哈尔滨松江湿地重金属空间分布及潜在生态风险评价.pdf

第３２卷 第１１期２０１９年１１月环 境 科 学 研 究Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ＳｃｉｅｎｃｅｓＶｏｌ.３２ꎬＮｏ.１１Ｎｏｖ.ꎬ２０１９收稿日期 ２０１８￣０８￣２１ 修订日期 ２０１９￣０１￣１６作者简介李富１９７７￣ꎬ男ꎬ黑龙江佳木斯人ꎬ讲师ꎬ硕士ꎬ主要从事环境生态效应与资源利用研究ꎬｌｉｆｕ０７１８＿１９９９＠ １６３.ｃｏｍ.∗责任作者①臧淑英１９６３￣ꎬ女ꎬ黑龙江哈尔滨人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ博导ꎬ主要从事区域地表过程与环境演变研究ꎬｚｓｙ６３１１＠ １６３.ｃｏｍꎻ②倪红伟１９６４￣ꎬ男ꎬ黑龙江双城人ꎬ研究员ꎬ博士ꎬ博导ꎬ主要从事生物地理与景观生态研究ꎬｎｉｈｏｎｇｗｅｉ２０００＠ １６３.ｃｏｍ基金项目国家自然科学基金项目Ｎｏ.４１０３０７４３ꎻ黑龙江省教育厅项目Ｎｏ.１２５４１８１６Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ＣｈｉｎａＮｏ.４１０３０７４３ꎻ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅꎬ Ｃｈｉｎａ Ｎｏ.１２５４１８１６哈尔滨松江湿地重金属空间分布及潜在生态风险评价李 富１ꎬ２ꎬ刘赢男３ꎬ郭殿凡１ꎬ齐兴田２ꎬ臧淑英１∗ ꎬ倪红伟３∗１.哈尔滨师范大学ꎬ黑龙江省寒区地理环境监测与空间信息服务重点实验室ꎬ黑龙江哈尔滨 １５００２５２.佳木斯大学理学院ꎬ黑龙江佳木斯 １５４００７３.黑龙江省科学院自然与生态研究所ꎬ黑龙江哈尔滨 １５００４０摘要为了解哈尔滨松江湿地沉积物中重金属的污染程度ꎬ对其表层沉积物中８种重金属元素Ｈｇ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ的含量及其空间分布进行研究ꎬ并采用地累积指数法和潜在生态风险评价法对表层沉积物重金属污染程度进行评价.结果表明①松江湿地沉积物中ｗＣｄ、ｗＨｇ和ｗＰｂ的平均值均高于松嫩平原土壤环境背景值ꎬ表明Ｃｄ、Ｈｇ、Ｐｂ这３种重金属元素存在富集. ②相关分析显示ꎬ沉积物中ｗＴＯＣ、ｗＴＮ均与各重金属含量之间存在相关性ꎬ而ｐＨ与各重金属含量无相关性.主成分分析显示ꎬ８种重金属可被辨识为２个主成分ꎬ即Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ和Ｐｂ为人为复合源因子ꎬＡｓ、Ｃｄ和Ｈｇ为农业源因子.空间分析显示ꎬ松江湿地沉积物中Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ和Ｃｒ主要分布在阿什河口和白鱼泡湿地ꎬＡｓ、Ｃｄ和Ｈｇ主要分布在金河湾、阿什河口和白鱼泡湿地ꎬＰｂ主要分布在阿什河口湿地. ③地积累指数Ｉｇｅｏ评价表明ꎬ在所有采样点中Ｃｄ和Ｈｇ分别处于轻度和偏中度污染水平ꎬ其他元素均处于无污染水平. ④潜在生态风险指数分析结果表明ꎬ松江湿地重金属的潜在生态风险主要是由Ｃｄ和Ｈｇ引起ꎬ二者贡献率分别为３３􀆰 ４％和５７􀆰 ６％ꎻ整个研究区综合潜在生态风险指数ＲＩ介于１３５􀆰 ２８７３３􀆰 ２７之间ꎬ平均值为２３４􀆰 ４７ꎬ属于中度污染. ８个采样区的生态风险指数依次为阿什河口金河湾白鱼泡太平庄滩松江呼兰河口滨江太阳岛ꎬ其中ꎬ阿什河口湿地达到了较高污染ꎬ其他采样区均为中度污染.研究显示ꎬ松江湿地表层沉积物中重金属存在生态风险ꎬ其中以阿什河口湿地风险为最高.