三门峡黄河湿地重金属分布特征及生态风险评价_官庆松.pdf

第 19 卷 第 1 期湿地科学与管理 Vol.19No.1 2023 年 2 月WETLAND sCiENCE&MANAGEMENT Feb.2023重金属作为典型的累积性污染物，毒性大、难降解，会导致动植物死亡、食物链发生破坏，引起生态系统恶化，对生态环境具有显著的生物毒性和持久性威胁（Fangetal.,2019;Chenetal.,2019），重金属在水体、悬浮物及沉积物中能够进行复杂的迁移转化，并且通过食物链最终进入人体，引起人体中毒（姜林等,2014）。湿地生态系统作为流域内重金属污染物的主要载体和净化场所，其重金属含量可直观反映湿地系统的健康状态，也可以反映水环境的污染状况（Elturketal,2019;Melegyetal.,2019）。近几年越来越多的地区出现了重金属含量超标引起的环境污染问题。黄河湿地有机质含量低（Guan,2022）、盐碱程度高，长期以来黄河的过度开发导三门峡黄河湿地重金属分布特征及生态风险评价官庆松1,2,3杨黎君1,2,3高 玮4张振江4李庆斌1赵明杰4许慧豪1,2,3（1水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京100000；2河南科技大学应用工程学院，河南三门峡472000；3三门峡市黄河湿地环境过程与生态修复工程技术研究中心，河南三门峡472000；4河南省三门峡生态环境监测中心,河南三门峡472000）摘 要 为了解三门峡黄河湿地沉积物重金属分布特征及生态风险，采用地累积指数评价法和潜在生态风险指数对三门峡黄河湿地不同类型湿地重金属生态风险进行评价。结果表明：杨家湾湿地表层土壤（0 10 cm）重金属含量显著高于天鹅湖湿地，杨家湾湿地中汞（Hg）、铬（Cr）、砷（As）、锰（Mn）、铁（Fe）含量高于天鹅湖湿地；除 Cr 外，光滩其它重金属含量均低于植被覆盖样点，植被有助于重金属在沉积物中累积，不同植被对重金属的累积程度不同。三门峡黄河湿地中 Hg、镉（Cd）在时间尺度上变化较大，其地累积指数（Igeo）最大值分别为 2.37、2.10，属于中度风险，其它重金属无污染。三门峡黄河湿地重金属潜在生态风险指数（RI）为 91.6 422.0，平均值为 212.3，属于中等风险，Er值显示 Hg 和 Cd 为高风险，光滩RI值（91.6）显著低于芦苇和香蒲覆盖样地（155.58，221.74）。三门峡黄河湿地重金属生态风险为中度污染，主要风险源为 Hg 和 Cd。关键词 黄河湿地；重金属；风险评价中图分类号：X826文献标识码：A文章编号：1673-3290(2023)01-0055-05spatial Distribution and Ecological Risk Assessment of Heavy Metals in sanmenxia Yellow River WetlandGuAN Qing-song1,2,3 YANG Li-jun2,3 GAO Wei4 ZHANG Zhen-jiang4 Li Qing-bin1 ZHAO Ming-jie4 Xu Hui-hao2,3（1 state Key Laboratory of water and sediment science and water conservancy and Hydropower Engineering,Beijing 100000,China;2 College of Application of Engineering,Henan university of science and Technology,sanmenxia 472000,Henan,China;3 sanmenxia Yellow River wetland environmental process and ecological restoration engineering technology research center,sanmenxia 472000,Henan,China;4 sanmenxia ecological environment monitoring center,sanmenxia 472000,Henan,China）Abstract Geo-accumulation index and potential ecological risk index were used to estimate the degree of heavy metal contamination in the different types of wetlands in Sanmenxia Yellow River wetland.The results showed that the heavy metal contents of surface soil(0 to 10 cm)in Yangjiawan wetland is significantly higher than that in Swan Lake wetland.The contents of Hg,Cr,As,Mn and Fe inYangjiawan wetland were higher than those in swan Lake wetland.Except for Cr,the contents of other heavy metals at sites without vegetation cover were lower than those at vegetation covered sites,indicating that vegetation contributed to the accumulation of heavy metals in sediments.Hg and Cd vary greatly on the time scale,and the