雍倩儀,唐佳樂,彭重華
(中南林業(yè)科技大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院,長(zhǎng)沙 410004)
濕地不僅是各種動(dòng)物、植物、微生物重要的棲息環(huán)境,也是地球上物種最為豐富的生態(tài)景觀區(qū)域之一[1],在保持物種多樣性和維護(hù)珍稀物種資源、提供動(dòng)植物棲息地等方面發(fā)揮著其它生態(tài)系統(tǒng)所無法代替的重要作用[2]。
重金屬作為一種具有持續(xù)性毒害作用和生物積累性的污染物,來源廣泛,滲透進(jìn)土壤后幾乎不能被自然降解,已經(jīng)成為濕地環(huán)境污染的主要原因之一[3-4]。由于食物鏈的傳遞作用,在土壤中累積的重金屬元素會(huì)在生物體內(nèi)慢慢富集,隨著時(shí)間的推移逐漸對(duì)動(dòng)植物和人體產(chǎn)生危害[5-7]。此外,在某些情況下,重金屬元素會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)化合物而使得毒性進(jìn)一步變強(qiáng),從而直接或間接地對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的安全性構(gòu)成威脅,影響生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定[8-9]。因此,加強(qiáng)對(duì)濕地土壤重金屬污染原理以及規(guī)律的研究,可以為濕地污染治理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面提供理論依據(jù)。同時(shí),也對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定和促進(jìn)濕地科學(xué)蓬勃發(fā)展具有十分重要的意義。
目前,濕地科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一就聚焦在濕地土壤重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)上。由于濕地土壤有著區(qū)別于陸地其他土壤的特異性,并且基于重金屬全量的評(píng)價(jià)方法還有許多不足之處,因此,考慮到重金屬的生物時(shí)效性,為避免濃度低但毒性高的重金屬影響生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果,故將重金屬形態(tài)的評(píng)價(jià)方法運(yùn)用于濕地土壤重金屬評(píng)價(jià)中。目前,國外已經(jīng)建立起一套基于重金屬生物效應(yīng)和沉積物平衡分配關(guān)系的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)方法,這一方法在國內(nèi)也逐步開始使用,但與國外差距依然較大。國內(nèi)已有學(xué)者通過多種方法或采取雙重評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),以此來綜合分析評(píng)價(jià)濕地土壤重金屬污染情況[10]。
醴陵官莊湖濕地自然資源豐富,小環(huán)境良好,可供許多動(dòng)植物在這里生活繁衍。濕地區(qū)有官莊湖水庫,水庫上游區(qū)域有一停產(chǎn)金礦開采區(qū),在庫區(qū)周邊有散居村落。官莊湖水庫為集中式飲用水水源保護(hù)區(qū),水庫為周邊居民日常生活中的主要用水來源,庫區(qū)水質(zhì)的優(yōu)劣直接影響當(dāng)?shù)鼐用裆踩?。而濕地土壤是重金屬等有毒污染物的主要沉積場(chǎng)所之一[11],有關(guān)該區(qū)域內(nèi)的土壤污染情況以及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面的研究甚少。
本文以醴陵官莊湖濕地土壤重金屬為研究對(duì)象,對(duì)土壤中 5種重金屬元素:鉛(Pb)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鋅(Zn)和鎘(Cd)的含量特征以及其污染程度和對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)造成的潛在危害狀況進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià),以期為官莊湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的維護(hù)和建設(shè)提供有益參考。
