鄱陽湖南磯山濕地沉積物-植物體系中汞分布特征解析*

張小龍 黃 庭# 張湘文 吳代赦,2 王香蓮 王靜嵐 賴碧海 鄧毓峽

(1.南昌大學資源環境與化工學院，江西 南昌 330031；2.鄱陽湖環境與資源利用教育部重點實驗室，江西 南昌 330031；3.江西科技師范大學化學化工學院，江西 南昌 330047)

汞是全球環境污染物，具有高毒性、長距離遷移轉化的特征[1]，人體過量攝入汞會對健康產生不可逆傷害[2]。區域汞污染會影響到其生態結構和功能[3]，沉積物作為汞的主要遷移擴散與富集的轉換點，是汞的最終歸宿，也是眾多水生生物的棲息地[4]。水俁病事件后，汞在土壤、水體、沉積物等體系中蓄積與傳遞已有廣泛的研究[5-6]，但是在沉積物-植物體系中的分布特征少有報道。蘆葦(Phragmitesaustralis)不同組織對重金屬吸附累積能力很強[7]，其根部和地上部分對重金屬的富集系數均大于其他植物。此外，人工濕地蘆葦對不同重金屬吸附遷移能力也不同[8]。

鄱陽湖由于豐、枯水期水位周期性交替及自然環境變化，形成了由水域、泥灘、草灘等構成的濕地生態系統[9]。隨著泥沙淤積，河床升高，水域面積縮小，周期性淹水變化促使上游及下游的水攜帶污染物匯集到鄱陽湖，造成重金屬累積[10]。湖口縣位于鄱陽湖的上游，與長江接壤，湖口段沉積物中重金屬的平均含量均超過湖區背景值[11]，在撫河、信江及鄱江三角洲水底部分出現了汞污染[12]。湖體表層沉積物隨著底層的擾動，重金屬含量分布差異很大，污染程度較高，其中汞潛在生物毒性風險較高[13]。此外，鄱陽湖湖區農田土壤汞含量累積已達到中等生態危害程度[14-15]。南磯山濕地位于鄱陽湖南部近岸湖域中，蘆葦、山類蘆(Neyraudiamontana)是該區域典型植被，蘆葦植株較高，根莖十分發達，莖上多節，葉片似針形；山類蘆植株較矮，密生，莖上少節，葉片呈長條形。兩種植物能用于濕地中有毒污染物的指示與治理[16-17],[18]80。

目前針對鄱陽湖地區沉積物剖面及植物各部位汞含量的特征性分析成果較少。因此，本研究測定了南磯山濕地沉積物和典型的植物樣品中汞含量與灰分基汞含量，分析不同剖面沉積物理化性質與汞含量的關系，探討沉積物剖面與植物樣品中汞的分布累積特征，并初步探究了汞在沉積物中的垂向變化特征，為改善濕地生態環境和污染治理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 采樣點布置與樣品采集

綜合考慮區域的土地分布、水域面積、植被環境等因素，設置7個采樣點,沉積物采取鉆孔取樣，深度為24 cm，以2 cm分樣，共獲得沉積物樣品84個；蘆葦、山類蘆樣品于沉積物采樣點半徑1 m范圍內取樣,共獲得植物樣品14個；所有樣品裝袋并貼好標簽于實驗室存儲。采樣點分布見圖1。

圖1 濕地采樣點分布Fig.1 Wetland sampling site layout

1.2 樣品處理與分析方法

1.2.1 樣品前處理

沉積物樣品經冷凍干燥，剔去殘渣，研磨，過20目篩后，分成兩份，一份裝瓶并貼上標簽保存,用于測理化指標；另一份過100目篩后裝瓶，4 ℃保存，用于后期汞含量測定。植物樣品洗凈，將根、莖、葉分類，自然風干并破碎，過40目篩，編號裝瓶待測。

