扎龙湿地重金属污染现状及风险评价研究进展

翟志纯（拜泉县环境监测站 黑龙江 拜泉 164700）

扎龙湿地重金属污染现状及风险评价研究进展

翟志纯（拜泉县环境监测站 黑龙江 拜泉 164700）

扎龙湿地是我国北方典型的芦苇沼泽湿地。本研究通过查阅文献资料，综述已有研究成果，旨在为扎龙湿地保护工作的开展提供科学性依据。研究结果表明：扎龙湿地正面临植被严重退化、面积迅速萎缩和生产力急剧下降等生态风险。扎龙湿地表层沉积物重金属含量基本呈现西北高，东南低的趋势。同时，扎龙湿地生态系统脆弱性表现较为明显，中度脆弱和重度脆弱地区占总面积的18%，潜在脆弱和微度脆弱地区占总面积的63%。

扎龙湿地；重金属污染；生态风险；沉积物

湿地是位于陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带，为土壤浸泡在水中的特定环境。其地表被浅水覆盖或者水位在地表附近变化，具有稳定区域气候环境、保护物种基因及资源利用等功能，因而，被誉为“物种的基因库”、“生命的摇篮”和“地球之肾”。湿地作为地球三大生态系统之一，在调节气候、净化水体、保护生物多样性和维持生态系统稳定等方面发挥重要作用。随着人类经济活动加剧和不合理开发利用，导致扎龙湿地面积锐减、质量逐渐恶化。重金属因其难降解性和易积累性而成为环境重要污染物。重金属可以通过有机质络合和氧化还原反应等过程释放到上覆水，对湿地生态系统造成潜在的生态风险。因此，研究湿地沉积物中重金属含量、空间分布特征和潜在生态风险不仅为水体中重金属污染的来源和监测提供科学依据，还对生物多样性和人类生存环境的保护具有深远意义。相关研究表明，工业污水和生活废水是扎龙湿地重金属污染物的主要来源，仅乌裕尔河流入扎龙湿地的年工业废水总量高达2045.9万t，年生活污水总量高达968.3万t，同时，化肥和农药的过量使用必然导致重金属随地表径流进入扎龙湿地。本研究通过查阅文献资料，综述已有研究成果，探讨扎龙湿地重金属污染现状，追踪污染物主要来源，分析影响重金属累积效应的环境因子，旨在为扎龙湿地保护工作提供科学依据。

1 扎龙湿地区域概况

扎龙湿地（46°52′-47°32′N，123°47′-124°37′E）位于黑龙江省西部松嫩平原左岸乌裕尔河和双阳河下游湖沼苇草地带，地跨齐齐哈尔市的铁锋区、昂昂溪区、泰来县、富裕县和大庆市的林甸县、杜尔伯特蒙古族自治县，共计6个县区，总面积2100km2，平均湿地面积1240km2，南北长65km，东西宽37km，地势基本呈东北-西南走向，中间低洼，是我国北方同纬度地区保留最完整、时间最原始、面积最开阔的湿地生态系统。扎龙湿地属温带大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季温热多雨，秋季降温急剧，常有早霜发生，冬季寒冷漫长，年均气温为2℃-4℃，年均降水量为419mm，多集中于7-9月份，占总降水量的70%，年均蒸发量为1307.7mm。扎龙湿地地理景观主要包括沼泽、草甸、水域、盐碱地和居民用地，土壤类型以盐化沼泽土、石灰性草甸土、盐化草甸土、黑钙土和风沙土为主，泥炭深度可达2m。1979年，黑龙江省人民政府正式比准建立扎龙湿地自然保护区；1987年，经国务院批准升级为国家级自然保护区，成为我国首批列入《国际重要湿地名录》的7个自然保护区之一；1992年，被拉姆萨尔公约（Ramsar Convention）列入国际重要湿地名录。

图1 扎龙湿地地理位置

独特的地理位置使扎龙湿地成为东北地区重要的鸟类繁殖地和栖息地，在世界鹤类和植物保护事业中占据重要地位。扎龙湿地是乌裕尔河流域的生态屏障，维持了该区野生生物种类的丰富度和多样性，保存了最完整的湿地生态系统和野生生物特有的遗传特性，是我国重要的天然基因库之一。区域内高等植物468种，隶属67科；鱼类46种，隶属9科；兽类21种，隶属5目8科；两栖类爬行动物8种，隶属4目6科；鸟类236种，隶属17目45科，其中国家一级保护鸟类8种，二级保护鸟类33种。