醴陵官莊湖濕地在湖南省醴陵市北部地區(qū)官莊鄉(xiāng)內(nèi),研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)分布情況如圖1所示。官莊鄉(xiāng)地理坐標(biāo)為:北緯27°48′~27°59′,東經(jīng)113°24′~113°35′,鄉(xiāng)域面積為183.4km2,為全市占地面積最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。濕地資源有永久性流域濕地、洪泛平原濕地和人工濕地3個(gè)濕地類型[12],官莊湖濕地區(qū)域?yàn)槿斯竦?。該區(qū)域內(nèi)有金、銅等礦產(chǎn)資源,糧食作物主要是水稻、玉米和紅薯。由于該濕地處于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū),在高溫多雨的條件下,生物物種循環(huán)旺盛,區(qū)域內(nèi)土壤資源類型多、適種型廣,土壤中有機(jī)質(zhì)含量豐富,土層較厚,pH值處于5.5~6.5范圍內(nèi),腐殖質(zhì)層較厚,土壤母巖主要是板頁巖。
圖1 研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)分布Fig.1 Study area location and sampling point distribution
2017年11月,由于醴陵官莊湖濕地附近主要工業(yè)為采礦業(yè),雨水徑流過程會(huì)經(jīng)過礦坑等開采區(qū)域。根據(jù)代表性和典型性原則以及官莊湖濕地的具體情況,以官莊湖常水位為起點(diǎn),向周邊發(fā)散,依據(jù)被水流浸泡時(shí)間長(zhǎng)短,分別采集了表層0~20cm土壤樣品36份,其中包括自然土壤4份、季淹土壤16份、常淹土壤16份,以研究經(jīng)水流長(zhǎng)期浸泡土壤是否會(huì)受到重金屬污染。為了提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,根據(jù)土壤截面的色度深淺、密實(shí)度大小和根系豐富程度等,確定采集點(diǎn)土壤樣品。所有樣品均為組合樣,每個(gè)樣品由1個(gè)10cm×10cm的方塊組成,取四個(gè)角和中點(diǎn)混合進(jìn)行取樣。
將土壤樣品采集完成后帶回實(shí)驗(yàn)室,置于室溫下使其自然風(fēng)干,將土壤中的石塊和動(dòng)植物組織等雜物剔除干凈,用木錘將其仔細(xì)碾碎、研壓之后,用20目尼龍篩過篩1遍,再從中稱取40g土壤樣品,置于玻璃研缽中進(jìn)行再度研磨,直至過200目尼龍篩,最后將其用聚乙烯袋密封,等待檢測(cè)[3]。稱取0.5g土壤樣品,采用 HCl+HNO3+HF+HClO4消解提取土壤重金屬的全量。用石墨爐原子吸收法測(cè)定Cd的含量;用火焰原子吸收法測(cè)定Cr,Cu,Pb和 Zn的含量。全程嚴(yán)格遵守國家《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[13]。每批土樣做 3 次空白樣和平行樣,取平均值作為樣品重金屬元素的最終含量。檢測(cè)過程中,所用酸和水均為優(yōu)級(jí)純或超純標(biāo)準(zhǔn),并采用《土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07405(GSS-5)》作為質(zhì)量控制依據(jù),此外,將所有采集樣品做3次平行性試驗(yàn),取絕對(duì)平均值作為樣本重金屬的含量,把相對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差控制在±5%范圍內(nèi),回收率控制在95%~105%之間。全程無其他外來重金屬污染[14]。
2.3.1單因子污染指數(shù)法
該計(jì)算方法可以對(duì)土壤中的單項(xiàng)污染物的污染水平做出分析評(píng)價(jià)[15],其公式為:
Pi=Ci/Si
(1)
式中:Pi是土壤中單項(xiàng)污染物的環(huán)境污染指數(shù);Ci是單項(xiàng)污染物的實(shí)測(cè)值(mg/kg);Si是土壤中單項(xiàng)污染物的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值(mg/kg),這里選用《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618-2018)[16]中的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值。Pi值越大,表示土壤污染越重。單項(xiàng)污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為:Pi≤0.5為無污染,0.5
2.3.2內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法
內(nèi)梅羅(Nemerow)綜合指數(shù)法除了可以體現(xiàn)出各種污染物對(duì)土壤內(nèi)部的平均污染程度之外,還可以強(qiáng)調(diào)其中對(duì)土壤環(huán)境威脅最大的污染物[17],其公式為:
(2)
式中:Ij為j采樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù);Ijmax為j采樣點(diǎn)中單項(xiàng)污染物的污染指數(shù)最大值;Ijave為j采樣點(diǎn)中單項(xiàng)污染物污染指數(shù)的算術(shù)平均值。根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù),可將土壤重金屬污染劃分為:安全(Ij≤0.7)、警戒限(0.7
