滨海滩涂不同围垦年代垦区农作物重金属累积特征及其与氮、磷的关系

为探明滨海滩涂围垦区农作物重金属累积特征及其与围垦年代、作物氮磷含量及化学计量比的关系,采集盐城地区不同围垦年代(围垦20、30、40、60年)农田4种主要作物(大麦、小麦、油菜、蚕豆)样品63个,测定了其根、茎叶和籽粒中Cd、Cu、Zn、Pb、Hg、As及全氮(N)、全磷(P)和粗蛋白(CP)含量,分析了重金属累积特征及与围垦年代、N、P、CP及N/P比的关系,并采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对重金属污染程度和安全水平进行了评价。结果表明,1)围垦农田作物整株各指标含量分别为Cd (0.52±0.94)、Cu (12.98±16.00)、Zn (34.93±27.91)、Pb (3.50±5.88)、Hg (0.0063±0.0063)、As (1.94±3.72) mg·kg~(-1)及N(13.69±8.27)、P (5.98±2.24)、CP (79.55±49.54) g·kg~(-1);籽粒中则分别为(0.0059±0.020)、(1.83±1.48)、(11.13±4.45)、(0.09±0.30)、(0.0023±0.0036)、(0.0021±0.0048) mg·kg~(-1)及(19.21±7.68)、(6.04±1.64)、(111.78±47.81) g·kg~(-1); 2)作物重金属均表现为根茎叶籽粒,N和CP与之相反,表现为根茎叶籽粒,而P则表现为根籽粒茎叶; 3)不同围垦年代之间作物重金属、N、P、CP含量、N/P比及综合污染指数(Pz)均没有显著差异(P0.05); 4)各作物籽粒6种重金属单因子污染指数均值均小于1,除个别样品Pb超标(超标率11%)外,其他重金属均未超标; 5)作物籽粒重金属Pz均值为0.38,表明该地区作物重金属总体处于安全级,但大麦、小麦、油菜籽粒均有样品Pb含量超过警戒线,个别样品甚至达到重度污染水平; 6)作物整株各重金属之间、重金属与P之间均存在显著正相关(P0.01),而重金属与N、CP、N/P存在显著负相关(P0.01),在籽粒中则相关性均不显著(P0.05)。以上结果显示,盐城滨海滩涂围垦区作物重金属累积与围垦时间关系不大,其含量目前尚处于可接受范围内,但Pb污染值得关注,作物重金属与P之间存在一定的相互促进作用,而与N存在一定的拮抗作用,高氮低磷的机体养分状况有助于降低重金属含量。     

淋洗脱盐对滨海滩涂不同植被演替带土壤重金属的影响

为研究围垦对滨海滩涂土壤重金属的影响,采用土柱实验模拟淋洗脱盐过程,分析了滨海滩涂不同植被演替带(光滩、互花米草滩、碱蓬滩、芦苇滩)土壤在淋洗脱盐前后重金属(As、Hg、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn)含量的变化,评估了围垦可能导致的滩涂重金属流失量。研究表明,淋洗脱盐后,各植被演替带土壤重金属均显著降低,相比而言,Hg、Cr更易淋洗(淋洗率分别为57.2%、49.9%),而Zn不易淋洗(淋洗率18.5%);不同植被演替带土壤重金属淋洗率表现为:光滩互花米草滩碱蓬滩芦苇滩,光滩土壤重金属更易淋洗,而芦苇滩重金属不易淋洗;根据土壤容重、含水率、淋洗率及重金属含量计算重金属流失量发现,不同植被演替带重金属流失量同样表现为:光滩互花米草滩碱蓬滩芦苇滩;除互花米草滩As流失量较高外(19.26 kg·ha-1),其他重金属流失量均表现为光滩最高,光滩围垦可能会造成更多的重金属流失;在仅考虑淋洗脱盐情况下,以江苏省2010~2020年围垦规划270万亩计,仅表层20 cm滩涂土壤,通过围垦即可能导致As、Hg、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn流失2 102.5、7.4、421.3、8 587.9、4 376.3、2 404.3 t,由围垦导致的滩涂重金属流失风险值得关注。     

原生滩涂植被演替带土壤Cd形态分布及其生态风险评价

为了解原生滨海滩涂不同植被演替带土壤镉(Cd)的含量特征、赋存形态及生态风险,以盐城地区原生滨海滩涂为研究对象,利用BCR 3步提取法分析了不同植被演替带土壤Cd的含量及赋存形态,并采用平均沉积物质量基准系数法(SQG-Q)和风险评价准则(RAC)对Cd的潜在生态风险进行了初步评价。结果表明,原生滩涂土壤中总Cd(CdT)含量在2.21~3.61 mg·kg~(-1)之间,远高于江苏沿海土壤Cd背景值和国家土壤环境质量三级标准;不同植被演替带间,CdT含量表现为互花米草滩碱蓬滩芦苇滩光滩;SQG-Q系数显示该地区土壤CdT处于中等风险,互花米草滩风险相对较高;总体上原生滩涂土壤中可还原态Cd比例较低(12.8%),而酸溶态、可氧化态、残渣态三者差异不大(分别为28.2%、29.8%,29.2%);互花米草滩和芦苇滩酸溶态Cd比例(30.5%、37.0%)显著高于碱蓬滩和光滩(28.2%、20.6%),而残渣态Cd(21.5%、20.9%)则显著低于碱蓬滩和光滩(41.5%、45.6%);RAC评价结果显示,滩涂土壤Cd总体上呈现中等风险,而互花米草滩和芦苇滩达到高风险。以上结果显示,原生滨海滩涂土壤Cd已存在一定的生态风险,其中互花米草滩风险相对较高,随着互花米草的扩张及围垦面积的扩大,其重金属风险值得关注。