1.2.2 樣品的測定

沉積物與植物樣品先用微波消解儀(MARS XPRESS)消解、原子熒光光度計(AFS-8230)測定汞含量，均測定3次取平均值。沉積物pH與氧化還原電位(Eh)分別由pH計(pHB-4)和便攜式Eh計(CT-8022)測定，有機質(SOM)通過重鉻酸鉀滴定法[19]進行測定。植物灰分采用重量法[20]進行測定，植物灰分基汞含量由植物干基汞與植物灰分換算得出[21]，其中干基汞等于植物總汞的含量。

1.3 分析方法

單因子指數法[22]用于評價汞的污染累積程度，地累積指數法用于指示沉積物中的重金屬污染程度[23]112-113，吸附累積指數法[24]用于表征植物對于重金屬吸收的強烈程度與重金屬累積情況。

1.4 質量控制與數據統計分析

沉積物與植物中汞的測定分別使用土壤標準樣品(GBW07386)、芹菜標準樣品(GBW10048)進行質量控制，回收率分別為93%～113%、91%～106%。試劑均為優級純，標準曲線R2>0.999。

2 結果與討論

2.1 沉積物、植物汞含量分布特征

由表1可見，沉積物中汞為0.075～0.637 mg/kg，超過江西省土壤背景值(0.08 mg/kg)[25]的剖面占89.3%，說明剖面中汞存在局部累積。汞含量最大值出現于采樣點7，該采樣點離生產生活區較近，可能是人為活動所致。采樣點2、6由于離生活區較遠，可能受人為活動影響較小。各剖面汞含量的變化特征如圖2所示，采樣點4、7剖面汞含量出現明顯峰值。標準誤差與標準偏差能反映出每個采樣點不同剖面汞含量的離散程度，采樣點3、4、5、7波動較大，采樣點1、2、6波動較小，與圖2一致。植物中汞為0.005～0.394 mg/kg，蘆葦與山類蘆中汞含量最大值分別在采樣點2、5出現，最小值分別在采樣點6、3出現。蘆葦在采樣點2、7的標準誤差和標準偏差較大，山類蘆在采樣點5的標準誤差和標準偏差較大?？傮w上看，研究區沉積物和植物中汞含量較大，這可能是人為活動等因素造成。

表1 研究區汞分布特征

圖2 汞隨剖面深度的變化特征Fig.2 Variation characteristics of mercury content with profile depth

2.2 植物不同部位汞含量特征分析

2.2.1 植物不同部位汞含量

蘆葦、山類蘆不同部位汞含量存在差異，蘆葦根部汞為0.034～0.144 mg/kg，莖部汞為0.010～0.107 mg/kg，葉片汞為0.029～0.253 mg/kg，總體分布特征為根部>葉片>莖部。山類蘆根部汞為0.028～0.139 mg/kg，莖部汞為0.005～0.109 mg/kg，葉片汞為0.024～0.394 mg/kg，總體分布關系特征也為根部>葉片>莖部。莖部汞含量最低可能是因為莖部在整個植物體系中是傳輸介質；部分葉片汞含量高，可能是大氣環境中存在微量的汞[26-27]，植物葉片通過氣體交換吸收大氣中的汞所致[28-29]；根部汞主要來自于沉積物，沉積物中汞含量增加會導致植物中汞的蓄積。相同采樣點蘆葦與山類蘆汞含量分布規律不一致，可能是由于兩種植物生理結構存在差異[18]81。

2.2.2 植物不同部位灰分基汞分析

灰分基汞變化可用于揭示植物中穩定汞的波動。表2顯示，蘆葦根部、莖部、葉片灰分基汞分別為0.036～0.155、0.010～0.114、0.029～0.279 mg/kg；山類蘆根部、莖部、葉片灰分基汞分別為0.029～0.170、0.005～0.119、0.025～0.427 mg/kg。植物灰分基汞一般在0.003～0.030 mg/kg[23]116，兩種植物根部和葉片灰分基汞含量偏高，其中采樣點2蘆葦葉片灰分基汞為0.279 mg/kg、采樣點5山類蘆葉片灰分基汞為0.427 mg/kg，遠大于參考值?？梢?，兩種植物根部與葉片均存在不同程度的汞累積。蘆葦類植物具有很強的吸附重金屬能力[30]。蘆葦與山類蘆的吸附累積系數與植物內總汞以及灰分基汞含量都呈現一定程度的正相關。植物汞吸附累積系數一般在0.038～0.380[31]。結果表明，采樣點大部分植物的吸附累積系數偏高，存在吸附累積。汞在植物中的遷移系數[32]可以反映出其吸收能力，系數越大表明地下轉運到地上的能力越強。蘆葦的汞遷移系數為0.302～2.192，山類蘆的汞遷移系數為0.148～2.511，可見，兩種植物均對汞表現出一定的轉運能力。

