彭桂群，敖子强

（江西省科学院能源研究所，南昌 330029）

鄱阳湖南矶山湿地土壤重金属含量及其形态分布规律

彭桂群，敖子强

（江西省科学院能源研究所，南昌 330029）

本文利用BCR四步提取法，对鄱阳湖南矶山三种典型湿地植被类型土壤样品重金属Cu、Pb和Zn的形态和总量进行测定分析。结果表明，除Pb含量较少对土壤几乎不构成潜在生态风险外，Cu和Zn两种重金属基本呈现表层＞中层＞底层的特征。残渣态和铁锰氧化物结合态为鄱阳湖湿地土壤Cu、Zn和Pb的主要赋存形态，尤其是Zn大部分以残渣态为主，其他两种生物有效性态含量较少，表明鄱阳湖湿地土壤重金属生态危害较小。

鄱阳湖；湿地土壤；重金属；形态分析

湿地是陆地和水生生态系统之间的过渡带，是人类重要的自然资源，它在调节气候、净化水质、保护生物多样性和为人类提供生产、生活资源等方面发挥着重要作用。南矶山省级自然保护区位于新建县境内的鄱阳湖区，保护区总面积3.33万hm2，核心区2 000 hm2，是至今为止鄱阳湖区内面积最大的自然保护区（面积超过鄱阳湖国家级自然保护区）。南矶山自然保护区地广人稀，自然资源极为丰富，有高等植物约600种、鸟类310种、鱼类139种、贝类80余种、虾蟹类20余种。湖区内分布的大片苦草、野荸荠等，为冬候鸟提供了丰富的食物。植物群落主要是扁蓄廖群落、苔草群落、野荸荠群落、芦苇群落、南获群落等，成为越冬候鸟良好的藏身地和栖息地。不同形态的重金属对动植物具有不同的生物有效性和毒性，研究重金属在植物中的形态分布对于了解重金属的来源、变化形式、迁移转化规律和对生物的毒害作用等十分必要。鄱阳湖承纳赣江、抚河、信江、饶河、修水五大河流之水，位于乐安河中下游的我国目前最大的铜矿——江西德兴铜矿以及位于信江中游的永平铜矿在开采过程中产生的含重金属酸性废水是导致鄱阳湖部分区域重金属污染的主要点源。以往的研究多侧重于对重金属总量的测定及评价[1-4]，而鲜有对鄱阳湖湿地土壤重金属形态的研究。

对于鄱阳湖南矶山3种典型湿地植物9个采样点的样品，笔者采用BCR四步连续提取法进行分析[5-7]，研究了鄱阳湖湿地植物根系土壤中重金属的形态分布特征和空间分布特征。同时，笔者运用了电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-OES）测定这9个采样点重金属Cu、Pb和Zn的含量空间分布规律，为合理预防和治理鄱阳湖重金属污染提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2013年5月，笔者选择鄱阳湖南矶山3种典型湿地植被（苔草、芦苇和南狄），分别在距地表0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm等三层采集植物根系底泥，作为植物土壤样品，然后装入聚四氟乙烯袋中，排出袋中空气，密封，迅速放置于-4℃的保温箱中冷冻保存。将冷冻的土样取出，自然风干，磨碎，过100目尼龙网筛后，保存干燥自封袋中，冷藏备用。

1.2 样品的预处理与测定

1.2.1 重金属形态分析

采用改进的Tessier的BCR四步连续提取法[5-7]，具体步骤如下：

可交换态和弱酸溶解态（F1）：准确称取0.5 g沉积物样品并将其放置于50 mL离心管中，加入40 mL的0.11 mol/L乙酸溶液，在（22±5）℃和（220±10）r/min条件下振荡16 h后，在3 000 r/min和15～20℃条件下离心20 min。取上清液于50 mL容量瓶中定容，4℃保存待测。离心后，用少量超纯水清洗残余物，并弃掉上清液，剩余残渣供下一步提取。