2.3.3污染負(fù)荷指數(shù)法
污染負(fù)荷指數(shù)法在評(píng)價(jià)土壤重金屬污染程度方面已被廣泛應(yīng)用[18],可以直觀地將重金屬對(duì)污染的貢獻(xiàn)程度反映出來,篩選出對(duì)生態(tài)環(huán)境污染貢獻(xiàn)率最大的重金屬元素。
根據(jù)某測(cè)量點(diǎn)各種重金屬的實(shí)測(cè)濃度計(jì)算污染物的系數(shù),具體公式如下:
CFi=Ci/Bi
(3)
某測(cè)量點(diǎn)的污染負(fù)荷指數(shù)(Lsite)為:
(4)
某區(qū)域的污染負(fù)荷指數(shù)(Lzone)為:
(5)
式中:CFi為重金屬元素i的污染系數(shù);Ci為土壤樣品中i元素的實(shí)測(cè)濃度(mg/kg);Bi為土壤中i元素的地球化學(xué)背景值,這里采用湖南省土壤背景值作為參考值,Cd,Cr,Pb,Zn,Cu的背景值分別為0.081,64,26,90,25mg/kg;n為評(píng)價(jià)的目標(biāo)重金屬的元素個(gè)數(shù);m為采樣點(diǎn)總數(shù)。評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
表1 污染負(fù)荷分級(jí)劃分Tab.1 Classification of the pollution degree
采用瑞典科學(xué)家 H?kanson[19]提出的,在國際上存在較大影響且被普遍用于對(duì)淤積物及土壤重金屬污染的潛在生態(tài)危害水平評(píng)價(jià)方式,其計(jì)算方法如下:
(6)
表2 重金屬的參比值和毒性系數(shù)Tab.2 Reference value and toxicity coefficient of heavy metals
多種重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)的計(jì)算方法如下[20]:
(7)
就多種金屬而言,RI<150為輕度潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),50≤RI<300為中度潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),300≤RI<600為強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),RI≥600為很強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),RI≥1200為極強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2010軟件完成,相關(guān)圖件的制作在Origin8.5和ArcGIS10.2軟件中完成。
官莊湖濕地土壤中所含重金屬濃度樣本測(cè)定數(shù)據(jù)如表3所示。對(duì)3種不同的采樣土壤類型(自然土壤、季淹土壤和常淹土壤)進(jìn)行土壤重金屬含量測(cè)定,其中每個(gè)采樣點(diǎn)都進(jìn)行了兩個(gè)不同土壤層次的取樣,將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合取均值。對(duì)測(cè)定結(jié)果分析表明,Cd,Cr的含量隨著土壤水淹時(shí)間變長(zhǎng)有減少的趨勢(shì),而Pb,Zn和Cu的含量隨著土壤水淹時(shí)間變長(zhǎng)有增加的趨勢(shì),說明水淹時(shí)間的變化會(huì)影響濕地土壤重金屬的遷移。
表3 官莊湖濕地土壤重金屬含量樣本數(shù)據(jù)Tab.3 Sample data of heavy metals in wetland soils of Guanzhuang Lake
將醴陵官莊湖濕地土壤中重金屬濃度測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理,結(jié)果表明:自然土壤中重金屬Cd,Cr,Pb,Zn和Cu的均值分別為4.23,85.32,29.80,81.73,29.79mg/kg,除了Zn含量還未到達(dá)湖南省土壤背景值之外,其余4種重金屬均超過,超標(biāo)率100%;Cd的均值是農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值的14.1倍,積累程度十分嚴(yán)重,其他4種重金屬含量未超過篩選值。變異系數(shù)能夠反映各重金屬元素的離散程度,且變異系數(shù)越大表明土壤重金屬污染受人為活動(dòng)干擾越強(qiáng)烈。從變異系數(shù)來看,5種重金屬的變異系數(shù)都沒有超過10,標(biāo)準(zhǔn)差也較小,離散程度都比較小,表明在自然土壤中5種測(cè)定重金屬分布較為均勻,由此推測(cè)目前受人為干擾不明顯。