表1 扎龙湿地植被资源

2 重金属污染风险评价方法

目前，国内外常用的重金属污染评价方法较多，最具代表性的主要有：单因子指数法、尼梅罗综合指数法、地累积指数法、潜在生态危害指数法和沉积物富集系数法。以上评价方法各具特色，适用范围不一，应用也各有局限。

2.1 单因子指数法

单因子指数法是国内评价水、土壤、大气和河流沉积物重金属污染最常用的方法。其优点是能够判断出环境中的主要污染因子。但环境是一个复杂的综合体系，环境污染往往是由多个污染因子复合污染所致。因此，该方法仅适用于评价受单因子污染的特定区域。

（1）式中：Pi表示污染物单因子指数；Ci表示实测浓度（mg﹒kg-1）；S表示土壤环境质量标准（mg﹒kg-1）。

表2 单项污染指数污染程度分级

2.2 尼梅罗综合指数法

单因子污染指数法只能反映单个污染物的污染程度，不能全面、综合的反映土壤整体污染状况。而不同区域土壤背景差异较大，同时受多种重金属污染，此时，采用尼梅罗污染指数法评价整个区域重金属污染状况较为适用。且能够突出污染指数最大的污染物对研究区环境质量的影响。

（2）式中：I表示尼梅罗综合污染指数；Pi表示i元素标准化污染指数（单因子污染指数）；Pimax表示所有重金属元素中污染指数最大值。

2.3 地累积指数法

地累积指数法（index of geoaccumulation）是由德国海德堡大学沉积物研究所化学家Müller提出的，不仅能够反映重金属分布的自然变化特征，还可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。因而被广泛应用于评价现代沉积物中重金属的含量表征。

表3 尼梅罗污染指数和重金属污染分级标准

（3）式中：Igeo表示地累积指数；Cn表示重金属n在沉积物中的实测含量；Bn表示沉积岩中n元素的地球化学背景值；K表示常数（一般情况下K=1.5）。

表4 重金属污染指数与Igeo的关系

2.4 潜在生态危害指数法

潜在生态危害指数法是瑞典学者Hakanson建立的一种应用沉积学原理评价重金属污染及生态危害的方法。该方法结合环境化学、生态毒理学等方面的知识，采用定量的方法划分重金属的潜在危害程度，目前，已成为国际重金属研究的标准方法。

（4）式中：RI表示重金属潜在生态危害指数；Eri表示重金属i的潜在生态危害指数；Tri表示重金属i的毒性系数（反映生物对重金属污染的敏感程度）；Ci表示沉积物中重金属实测浓度；Cni表示重金属i的区域土壤背景值。

表5 重金属潜在生态危害指标与分级关系

2.5 沉积物富集系数法

沉积物富集系数法（Sediment enrichment factor）是Kemp于1979年提出的。该方法考虑到沉积物中重金属的环境背景值，能够反映重金属污染物的来源和化学活性。但仅适用于单因子污染区域，不能反映整体污染水平。

（5）式中：KSEF表示沉积物中重金属的富集系数；ES表示沉积物中重金属含量；AlS表示沉积物中Al的含量；Ea表示未受污染的沉积物中重金属的含量；Ala表示未受污染的沉积物中Al的含量。

表6 富集系数与污染程度的关系

3 扎龙湿地重金属污染风险评价

重金属是自然界普遍大量存在的痕量物质，难以被生物降解，但可被生物吸收，并通过食物链富集，最终破坏生态系统稳定性，因而，常被视为环境主要污染物。土壤中重金属污染来源途径多样：含重金属废弃物料的随意堆放、农药和化肥的过量使用、矿山酸性水的注入、污水灌溉和废旧电池的非科学处理等。同时，围湖造田、湖泊养殖和工业生产等经济活动高速发展，导致扎龙湿地生态系统相应发生变化，湿地生产力逐渐下降，湖沼环境污染日益严重。