表2 植物中汞累積分布特征1)

2.3 沉積物剖面汞評價

2.3.1 汞與Eh、pH、SOM的相關性分析

由表3可看出，SOM含量與汞含量存在顯著相關性(p<0.01)，汞含量伴隨SOM含量升高而升高；pH與SOM含量存在顯著相關性(p<0.05)，與汞含量也存在顯著相關性(p<0.01)，歸因于pH會影響汞在土壤介質中的遷移[33]；Eh與pH、汞含量均存在顯著相關性(p<0.01)，與SOM含量也存在顯著相關性(p<0.05)?？梢?，不同剖面的汞含量與理化因素存在一定的聯系。

表3 研究區剖面各參數相關性系數1)

2.3.2 沉積物剖面汞污染評價

由表4中的單因子指數分析結果可看出，達到中度及以上污染的剖面占比為16.7%，58.3%的剖面輕度污染，7.1%的剖面無污染；地累積指數分析結果也顯示16.7%的剖面達到中污染及以上水平，無污染剖面占35.7%，無污染至中污染剖面占47.6%?？梢?，兩種評價方法所得結果比較接近，表明沉積物剖面存在汞蓄積，研究區湖泊沉積物處于亞健康狀態。

表4 沉積物汞污染等級劃分1)

2.3.3 汞含量隨剖面深度的變化特征分析

由圖2可看出，垂向汞含量的變化趨勢可分為4段：第1段，剖面深度為2～6 cm處沉積物中汞為0.076～0.281 mg/kg，含量較高，可能是由于濕地表層SOM含量比較豐富，主要為腐殖酸，其帶有大量的負電荷和官能團，對重金屬離子的吸附能力很強[34-35]，致使該層位汞含量升高；第2段，剖面深度為6～15 cm處沉積物中汞為0.075～0.296 mg/kg，各采樣點呈現鋸齒狀波動，但波動幅度不大；第3段，剖面深度為15～20 cm處沉積物中汞出現了峰值，最高可到0.637 mg/kg，其原因可能是沿鄱陽湖濕地周邊工業的大批新起、農田大量施肥、高效農藥殘留、污染物大量排放、資源過度開采等，沉積物中出現了汞的明顯累積；第4段，剖面深度為20～24 cm沉積物中汞呈現明顯下降趨勢，處于0.075～0.222 mg/kg,可能是由于湖泊過去重金屬的輸入與周期性的豐、枯水期變化的影響有關[36]。采樣點4、5、7剖面重金屬汞出現了很明顯的累積情況，考慮到鄱陽湖是一個吞吐型湖泊，可能是豐、枯水期交替演變，泥沙不斷沉積與地質演變導致[37-38]?？梢?，在自然因素和人類活動影響下，南磯山濕地沉積物中汞隨深度增加表現很出的特征與余海洋[39]的研究結果相似。

3 結 論

(1) 所有沉積物剖面中，16.7%的剖面達到了中度及以上污染。濕地沉積物剖面中汞為0.075～0.637 mg/kg，大部分剖面汞含量超江西省土壤背景值，說明存在汞累積。

(2) 不同沉積物剖面汞含量與pH、Eh、SOM存在相關性(p<0.01)。

(3) 汞在蘆葦和山類蘆中的分布特征總體一致，總體表現為根部>葉片>莖部。

(4) 沉積物在2～6 cm剖面深度，汞含量稍高；在6～15 cm剖面深度，大部分沉積物汞含量呈現鋸齒波動狀態；在15～20 cm剖面深度處，出現汞含量的峰值；剖面深度超過20 cm，汞含量呈現下降趨勢。