扎龙湿地重金属污染现状及研究进展

王京京，臧淑英，吴 彬

(黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室，哈尔滨师范大学)

0 引言

扎龙湿地位于松嫩平原西部，系乌裕尔河、双阳河流域下游尾闾湖形成的苇草湖沼，湖泊众多，地理位置为46°48'N～47°31.5'N，123°51.5'E～124°37.5'E，总面积2100 km2.作为具有国际意义的重要湿地，扎龙湿地于1987年入选我国首批自然保护区;于1992年入选国际重要湿地名录［1］.重金属是自然界普遍大量存在的痕量物质，是环境中主要的污染物，本身不会被生物所降解，却可以被生物吸收，并能通过食物链的富集，最终对人体健康成危害，甚至破坏整个系统.国内关于扎龙湿地重金属污染的研究，多以主体湖泊、水库、湖泊沉积物和底泥沉积物为研究对象.故以水体和沉积物两方面为切入点，对扎龙湿地的重金属污染现状和研究进展进行概述，以期为扎龙湿地日后的重金属污染研究提供参考和依据.

1 水体重金属污染及进展

水污染问题已经成为了21世纪危及世界各国的热点问题［2］.扎龙湿地地处松嫩平原，因其半闭合的特点，湖泊发达.扎龙湿地内共有湖泡208个，其中较大的有克钦湖、扎龙湖、仙鹤湖和东升水库.扎龙湿地的水污染问题极具研究价值，其中重金属的污染是水污染问题的重要内容.目前关于扎龙湿地水体重金属污染问题的研究对象主要集中于几大主体湖泊.龙湖、龙安桥、特勒桥等非主体湖泊处的水质污染研究也有进展.另外，在研究扎龙湿地水体重金属在生物链中的累积作用时，扎龙湿地水体重金属含量作为背景值，也间接反应了其污染现状.

1.1 扎龙湿地水体重金属污染水平

克钦湖位于扎龙湿地北部，其水体中As、Cd、Pb的含量达到劣5类水质标准，重金属As在克钦湖水体中污染程度最高，克钦湖重金属As对水体的影响占绝对主导地位［3］;仙鹤湖位于扎龙湿地中部地区，湖水水质属于Ⅱ级偏向Ⅲ级，有轻度重金属污染，污染较重的重金属元素主要是As、Pb和Cd，As的污染最为严重，含量大小顺序为As＞Pb＞Cd［4－5］;龙湖临近仙鹤湖，龙湖湖水受重金属污染程度也相对较为严重，通过灰色关联评价分析，所采集的9个样点水样中有8个样点都属于Ⅴ类水质、1个样点属于Ⅳ水质［6］;吕晓磊等对扎龙湿地八个监测断面进行取样研究，测得以下结果:龙安桥 Mn＞Zn＞Cr＞As，东升水库Zn＞Cr＞Mn＞As，龙湖Mn＞Zn＞As=Cr，仙鹤湖 Zn＞Mn＞Cr＞As＞Cu，克钦湖Mn＞Zn＞As=Cr=Cu，特勒桥Zn＞Mn＞As＞Cr＞Cu，林甸排污口Mn＞Zn＞Cr＞Cu＞As，翁海排干Zn＞Mn＞As＞Cr［7］.

国内各学者关于扎龙湿地水体重金属的研究普遍选取了As元素作为研究对象.根据地表水环境质量标准(见表1)，扎龙湿地北部及中部水体中As含量达到劣5类水质标准，如克钦湖、仙鹤湖、龙湖水体中的 As平均含量分别为5.383、2.68、0.94 mg/L;扎龙湿地其他地区As含量达到地表水环境质量标准Ⅰ类标准，如龙安桥、东升水库、特勒桥平均含量分别为0.001、0.015、0.005mg/L.总体而言，扎龙湿地As平均含量范围为5.383～0.001 mg/L，从无污染到严重污染横跨了五个标准，相差悬殊.

表1 地面水环境质量标准值 单位:mg/L

Pb在扎龙湿地北部及中部，如克钦湖、仙鹤湖、龙湖中污染较为严重，平均含量分别为0.442、0.49、0.46 mg/L，参照表1可得，Pb在克钦湖、仙鹤湖、龙湖中的含量达到了劣5类水质标准;Cd在克钦湖、仙鹤湖的平均含量分别为0.1203、0.13 mg/L，参照表1，Cd在克钦湖、仙鹤湖中的含量也达到了劣5类水质标准;Zn虽也被各学者普遍取样研究，但根据测得结果，扎龙湿地水体中Zn含量范围在0.028～0.61 mg/L之间，参照地表水环境质量标准，Zn在扎龙湿地水体中的含量达到了Ⅱ级水质标准;Cr、Cu平均含量范围为0.004～0.042、0～0.8 mg/L，尚未构成污染威胁.