扎龙湿地死鱼事件（1981、1988）、天鹅死亡事件（1987）和黑鹤死亡事件（1988）等一些列环境安全问题，引发相关学者和当地政府对扎龙湿地生态系统健康性及稳定性的关注，并组织科研团队展开野外调查和室内实验。研究结果表明，除Cr、Hg外，Cd、Pb、Zn、Cu、As含量均超过土壤背景值，底泥质量受到工业生产的严重影响。分析其原因为：1）扎龙湿地进水量减少。一方面，乌裕尔河径流量较小；另一方面，扎龙湿地水资源受东升水库调节和人为控制，致使进入自然保护区的水量明显减少，水体流速缓慢，自净能力降低；2）生产、生活污水过量排放。目前，乌裕尔河已经成为依安、富裕和杜蒙等城镇的纳污水体；3）化肥和农药。乌裕尔河上游为松嫩平原主要耕种区，年化肥施用量和农药喷洒量严重超过环境容纳上限。

表7 地面水环境质量标准值mg·L-1

扎龙湿地是集生态价值、经济价值、旅游价值和科研价值于一体的国家级自然保护区，但随着工农业污水排放、水利工程的修建以及水陆交措带垦植等经济活动的逐渐增强，目前，扎龙湿地正面临植被严重退化、面积迅速萎缩和生态系统生产力急剧下降等生态风险。作为珍稀鸟类和水禽的栖息地，扎龙湿地重金属污染已严重影响到该区野生动物健康。沉积物是水环境中持久性和有毒化学污染物的“终极沉降地”和“仓库”，因此，沉积物的污染状况是全面衡量水环境质量优劣的重要因素。

扎龙湿地受多种重金属污染，且污染程度相对较为严重，但各种重金属生态风险指数差异明显、空间分布区规律各异。吴攀碧等采用相关分析和潜在生态危害指数法，探讨扎龙湿地表层沉积物重金属（Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Ni、As）含量表征，结果表明，沉积物中重金属含量顺序为：Zn＞Cr＞Pb＞Ni＞Cu＞Zn＞Cd，潜在生态风险顺序为：Cd＞Pb＞As＞Cu＞Ni＞Cr＞Zn。李苗等研究发现，扎龙湿地重金属含量变异系数差异较为明显，以Pb、Mn最高，分别为139.8%和89.6%。说明扎龙湿地不同区域同一重金属含量差异较大，其主要和当地工业生产布局有关。诸多研究表明，扎龙湿地重金属污染生态风险指数呈逐年增加趋势。笔者认为造成该结果的主要原因是，一方面，气候变暖导致乌裕尔河上游来水量逐年递减，湿地净化功能下降；另一方面，水体的流动性较低，对重金属的稀释能力减弱，导致重金属富集程度增强，潜在生态风险增加。叶华香等通过选择不同研究区域（试验区、缓冲区、生态旅游规划区和核心区），采用电感耦合等离子体质谱仪法，分析扎龙湿地重金属空间分布规律，结果表明，扎龙湿地沉积物重金属空间分布存在明显的差异性，试验区和缓冲区Cd和Hg含量分别是土壤背景值的32.4和20.8倍，表现出显著的累积效应。其原因是林甸县造纸等化工企业相对较多，同时，试验区土地类型主要为耕地和盐碱地。整体而言，扎龙湿地表层沉积物重金属含量基本呈现西北高、西南低。分析其原因为：（1）乌裕尔河上游城镇工业废水、生活污水排放以及沿岸农业退水注入，导致水动力条件减弱，大量重金属随水中悬浮物沉降，并富集到表面沉积物中；（2）扎龙湿地地形基本呈现自东北向西南倾斜，致使重金属随地势迁移；（3）研究区西北土地类型以耕地为主，农药、化肥过量使用导致重金属随农业退水进入扎龙湿地，而西南主要为沼泽芦苇，对重金属具有一定量的吸收利用。

表8 扎龙湿地表层沉积物重金属含量

图2 研究区表层沉积物重金属含量平均值

通过与我国主要湿地（白洋淀湿地、黄河三角洲滨海湿地）及江、河、湖（扬子江、巢湖、滦河）比较可得，扎龙湿地重金属Zn、Cu、Pb含量相对较低，Cd含量介于参考研究区之间，Hg含量较白洋淀湿地和黄河三角洲滨河湿地高，但低于扬子江、巢湖和滦河。扎龙湿地位于黑龙江省西部松嫩平原，与其它研究区相比，经济活动以农耕为主，工业生产相对落后，重金属来源较少，同时，扎龙湿地水体自净和植物吸收会消耗部分重金属。因此，扎龙湿地重金属污染程度相对较低。但作为我国重要的物种基因库基地和候鸟迁徙“驿站”，扎龙湿地重金属污染现状不容忽视。