关键词松江湿地ꎻ表层沉积物ꎻ重金属ꎻ空间分布ꎻ潜在生态风险中图分类号 Ｘ５２２ 文章编号 １００１￣６９２９２０１９１１￣１８６９￣１０文献标志码 Ａ ＤＯＩ １０􀆰 １３１９８∕ｊ􀆰 ｉｓｓｎ􀆰 １００１￣６９２９􀆰 ２０１９􀆰 ０１􀆰 １０Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｉｓｋ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｅａｖｙ Ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｔｈｅＳｅｄｉｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄ ｉｎ Ｈａｒｂｉｎ ＣｉｔｙＬＩ Ｆｕ１ꎬ２ꎬ ＬＩＵ Ｙｉｎｇｎａｎ３ꎬ ＧＵＯ Ｄｉａｎｆａｎ１ꎬ ＱＩ Ｘｉｎｇｔｉａｎ２ꎬ ＺＡＮＧ Ｓｈｕｙｉｎｇ１∗ ꎬ ＮＩ Ｈｏｎｇｗｅｉ３∗１.Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｓｐａｔｉａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｎ Ｃｏｌｄ Ｒｅｇｉｏｎｓꎬ ＨａｒｂｉｎＮｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｈａｒｂｉｎ １５００２５ꎬ Ｃｈｉｎａ２.Ｔｈｅ Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｊｉａｍｕｓｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｊｉａｍｕｓｉ １５４００７ꎬ Ｃｈｉｎａ３.Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅｃｏｌｏｇｙꎬ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ Ｈａｒｂｉｎ １５００４０ꎬ ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｅｘｐｌｏｒｅｓ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄ ｉｎ Ｈａｒｂｉｎ Ｃｉｔｙ. Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆｅｉｇｈｔ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ Ｈｇꎬ Ｃｄꎬ Ａｓꎬ Ｃｕꎬ Ｐｂꎬ Ｃｒꎬ Ｎｉ ａｎｄ Ｚｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ. Ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｇｅｏａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅｓｅｄｉｍｅｎｔｓ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ １ｗＣｄꎬ ｗＨｇ ａｎｄ ｗＰｂ ｗｅｒｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｏｎｇｎｅｎ Ｐｌａｉｎꎬ ｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅｓｅ ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ ｗｅｒｅ ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｉｎ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄ ａｒｅａ. ２ Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｈａｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｗＴＯＣ ａｎｄ ｗＴＮꎬ ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｐＨ. ＰＣＡ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｗｏ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｆｒｏｍ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ. Ｃｄꎬ Ｃｒꎬ Ｚｎ ａｎｄ Ｐｂ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ａｎｔｈｒｏｐｏｇｅｎｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓꎬ ａｎｄ Ｃｕ ａｎｄ Ｎｉ ｗｅｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｓｏｕｒｃｅｓ. Ｓｐａｔｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ Ｎｉꎬ Ｃｕꎬ Ｚｎ ａｎｄ Ｃｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎｔｈｅ Ａｒｓｈｅｎ Ｅｓｔｕａｒｙ ａｎｄ Ｗｈｉｔｅｆｉｓｈ Ｂｕｂｂｌｅꎬ ａｎｄ Ａｓꎬ Ｃｄ ａｎｄ Ｈｇ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｇｏｌｄｅｎ Ｂａｙꎬ Ａｒｓｈｅｎ Ｅｓｔｕａｒｙ ａｎｄ Ｗｈｉｔｅｆｉｓｈ环 境 科 学 研 究第３２卷Ｂｕｂｂｌｅ. Ｐｂ ｗａｓ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ａｒｓｈｅｎ Ｅｓｔｕａｒｙ. ３ Ｔｈｅ ｇｅｏａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｒｄｅｒ ｏｆ ｔｈｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄ ｗａｓ ＨｇＣｄＡｓＰｂＣｕＣｒＮｉＺｎ. Ｉｎａｌｌ ｓａｍｐｌｅｓꎬ Ｃｄ ａｎｄ Ｈｇ ｂｅｌｏｎｇｅｄ ｔｏ ａ ｌｏｗ ａｎｄ ｐａｒｔｉａｌ ｍｏｄｅｒａｔｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｅꎬ ｗｈｉｌｅ Ａｓꎬ Ｐｂꎬ Ｃｕꎬ Ｃｒꎬ Ｎｉ ａｎｄ Ｚｎ ｂｅｌｏｎｇｅｄ ｔｏ ａ ｎｏｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍａｊｏｒｉｔｙ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ. ４ Ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｗａｓ ｐｒｉｍａｒｉｌｙ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ Ｃｄ ａｎｄ Ｈｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄꎬ ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ３３􀆰 ４％ ａｎｄ ５７􀆰 ６％ꎬ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ. Ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ ＲＩ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄ ｗａｓ ２３４􀆰 ４７ｒａｎｇｅｄ ｆｒｏｍ １３５􀆰 ２８ ｔｏ ７３３􀆰 ２７ꎬ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｏ ｂｅ ｍｏｄｅｒａｔｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ. Ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ ｓａｍｐｌｉｎｇ ａｒｅａｓꎬ ｉｎｏｒｄｅｒꎬ ｗａｓ ｔｈｅ Ａｒｓｈｅｎ Ｅｓｔｕａｒｙ Ｇｏｌｄｅｎ ＢａｙＷｈｉｔｅｆｉｓｈ ＢｕｂｂｌｅＴａｉｐｉｎｇｚｈｕａｎｇＢｅａｃｈＳｏｎｇｊｉａｎｇＨｕｌａｎ ＲｉｖｅｒＢｉｎｊｉａｎｇＳｕｎ Ｉｓｌａｎｄ. ＴｈｅＡｒｓｈｅｎ Ｅｓｔｕａｒｙ Ｗｅｔｌａｎｄ ｈａｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ａｒｅａｓ ｗｅｒｅ ｏｎｌｙ ｍｏｄｅｒａｔｅｌｙ ｐｏｌｌｕｔｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｕｇｇｅｓｔ ｔｈｅｒｅ ａｒｅｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄ ｄｕｅ ｔｏ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｉｇｇｅｓｔ ｒｉｓｋｓ ａｒｅ ａｔ ｔｈｅ Ａｒｓｈｅｎ Ｅｓｔｕａｒｙ Ｗｅｔｌａｎｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄꎻ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓꎻ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌꎻ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎꎻ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ城市湿地是城市生态系统的重要组成部分ꎬ与人类生活密切相关.城市湿地不但具有环境调节、景观美化和生态效益等功能ꎬ而且在保护生物多样性、维持淡水资源、发展城市旅游业诸多方面都发挥了重要作用[１].然而由于城市湿地地理位置的特殊性ꎬ导致城市湿地容易受人类活动的影响.哈尔滨松江湿地依托松花江主航道ꎬ介于哈尔滨市南、北两城区之间ꎬ全长约１２３ ｋｍꎬ总面积约为４１０ｍ２ꎬ是我国面积最大的天然城市湿地[２].哈尔滨松江湿地一直肩负着调蓄生态安全、调节区域气候、净化水质、提供珍稀物种栖息地等功能[３].近年来ꎬ随着城市化的加速发展ꎬ工农业污水排放增加ꎬ旅游活动日趋频繁ꎬ对松江湿地生态环境造成了不同程度的破坏ꎬ使其功能和效益受到严重影响ꎬ其中ꎬ湿地土壤中难降解、危害大的重金属成为研究热点.重金属作为典型的累积性污染物ꎬ其显著的生物毒性和持久性对人类健康和生态环境构成潜在威胁[４￣５].重金属不是简单地存在于水环境中ꎬ而是进入水环境后会通过吸附、絮凝、沉淀等作用富集于沉积物中ꎬ通过底栖生物的吸收在食物链中传递、富集ꎬ其含量扩大了数百倍乃至数万倍[６].在外界条件适宜时ꎬ沉积物中的重金属会重新释放进入水体ꎬ形成二次污染[７￣８].因此ꎬ河流沉积物中重金属含量常被用作判别水环境质量的重要参考指标[９￣１０].该研究主要对哈尔滨松江湿地表层沉积物中８种重金属元素Ｈｇ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ的含量及其空间分布进行研究ꎬ并采用地累积指数法和潜在生态风险指数法对哈尔滨松江湿地整体以及各斑块湿地沉积物中重金属的污染程度分别进行定量评价ꎬ以期为保障哈尔滨松江湿地水质安全及对湿地生物和人类影响的研究提供参考.１ 材料与方法１􀆰 １ 研究区概况哈尔滨松江湿地４５°４０′Ｎ４６°０３′Ｎ、１２６°１０′Ｅ１２７°２３′Ｅ西起双城区与道里区交界处ꎬ东至大顶子山ꎬ南北以松花江沿岸堤坝外延２５ ｋｍ为界ꎬ属典型沼泽化低湿平原地貌的河流湿地.该区域包括太平庄滩、金河湾、松江、阿什河口、呼兰河口、白鱼泡、滨江和太阳岛８处自然湿地景观ꎬ可分为河流湿地、泛洪平原湿地、藓类沼泽湿地、沼泽化草甸湿地、草本沼泽湿地、灌丛沼泽湿地和人工湿地７种类型.区域内的植物区系组成较为丰富ꎬ植被类型主要包括草甸植被、沼泽植被、水生植被３个类型.