季淹土壤中Cd,Cr,Pb,Zn,Cu的均值分別為3.41,67.11,51.39,99.58,30.51mg/kg,都在不同程度上超過了土壤背景值,Cr和Zn的超標(biāo)率都為56.25%,Cd,Pb,Cu的超標(biāo)率都為100%,Cd和Pb的均值分別超過了湖南省土壤背景值的42倍和1.97倍;Cd的均值是篩選值的11.37倍,積累程度嚴(yán)重,其余4種重金屬含量都在篩選值范圍內(nèi)。其中Pb的變異系數(shù)最大,有一定程度的離散,Cu的變異系數(shù)最小,離散程度最低。
常淹土壤中Cd,Cr,Pb,Zn,Cu的均值分別為1.79,45.27,55.19,122.59,38.17mg/kg,Cr含量還未達(dá)到土壤背景值,Zn超過了湖南省土壤背景值,超標(biāo)率為68.75%,Cd,Pb,Zn,Cu的均值分別為湖南省土壤背景值的22.1,2.1,1.4,1.5倍,Cd的均值是篩選值的5.97倍,有一定程度積累。Zn和Cu含量在某些采樣點(diǎn)超過了篩選值,Cr和Pb含量未超過篩選值。Cd和Zn的變異系數(shù)均超過了40%,分布較不均勻,說明受到一定程度的人為干擾;Cr和Pb的變異系數(shù)都為16.8%,但是標(biāo)準(zhǔn)差有所差異。
3.1.1土壤重金屬分析
通過以上比較,發(fā)現(xiàn)Cd在研究區(qū)的3類土壤中都超過了我國土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值,Zn和Cu只在常淹土壤中有不同程度超過篩選值,在其余兩類土壤中處于篩選值以下,Cr和Pb則在3類土壤中都在篩選值范圍以內(nèi)。所有元素以Cd超標(biāo)最為嚴(yán)重,Cd在自然土壤中的含量均值甚至超過了篩選值的14倍之多,這與沒有嚴(yán)格把控污染物的排放以及湖南省較高的土壤背景值存在很大關(guān)系。
因?yàn)槌赏聊纲|(zhì)以及成土環(huán)境的差別會(huì)影響到不同類型的采樣點(diǎn)土壤中的元素特征,樣本土壤中重金屬含量與背景值的比值,即該重金屬在土壤中的富集系數(shù),可以更為準(zhǔn)確地體現(xiàn)出該區(qū)域土壤中重金屬的污染情況。從表4中所得出的富集系數(shù)可以看出,Cd的富集系數(shù)在3類土壤中都十分高,在自然土壤中更是達(dá)到14.1之高,呈現(xiàn)出強(qiáng)烈富集,代表在研究區(qū)中Cd污染已經(jīng)達(dá)到了十分嚴(yán)重的地步。而其他重金屬富集情況較輕微。
表4 官莊湖濕地土壤重金屬含量比較Tab.4 Comparison of heavy metal contents in wetland soils of Guanzhuang Lake
以農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),用單因子污染指數(shù)法,對(duì)官莊湖濕地土壤中不同重金屬含量進(jìn)行污染程度評(píng)價(jià),如表5所示,研究區(qū)域內(nèi),5種被檢測(cè)的重金屬在不同采樣點(diǎn)的單項(xiàng)污染指數(shù)(Pi)均值的大小排序在季淹和常淹土壤中為Cd>Cu>Pb>Zn>Cr,在自然土壤中為Cd>Cu>Cr>Zn>Pb。在3類土壤采樣點(diǎn)中,Cd的Pi均達(dá)到了重度污染程度;Cu都處于輕度污染水平;Cr的Pi只有在自然土壤中為輕度污染,在季淹和常淹土壤中都為無污染;Pb和Zn在自然土壤中為未污染,而在季淹和常淹土壤中都為輕度污染。
以農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法,對(duì)官莊湖濕地土壤開展評(píng)價(jià),3種土壤中,Cd的綜合污染指數(shù)(Ij)達(dá)重度污染,其余4個(gè)重金屬除Cr的綜合污染指數(shù)在安全范圍內(nèi)之外,Pb,Zn和Cu都在3種土壤中的某一或兩種中達(dá)到了警戒限。
表5 官莊湖濕地土壤重金屬污染程度Tab.5 Heavy metal pollution in soil of Guanzhuang Lake Wetland
污染負(fù)荷指數(shù)法是綜合各重金屬元素對(duì)污染不同的貢獻(xiàn)率以及地理空間分布差異,對(duì)采樣區(qū)域中目標(biāo)重金屬的污染程度進(jìn)行分析。由圖2(a)可知,在自然土壤中,除了重金屬Zn之外,其余4種重金屬的CF值均大于1,Cd更是達(dá)到了52.22,數(shù)值大小排列為Cd>Cr>Cu>Pb>Zn,其中Cd屬于重度污染,Cr,Cu和Pb為輕度污染,Zn為未污染;在季淹土壤中(圖2(b)),5種重金屬的CF值大小排列順序?yàn)镃d>Pb>Cu>Zn>Cr,Cd達(dá)到重度污染,Pb為中度污染,其余3種重金屬為輕度污染。在常淹土壤中(圖2(c)),重金屬CF值排列順序與季淹土壤一致,Cd為重度污染,Pb為中度污染,Cu和Zn為輕度污染,Cr為未污染。
圖2 不同土壤類型重金屬污染負(fù)荷指數(shù)Fig.2 Heavy metal pollution load index in soil
