趙 津

(煙臺(tái)市萊陽(yáng)環(huán)境監(jiān)控中心,山東 煙臺(tái) 265200)

濕地是位于陸生生態(tài)系統(tǒng)與水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過(guò)渡地帶,具有獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)功能,是全球三大生態(tài)系統(tǒng)之一,在維持生物的多樣性、降解污染物質(zhì)、抗旱、防洪以及調(diào)節(jié)氣候等方面具有其他生態(tài)系統(tǒng)不可替代的作用[1]。濕地一般位于地勢(shì)比較低洼的地區(qū),容易接收來(lái)自河流等污染物質(zhì)的輸入,因此,隨著環(huán)境問(wèn)題的日益增加及突出,保護(hù)濕地以及保持濕地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性的發(fā)展已經(jīng)成為社會(huì)的熱點(diǎn)。在許多情況下,濕地?fù)?dān)任了重金屬儲(chǔ)存庫(kù)的重要角色[2]。但是當(dāng)重金屬的含量超過(guò)濕地所能容納的環(huán)境的容量時(shí),濕地就會(huì)逐漸的變成重金屬的提供者,從而危害生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。濕地的研究已經(jīng)逐漸成為許多國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。濕地的定義,國(guó)際《濕地公約》這樣給出,“不問(wèn)其為天然的或人工的、長(zhǎng)久的或暫時(shí)性的沼澤地、泥炭地或水域地帶、靜止的或流動(dòng)的、淡水、半咸水、咸水體,包括低潮時(shí)水深不超過(guò)6m的水域。還可包括與濕地毗鄰的河岸和海岸地區(qū),以及不位于濕地內(nèi)的島嶼或低潮時(shí)水深超過(guò)6m的海洋水體”[3]。

重金屬由于其在環(huán)境中的難降解性、毒性、生物富集性等地球化學(xué)特征,被認(rèn)為是嚴(yán)重的污染物質(zhì),具有潛在的生態(tài)危害性[4-7]。重金屬的存在、遷移和轉(zhuǎn)換,可能會(huì)對(duì)土壤、水體、沉積物等產(chǎn)生嚴(yán)重的重金屬污染,并且會(huì)對(duì)人類、動(dòng)物、植物和其它生物產(chǎn)生持久性的潛在風(fēng)險(xiǎn)性[8-9],重金屬在土壤中的積累可能會(huì)給周圍環(huán)境帶來(lái)比較嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。

1 不同類型濕地重金屬的研究

濕地根據(jù)成因分為天然濕地和人工濕地兩大類,天然濕地分為濱海濕地、河流濕地、湖泊濕地和沼澤濕地4類[10]。

1.1 濱海濕地

濱海濕地是位于海洋與陸地之間的過(guò)渡地帶,研究濱海濕地的變化,可以為近海岸的濕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)及濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)提供依據(jù)[11]。劉志杰等[12]對(duì)黃河三角洲濱海濕地表層沉積物進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)黃河三角洲濕地的主要的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子是重金屬Cd,這一結(jié)果與姚新穎[13]對(duì)黃河三角洲濕地土壤重金屬的研究分析得出的結(jié)果是一致的。馬香菊等[14]對(duì)天津臨港濱海濕地公園重金屬進(jìn)行了監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)Cr、Cu、Zn和Cd不同程度超過(guò)我國(guó)土壤環(huán)境背景值。

1.2 河流濕地

河流濕地包括跟河流連接的淺湖,河流的岸邊帶,以及河邊、河叉、河口的沼澤區(qū),具有凈化水體,降解污染物,調(diào)蓄洪水,調(diào)節(jié)河川徑流及維持生物多樣性等功能特點(diǎn)[15-16]。敖亮等[17]對(duì)三門峽庫(kù)區(qū)河流濕地沉積物重金屬進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),重金屬累積發(fā)生在渭河入黃口下游處,重金屬Cu、Cd、Pb的污染及累積最為明顯。張軍等[18]對(duì)會(huì)仙濕地典型河流重金屬進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),Hg的強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)率高達(dá)95.8%。

