH值呈负相关，相关性一般;与土壤TZn的相关性系数为0.324，说明土壤中TZn和THg相关性一般。黄盆村的土壤THg含量与SOM、pH值呈正相关，相关性一般;土壤TZn含量与SOM、pH值呈负相关，相关性强;与土壤TZn的相关性系数为0.345，说明土壤中TZn和THg相关性一般。瓦竹村的土壤THg含量与SOM呈负相关，与pH值呈正相关，相关性一般;土壤TZn含量与SOM呈正相关，与pH值呈负相关，相关性一般;与土壤TZn的相关性系数为0.205，说明土壤中TZn和THg相关性一般。狮庄村的土壤THg含量与SOM、pH值呈正相关，相关性一般;土壤TZn含量与SOM、pH值呈负相关，相关性一般;与土壤TZn的相关性系数为0.563，说明土壤中TZn和THg相关性中等。陡潭村的土壤THg含量与SOM、pH值呈负相关，相关性一般;土壤TZn含量与SOM、pH值呈正相关，与SOM相关性强，与pH值相关性一般;与土壤TZn的相关性系数为0.418，说明土壤中TZn和THg中等相关。

重金属元素间的相关关系在一定程度上反映着几种重金属的同源性与差异性，说明双兴村、小杨村土壤Hg和Zn来源可能相同。

4结论

由于不同类型的耕地施加农药（化肥）产品与施加量不同，导致农药化肥中THg和TZn在土壤中分布和积累不一样。

单因子指数评价法表明八个村庄土壤TZn和土壤THg存在一定程度的累积。

地积累指数表明不同村庄土壤THg呈中度-極重污染，土壤TZn介于无污染与中污染之间。说明八个村庄土壤中THg积累较多，TZn积累较少。

pH值与土壤THg和TZn含量大小影响土壤TPb和THg的迁移和累积。SOM与TPb和THg含量一般呈正相关。菜子湖周围土壤THg和TZn之间相关性较强。

参考文献：

[1]师荣光.农产品产地土壤重金属污染风险评价技术研究[C].中国环境科学学会.2011中国环境科学学会学术年会论文集（第二卷）.中国环境科学学会：中国环境科学学会，2011：826-831.

[2]周建军，周桔，冯仁国.我国土壤重金属污染现状及治理战略[J].中国科学院院刊，2014，29（03）：315-320+350+272.

[3]耿慧，张平究，李云飞，侯杰平，吴世敏，代郡程.不同退耕年限下菜子湖湿地土壤Cu和Zn形态特征[J].土壤通报，2017，48（05）：1256-1263.

[4]李林娟.引江济淮工程对区域水资源影响初步研究[J].中国水运（下半月），2016，16（09）：183-185.

[5]周盛，杨森，鲍明霞，等.基于遥感反演预测“引江济淮”工程对菜子湖越冬水鸟栖息地的影响[J].生态科学，2019，38（1）：71-78.