由圖3可知,不同類型土壤中,5種重金屬對(duì)該區(qū)域土壤的污染負(fù)荷貢獻(xiàn)率不盡相同,在自然土壤中Cd的貢獻(xiàn)率達(dá)到91.9%,其余4種重金屬的貢獻(xiàn)率均不超過3%,對(duì)該區(qū)域土壤污染幾乎沒有貢獻(xiàn);在季淹土壤中,Cd以88.4%的貢獻(xiàn)率占比最高,Pb貢獻(xiàn)率為4.5%,其余3種重金屬均不超過3%;常淹土壤中,Cd的貢獻(xiàn)率為79.1%,Cr以2.5%的貢獻(xiàn)率為最小;3種土壤中,污染貢獻(xiàn)率最高重金屬均為Cd,相比之下,其余重金屬對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域污染貢獻(xiàn)極小。
圖3 不同土壤類型重金屬污染負(fù)荷指數(shù)貢獻(xiàn)率Fig.3 Contribution rate of heavy metal pollution load index in soil
由圖4可知,36個(gè)采樣點(diǎn)中,1個(gè)樣點(diǎn)的污染程度為重度污染,30個(gè)為中度污染,其余5個(gè)為輕度污染。
由表6可知,從4個(gè)不同污染水平占比來看:在所有采集的樣點(diǎn)中,Cd的重度污染程度為100%,其余4個(gè)重金屬都沒有達(dá)到重度污染;Cr的無污染程度所占比例為63.9%;CF值是最低的;Pb和Cu的輕度污染程度所占比例都大于60%;Zn的無污染程度和輕度污染程度占比都為44.4%。
圖4 采樣點(diǎn)土壤重金屬污染物負(fù)荷指數(shù)Fig.4 Soil heavy metal pollutant load index at sampling points
表6 不同污染級(jí)別樣點(diǎn)比例
Tab.6 Sample point ratio of different pollution levels
評(píng)價(jià)指標(biāo)元素?zé)o污染輕度污染中度污染重度污染CFiLsiteCd---100%Cr63.9%36.1%--Pb-66.7%33.3%-Zn44.4%44.4%11.2%-Cu-91.7%8.3%---13.9%83.3%2.8%
各元素單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子指數(shù)(Ei)空間分布如圖5所示:Cd和Cr的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布圖比較相似(圖5(a),5(b)),Ei較高的區(qū)域主要分布于研究區(qū)的東南部與北部,同時(shí)呈現(xiàn)出從研究區(qū)東北部向西南部逐漸下降的趨勢(shì);Pb的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)比較高的區(qū)域主要分布在研究區(qū)的西部(圖5(c)),東南部較低;Zn和Cu的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布圖十分相似(圖5(d),5(e)),Ei較高區(qū)域主要分布在研究區(qū)西南部,其他位置較低。整個(gè)研究區(qū)域的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害指數(shù)(Ri)的空間分布如圖5(f)所示,和Cd的空間分布幾乎一模一樣,由此可知,Cd是研究區(qū)的主要潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要貢獻(xiàn)重金屬。
圖5 土壤重金屬(Cd,Cr,Pb,Zn,Cu)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布圖Fig.5 Spatial distribution map of potential ecological risk of heavy metals in soil
表7 官莊湖濕地土壤重金屬潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)
Tab.7 Evaluation of potential ecological hazards of heavy metals in wetland soils of Guanzhuang Lake
樣本類型參數(shù)類型潛在生態(tài)危險(xiǎn)系數(shù)(Eir)CdCrPbZnCu潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI)自然土壤季淹土壤常淹土壤取值范圍387~4961.08~1.191.55~1.800.39~0.432.78~3.22平均值423.11.141.650.412.98貢獻(xiàn)率/%98.560.270.380.100.69取值范圍236~4170.72~1.152.02~4.220.40~0.662.77~3.38平均值340.530.892.860.503.05貢獻(xiàn)率/%97.900.260.820.140.88取值范圍60.5~423.50.46~0.762.53~4.160.43~1.052.83~5.61平均值179.470.603.070.613.82貢獻(xiàn)率/%95.670.321.640.332.04429.28347.83187.57