1.3 湖泊濕地

湖泊濕地是屬于流域內(nèi)的水陸交錯(cuò)地帶,具有凈化水體、保持生物的多樣性、維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性等作用,湖泊濕地又是相對(duì)脆弱的地帶,是流域可持續(xù)發(fā)展、以及流域生態(tài)學(xué)研究應(yīng)密切關(guān)注的地帶[19]。Zhang等[20]對(duì)衡水湖濕地水、沉積物和蘆葦中進(jìn)行重金屬研究發(fā)現(xiàn),沉積物中重金屬的含量最高。朱嵬等[21]對(duì)寧夏黃河流域湖泊濕地底泥重金屬進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),以現(xiàn)代工業(yè)化前,正常顆粒底泥中重金屬含量的最高背景值作為參比值,重金屬的單因子生態(tài)危害程度順序?yàn)?Cd >As >Hg >Pb >Cu >Cr >Zn,重金屬的富集系數(shù)順序?yàn)?Cr >Pb >Zn >Cu >As >Cd >Hg,鶴泉湖底泥中重金屬的潛在生態(tài)危害性相對(duì)最高,其他湖泊底泥中重金屬的潛在生態(tài)危害性比較輕。

1.4 沼澤濕地

沼澤濕地是典型的濕地類型之一,具有重要的生態(tài)調(diào)節(jié)功能,在生物多樣性保護(hù)方面發(fā)揮著不可替代的作用[22]。葉華香等[23]對(duì)扎龍濕地表層沉積物重金屬的含量進(jìn)行研究,以松嫩平原土壤背景值作為參比值,發(fā)現(xiàn)重金屬Hg、As、Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的平均含量都超標(biāo),并且含量分布存在著明顯的差異,各重金屬相互之間呈現(xiàn)著極顯著正相關(guān)性,除了Hg、Pb之外,這表明這些重金屬元素之間可能具有著同源性。

濕地重金屬含量及分布特征與濕地的類型、環(huán)境、含量背景值、污染物質(zhì)輸入輸出量、地理位置等有關(guān),不同類型的濕地重金屬污染因子不同、潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)性不同。因此,濕地重金屬研究為濕地保護(hù)提供了重要的科學(xué)依據(jù)及理論價(jià)值。

2 濕地重金屬形態(tài)研究

重金屬污染的嚴(yán)重性不僅僅取決于重金屬的總量,也取決于在土壤中重金屬存在的化學(xué)形態(tài),土壤本身的物理化學(xué)性質(zhì)也會(huì)影響重金屬的化學(xué)形態(tài)[24]。重金屬化學(xué)形態(tài)的研究分析,在某種程度上,反映了人類作用及自然作用等對(duì)重金屬的生物毒性,以及來(lái)源的貢獻(xiàn)。土壤重金屬是以不同化學(xué)形態(tài)存在于土壤顆粒物中的,確定重金屬存在的化學(xué)形態(tài),對(duì)于揭示重金屬的來(lái)源、遷移、轉(zhuǎn)化、以及對(duì)環(huán)境的污染程度等具很重要的意義。土壤的化學(xué)物理性質(zhì)等比較復(fù)雜,重金屬的化學(xué)形態(tài)不同,產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)不同[25-26]。因此,對(duì)濕地土壤重金屬進(jìn)行化學(xué)形態(tài)的研究分析具有十分重要的意義。