Fe-Mn氧化物结合态（F2）：向上述提取残余物中加入 40 mL、0.5 mol/L的 NH2OH·HCl，用2 mol/L的HNO3调节pH值至1.5。混合物振荡、离心、移液、洗涤同上，残渣供下一步提取。

有机硫化物结合态(F3)：向F2提取残余物中加入10 mL、8.8 mol/L的H2O2，室温下消化1 h（间歇用手震荡），然后在（85±2）℃下水浴蒸发至近干。冷却后再次加入10 mL的H2O2，重复上述操作。最后，加入40 mL的1 mol/L的NH4Ac在同样条件下振荡、分离、离心、移液，剩余残渣留作残渣态提取。

残渣态(F4)：重金属总量减去前3种形态之和为残渣态含量，测定方法参考总量的消解方法。

1.2.2 样品分析

参照EPA200.8[8]方法，采用Perkin Elmer 8000型电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-OES）测定重金属Cu、Pb和Zn的含量和各个形态含量。试验所用玻璃器皿及其聚乙烯器皿均以2 mol/L的HNO3溶液充分浸泡24 h以上后，分析过程采用超纯水。

1.2.3 数据处理

所有样品分析均重复进行3次，以提高精确度和减少随机误差，试验结果取平均值，数据结果变化采用OriginPro 8.0和Excel 2007绘图。

2 结果与讨论

2.1 三种典型植物土壤重金属总量分析

本文对鄱阳湖南矶山三种典型植物各层次的土壤中重金属Zn、Cu和Pb的总量平均值进行测定，分析结果分别如图1、图2、图3所示。从图1中可以明显看出，南荻和芦苇土壤重金属Zn的含量从表层到底层依次降低，但是南荻的各层次降低比较明显；苔草中层的重金属含量最高，底层含量很低。三种典型植物Zn总量分布规律为：苔草＞南荻＞芦苇。从图2可以看出Cu总量分布规律为：除苔草外,其他两种植物基本呈现是表层＞中层＞底层，苔草中为中层＞表层＞底层。从图3可以看出，Pb含量基本可以忽略不计，对土壤环境不造成潜在风险。

图1 南矶山三种典型植物各层次土壤重金属Zn总量（mg/kg）

图2 南矶山三种典型植物各层次土壤重金属Cu总量（mg/kg）

图3 南矶山三种典型植物各层次土壤重金属Pb总量（mg/kg）

2.2 三种典型植物土壤重金属形态含量分析

本文采用改进的Tessier BCR四步形态分析法，对土壤样品的Cu、Zn和Pb形态含量进行测定与分析，结果如图4、图5和图6所示。从图4可以看出，Zn形态主要以残渣态稳定态为主，其他三种形态含量较少。从图5可以看出，Cu形态主要是以残渣态和Fe-Mn氧化物结合态等稳定态存在（其中大部分为残渣态），其他两种形态含量较少。从图6可以看出，Pb形态主要以Fe-Mn氧化物结合态和残渣态等稳定态存在（其中又以铁锰氧化物结合态为主），其他两种形态含量较少。因此，鄱阳湖典型湿地植被类型土壤Cu、Pb和Zn形态主要以残渣态和Fe-Mn氧化物结合态为主，可交换态及弱酸溶解态和有机硫化物态等生物有效性态含量较少，这与弓晓峰在鄱阳湖湿地土壤以及陈春宵在太湖表层沉积物中重金属的形态分布研究结果一致[9-10]。

图4 南矶山三种典型植物各层次土壤Zn的不同形态含量（mg/L）

图5 南矶山三种典型植物各层次土壤Cu的不同形态含量（mg/L）

图6 南矶山三种典型植物各层次土壤Pb的不同形态含量（mg/L）

3 结论与展望

（1）重金属总量除Pb含量较少对土壤几乎不构成污染外，Cu和Zn两种重金属含量基本呈现表层＞中层＞底层的特征。

（2）Cu、Zn、Pb形态大部分以稳定态残渣态和铁锰氧化物结合态存在，尤其是Zn主要以残渣态为主，其他两种生物可利用态含量较少，Cu、Zn和Pb的生态危害较小。

（3）后续的实验可以进一步研究鄱阳湖湿地土壤重金属及其形态的季节变化规律。

1 张力薇，段茂庆.鄱阳湖五河尾闾沉积物表层重金属分布及潜在生态评价[J].北京石油化工学院学报，2016，24（3）：8-12.