从整体污染状况来看，仙鹤湖水体重金属污染较为严重，As、Pb、Cd含量均达到了劣5类水质标准.仙鹤湖处于扎龙湿地功能分区中的核心区，禁止人为活动，仅限丹顶鹤的生活繁殖，可见湿地核心区的保护措施亟待加强.

另外值得注意的是克钦湖的As污染应引起足够重视.近年来，我国各大江河、湖库普遍受到不同程度的重金属污染，鄱阳湖、太湖、巢湖、洪泽湖、阳宗海、滇池、湘江、沘江流域、黄浦江、环太湖主要河流、大沙河等地表水受 Pb、Cd、Hg、As、Cr污染较重，Pb、Cd、Hg等出现流域性污染，砷污染成为普遍现象［8］.虽然As污染已不特殊，但在世界淡水体系中，溶解态砷的平均浓度为1.0×10－4mg/L［9］，湘江是我国水体污染较为严重的河流之一，历年的监测分析得出其支流郴江梁家湾的断面历年平均含量为0.50mg/L［10］，对比扎龙湿地克钦湖，仙鹤湖，龙湖中的As含量，尤其是克钦湖中As的含量为5.383 mg/L，相差倍数悬殊，可见其污染形势十分严峻.As与其化合物被运用在农药、除草剂、杀虫剂与许多种的合金中.人体受其污染，会使皮肤色素沉着，导致异常角质化.因此，针对扎龙湿地克钦湖的As污染，有关部门应予以高度重视.

综上，各学者对扎龙湿地水体重金属污染研究选取的重金属元素类型基本相同，主要有As、Cd、Pb、Cu、Zn、Cr，其中Zn和As为最常选取的元素类型.As、Pb、Cd在几大主体湖泊处存在严重污染情况，As、Pb在扎龙湿地北部及中部水体如克钦湖、仙鹤湖、龙湖中含量均达到了劣5类水质标准，Cd在克钦湖、仙鹤湖的含量也达到了劣5类水质标准.Cu、Cr、Zn在整个扎龙湿地水体中尚未构成污染威胁.仙鹤湖重金属整体污染较为严重，地处扎龙湿地功能分区中的核心区，保护措施亟待加强.另外As在克钦湖中污染形势十分严峻.

1.2 区域分布特点

经过对比分析，扎龙湿地水体重金属元素在水平分布上变化比较大，以普遍选取的重金属元素类型As和Zn为例，其最高值和最低值相差悬殊.从具体分布规律上看，As、Pb、Cd重金属元素含量在扎龙湿地北部克钦湖、中部仙鹤湖中特别突出，As的最高值出现在克钦湖上，Pb、Cd的最高值出现在仙鹤湖上.Zn的最高值出现在东升水库.

1.3 扎龙湿地水体重金属研究的其他角度及价值

有关学者在研究扎龙湿地水体重金属沿食物链的生物累计分析时，将扎龙湿地水体重金属作为背景值，该研究可为分析污染现状提供参考，而研究扎龙湿地水体重金属的污染，也可为研究扎龙湿地生态系统中不同营养级生物对重金属的积累随食物链等级的升高的变化，以及确定生物的重金属累积的危害阈值提供背景值［11］，具有重要价值.

2 沉积物重金属污染及进展

近几年来，从沉积学角度对重金属的污染及风险评价进行研究备受瞩目［12－13］.扎龙湿地湖泊众多，而通过各种途径进入水体的重金属，绝大部分迅速的由水相转入固相，即迅速地结合到悬浮物和沉积物中，结合到悬浮物中的重金属在被水流搬运过程中，当其负荷超过搬运能力时，便最终也转入沉积物中［14］，因此对扎龙湿地沉积物中重金属污染研究具有重要的意义.国内关于扎龙湿地沉积物重金属的污染研究不多，研究对象主要为底泥沉积物和湖泊沉积物，本文仅作简要概述，力求为今后扎龙湿地沉积物重金属的污染研究提供支持.

2.1 扎龙湿地沉积物重金属污染现状

扎龙湿地底泥沉积物富集重金属状态较明显且重金属分布在空间上存在明显差异性，工农业活动较频繁的林甸县和富裕县所属的地区的底泥污染最重，具有很强的潜在生态风险，湿地核心区内的底泥重金属属于轻微－中等生态风险［15］.苏丹等选取扎龙湿地南部南山湖为研究区，分析了NSH2沉积岩芯中Hg、Cd、Pb、Cr、As等11种重金属元素总量的垂向分布特征，表明NSH2沉积物已经受到了如Hg、Cd和Ag重金属污染，具有较高的潜在风险［16］.扎龙湖毗邻龙湖，其表层沉积物总体潜在风险程度低，Zn的含量相对较高，但由于其毒性系数最低，因此表现出最弱的生态风险.Cd在部分采样点存在中等潜在生态风险，应当引起一定的重视［17］.

