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锁黄仓湿地公园土壤重金属“Pb”“As”“Mn”的分布特征及其污染评价

2020-03-24 09:43:43 《科技资讯》 2020年1期

张明意 李倩 王硕 吴云杰

摘? 要:该文以贵州威宁锁黄仓国家湿地公园林地、草地、耕地和沼泽地土壤为研究对象,通过测定土壤中重金属铅(Pb)、砷(As)和锰(Mn)的含量,并采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法评估锁黄仓湿地不同土地利用方式下的土壤环境质量状况,以揭示锁黄仓土壤Pb、As和Mn的分布特征及污染状况。结果表明,从研究区域整体分析,元素Pb、As和Mn在4种土地利用方式中分布不均匀,其元素含量都存在差异,元素Pb和Mn含量都在沼泽地中最高、林地最低,而元素As在林地中最高、沼泽地最低;通过单因子污染评价和内梅罗综合污染评价得,威宁锁黄仓整体的土壤状况不佳,下游土壤受污染情况严重,锁黄仓下游土壤重金属污染的治理已迫在眉睫。

关键词:不同土地利用? 土壤污染? 重金属? 分布特征? 综合评价

中图分类号:TU986.52 ? ?文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2020)01(a)-0073-02

近年来我国的工业和农业发展迅速,导致土壤遭受重金属污染[1]。土壤重金属污染具有易富集、难迁移、潜伏期长且高毒性等诸多不利于土壤环境质量的特性[2]。有害的重金属元素在土壤中不断累积会对土壤中的植物系统造成毒害作用,致使土壤退化,甚至破坏土壤的生态平衡,然而土壤中的重金属污染物质有着非常广泛的来源,且水体、固废、大气等都能够成为重金属进入土壤的途径,给土壤环境带来巨大压力[3]。因而,当前众多国内外学者都着重于研究土壤中不同重金属元素的污染问题,其研究对于修复已经污染的土壤以及防预重金属污染有着重要意义。

1? 材料与方法

1.1 研究区概述

锁黄仓是湖泊型湿地,公园总规划面积为244.67hm2,湿地率达到31.3%。锁黄仓地处云贵高原,是暖温带高原季风性气候,该地日照时间长、夏季气温低、凉爽、冬季微冷、冬季和春季降水少,优越的气候条件、丰富的资源、种类繁多的具有代表性与利用价值生物等让锁黄仓成为保护草海、供众多鸟类栖息的重要功能区。

1.2 样品采集与处理

在实验区范围内,选取林地、草地、耕地和沼泽地4种主要土地利用类型,沿上游、中游和下游分别设置样地,采集土壤样品。据说实际情况,林地布设8个采样区,草地、耕地和沼泽地布设9个采样区,共35个采样区,去除土壤表面的枯枝落叶及石子等杂物,以随机采样的方式在每个采样区布设采样点(土壤表层土0~20cm),多个采樣点混合为一个样品,装至密封袋中带回实验室,置于通风处,经自然风干后研磨,过100目尼龙筛(0.15mm),待测。

1.3 土壤重金属污染评价方法

1.3.1 单因子污染指数法

单因子污染指数法是将实验的实测值与所测定重金属元素的国家安全标准值进行比较,判断环境质量的一种方法。其计算公式为:

(1)

式中:Pi为土壤重金属元素i的单因子污染指数;Ci为元素i的测定值mg/kg;Si为元素i的标准值。

1.3.2 内梅罗综合污染指数法

内梅罗综合污染指数法能够反映所测的各个重金属元素在整个研究区域土壤中的污染情况,是用来评价土壤重金属污染使用最为广泛的综合方法。公式为:

(2)

