不同退耕年限下湿地土壤重金属含量、生物有效性及风险评价

湿地受人类活动影响,生态环境破坏日益严重,环境污染尤其是重金属污染已成为影响湿地生态环境的重要问题之一.随着人类对湿地保护意识的加强,退耕还湿工程成为改善和保护湿地的重要手段,以期逐步恢复湿地功能.湿地土壤的环境的变化是了解湿地环境的重要体现.因此通过了解退耕湿地土壤重金属有助于了解湿地生态环境变化.本文选取安庆沿江退耕湿地为研究对象,通过对不同退耕年限下湿地土壤中重金属含量及其有效态分布特征进行分析,探究不同退耕年限下湿地土壤重金属来源及影响因素.以了解土壤重金属在退耕湿地的环境行为和风险评价.本文以安庆菜子湖退耕湿地为研究对象,测定退耕3、7、11、21年不同年限下湿地土壤中Cu、Mn、Ni、Pb、Zn的含量,土壤重金属有效态含量采用TCLP法测定,结合研究区土壤理化性质,分析不同退耕年限下湿地土壤重金属来源及影响因素.基于重金属全量和有效态含量,对退耕湿地土壤重金属进行污染评价.主要结论如下:(1)研究区土壤中Cu、Ni、Mn、Pb、Zn含量范围分别为:14.96-39.29 mg﹒kg-1、12.33-27.84 mg﹒kg-1、179.66-678.30 mg﹒kg-1、5.14-34.63 mg﹒kg-1、17.22-260.58 mg﹒kg-1.平均含量分别为:25.39 mg﹒kg-1、20.46 mg﹒kg-1、408.53mg﹒kg-1、22.96 mg﹒kg-1、89.12 mg﹒kg-1.研究区土壤中Cu、Ni、Zn超过安庆市土壤背景值.五种重金属超标率:Cu(69.23%)>Ni(56.52%)>Mn(42.39%)>Pb(38.04%)>Zn(35.71%)采用国家土壤二级标准进行对比.除部分样点Zn外,研究区土壤中重金属均未超过国家土壤二级标准.表明研究区土壤重金属污染程度较低.(2)基于不同退耕年限下湿地土壤重金属含量存在差异.就表层而言,Cu、Mn、N i、Zn含量在退耕3-21年增加.在亚表层土壤中,Mn、N i、Zn在退耕3-11年呈增长趋势,在退耕11-21年Cu、Pb含量下降.对比安庆市土壤背景值,Ni、Pb在退耕3-7年、Mn、Zn在退耕3-11年中含量均低于土壤背景值,C u、N i在退耕7-21年、Mn、Zn在退耕11-21年、Pb在退耕11年高于背景值.总体而言,湿地土壤中cu、ni、mn、zn在退耕11-21年存在一定累积,退耕3-11年在土壤累积程度较低,油菜地土壤中重金属累积较低,原始湿地土壤重金属存在一定累积.(3)利用tclp提取的退耕湿地土壤cu、ni、mn、pb、zn有效态含量其平均值分别为:0.32、0.65、97.11、0.22、6.37mg·kg-1.tclp法提取cu、ni、mn、pb、zn有效态占总量的平均比例分别为:1.31%、3.05%、23.29%、1.04%、9.80%.就不同退耕年限湿地土壤而言,表层土壤中cu、ni、zn有效态提取比例在退耕3-11年下降,mn有效态提取比例整体变化较小.在亚表层中,随退耕年限增加有效态提取比例中cu无显著变化、pb开始递减、ni、mn含量变化趋势呈"n"型变化、zn先降后升,其中ni、zn在退耕21年、pb在退耕3年有效态提取比例最大,分别为4.90%、16.53%、2.15%.(4)利用主成分和相关性方法对重金属间进行分析,结果表明cu、mn、ni、pb、zn之间相关性多呈显著或极显著,表明研究区重金属有同一来源.根据研究区情况,农业活动是研究区土壤重金属的主要来源.家禽养殖饲料、农药和化肥中、水产养殖中饵料、杀虫剂投放使用,捕鱼和养殖过程中船舶运输柴汽油遗漏排放等是研究区土壤重金属主要活动来源..(5)利用内梅罗综合指数法对不同退耕年限下退耕湿地土壤重金属全量风险评价.cu、pb、zn风险指数随退耕年限的增加而增加,风险等级均超于0.7达到Ⅱ级水平.ni风险系数在退耕3到11年风险指数上升,在退耕21年风险指数下降.总体而言,研究区土壤中单一重金属风险等级多为i、ii级水平,污染程度总体偏低,较为清洁.研究区土壤重金属内梅罗综合污染指数随退耕年限增加存在变化.随退耕年限增加p综指数表现为在退耕3年到11年上升,并在退耕11年达到最大值,随后p综指数下降.油菜地土壤中p综指数高于退耕3年,但低于其它样地,原始湿地土壤中p综指数最高.总体而言,研究区土壤中重金属p综指数偏低,风险等级为ii级水平,污染程度偏低,整体较为清洁,但值得重视.(6)基于风险评价准则对重金属形态进行风险评价.cu有效态风险指数在退耕3、7、11年呈现下降趋势,风险等级为低风险.mn的有效态风险指数在退耕3、7年风险指数增加,在退耕11年下降,到退耕21年略有上升.ni有效态风险指数随退耕年份增加而下降,在退耕21年上升.pb有效态风险指数随退耕年限增加下降.zn有效态风险指数在退耕3年最高,退耕7年风险指数下降,但风险等级达到中等风险,在退耕11年风险指数下降幅度较大,且低于10%,退耕21年风险指数最低,