土壤重金属污染是难治理的环境污染物,因而在国内的污染生态学(Pollution Ecology)及国外的环境保护生态学(Ecology for Environment Protection)研究中都将重金属污染作为环境污染中的重点研究对象[1]。金属Pb是最常见的土壤重金属污染物之一,Pb是一种对人体无任何生理功能且对人体健康有严重危害的重金属[2],也是严重的重金属污染元素之一[3]。土壤金属Pb污染具有污染范围广、持续时间长、污染隐蔽性、无法被生物降解的特点[4],近些年成为重金属环境污染问题研究的主要方向之一[5]。消落带是水域与陆地生态系统的过渡地带[6],由于受到水、陆环境的交替影响,其生态系统结构同时受到陆生生态系统和水生生态系统的双重作用。由于周期性的蓄水淹没、冲刷及沉积作用,消落区土壤将成为水库金属污染物的汇或源[7]。消落带区域是生态环境敏感脆弱地带,研究消落带土壤重金属针对减缓和阻止消落带自然植被的退化和萎缩,恢复和重建受损的消落带土壤生态系统具有重大的意义及价值[8]。
胥焘等[9]测定三峡库区香溪河消落带土和库岸土壤重金属的含量,分析重金属迁移特征,评价重金属污染状况,分析了重金属来源。张雷[10]等分析三峡澎溪河回水区消落带及岸边土壤样品中重金属分布特征,研究重金属间的相关性,评价其污染状况。王图锦等[11]分析了三峡库区澎溪河消落带土壤及其沿岸土壤样品重金属形态分布特征,并对重金属污染程度及生态风险进行评价。刘丽琼等[12]探究了三峡库区不同淹水高程消落带土壤中重金属分布特征,王业春等[13]研究了三峡库区消落带不同水位高程土壤重金属含量及污染程度。以上研究区域主要集中在三峡库区消落带,缺乏其他区域消落带的相关研究,有关消落带土壤粒径分布特征及各粒径中重金属含量分布特征未见报道。本论文以贵州省安顺夜朗湖沙湾河口消落区土壤为研究对象,分析不同淹水时间土壤粒径分布特征,不同粒径土壤中Pb含量、不同淹水时间Pb含量垂直分布,评估不同淹水时间消落带土壤金属Pb污染程度。分析结果对用于消落带污染土壤中Pb污染控制及修复治理、耕地利用都具有重大意义。
1.材料与方法
(1)土壤样品采集
在贵州省安顺市普定县夜郎湖沙湾河口消落区根据淹水时间设立7个采样点(A、B、C、D、E、F、G)。采样点各位置A为湖面与消落带交接处、B距离湖面10米、C距离湖面20米、D距离湖面30米、E距离湖面40米、F距离湖面50米、G距离湖面60米,相邻两个采样点垂直高度差约为1米。然后利用40cm长的荷兰钻采集每个采样点不同深度(间隔10cm)的消落带土壤样品,将同一采样点同一深度的土壤样品装入聚四氟乙烯袋中,除去袋中的空气,运回实验室。
(2)分析测定方法
将采集的土壤样品自然风干,真空冷冻干燥后研磨,过筛分为不同粒径土样<0.22mm、>2mm、1-2mm、0.41-1mm、 0.22-0.41mm、0.125-0.22mm、0.063-0.125mm、0.048-0.063mm、<0.048mm的样品。采用火焰原子吸收光度法测出样品中重金属Pb含量。
(3)地累积指数法
地质累积指数法(Igeo)广泛用于环境沉积物中重金属污染的定量分析,地累积指数既反映了重金属分布的自然变化特征,又可以判别人为活动对环境的影响,是区分人为活动影响的重要参数。其计算公式为:
Igeo=log2(Cn/1.5Bn)
式中:Cn为实测沉积物中重金属的含量;
Bn为当地沉积物重金属的背景值;
1.5为考虑到成岩作用可能引起背景值波动而设定的常数。
2.结果与分析
(1)不同淹水时间表层土壤粒径分布特征