式中:PN为研究区的综合污染指数;Paver为单项污染指数的算术平均值;Pmax为研究区中的重金属污染物质的单因子指数最大值。

2? 结果与分析

2.1 不同土地利用方式重金属Pb、As和Mn的分布特征

2.1.1 不同土地利用方式下重金属Pb的分布特征

Pb的含量在4种土地类型中都表现出由上游至下游逐步递增的规律,且其含量在上游林地土壤中最低,下游沼泽地土壤中最高。从不同土地类型来看,Pb含量在沼泽地土壤中差异不显著(P>0.05),在林地土壤中,上游和下游林地间有显著差异(P<0.05);草地和耕地土壤中,都表现为下游分别与上游、中游间差异显著(P<0.05),说明Pb在草地和耕地中大体分布不均匀。

2.1.2 不同土地利用方式下重金属As的分布特征

元素As含量均超过了背景值20mg/kg。元素As在林地土壤、草地土壤、耕地土壤和沼泽地土壤中含量均值分别为36.31mg/kg、31.92mg/kg、32.74mg/kg和28.19mg/kg,在下游林地土壤中达到最高。

2.1.3 不同土地利用方式下重金属Mn的分布特征

元素Mn在林地土壤、草地土壤、耕地土壤和沼泽地土壤中含量均不超过土壤Mn背景值,仅在下游的草地和耕地中表现为接近背景值,可判断研究区暂未受重金属Mn污染。林地和沼泽地土壤中Mn含量差异不显著(P>0.05),分布均匀,在草地和耕地中分布不均匀,但上游耕地和中游耕地内部Mn含量分布均匀。

2.2 不同土地利用方式下土壤重金属的相关性分析

林地土壤中重金属元素Pb、As和Mn之间无显著相关性;在草地和耕地土壤中元素Pb与Mn之间都表现出显著相关性(P<0.05),相关性系数分别为0.773和0.801;在沼泽地土壤中元素As和Mn之间表现出显著相关性(P<0.05),其相关性系数为0.79。

3? 讨论

3.1 不同土地利用方式对元素Pb含量的影响

因受人为因素的干扰程度不同,不同土地利用方式下Pb的累积存在差异,元素Pb在4种土地利用方式中含量由高到低表现为沼泽地>耕地≈草地>林地。另外,研究区草地大多为退耕还草,因此耕地和草地土壤中元素Pb含量相近,并且,虽然高于林地,但其含量还是低于沼泽地土壤,因为耕地中作物的收获、草地中动物的采食能够带走土壤中的一部分元素Pb,而该地区沼泽地中的植物对元素Pb不敏感,造成Pb的大量累积。

3.2 不同土地利用方式对元素As含量的影响

与贵州土壤重金属元素As的背景值相比,元素As含量在4种土地利用方式中均有不同程度的升高,累积现象显著,4种土地类型中元素As含量由高到低表现为林地>耕地≈草地>沼泽地,沼泽地土壤中含量最低。林地土壤中含量最高。

3.3 不同土地利用方式对元素Mn含量的影响

元素Mn在不同土地利用方式中含量由高到低表现为沼泽地>草地>耕地>林地,沼泽地土壤中元素Mn含量最高,其原因可能为林地、草地以及耕地中的元素Mn随着降水等因素迁移到沼泽地,受到沼泽地中湿地植物的拦截作用累积于沼泽地土壤中,导致其含量偏高。

4? 结语

通过单因子污染评价和内梅罗综合污染评价总结出,威宁锁黄仓整体的土壤状况不佳,其中上游土壤尚清洁,但应开始警戒,中游有部分土壤受到轻度污染,应加强管理并着手治理,而下游土壤受污染情况严重,锁黄仓下游土壤重金属污染的治理已迫在眉睫。

参考文献

[1] 周智全,张玉歌,徐欢欢,等.化学淋洗修复重金属污染土壤研究进展[J].绿色科技,2016(24):12-15.

[2] 李玉超,余涛,杨忠芳,等.辽宁盘锦市农田土壤重金属元素时空变化研究[J].现代地质,2016,30(6):1294-1302.

[3] 张兆永,吉力力·阿不都外力,姜逢清.博尔塔拉河河水、表层底泥及河岸土壤重金属的污染和潜在危害评价[J].环境科学,2015,36(7):2422-2429.

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