自然土壤中,重金屬實(shí)測(cè)濃度平均值的高低排序?yàn)镃r>Zn>Pb>Cu>Cd。其中Cd的含量最少,但是因?yàn)樗旧淼亩拘院軓?qiáng),所以危害程度也極高。其實(shí)測(cè)濃度超過農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值的14.1倍,且已超過風(fēng)險(xiǎn)管制值(2.0mg/kg),原則上應(yīng)當(dāng)采取嚴(yán)格管控措施。從土壤重金屬污染與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果來看,Cd達(dá)到了極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度,而Cr,Pb,Zn和Cu都處于輕度潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度。
季淹土壤中,重金屬實(shí)測(cè)濃度平均值的排序?yàn)閆n>Cr>Pb>Cu>Cd。其中Cd污染相對(duì)自然土壤中程度較輕。常淹土壤中,重金屬實(shí)測(cè)濃度平均值排序?yàn)閆n>Pb>Cr>Cu>Cd。不同于自然和季淹土壤的是,常淹土壤中Cd具有很強(qiáng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度,比自然和季淹土壤中的危害程度稍低一些。
綜上所述,醴陵官莊湖濕地土壤中的重金屬元素有一定程度的積累現(xiàn)象,對(duì)濕地生態(tài)環(huán)境造成了直接的威脅。從綜合污染指數(shù)來說,只有Cr在安全范圍以內(nèi),Pb,Zn和Cu都達(dá)到了警戒限,Cd已達(dá)到重度污染。從區(qū)域污染負(fù)荷指數(shù)來看,自然土壤為2.42,季淹土壤為2.55,常淹土壤為2.22,均屬于中度污染水平,其中貢獻(xiàn)率最大的重金屬為Cd。從潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)來說,自然土壤和季淹土壤中重金屬潛在危害處于強(qiáng)潛在風(fēng)險(xiǎn)程度,常淹土壤為中度潛在風(fēng)險(xiǎn)程度。隨著水淹時(shí)間的變長(zhǎng),重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)危害程度降低。說明經(jīng)過水淹以后,雨水對(duì)土壤的沖刷作用使得官莊湖濕地土壤中主要潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)重金屬元素流失,其釋放的重金屬元素遠(yuǎn)多于其在水體中所吸附的重金屬元素負(fù)荷量。并且,由于擴(kuò)散以及溶解等作用,土壤中的重金屬會(huì)因此滲入水域而導(dǎo)致水質(zhì)污染。3類土壤中都是以Cd的危害占比率最高,Cd污染十分嚴(yán)重,是研究區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高的重金屬元素,是研究區(qū)高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要原因。
官莊湖濕地土壤中,Cd污染在湖南省境內(nèi)十分嚴(yán)重,分布區(qū)域廣,其中數(shù)株洲市鎘污染情況最為嚴(yán)峻,而官莊湖濕地地區(qū)鎘污染水平嚴(yán)重的可能原因在于工業(yè)廢水、廢氣、廢渣的排放。因?yàn)楹鲜∈恰坝猩饘僦l(xiāng)”,在金屬礦山的采掘過程中,酸性廢水等滲入河流、土壤,而酸性廢水中又存在極多Cd離子,導(dǎo)致重金屬Cd污染。
土壤中Cd元素污染的治理應(yīng)當(dāng)依據(jù)不同地區(qū)土壤間的特征差異,以“具體問題具體分析”為根本實(shí)施原則,基于該地土壤中Cd污染程度大小以及其起源而選取與之相適應(yīng)的整治措施。例如,采取生物遷移技術(shù)將土壤中的Cd吸收并降解。同時(shí),由于存在于土壤中的鎘元素可以比較容易地被一些植物所攝取,如一些禾本科植物和葉菜類中的芥菜、芹菜以及冬青、杜鵑等都對(duì)鎘有較強(qiáng)的吸收富集能力,對(duì)受到鎘污染的土壤有著十分可觀的修復(fù)潛力。因此,可以考慮在官莊湖濕地土壤地區(qū)種植該類可以強(qiáng)力吸收鎘元素的植物,通過其生長(zhǎng)發(fā)育過程中的新陳代謝來使得Cd得以降解轉(zhuǎn)移,從而令土壤中的Cd濃度下降,達(dá)到治理鎘污染的目的。除此之外,控制官莊湖濕地周邊的工廠排放“工業(yè)三廢”也必不可少,從根源上把控住重金屬的污染源頭。
為了避免以后再發(fā)生其他重金屬元素嚴(yán)重污染的情況,醴陵官莊湖濕地區(qū)域內(nèi)的土壤重金屬污染問題值得重點(diǎn)關(guān)注、預(yù)防,應(yīng)該增強(qiáng)對(duì)濕地土壤環(huán)境的維護(hù),對(duì)受污染地區(qū)采取合理有效的措施進(jìn)行治理。