鄱阳湖候鸟栖息地土壤重金属分布、来源及其潜在生态风险评估

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鄱阳湖是我国第一大淡水湖,也是国际重要的湿地,鄱阳湖国家级自然保护区为各类珍稀候鸟提供了丰富的食物资源和适宜的生存环境,是越冬候鸟重要的栖息场所。候鸟栖息觅食过程中会向其栖息地输入大量的粪便排泄物及反刍食物残渣等,候鸟处于鄱阳湖水生生物链顶端,由于重金属在其体内的生物富集与放大作用,导致候鸟粪便中重金属含量较高,加剧了其栖息地土壤及沉积物中重金属的积累,但目前有关鄱阳湖候鸟栖息地土壤重金属污染及其潜在生态风险等的研究较少。因此,关注鄱阳湖候鸟栖息地土壤重金属污染状况,分析探讨其土壤重金属来源和生物有效性等,既可为鄱阳湖候鸟栖息地土壤重金属污染防控提供参考依据,又可为濒危候鸟栖息生境及种群健康提供保障。本研究选取了马影湖湿地候鸟保护站、黄金嘴湖心候鸟栖息洲滩以及无候鸟栖息的界石刘家湖滨作为研究区域,于2019年12月共采集了土壤样品26个,采用X荧光光谱法对样品中Cr、Ni、Cu、Pb和Zn含量进行了分析测定,采用ICP-MS对样品中Cd含量进行了分析测定,并运用BCR连续提取法对样品进行了重金属形态分析。运用地积累指数法和富集因子法对研究区土壤进行了单一重金属元素污染评价;采用内梅罗指数法和污染负荷法对其进行了重金属综合污染评价;应用潜在生态风险指数法对其潜在生态风险进行了评价。运用次生相与原生相比值法和风险评价编码法对其基于形态学的污染程度及生态风险进行了评价。并通过使用相关性分析、主成分分析法以及绝对主成分分数-多元线性回归受体模型(APCS-MLR)受体模型对其进行了污染源的识别与解析。主要结论如下:(1)马影湖土壤Cr、Ni、Cu、Pb、Zn和Cd含量变化范围分别为54.03~113.14mg/kg、5.75~12.39 mg/kg、4.01~12.22 mg/kg、14.75~40.82 mg/kg、20.88~26.32mg/kg和0.05~0.11 mg/kg,平均值分别为75.79 mg/kg、8.61 mg/kg、7.30 mg/kg、26.49 mg/kg、23.25 mg/kg和0.074 mg/kg;黄金嘴土壤Cr、Ni、Cu、Pb、Zn和Cd含量变化范围分别为53.60~61.80 mg/kg、16.20~22.72 mg/kg、16.55~34.99mg/kg、67.89~105.20 mg/kg、34.42~44.17 mg/kg和0.13~0.63 mg/kg,平均值分别为57.34 mg/kg、20.28 mg/kg、23.33 mg/kg、84.95 mg/kg、40.29 mg/kg和0.260mg/kg;界石刘家土壤Cr、Ni、Cu、Pb、Zn和Cd含量变化范围分别为65.02~75.62mg/kg、22.44~32.54 mg/kg、20.12~55.88 mg/kg、73.82~168.53 mg/kg、28.27~47.39mg/kg和0.27~1.35 mg/kg,平均值分别为68.69 mg/kg、26.45 mg/kg、35.61 mg/kg、111.28 mg/kg、37.77 mg/kg和0.366 mg/kg;。研究区土壤Ni、Cu、Zn和Cd含量分布为界石刘家>黄金嘴>马影湖,Cr含量分布排序为马影湖>界石刘家>黄金嘴,Pb含量分布排序为黄金嘴>界石刘家>马影湖。界石刘家和黄金嘴土壤中的Cr、Ni、Cu、Pb和Zn以及马影湖土壤中的Cr、Cu和Pb高于鄱阳湖背景值。