该区域属典型的半湿润大陆性季风气候ꎬ冬季寒冷漫长ꎬ夏季炎热短暂ꎬ春秋季气温升降变化较快ꎬ年均气温４􀆰 ３ ℃ꎬ最冷月１月平均气温－１８􀆰 ３ ℃ꎬ最热月７月平均气温２３ ℃ꎻ年均降水量４００６００ ｍｍꎬ降水多集中在夏季.１􀆰 ２ 样品采集与测定结合湿地实际以及地统计分析要求ꎬ选取松江湿地中具有代表性的湿地斑块ꎬ所布设的采样点均能代表监测区的环境质量. ２０１４年７ ８月ꎬ采用自制的蚌式抓斗采样器采集松江湿地中表层０２０ ｃｍ沉积物ꎬ将样品放入聚乙烯袋中密封ꎬ带回实验室剔除杂质自然风干ꎬ共采集５３个样品ꎬ同时利用ＧＰＳ定位采样点见图１.取风干后适量样品进行研磨过０􀆰 ８４０、０􀆰 ２５０和０􀆰 １４７ ｍｍ的土壤筛ꎬ装入聚乙烯袋中密封ꎬ用于测定ｐＨ、ｗＴＯＣ、ｗＴＮ和各重金属含量.沉积物待测样品采用ＣＥＭ￣ＭＡＲＳ微波消解装置ꎬ用混酸ＨＮＯ３￣ＨＣｌ￣Ｈ２ＳＯ４￣Ｈ２Ｏ２进行消解[１１￣１２]ꎻ利用电感耦合等离子体质谱仪 ＩＣＰ￣ＭＳꎬ Ａｇｉｌｅｎｔ７５００Ｘ型ꎬ美国测定消解液中８种重金属元素Ｈｇ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ的含量.为保证分析的准确度和精密度ꎬ同步测定了空白样、平行样及沉积物标准物质ＥＳＳ￣１ꎬ以消除样品处理及测定过程中可能带入的污染和误差ꎬ各元素含量的相对标准偏０７８１第１１期李 富等哈尔滨松江湿地重金属空间分布及潜在生态风险评价 图１ 松江湿地表层沉积物重金属采样点分布Ｆｉｇ.１ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄ差均０１ １轻度１２ ２偏中度２３ ３重度３４ ４偏重４５ ５重５ ６严重ＲＩ ＝ ∑ｍｉ ＝ １Ｅｒｉ ２Ｅｒｉ ＝ Ｔｒｉ􀅰 Ｃｉ∕Ｃｎｉ ３式中ＲＩ为多种重金属综合潜在生态风险指数ꎻＥｒｉ为重金属ｉ的潜在生态风险指数ꎻＴｒｉ为重金属ｉ的毒性系数ꎬ反映重金属的毒性水平ꎬＨｇ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ的毒性系数值分别为４０、３０、１０、５、５、２、２、２、１[１７]ꎻＣｉ为表层重金属ｉ含量的实测值ꎻＣｎｉ为重金属ｉ评价参照值ꎻｍ为重金属种类.重金属潜在生态风险评价和危害等级划分标准见表２.表２ 重金属潜在生态风险评价ＲＩ和危害等级Ｅｒｉ划分Ｔａｂｌｅ ２ Ｇｒａｄｅｓ ｏｆ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ＲＩ ａｎｄｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ Ｅｒ ｉ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓＥｒ ｉ单因子潜在生态风险等级ＲＩ综合潜在生态风险等级滨江太平庄滩太阳岛呼兰河口金河湾白鱼泡阿什河口. ８个采样区沉积物中ｗＴＮ为１􀆰 ３０１６􀆰 ８５ ｍｇ∕ｇꎬ平均值为３􀆰 ２４ ｍｇ∕ｇꎬＣＶ较大ꎬ为９６􀆰 ２２％ꎬ表明各采样区沉积物中ｗＴＮ变化差异较大ꎬ其中ꎬ最大值１６􀆰 ８５ ｍｇ∕ｇꎬ阿什河区约为最小值１􀆰 ３０ ｍｇ∕ｇꎬ太阳岛的１３倍.各采样区沉积物中ｗＴＮ空间分布差异很大ꎬ表现为阿什河口太平庄滩白鱼泡滨江松江金河湾呼兰河口太阳岛.阿什河口湿地水体大部分来自阿什河及城市生活污水ꎬ河流两岸污染源主要为农田径流及生活污水ꎬ现场调查表明ꎬ阿什河两岸垃圾大量堆积ꎬ城区中有热电厂、印染厂、涤纶厂等ꎬ工业污染十分突出.