重金屬形態(tài)目前還沒(méi)有統(tǒng)一的分類和定義。目前經(jīng)常性采用的重金屬形態(tài)提取的方法有Tessier法、BCR法等方法,Tessier法常被用作土壤及沉積物重金屬形態(tài)的提取。Tessier等[27]將重金屬的形態(tài)劃分為:可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)態(tài)及殘?jiān)鼞B(tài)五種化學(xué)形態(tài)?？山粨Q態(tài),指吸附在腐殖質(zhì)上、粘土上等的重金屬形態(tài),對(duì)環(huán)境比較敏感,容易遷移、轉(zhuǎn)化,反映人類對(duì)環(huán)境的影響,以及對(duì)生物的毒性作用;碳酸鹽結(jié)合態(tài),指與重金屬結(jié)合形成的共沉淀態(tài),受pH值影響最大,pH值越大,越容易形成碳酸鹽結(jié)合態(tài);鐵錳氧化物結(jié)合態(tài),指活性的鐵錳氧化物共沉淀或吸附陰離子而形成的,水體氧化還原電位較高時(shí),有利于鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)的形成;有機(jī)態(tài),指土壤中各種有機(jī)物質(zhì)等,與重金屬結(jié)合而形成的;殘?jiān)鼞B(tài),指一般存在于原生礦物、次生礦物、硅酸鹽等土壤晶格中,比較穩(wěn)定,不易釋放,能長(zhǎng)期穩(wěn)定在沉積物中[25-29]。Tessier法是近20年來(lái)環(huán)境科學(xué)、地球化學(xué)、土壤學(xué)等領(lǐng)域較多采用的重金屬形態(tài)劃分的方法[30-32]。李如忠等[33]利用Tessier五步提取法對(duì)銅陵市惠溪河沉積物重金屬Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As進(jìn)行形態(tài)分析,發(fā)現(xiàn)主要以有機(jī)態(tài)形式存在于沉積物中的是重金屬Cu,主要以殘?jiān)鼞B(tài)及鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)存在于沉積物中的是重金屬Zn、Pb,主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在于沉積物中的是重金屬Cr、As,這一結(jié)果與李如忠等同年一月份利用Tessier法分析研究的結(jié)果相一致[34]。臧飛等[35]利用Tessier五步提取法對(duì)東大溝、西大溝沉積物中重金屬Cd、Pb、Cu、Ni、Zn、Cr進(jìn)行形態(tài)分析,發(fā)現(xiàn)東大溝沉積物中主要以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)存在的是重金屬Pb,主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在的是重金屬Zn、Ni、Cr,主要以有機(jī)態(tài)存在的是重金屬Cu、Cd,,西大溝沉積物中Pb主要以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)存在,其余重金屬均主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在。

BCR法將重金屬的化學(xué)形態(tài)分為弱酸溶解態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)四種形態(tài)[35]。BCR法與Tessier法不同的是,BCR法將Tessier法中的可交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)合并為一項(xiàng),稱為弱酸溶解態(tài),BCR法雖然其它幾種形態(tài)的分類與BCR法相同,但提取所用的試劑、溫度、時(shí)間等不同[36]。秦延文等[37]利用BCR提取法對(duì)太湖表層沉積物重金屬Cd、Pb、Cu、Zn進(jìn)行形態(tài)分析,發(fā)現(xiàn)四種重金屬以可提取態(tài)(弱酸溶解態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)并稱為可提取態(tài))為主,且可提取態(tài)具有較高的二次釋放潛力性,這一結(jié)果與陳春霄等[38]采用BCR提取法對(duì)太湖表層沉積物重金屬分析,發(fā)現(xiàn)重金屬Cu、Zn、Pb的可提取態(tài)具有較高的二次釋放潛力的結(jié)果相一致。李必才等[39]利用BCR四步提取法對(duì)白洋淀底泥重金屬形態(tài)及垂向分布進(jìn)行分析。

3 濕地重金屬污染評(píng)價(jià)研究

濕地重金屬來(lái)源不同,以及存在的形態(tài)不同,并且形態(tài)的不同導(dǎo)致其生態(tài)效應(yīng)不同,因此,重金屬的來(lái)源、存在形態(tài)、生態(tài)效應(yīng)等可以由重金屬的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)來(lái)反映出來(lái)。