2 简敏菲，周雪玲，余厚平，等.乐安河-鄱阳湖湿地植物群落特征及其优势植物对重金属Cu、Pb、Cd的富集[J].广西植物，2015，35（3）：295-302.

3 宋鹏飞，曾雪真，倪才英，等.鄱阳湖入湖河口土壤重金属污染评价及藜蒿食用安全分析[J].江西农业大学学报，2015，37（2）：369-375.

4 简敏菲，李玲玉，余厚平，等.鄱阳湖湿地水体与底泥重金属污染及其对沉水植物群落的影响[J].生态环境学报，2015，24（1）：96-105.

5 鲍士旦.土壤农化分析（第三版）[M].北京：中国农业出版社，1999.

6 Tessier A，Campbell P G G，Bisson M.Sequential extraction procedure for the speciation for particulate trace metal[J].Analytical Chemistry，1979，51（7）：844-850.

7 刘恩峰，沈 吉，朱育新.重金属元素BCR提取法及在太湖沉积物研究中的应用[J].环境科学研究，2005，18（2）：57-60.

8 Creed J T，Broekhoff C A，Martin T D.Determination of trace elements in waters and wastes by inductively coupled plasma-mass spectrometry[M]. Washington DC：USEPA，1994.

9 弓晓峰，黄志中，张 静，等.鄱阳湖湿地重金属形态分布及植物富集研究[J].环境科学研究，2006，19（3）：34-40.

10 陈春宵，姜 霞，战玉柱，等.太湖表层沉积物中重金属形态分布及其潜在生态风险分析[J].中国环境科学，2011，31（11）：1842-1848.

Contents and Distribution of Heavy Metals in Soil of Nanjishan Wetland in Poyang Lake

Peng Guiqun, Ao Ziqiang
(The Institute of Energy, Jiangxi Academy of Sciences, Nanchang 330029, China)

In this paper, the BCR four step extraction method was used to analyze the speciation and total amount of heavy metals (Cu, Pb and Zn) in the soil samples of the typical wetland vegetation of Nanjishan (Poyang Lake). In this study,the heavy metals (Cu, Pb and Zn) in the wetland soil in Poyang Lake are fractionated to exchangeable and weakly acidic dissolved, Fe- Mn oxide bound, organic sulfide-bound matter and residual bound by a four- stage sequential extraction procedure. The results show that the content of Pb in the soil can almost be negligible which does not constitute a potential ecological risk to the soil, the other two kinds of heavy metals (Cu and Zn) rank in the following order: surface ＞ middle＞bottom; The major speciation of Cu、 Pb and Zn is Fe-Mn oxide fraction and residue fraction, especially for Zn mainly existed as the form of residue, while the other two biological availability forms are comparatively rare. It shows that ecological hazard of heavy metals in the wetland of Poyang Lake is small.

Poyang Lake; wetland soil; heavy metals; Morphological analysis

X53

A

1008-9500(2017)06-0012-04

2017-03-21

本文系国家自然科学基金（项目编号：41263006）、国家自然科学基金（项目编号：21567010）、江西省优势科技创新团队（项目编号：20142BCB24009）和2013年院协同创新专项（项目编号：2013-XTPH1-15）的阶段性研究成果。

彭桂群（1979-），女，江西吉安人，博士研究生，助理研究员，从事固体废弃物处理处置与水污染控制技术研究工作。