由图1可以看出,D、E、F、G四处采样点表层土壤样品粒径具有相似的分布特征,呈现出随土壤粒径减小该粒径土壤百分含量先增大后减小的趋势,且峰值均为0.41-1mm土壤粒径,质量百分含量约为25%。这可能由于以上四处淹水时间较短,淹水时间较接近,在一定的淹水时间内河流冲刷及颗粒物成绩对土壤粒径分布影响不大。A、B、C三处表层土壤样品粒径具有相似的分布特征,呈现出随土壤粒径不断减小该粒径土壤百分含量降低的趋势,当粒径>2mm土壤质量百分含量最高,且含量均处在25%-30%之间;其次粒径为1-2mm和0.41-1mm含量次之,依次土壤粒径0.41-1mm、 0.22-0.41mm、0.125-0.22mm、0.063-0.125mm、0.048-0.063mm、<0.048mm质量百分含量依次降低。同时还可以发现B、C两处粒径1-2mm和0.41-1mm土壤质量百分含量较一致,而A处粒径1-2mm和0.41-1mm土壤质量百分含量较BC两处低,这可能由于A处为水陆交界处造成的。
综上分析可以发现A、B、C处质量百分含量最大值对应的土壤粒径较D、E、F、G处土壤粒径大,且大粒径土壤质量百分含量较大,可能由于A、B、C淹没时间较长,河流中大粒径颗粒物不断沉积所致。
(2)不同淹水时间表层土壤中Pb各粒径含量分布特征
由图2可知,不同淹水时间采样点不同粒径中Pb含量变化特征不完全相同。A、B、E、F、G几处采样点土壤中Pb含量随土壤粒径变化波动较小,这可能由于Pb存在于气态挥发性的污染物中,而这些气态挥发性的污染物是由能够在不同粒径的土壤颗粒上吸附而造成的。其中A处土壤中,0.063-0.125mm粒径Pb含量较高,0.22-0.41mm粒径的Pb含量较低;B处土壤中,0.22-0.41mm粒径Pb含量较高,<0.048mm粒径的Pb含量较低;E处土壤中,0.063-0.125mm粒径Pb含量较高,>2mm粒径的Pb含量较低;F处土壤中,0.22-0.41mm粒径Pb含量较高,<0.048mm粒径的Pb含量较低;G处土壤中,0.41-1mm粒径Pb含量较高,>2mm粒径的Pb含量较低。C、D两处采样点土壤中Pb含量随土壤粒径变化波动较大,C处土壤中Pb含量随土壤粒径减小先增大后减少,0.125-0.22mm粒径Pb含量较高,>2mm粒径的Pb含量较低,而D处土壤中Pb含量随土壤粒径减小不断减少,>2mm粒径Pb含量较高,<0.048mm粒径的Pb含量较低。结果表明,除A处(水陆交接)外,其它消落带土壤中Pb最低含量主要分布在粒径最大和粒径最小的土壤中,且呈现交替出现的现象(如表2所示);Pb最高含量主要集中分布在粒径0.063-2mm土壤中(如表2所示)。
(3)不同淹水时间土壤Pb含量的垂直分布特征
由图3可知,A、D两处Pb含量随土壤深度增加先减少,略升高后又减少;B、G两处Pb含量随土壤深度增加先减少,后增大;E、F两处Pb含量随土壤深度增加不断减少;而C处Pb含量随土壤深度增加先增大,后减少。结果表明,在夜郎湖沙湾河口不同淹水时间消落带土壤重金属Pb的时空变化特征不同。在淹水时间较短的E、F、G三处不同深度土壤Pb含量差异显著,而在C、D两处不同深度土壤Pb含量差异不显著,说明在落干过程土壤中重金属Pb垂直分布特征发生改变。不同淹水时间采样点均表现出表层土壤Pb含量高于底层,这可能由于消落表层土壤受到不同时间的湖水淹没,水体中的悬浮物吸附Pb并最终沉积到湖区底泥当中造成的。
(4)不同淹水时间土壤Pb生态风险评价
由表3可知,A、B、C、D、E、F、G土壤中Pb的Igeo范围分别为2.13-2.69、1.86-3.11、1.94-2.60、2.14-2.64、 1.50-2.96、0.22-2.90、0.28-1.31,A、D处不同深度土壤中Pb均处于中等污染水平,B处消落带土壤中Pb处于偏中度至偏重度污染水平,C、E处消落带土壤中Pb处于偏中度至中度污染水平,F、G处消落带土壤中Pb处于轻度至中度污染水平,结果表明夜郎湖沙湾河口不同淹水时间消落带土壤存在不同程度的Pb污染。