目前,國(guó)內(nèi)外土壤中重金屬污染的評(píng)價(jià)方法比較多,如有:地累積指數(shù)法,潛在生態(tài)危害指數(shù)法,單因子指數(shù)法,內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法,生物效應(yīng)濃度法,富集系數(shù)法,污染負(fù)荷指數(shù)法,生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)法,綜合響應(yīng)因子法,健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法,基于GIS的地統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)法等,但目前還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),以及成熟的方法[40-42]。重金屬的各種評(píng)價(jià)方法有其各自的使用特點(diǎn)以及局限性。在進(jìn)行土壤中重金屬的污染評(píng)價(jià)時(shí),應(yīng)該選擇合理有效的一種或幾種評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。盧君勇等[43]運(yùn)用地累積指數(shù)法及潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)四川省馬邊老河壩磷礦重金屬進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)Cd元素危害最大。Arunkumar等[44]利用污染系數(shù)、地累積指數(shù)及污染負(fù)荷指數(shù)對(duì)印度南部的特里凡得瑯地區(qū)(Thiruvananthapuram)濱海濕地進(jìn)行研究分析發(fā)現(xiàn)Poonthura濕地和Akkulam-Veli濕地潛在危害熱點(diǎn)地區(qū)。郭偉等[45]利用單因子指數(shù)法及內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對(duì)內(nèi)蒙古包頭礦尾土壤中的不同重金屬及不同地區(qū)的重金屬進(jìn)行污染評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)土壤環(huán)境的健康與穩(wěn)定正在遭受著土壤重金屬的威脅。Li等[46]利用單因子污染指數(shù)法(SFCI)、金屬污染指數(shù)法(MCI)、生物-沉積物富集因子法(BSAF)來(lái)評(píng)價(jià)黃河三角洲濱海濕地沉積物及底棲生物中九種重金屬的潛在生態(tài)危害性及生物富集性,發(fā)現(xiàn)重金屬As超標(biāo)率達(dá)50%以上,且九種重金屬的單因子污染指數(shù)秋季比春季要大,金屬污染指數(shù)沒(méi)有固定的模式,但生物-沉積物富集因子法表明重金屬Cd從沉積物到底棲生物中產(chǎn)生生物富集。

4 濕地重金屬污染防治對(duì)策及生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

強(qiáng)化源頭的控制,提高濕地重金屬污染防治水平。控制河、湖、江等水質(zhì)中重金屬的通量,分類別、分區(qū)域?qū)?、湖、江等的水質(zhì)進(jìn)行污染防治及監(jiān)管,可采取將直排江河湖等的企業(yè)廢水進(jìn)行循環(huán)再用,減少排放量,或者提高廢水重金屬治理工藝,如沉淀法、離子交換法、吸附法、電解法等,降低江、河、湖等的重金屬污染,從而減少濕地重金屬的污染;加大中間環(huán)節(jié)的巡查力度,降低濕地重金屬通量。分地區(qū)、分類別對(duì)不同江河湖等進(jìn)行沿岸徒步巡查,將排查到的排水口進(jìn)行登記記錄,建立排水口臺(tái)賬,嚴(yán)格排水標(biāo)準(zhǔn),從而降低濕地重金屬的含量;重視濕地本身的保護(hù),提高濕地的觀賞價(jià)值?？沙浞掷矛F(xiàn)在的高科技,加強(qiáng)對(duì)濕地的在線監(jiān)測(cè)力度,可加強(qiáng)濕地的生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用,如植物在濕地中起著非常重要的作用,可以起到吸附重金屬的作用,隨著植物的定期收割,將重金屬?gòu)臐竦刂腥コ?/p>

5 展望

濕地重金屬研究雖然已逐漸成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一,但關(guān)于不同類型濕地重金屬污染特點(diǎn)的比較及重金屬形態(tài)的研究比較少,濕地重金屬的污染評(píng)價(jià)沒(méi)有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)方法與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因此,應(yīng)重點(diǎn)對(duì)不同類型濕地重金屬污染的比較、濕地重金屬形態(tài)、濕地重金屬的污染評(píng)價(jià)等進(jìn)行深入研究。在研究上,應(yīng)注重新技術(shù)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)。這將更加有利于濕地的保護(hù)。

濕地污染不但會(huì)使水質(zhì)惡化,同時(shí)還嚴(yán)重危害著濕地的生物多樣性。由于濕地保護(hù)存在如濕地保護(hù)管理體系不完善、監(jiān)測(cè)體系不完善、公眾對(duì)濕地的保護(hù)意識(shí)不高等問(wèn)題,因此濕地的保護(hù)及修復(fù)尤為重要。應(yīng)完善濕地的管理保護(hù)體系,建立聯(lián)防聯(lián)動(dòng)機(jī)制、部門間建立信息聯(lián)動(dòng),以進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)濕地的保護(hù);同時(shí),應(yīng)加大電視、網(wǎng)絡(luò)、報(bào)紙等的宣傳力度,提高群眾保護(hù)濕地的意識(shí)。以為人類創(chuàng)造良好的濕地生態(tài)環(huán)境。