湿地污染和退化表明生态系统脆弱性的存在，目前，湿地退化过程与机理、湿地生态系统脆弱性研究已经成为国际湿地科学关注的学科前沿领域。付博等采用压力—状态—响应模型，评价与分析了扎龙湿地生态脆弱性，得出扎龙湿地中度脆弱和重度脆弱地区占总面积的18%，潜在脆弱和微度脆弱地区占总面积的63%，从定量化的角度说明扎龙湿地自然保护区生态环境不容乐观。王永洁等基于自然因素和人文因素对扎龙自然保护区的影响，选取结构型脆弱性因子和胁迫型脆弱性因子为研究对象，利用GIS技术从空间角度对扎龙湿地生态脆弱性进行评价，结果可表明，扎龙湿地42.00%的地区属于轻度脆弱，41.76%的地区属于中度脆弱。杨时民等也曾指出，扎龙湿地生态安全程度处于4.717左右，已达到微度预警状态，且整体生态安全状况有向中度预警恶化的趋势。因此，加强对扎龙湿地的保护和管理已迫在眉睫。在可操作范围内，调控对策如下：（1）保护和保持区内良好的自然生态环境，避免工程干扰；（2）有条件的利用芦苇、草甸及水资源，防止生态环境恶化；（3）摆脱对现有资源的严重依赖，鼓励开发替代产业，适度发展生态旅游；（4）严格控制外来人口迁入和执行人口政策，减缓人口的环境承载力；（5）在乌裕尔河两岸种植护堤林（乔灌结合），防止面源对扎龙湿地的污染。

图3 扎龙湿地生态脆弱性研究技术路线图

4 研究不足与展望

检测重金属含量值与当地重金属含量背景值相比较是判断研究区重金属污染与否的最客观评价条件，因此，背景值的确定是预测研究区生态风险高低的关键。迄今为止，国内尚无关于湿地沉积物的环境质量标准，国际上的标准也缺乏统一性。目前，国内基本采用区域土壤背景值作为滨海湿地及湖沼湿地的环境质量标准。水体重金属含量是区域重金属污染状况最直观的表现，而扎龙湿地水文观测系统尚不完善，不能够对其水位、水质等实行动态监测，随时掌握保护区水文特征。

水体数量和质量是维持湿地生态系统的关键因素，湿地水循环对湿地的发生、形成、衰退和消失发挥着重要作用，且与区域水资源的开发利用密切相关。扎龙湿地水量减少、水速降低是导致区域重金属污染加剧的最主要自然因素。相关统计表明，仅17年间，扎龙湿地地下水位累计下降0.87m，平均下降0.05m﹒a-1。因此，应加快资源与环境生态水利体系建设，尤其是引水工程。同时，保证退耕还湿工作积极、稳定开展，既能减缓甚至消除扎龙湿地面积逐年萎缩现状，又能降低农业面源对扎龙湿地生态系统的危害。

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Research Progress on Heavy Metal Pollution Status and Risk Assessment in Zhalong Wetland

ZhaiZhichun（Environment Monitoring Station of BaiQuan County BaiQuan Heilongjiang 164700）

Zhalong wetland is a typical reed marsh wetland in northern China.Based on the literature review，this study summarizes the existing research results and aims to provide scientific basis for the development of Zhalong wetland protection.The results show that Zhalong wetland is facing ecological risk such as serious degradation of vegetation，rapid shrinkage of area and sharp decline of productivity.The pollution degree of Cu in the border area of LinDian county and DuMeng county has reached the extremely strong pollution.In terms of space，the content of heavy metals in the surface sediments of Zhalong wetland basically shows the trend of high in northwest and low in southeast.At the same time，the vulnerability of Zhalong wetland ecosystem is more obvious，moderate and severe fragile areas accounted for 18%of the total area，potential and slight fragile areas accounted for 63%of the total area.

Zhalong wetland Heavy metal pollution Ecological risk Sediment

X824

A

1674-263X（2017）03-0077-08

2017-09-13

翟志纯（1970-），男，本科，工程师，从事环境监测工作。