百花水库消落带土壤和植物汞分布及污染特征

摘要

汞属于生物非必需元素，它的所有形态都具毒性，其中甲基汞的毒性最强。自20世纪50年代，日本发生“水俣病”后，汞及甲基汞在环境中的污染问题越来越受到关注。 水库是典型的“汞敏感生态系统”，因此对水库汞污染问题的研究极为重要。 百花水库属贵阳“两湖一库”，是重要的水源饮用地之一。1971~1985年间，贵州有机化工厂排放大量未经处理的含汞废水进入百花水库，造成百花水库及周边受到了汞的严重污染。此后，虽切断了该工厂含汞废水的排放，但水库上游仍存在着其它的汞污染源。根据调查研究，百花水库沉积物中总汞浓度远远超过了其它天然水库。由此可见，百花水库汞污染问题极为严峻。 由于“冬蓄夏排”，百花水库水位季节变化使水库周围形成了垂直落差约6m的消落带。对于水库消落带，一方面，它同时汇集来自陆地径流和水库水体的汞污染物，因此是汞的“汇”。另一方面，它又受到径流和水体的冲刷，汇集的汞污染物又会释放到水体，因此，也是汞的“源”。水库水位的周期性变化使消落带土壤出现干湿交替，这必将引起土壤性质的改变，从而对汞的迁移转化(尤其是汞甲基化)产生重要的影响。目前对于百花水库消落带汞，尤其是甲基汞的浓度分布特征；消落带土壤中汞的赋存形态；消落带土壤是否受到上游汞污染源的影响；消落带土壤汞是否存在生态风险等问题，仍缺乏系统的研究。 此外，据调查发现，百花水库消落带植物表现为单种科和单种属占优势，表现出生态脆弱性。目前对于消落带植物中汞和甲基汞浓度的分布特征，以及是否能从这些植物中筛选出适宜消落带土壤的汞修复植物等问题同样缺乏系统的研究。 因此，本研究对百花水库消落带土壤进行系统的调查采样，并采集了消落带植物样品。分析了土壤和植物样品的总汞和甲基汞浓度特征及其影响因素，以及土壤汞赋存形态，并对土壤汞进行污染评价，旨在探索消落带汞的环境地球化学过程及其生态风险，以及为消落带土壤汞生态修复提供参考。结果如下： (1)百花水库消落带土壤总汞浓度在 67.9~796.8ug/kg 之间(264.6±151.0ug/kg) ，甲 基 汞 浓 度 范 围 为 0.183~31.268 ug/kg(2.724±3.276ug/kg)。总汞和甲基汞浓度高于未受污染区域水体，但低于汞严重污染区，因此处于中等水平。 (2)百花水库消落带表层土壤总汞和甲基汞浓度具有显著的空间变化。各区域总汞平均浓度表现为淹水区>未淹水区>半淹水区，甲基汞浓度为淹水区>半淹水区>未淹水区。在土壤垂直方向上，总汞和甲基汞浓度都无明显的积累。 (3)百花水库消落带土壤汞形态以有机络合态、强结合态、硫化物结合态为主，水溶态和酸溶态汞比例较低。 (4)评价结果表明百花水库消落带土壤汞具有较高污染风险，应当引起重视。 (5)百花水库消落带植物叶部总汞浓度范围为 6.6~160.1 ug/kg(70.2±26.2ug/kg) ，茎部总汞浓度范围为 10.0~112.1ug/kg (38.3±23.0ug/kg) ，根部总汞浓度范围为 11.2~117.8ug/kg(49.8 ±27.1ug/kg)。叶部甲基汞浓度范围为 0.199~0.861ug/kg(0.425 ±0.144ug/kg) ，茎部总汞浓度范围为 0.176~0.950ug/kg(0.357± 0.161ug/kg) ，根 部 总 汞 浓 度 范 围 为 0.154~0.867ug/kg(0.457± 0.169ug/kg)。与其它天然或汞矿区相比，百花水库消落带植物体内总汞和甲基汞浓度均处于中等水平。 (6)基于总汞和甲基汞生物富集系数，筛选出龙葵、车前草、地果、加拿大飞蓬、荔枝草、黄花蒿、苎麻和茵陈蒿共8种植物用于土壤总汞植物生态修复。车前草可用于土壤甲基汞生态修复。龙葵和车前草可以成为土壤汞和甲基汞生态修复的先锋植物。

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