表４ 松江湿地表层沉积环境参数性质Ｔａｂｌｅ ４ Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄ采样区采样个数平均值ＣＶ∕％ｐＨ ｗＴＯＣ∕ｍｇ∕ｇ ｗＴＮ∕ｍｇ∕ｇ ｐＨ ｗＴＯＣ ｗＴＮ阿什河口７ ６􀆰 １０ ２１􀆰 ６６ １０􀆰 ２４ ０􀆰 ９３ １􀆰 ７２ ４６􀆰 ９０太平庄滩６ ６􀆰 ７６ ２６􀆰 ４０ ２􀆰 ８９ ４􀆰 ２９ ５􀆰 １０ ４７􀆰 ５５金河湾５ ６􀆰 ５８ ２４􀆰 ４０ ２􀆰 ２２ １０􀆰 ５６ ５􀆰 ４５ ４１􀆰 ３５白鱼泡６ ６􀆰 ７２ ２３􀆰 ２２ ２􀆰 ５９ ６􀆰 ４１ ０􀆰 ９７ １７􀆰 ９１松江５ ７􀆰 ２１ ２９􀆰 ４０ ２􀆰 ２３ １０􀆰 ６２ １１􀆰 ８５ ２８􀆰 １７滨江９ ７􀆰 １９ ２８􀆰 １７ ２􀆰 ３５ ７􀆰 ５２ ３􀆰 ４６ ２０􀆰 ７９呼兰河口７ ６􀆰 ４８ ２５􀆰 ０２ ２􀆰 ０４ ６􀆰 ７９ ０􀆰 ９３ ３６􀆰 ８６太阳岛５ ６􀆰 ２６ ２５􀆰 ８０ １􀆰 ５４ ６􀆰 ８７ ０􀆰 ８７ ３０􀆰 ２３松江湿地５０ ６􀆰 ６８ ２５􀆰 ６１ ３􀆰 ２７ ９􀆰 ２２ １１􀆰 １８ １０６􀆰 ２２注 ｎ＝５０.２􀆰 ２ 沉积物重金属含量分析松江湿地表层沉积物８种重金属中ꎬ除Ａｓ外ꎬ其他７种重金属元素含量的最大值均低于ＧＢ １５６１８２０１８«土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准试行»[２１]的二级标准限值见表５ꎬ但ｗＨｇ、ｗＣｄ和ｗＰｂ的平均值分别是松嫩平原土壤背景值的３􀆰 ５、２􀆰 ６和１􀆰 ２倍见表５ꎬ表明这３种重金属元素存在富集. ｗＨｇ、ｗＣｄ、ｗＰｂ和ｗＺｎ的ＣＶ分别为６１􀆰 １１％、４８􀆰 １５％、８７􀆰 ２８％和３８􀆰 ９１％ꎬ均为高度变异ＣＶ３６％ꎻｗＣｕ、ｗＰｂ和ｗＣｒ的ＣＶ分别为３５􀆰 ７４％、１９􀆰 ０６％和１９􀆰 ３２％ꎬ均属于中度变异１５％ＺｎＨｇＣｕＣｄＰｂＣｒＮｉ见表５. ８个采样区中ꎬｗＨｇ、ｗＣｄ和ｗＰｂ的平均值均超过了松嫩平原土壤背景值ꎬｗＣｕ、ｗＣｒ和ｗＮｉ的平均值均低于松嫩平原土壤背景值ꎬｗＡｓ和ｗＺｎ的平均值仅在阿什河口湿地超过松嫩平原土壤背景值见表５、６.这表明不同重金属元素含量在各采样区之间差异明显ꎬｗＨｇ、ｗＣｄ和ｗＰｂ存在生态风险ꎬ其中ꎬ阿什河口湿地的潜在生态风险最高.２􀆰 ３ 沉积物重金属的来源解析２􀆰 ３􀆰 １ 沉积物重金属及理化性质间的相关分析研究区域沉积物中各重金属元素含量及其之间的比率具有相对的稳定性ꎬ当沉积物来源相同或相似时ꎬ各元素含量之间具有显著的相关性[２２￣２３].松江湿地沉积物中ｐＨ、ｗＴＯＣ、ｗＴＮ与各重金属含量间的Ｐｅａｒｓｏｎ相关性分析结果见表７显示ꎬｗＮｉ、ｗＣｕ、ｗＺｎ、ｗＣｄ、ｗＨｇ、ｗＰｂ、ｗＣｒ两两之间相关性较强ꎬ并且均呈极显著正相关ＰＣｄＰｂＺｎＡｓＣｒＮｉＣｕ.表９ 松江湿地重金属元素Ｉｇｅｏ及分级Ｔａｂｌｅ ９ Ｉｇｅｏ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒａｄｉｎｇ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎｓｕｂｕｒｂｓ ｏｆ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄ重金属元素采样点个数Ｉｇｅｏ最小值平均值最大值污染程度污染等级Ｃｒ ５０ －２􀆰 １４９ －１􀆰 ３０５ －０􀆰 ５７７无０Ｎｉ ５０ － ２􀆰 ４３５ －１􀆰 ３７１ －０􀆰 ９７８无０Ｃｕ ５０ －３􀆰 ２８８ －１􀆰 ４１８ －０􀆰 １３１无０Ｚｎ ５０ －１􀆰 ７０７ －０􀆰 ８７０ ０􀆰 ７６８无０Ａｓ ５０ －２􀆰 １２５ －０􀆰 ９４３ １􀆰 ９６２无０Ｃｄ ５０ －０􀆰 ６４６ ０􀆰 ６６０ ２􀆰 ０５５轻度１Ｈｇ ５０ ０􀆰 １０５ １􀆰 ０３０ ３􀆰 ０９６偏中度２Ｐｂ ５０ －０􀆰 ９６４ －０􀆰 ３７４ ０􀆰 ３５６无０２􀆰 ４􀆰 ２ 潜在生态风险评价潜在生态风险评价指数[１６￣１８ꎬ２８]结果见表１０表明ꎬ松江湿地沉积物中重金属的潜在生态风险主要是由Ｃｄ和Ｈｇ这两种元素引起的ꎬ二者贡献率分别为３３􀆰 ４％和５７􀆰 ６％ꎬ占总贡献率的９１％ꎬ而其余６种重金属元素的贡献率仅为９％.结果显示ꎬＣｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｓ和Ｐｂ的Ｅｒｉ均低于４０ꎬ具有较低的生态风险ꎻＣｄ的Ｅｒｉ为７８􀆰 ３５ꎬ属于中度污染ꎬ占所有采样点的３４％ꎻ而Ｈｇ的Ｅｒｉ为１３５􀆰 １ꎬ属于高度污染ꎬ占所有采样点的３６％.