3.小结
夜郎湖沙湾段不同淹水时间消落带土壤中Pb含量较高,明显高于贵州省沉积物地球化学背景值,存在不同程度的污染,因此应加强夜郎湖沙湾河口Pb污染的防治工作。不同淹水时间消落带表层土壤粒径分布呈现出一定的规律性,淹水时间达到一定值时,表层土壤粒径分布规律趋于一致。不同淹水时间采样点不同粒径中Pb含量变化特征不完全相同,但Pb最高含量与最低含量分布的粒径较为集中。不同淹水时间消落带土壤中Pb含量垂直分布特征不同。
摘要：本论文分析了夜郎湖沙湾河口不同淹水时间消落带表层土壤粒径分布特征以及Pb在各粒径含量分布,分析了不同淹水时间消落带土壤Pb含量垂直分布特征,评估了Pb污染程度。实验结果表明:不同淹水时间消落带表层土壤粒径分布特征具有一定的规律性,不同淹水时间消落带土壤Pb各粒径含量变化特征不完全相同,但Pb最高含量与最低含量分布的粒径较为集中。不同淹水时间消落带土壤中Pb含量垂直分布特征不同,但不同深度土壤中Pb含量较高,存在不同程度的污染。
关键词：重金属Pb,消落带土壤,淹水时间,夜郎湖
参考文献
[1] 王皙玮,王秋红,於丽华.土壤重金属污染及对生物体影响的研究进展[J].中国农学通报,2017,33(19):86-92.
[2] 王崇臣,王鹏.pH对土壤中Pb、Cd释放量的影响[J].安徽农业科学,2009,37(5):2170-2171.
[3] 邓建平,陈碧艳,刘运广.儿童铅中毒研究概况[J].内科,2012,7(2):154-157.
[4] Tessier A.Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals[J].Analytical Chemistry,1979,51(7):844-851.
[5] 程新伟.土壤铅污染研究进展[J].地下水,2011,33(1):65-67.
[6] 戴方喜,许文年,陈芳清.对三峡水库消落区生态系统与其生态修复的思考[J].中国水土保持,2006,(12):6-8.
[7] Liu Shiliang,Wang Cong,Yang Juejie,et al.Assessing the heavy metal contamination of soils in the water-level fluctuation zone upstream and downstream of the Manwan Dam,Lancang River[J].Journal of Soils and Sediments,2014,14(6):1147-1157.
[8] 艾丽皎,吴志能,张银龙.水体消落带国内外研究综述[J].生态科学,2013,32(2):259-264.
[9] 胥焘,王飞,郭强,聂小倩,黄应平,陈俊.三峡库区香溪河消落带及库岸土壤重金属迁移特征及来源分析[J].环境科学,2014,35(4):1502-1506.
[10] 张雷,秦延文,赵艳明,等.三峡澎溪河回水区消落带岸边土壤重金属污染分布特征[J].环境科学学报,2012,32(12):3021-3029.
[11] 王图锦,潘瑾,刘雪莲.三峡库区澎溪河消落带土壤中重金属形态分布与迁移特征研究[J].岩矿测试,2016,35(4):425-432.
[12] 刘丽琼,魏世强,江韬,等.三峡库区消落带土壤重金属分布特征及潜在风险评价[J].中国环境科学,2011,31(7):1204-1211.
[13] 王业春,雷波,杨三明,等.三峡库区消落带不同水位高程土壤重金属含量及污染评价[J].环境科学,2012(02):278-283.
[14] 刘峰,胡继伟,秦樊鑫,等.红枫湖沉积物中重金属元素溯源分析的初步探讨[J].环境科学学报,2010,30(9):1871-1879.