研究区土壤中Cd含量整体低于鄱阳湖背景值。(2)地积累指数法评价结果显示,马影湖土壤表现出轻微的Cr和Pb污染,Ni、Cu、Zn和Cd无污染;黄金嘴土壤受到了轻度的Cu和Pb污染,以及轻微的Cr、Ni和Zn污染,无Cd污染;界石刘家土壤Cu污染程度为中度,Cr、Ni、Zn和Pb为轻微污染,研究区Cd污染水平整体较低。富集因子法评价结果为马影湖土壤Cr和Pb达到中度污染水平,Ni、Cu、Zn和Cd在无—轻微污染范围内;黄金嘴土壤Cu和Pb污染程度评价结果为中度污染,Cr、Ni、Zn、Cd污染评价结果为无—轻微污染;界石刘家土壤Cu污染程度达到中—重度,Pb污染水平达到中度,Cr、Ni、Zn和Cd污染程度为无—轻微污染。地积累指数法与富集因子法得出的评价结果基本一致,马影湖土壤主要污染物为Cr和Pb,黄金嘴和界石刘家土壤主要重金属污染物为Cu和Pb。内梅罗综合指数法评价结果表明,界石刘家和黄金嘴土壤重金属综合污染程度均达到严重水平,马影湖土壤污染程度为重度。污染负荷指数法评价结果显示,界石刘家重金属综合污染程度达强污染,其次是黄金嘴土壤,污染程度为中度,马影湖土壤无污染。研究区土壤重金属综合污染程度排序依次为界石刘家>黄金嘴>马影湖。潜在生态风险评价结果为黄金嘴和界石刘家综合潜在生态风险均为中等风险,主要贡献因子分别是Cu和Pb、Cu和Cd。马影湖潜在生态风险水平整体表现为低风险。(3)马影湖土壤Cr、Cu、Zn和Cd各形态占比排序分别为F4(残渣态)>F3(可氧化态)>F2(可还原态)>F1(弱酸可溶态)、F4>F3>F1>F2、F4>F2>F3>F1和F1>F4>F3>F2,Ni和Pb各形态占比排序为F4>F2>F1>F3;黄金嘴土壤Cu、Pb和Cd各形态占比排序分别为F4>F2>F3>F1、F4>F1>F2>F3和F1>F4>F2>F3,Cr、Ni和Zn各形态占比排序为F4>F3>F2>F1;界石刘家土壤Ni、Cu、Pb和Cd各形态占比排序分别为F4>F2>F3>F1、F4>F3>F2>F1、F2>F4>F3>F1和F1>F4>F2>F3,Cr和Zn各形态占比排序为F4>F2>F3>F1。研究区土壤Cr、Ni、Zn和Pb赋存形态整体以残渣态为主。黄金嘴和界石刘家土壤Cu可氧化态和可还原态含量占比较高,其分别为32.73%和21.00%、45.41%和20.66%,马影湖土壤Cu以残渣态为主。马影湖、黄金嘴和界石刘家土壤Cd形态整体以弱酸提取态为主,其含量占比分别为73.71%、66.40%和52.29%。次生相与原生相比值法评价结果显示,马影湖土壤重金属污染程度排序为Cd>Cu>Ni>Pb>Zn>Cr,Cd污染程度为重度。黄金嘴土壤重金属污染程度排序为Cd>Cu>Zn>Ni>Cr>Pb,Cd和Cu的污染程度分别为重度和轻度。界石刘家土壤重金属污染程度排序为Cd>Cu>Zn>Ni>Pb>Cr,Cd和Cu污染程度均为重度。风险评价编码法评价结果显示,马影湖土壤Ni和Cu为中风险,Cd为高风险,Cr、Ni和Pb低风险。黄金嘴和界石刘家土壤Cd均为高风险,Cr、Ni、Cu、Pb和Zn低风险。(4)研究区表层土壤中Cr、Ni、Cu、Pb、Zn和Cd含量来源分析结果表明:研究区重金属含量受人为源干扰较为明显,Cu、Pb、Zn和Cd可能来源于上游采矿业排放的废水及矿渣等,Ni可能来源于船只运输及捕捞活动等产生的油料泄露。Cr来源可能是土壤母质或母岩的风化与破碎等自然现象。
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