maximum values of Geo-accumulation index(igeo)were 2.37 and 2.10 respectively,indicating a moderate ecological risk.The potential ecological risk index(Ri)of heavy metals was between 91.6 and 422.0,with an average value of 212.3,indicating a medium ecological risk,and the Er value showed that Hg and Cd were of high risk.The Ri value of sites without vegetation cover(91.6)was significantly lower than that of the vegetation covered sites(155.58,221.74).The ecological risk of heavy metals in sanmenxia Yellow River wetland was moderate,and the main risk sources were Hg and Cd.Key words Yellow River wetland;Heavy metal;Risk evaluation收稿日期：2022-08-02基金项目：清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室开放研究基金（sklhse-2021-C-05）作者简介：官庆松（1987），男，博士，讲师，主要研究方向为湿地氮素生物地球化学循环。E-mail:DOi:10.3969/j.issn.1673-3290.2023.01.1156湿地科学与管理 第 19 卷致流域内重金属污染逐渐增加，黄河湿地沉积物中重金属污染状况也备受关注。黄河湿地重金属研究主要集中在黄河三角洲湿地（刘晟等,2021;齐月等,2020），三门峡黄河湿地是黄河中游地区发育较好的湿地，属于国家级湿地保护区，具有重要的生态价值，该区域的重金属含量分布及其生态风险尚不清楚。本研究以三门峡黄河湿地为研究对象，分析沉积物中重金属铁（Fe）、锰（Mn）、铬（Cr）、锌（Zn）、砷（As）、铅（Pb）、铜（Cu）、镍（Ni）、镉（Cd）、汞（Hg）的分布特征，采用地累积指数评价法和潜在生态风险指数评价法评价湿地重金属的生态风险，以期为三门峡黄河湿地的生态保护提供数据支撑。1 研究区概况与研究方法1.1 研究区概况三门峡黄河湿地国家级自然保护区是河南省最大的湿地保护区。保护区位于河南省西北部黄河中下游段，地处冬候鸟迁徙中线，我国 2/3 的大天鹅（Cygnuscygnus）在此越冬，是大天鹅的重要栖息地及重要水源涵养地。三门峡大坝每年冬、春季蓄水，夏、秋季排水，水位呈周期性升降，形成了广阔的湿地，野生植被主要以芦苇（Phragmitesaustralis）、香蒲（Typhaorientalis）为主。三门峡湿地是黄河流域典型的水库型湿地代表，湿地长205 km，宽3 km，总面积2.85万hm2，其中核心区1.44万 hm2。研究区有高山和陡峭的峡谷，属半干旱大陆性季风气候，年平均温度 12.813.9，降水量集中在 79 月，年平均降水量 513 638 mm（Guan,2022）。1.2 研究方法1.2.1土 壤 采 样在 三 门 峡 库 区 杨 家 湾（110 43 E,34 37 N）、天鹅湖（111 8 E,34 47 N）2 个地点采集土样。杨家湾属于自然湿地，天鹅湖样点在排水期间进行作物耕种，人为干扰较大，属于轮作型湿地。2021 年 8 月进行土壤样品的垂直采样，杨家湾采样深度为 0 5 cm、5 10 cm、10 13 cm、13 18 cm（13 cm 为土壤与沙质的分界线），天鹅湖采样深度为 0 5 cm、5 10 cm、10 20 cm、20 30 cm。为研究自然湿地中不同植被对沉积物重金属累积的影响，2021 年 12 月在杨家湾的光滩、芦苇覆盖区、香蒲覆盖区 3 个点位采集表层沉积物（0 5 cm）。1.2.2 样品分析将采回的土样置于室内通风阴干，拣去动植物残体，倒入研钵研细，过 100 目筛，装入自封袋中备用。Hg 含量的测定采用原子荧光法（GB/T 22105.1-2008），Cd 含量的测定采用石墨炉原子吸收分光光度法（GB/T 17141-1997），Cr、As、Pb、Cu、Zn、Ni、Mn、Fe 含量的测定采用波长色散 X 射线荧光光谱法（HJ 780-2015）（S8 TIGER波长色散型 X 射线荧光光谱仪）。1.3 评价方法1.3.1 地累积指数评价法地累积指数法（Igeo）是依据沉积物中重金属的背景值定量分析其污染程 度 的 方 法（Lietal.,2018;Hanetal.,2017），公式如下：式 中：Igeo为 地 质 累 积 指 数，共 分 为 7 级，Igeo 0 为 无 污 染，0 Igeo 1 为 轻 度 污 染，1Igeo 2 为轻中度污染，2 Igeo 3 为中度污染，3 Igeo 4 为偏重度污染，4 Igeo 5 为重度污染，Igeo 5 为严重污染；ci为样本中重金属 i 含量的测定值（mg/kg）；cbi为重金属的背景值。本研究中河南省土壤元素背景值（Hg、Cd、Cr、As、Pb、Cu、Zn、Ni、Mn 含量背景值分别为 0.026、0.064、63.3、9.8、21.8、20.0、62.5、27.3、560mg/kg）（邵丰收等,1998）。1.5 为修正系数，用来消除沉积或成岩作用引起的背景值变动的误差（齐月等,2020）。1.3.2 潜在生态风险指数评价法潜在生态风险指数（RI）考虑了重金属的污染程度、生物毒性和综合生态风险，体现了生物有效性和相对贡献比例及地理空间差异等特点（Lie