综合潜在生态风险分析见表１０表明ꎬ松江湿地表层沉积物中８种重金属的ＲＩ平均值为２３４􀆰 ４７３ꎬ属于中度污染.在所有采样点中ꎬ中度污染占３６％ꎬ较高污染占１６％ꎬ较重污染占２％.表１０ 松江湿地表层沉积物中各重金属的Ｅｒｉ和ＲＩＴａｂｌｅ １０ Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ａｎｄ ｇｅｎｅｒａｌ ｉｎｄｉｃｅｓ ｏｆ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ Ｅｒ ｉꎬ ＲＩ ｉｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄ项目Ｅｒ ｉＣｒ Ｎｉ Ｃｕ Ｚｎ Ａｓ Ｃｄ Ｈｇ ＰｂＲＩ最小值０􀆰 ６８ ０􀆰 ５６ ０􀆰 ７７ ０􀆰 ４６ ３􀆰 ４４ ２８􀆰 ７７ ６４􀆰 ５２ ３􀆰 ８５ １３５􀆰 ２８平均值１􀆰 ２４ １􀆰 １８ ２􀆰 ９６ ０􀆰 ８７ ８􀆰 ８６ ７８􀆰 ３５ １３５􀆰 １０ ５􀆰 ８８ ２３４􀆰 ４４最大值２􀆰 ０１ １􀆰 ５２ ６􀆰 ８５ ２􀆰 ５６ ５８􀆰 ４５ １８６􀆰 ９９ ５１２􀆰 ９０ ９􀆰 ６０ ７３３􀆰 ２７由表１１可见ꎬ８个采样区的ＲＩ表现为阿什河口金河湾白鱼泡太平庄滩松江呼兰河口滨江太阳岛.其中ꎬ阿什河口湿地ＲＩ为４１８􀆰 ７４ꎬ属于较高污染程度ꎻ其他采样区均为中度污染水平.表１１ 松江湿地各采样区表层沉积物中重金属的ＲＩＴａｂｌｅ １１ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ＲＩ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｉｎ ｅｖｅｒｙ ｓａｍｐｌｉｎｇ ａｒｅａ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｎｇｊｉａｎｇ Ｗｅｔｌａｎｄ采样区ＲＩ最小值平均值最大值白渔泡１５０􀆰 ０４ ２１３􀆰 ４７ ２６５􀆰 ５１松江１３５􀆰 ２８ １９６􀆰 ９９ ２３９􀆰 ０１阿什河口２８０􀆰 ９１ ４１８􀆰 ７４ ７３３􀆰 ２７滨江１４９􀆰 ２９ １９０􀆰 ４７ ２７０􀆰 ６３太阳岛１３６􀆰 ６１ １５６􀆰 ３１ １７７􀆰 ２１呼兰河口１６９􀆰 ４０ １９１􀆰 ７４ ２２４􀆰 ９２太平庄滩１４８􀆰 ３７ ２０８􀆰 ４６ ２８７􀆰 ４４金河湾２１０􀆰 ２０ ２７６􀆰 ８２ ３９５􀆰 ７５３ 讨论城市湿地表层沉积物重金属的来源非常广泛ꎬ其中与城区生活废弃物、生活工业废水、农业中化肥农药径流、交通活动污染、大气沉降等人为污染源排放有密切关系.城市湿地两岸人为活动性质及强度在空间上的差异性决定了城市湿地表层沉积物重金属含量及生态风险高低一方面污染源空间分布差异性决定了区域重金属含量多少ꎬ另一方面污染源类型决定了湿地污染物类型和重金属元素种类.松江湿地表层沉积物中８种重金属元素的空间分布差异显著ꎬ受人类活动影响剧烈.除Ａｓ外ꎬ其余７种重金属含量的最高值均出现在阿什河口湿地.究其原因①阿什河口湿地受人为干扰严重ꎬ原始湿地生态系统退化ꎬ演变为农田或荒地ꎬ导致湿地生态系统功能丧失.流域内年均径流量降低ꎬ水体自净能力减弱ꎬ重金属污染物沉降性能增加ꎬ进入湿地的重金属元素被表层沉积物中的黏土矿物及有机物质吸附ꎬ限制了重金属的迁移转化ꎻ并且重金属元素无法被土壤中的微生物降解ꎬ却可以由食物链形成生物放大效应ꎬ危害增强. ②阿什河流经５个区县ꎬ全长２１３ ｋｍꎬ流经区域内涉水工厂１２５家.沿江工农业的持续快速发展ꎬ不可避免地加重了阿什河流域的污染负荷ꎬ原有城镇污水处理能力和工农业污染治理能力的欠缺ꎬ进一步导致阿什河哈尔滨段水环境质量恶化ꎬ仅信义沟北段就有８处污水排放口ꎬ每天向信义沟排放的废污水总量可达８８ ０００ ｍ３ꎬ其中工业废水占９６％[２９].③阿什河两岸共有耕地面积２􀆰 ２６ ｈｍ２ꎬ农业生产大５７８１环 境 科 学 研 究第３２卷量施用化肥、农药所造成的面源污染ꎬ导致阿什河水质污染严重ꎬ长期以来大部分时间为劣Ⅴ类水质ꎬ对市民生活和水生态环境造成严重危害[３０]. ④ Ａｓ主要来源于工业生产及含砷农药的使用和煤的燃烧[３１]ꎬ而Ｃｄ主要来源于有色金属冶炼、电镀或触煤的工厂[３２].