Cd在南山湖和扎龙湖湖泊沉积物中分别具有较高和中等潜在生态风险，在扎龙湿地底泥沉积物中Cd的生态风险系数最大，可见Cd在扎龙湿地沉积物中污染较为严重;Cu在扎龙湿底泥沉积物中生态风险系数仅次于Cd;Hg、Ag在南山湖沉积物中具有较高的潜在风险;其余元素As、Pb、Zn、Cr、Co、Fe、Mn、Ni在扎龙湿地沉积物中尚未造成明显污染.

2.2 主要研究方法和内容

2.2.1 主要研究方法

目前国内关于扎龙湿地沉积物重金属的研究在污染评价方面多采用潜在生态危害指数法.瑞典科学家Hakanson的潜在生态危害指数法，不仅反映了某一特定环境中的各种污染物的影响，而且也反映了多种污染物的综合影响，并且用定量的方法划分出潜在生态危害的程度，从目前来看，在研究沉积物中重金属对环境的影响评价中，Hankanson的潜在生态危害指数法是众多污染指数中应用最广的一种，在国际上具有深刻影响［18］.其他研究方法主要集中在统计学中的主成分分析和相关性分析.利用主成分分析法和相关性分析法可为湖泊沉积岩芯重金属污染来源判别提供支持.另外因为沉积物中重金属的含量是受水体中重金属负荷、沉积物－水界面的环境条件(如pH和Eh等)以及沉积物自身性质所控制的［19］，所以对沉积物中重金属含量、pH和有机质含量进行相关性分析可为研究重金属元素之间是否具有相似的地球化学行为提供依据，也可为沉积物中重金属含量变化的影响因素分析提供参考.

2.2.2 主要研究内容

关于扎龙湿地沉积物重金属的分析主要集中在重金属的总量、分布特征及规律以及来源分析上，在横向分布和纵向分布上均有进展，但在重金属的赋存形态、生物有效性以及重金属的迁移转化规律方面并无涉及.重金属在沉积物中是以不同的化学形态存在的，不同的形态则具有不同的地球化学行为和毒性特征.对沉积物重金属化学形态的研究是沉积物重金属研究的一个重要组成部分.在重金属形态分析的基础上就可以对重金属的生物有效性进行分析.重金属生物有效性是指重金属能被生物吸收或对生物产生毒性的性状，可由间接的毒性数据或生物体浓度数据进行评价，生物有效性是形态方法学在生物领域的应用［20］.重金属在沉积物间、沉积物－水相间的迁移转化过程复杂，影响因子广泛，因此对重金属的迁移、转化规律的研究也是近年来的热地点.对扎龙湿地沉积物重金属的后续研究应进一步加强.

3 结束语

目前，扎龙湿地重金属污染研究取得了一些进展.以下针对扎龙湿地水体和沉积物重金属污染情况进行对比，并对日后扎龙湿地重金属污染的研究方向进行展望.

(1)对比扎龙湿地水体和沉积物重金属污染情况，发现扎龙湿地底泥沉积物与水体的重金属污染水平在空间上有明显差异，水体重金属污染在扎龙湿地核心区如仙鹤湖处较为严重，在富裕县的龙安桥附近污染较轻;而底泥沉积物重金属在核心区只有轻微－中等生态风险，在富裕县污染较重，具有很强的潜在生态风险.

(2)关于扎龙湿地重金属污染来源判别上，尤其是水体重金属的来源判别研究还不够彻底，多为定性分析，主要有自然来源，农业退水，工业排污，生活污水等.有研究显示，随着近年来区域气温升高和湿地蓄水量的减少，湿地生态系统的功能将会显著下降，甚至会导致湿地的消失［21］.而湿地本身的自净功能一旦受影响，对于整个湿地生态系统的保护来说无疑是恶性循环.因此，保护与恢复湿地的任务具有重要意义，对扎龙湿地重金属污染的来源判别应向定量化、标准化方向研究，为保护和恢复湿地提供支持.

(3)扎龙湿地重金属的相关研究中重金属的二次污染问题涉及较少.重金属在水和沉积物之间能通过吸附－解吸等作用进行相互转化，当水环境发生变化时，沉积物中的重金属会释放出来成为上覆水的二次污染源，而重金属的迁移转化又受pH、Eh、离子强度、水温等特性影响.在扎龙湿地重金属污染的后续研究时应加强对重金属释放机制的认识，提高对重金属二次污染问题的重视程度.

(4)扎龙湿地重金属的分析和污染评价方法上，有对权重公式进行发展的模糊综合评价模型和用熵权法确定权重构建的模糊物元模型的两种较为创新的方法，可综合运用多种分析、评价方法加以研究，更充分的说明问题.

(5)进一步加强对扎龙湿地重金属污染现状的调查.关于扎龙湿地的重金属污染鲜有土壤、悬浮物重金属污染方面的研究，国内研究者多从水体和沉积物两方面取样.多方面多角度的调查研究可为扎龙湿地重金属污染的来源和监测提供依据，也对人类生存环境的保护有深远科学意义.

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