主成分分析显示ꎬＡｓ和Ｃｄ同源ꎬ表明污染与阿什河周边分布着阿城继电器厂、阿城热电厂、阿城防止印染厂、阿城涤纶厂、阿城轧钢厂等企业有着直接关系ꎬ因此应加强阿什河流域工农业生产的监督和管理.太平庄滩湿地和金河湾湿地表层沉积物中ｗＡｓ和ｗＣｄ高于其他湿地ꎬ其原因可能是太平庄滩湿地和金河湾湿地周边存在大量的农田ꎬ农业生产中含Ａｓ的农药通过地表径流汇入湿地中ꎬｗＡｓ与ｗＴＮ呈显著相关也证明了这一点.另外ꎬ太平庄滩湿地和金河湾湿地是哈尔滨市主要的旅游景区ꎬ夏季游客量较大ꎬ出现的１３家饭店和１０多家渔村成为湿地内明显的污染源.并且ꎬ每到夏季大量游客聚集在湿地内烧烤ꎬ湿地内出现成堆的炉灰、柴火、木炭等生活垃圾ꎬ炉灰、柴火、木炭燃烧后的剩余物中含有Ａｓ、Ｆ和Ｃｒ等可能会转移到周围的水环境中ꎬ造成一定污染.另外ꎬ还有露天饲养禽畜ꎬ其粪便中含有Ｚｎ、Ｐｂ和Ａｓ等重金属元素对环境、土壤和农产品都将产生污染[３３￣３４].呼兰河口湿地各重金属含量虽不高ꎬ但不容忽视ꎬ呼兰河流经松嫩平原东部１３个市县ꎬ沿途有大量的生活污水和工业废水汇入[３５]ꎬ尤其是肇兰新河改道后ꎬ上游地区的工业废水和生活污水直接排入肇兰新河ꎬ在下游进入呼兰河ꎻ另外ꎬ呼兰河周边农田中残留的农药也会随地表径流进入河体造成污染.哈尔滨市是依托河流湿地、河漫滩湿地等湿地基础上逐渐发展起来的城市ꎬ湿地生态系统不仅为哈尔滨地区提供了大量的生产生活用水ꎬ还在美化环境等方面发挥着重要作用.因此ꎬ湿地水体的洁净程度直接关系到城市居民的健康.近年来ꎬ哈尔滨市按照“一江居中、两岸繁荣”的总体布局ꎬ发展快速ꎬ导致哈尔滨松江湿地的生态环境发生改变.其中ꎬ最突出的表现是工业生产造成的点源污染及地表径流带来的农业非点源污染ꎬ尽管流域内农药和化肥的施用量远低于全国平均水平ꎬ但是仍不能忽视非点源污染带来的影响.以上因素导致阿城河口湿地、太平庄湿地和金河湾湿地污染较重.因此ꎬ对松花江流域内的子流域进行划分ꎬ并分区研究控制污染问题成为治理湿地污染的主要途径.４ 结论ａ松江湿地表层沉积物８种重金属中ꎬｗＨｇ、ｗＣｄ和ｗＰｂ的平均值分别是松嫩平原土壤背景值的３􀆰 ５、２􀆰 ６和１􀆰 ２倍ꎬ表明这３种重金属元素出现累积效应.ｂ松江湿地表层沉积物中ｗＴＯＣ、ｗＴＮ均与各重金属含量之间呈极显著相关ꎬ相关系数均大于０􀆰 ５ꎻｐＨ与各重金属含量之间无相关性. ｗＮｉ、ｗＣｕ、ｗＺｎ、ｗＣｄ、ｗＨｇ、ｗＰｂ、ｗＣｒ两两之间的相关性较强ꎬ相关系数均大于０􀆰 ７ꎻ而ｗＡｓ仅与ｗＣｄ相关ꎬ相关系数为０􀆰 ５２３ꎬ这与主成分分析结果相一致ꎬ表明这些重金属具有较强的同源性.空间分析结果表明ꎬ松江湿地沉积物中ｗ Ｃｕ、ｗＺｎ、ｗＣｄ、ｗＮｉ、ｗＰｂ较高的区域主要分布在阿什河口湿地区域、白鱼泡湿地、呼兰河口湿地ꎻｗＡｓ、ｗＣｄ和ｗＨｇ较高的区域主要分布在太平庄滩湿地、金河湾湿地和阿什河口湿地.ｃ地积累指数评价结果显示ꎬ在所有采样点中ꎬＣｄ和Ｈｇ的Ｉｇｅｏ平均值分别为０􀆰 ６６和１􀆰 ０３ꎬ为轻度和偏中度污染ꎬ其他６种重金属元素的Ｉｇｅｏ平均值均小于０ꎬ为无污染ꎻ潜在生态风险评价表明ꎬ松江湿地沉积物中Ｃｄ和Ｈｇ的潜在风险指数分别为３３􀆰 ４％和５７􀆰 ６％ꎬ占总贡献率的９１％ꎬ而其余６种重金属元素的贡献率仅为９％.ｄ综合生态风险指数评价结果表明ꎬ８个采样区ＲＩ平均值依次为阿什河口金河湾白鱼泡太平庄滩松江呼兰河口滨江太阳岛.其中ꎬ阿什河口湿地ＲＩ平均值为４１８􀆰 ７４ꎬ属于较高污染ꎻ其他地区均为中度污染水平.因此ꎬ对松江湿地特别是对阿什河口湿地和金河滩湿地的治理势在必行.参考文献Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ[ １ ] 潮洛蒙ꎬ李小凌ꎬ俞孔坚ꎬ等.城市湿地的生态功能[Ｊ].城市问题ꎬ２００３ꎬ１１３３９￣１１.[ ２ ] 赵志强ꎬ吴妍.哈尔滨松江湿地保护与培育规划[Ｊ].安徽农业科学ꎬ２０１１ꎬ３９２４１４８１６ ￣１４８１８.ＺＨＡＯ ＺｈｉｑｉａｎｇꎬＷＵ Ｙａｎ. 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