-中國南方珠江入海口開墾灘涂濕地,農(nóng)田土壤中重金屬(鉻、鎳)的形態(tài)分布和數(shù)量.

1、中國南方珠江入海口圍墾潮土農(nóng)田土壤中重金屬（鉻、鎳）的（空間）分布和形態(tài)第18屆國際生態(tài)模型模擬大會(雙年會)匯報(bào)人：何訪淋Heavy metals (Cr and Ni) distribution and fractionation in cropland soils from reclaimed tidal wetlands in Pearl River estuary, South ChinaThe 18th Biennial Conference of International Society for Ecological Modelling 第18屆國際生態(tài)模型模擬大會（雙年會）全

2、球變化及人類與自然耦合系統(tǒng)生態(tài)模擬國際會議，于2011年9月20日至23日在北京舉行。本次會議由北京師范大學(xué)、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、加拿大魁北克大學(xué)和南京大學(xué)與國際生態(tài)模型模擬協(xié)會 (ISEM) 聯(lián)合主辦，會議共有來自20多個(gè)國家的400多位專家學(xué)者參加。我所江洪教授作為大會主席之一，合作主持了此次國際學(xué)術(shù)大會。會議中江洪教授的實(shí)驗(yàn)室通過1個(gè)會議報(bào)告和4個(gè)壁報(bào)，展示了在全球變化的生態(tài)模型模擬、陸氣耦合的衛(wèi)星遙感與生態(tài)過程模型集成，海陸交互作用時(shí)間序列模型分析等領(lǐng)域的研究進(jìn)展和成果，受到了與會專家學(xué)者的好評。 白軍紅，男，博士，北京師范大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師；中組部青年拔尖人才支持計(jì)劃和

3、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃入選者和霍英東教育基金獲得者。長期從事濕地土壤碳氮生物地球化學(xué)過程和效應(yīng)、濕地生態(tài)水文過程與模擬、濕地退化與生態(tài)恢復(fù)、濕地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等方面的研究工作。擔(dān)任Wetlands、Clean-Soil，Air，Water、Journal of Soil Science and Environmental Management 等多個(gè)國際雜志的Associate Editor。研究方向：濕地生態(tài)水文過程及模擬濕地生物地球化學(xué)過程與效應(yīng)濕地退化與生態(tài)恢復(fù)濕地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià) 肖蓉學(xué)習(xí)和工作經(jīng)歷： 2004.9 -2008.6 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球科學(xué)學(xué)院資源環(huán)境與城鄉(xiāng)

4、規(guī)劃管理專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位 2008.9-2013.6 免試推薦北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境生態(tài)學(xué)專業(yè)濕地生態(tài)過程方向碩博連讀，獲博士學(xué)位 2010.8-2011.3 美國佛羅里達(dá)大學(xué)水土科學(xué)系土壤生態(tài)實(shí)驗(yàn)室訪學(xué)交流 2013.7 -至今 北京林業(yè)大學(xué)自然保護(hù)區(qū)學(xué)院濕地教研室任講師研究方向 主要從事濕地土壤生態(tài)學(xué)、土壤環(huán)境學(xué)方面的研究。關(guān)注重金屬元素在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化與重金屬污染評價(jià)，土壤有機(jī)碳和氮磷等營養(yǎng)元素在土壤中的含儲量、賦存狀態(tài)及與土壤性能的關(guān)系，土壤物理化學(xué)生物過程及對濕地生態(tài)系統(tǒng)變化的響應(yīng)與表征等問題，從土壤結(jié)構(gòu)和功能完整性的角度為濕地保護(hù)與管理以及退化濕地的恢復(fù)提供科學(xué)的理論依據(jù)。目前

5、研究區(qū)主要為我國幾大重要河口濕地（包括黃河口濕地、珠江口濕地等），研究河口濕地的生態(tài)現(xiàn)狀，退化驅(qū)動機(jī)制，土壤無機(jī)環(huán)境變化與濕地植物、土壤無脊椎動物、微生物等有機(jī)體群落演化的耦合關(guān)系，土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)體系及退化濕地（土壤）修復(fù)機(jī)理等。主持和參與項(xiàng)目： 1. 2013.7-2015.7 河口濕地土壤退化過程及修復(fù)機(jī)理，北京林業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（新進(jìn)教師科研啟動基金項(xiàng)目）； 2. 2009.01-2011.12 珠江河口濕地退化過程及整體恢復(fù)途徑，國家自然科學(xué)基金。 3. 2009.01-2012.12 城市化背景下珠江河口濕地水環(huán)境效應(yīng)，自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目-廣東省聯(lián)合基金。 ABSTRACT

6、Heavy metal contamination was compared for soils with different land use (cropland and wetland) in the reclaimed region of the Pearl River estuary. A sequential extraction technique was used to produce five chemical fractions (exchangeable (F1), carbonate (F2), FeMn hydroxide (reducible)(F3),organic

7、 (F4) and residual (F5) to study the effects of reclamation and tillage on the distribution and mobility of the heavy metals Cr and Ni. The results revealed that generally the contamination levels increased with a longer history of reclamation (100 40 30 10 years) whilst an undisturbed reference wet

8、land was least affected. The most substantial quantities of both Cr and Ni were observed in the residual fraction, which may be a consequence of the mixing effects of soil tillage and planting. With the exception of the 20-30cm layers from the wetland and 10 year old cropland samples, the total conc

9、entration of Cr and Ni at all sites and allsoil layers exceeded the moderately polluted level according to the SQGs of the US EPA.摘要 比較了珠江入?？趪鷫ǔ蓖赁r(nóng)田，不同用途土地（農(nóng)田和濕地）中重金屬污染情況。采用五步連續(xù)提取法將重金屬分為五種形態(tài)（技術(shù)產(chǎn)生五個(gè)化學(xué)組分）（可交換態(tài)（可交換態(tài)（F1），），碳酸鹽結(jié)合態(tài)（碳酸鹽結(jié)合態(tài)（F2），鐵錳水合氧化物結(jié)合態(tài)（還原態(tài)），鐵錳水合氧化物結(jié)合態(tài)（還原態(tài)）（F3），有機(jī)物結(jié)合態(tài)（），有機(jī)物結(jié)合態(tài)（F4）和殘余態(tài)（）和殘余

10、態(tài)（F5），研究開墾和耕作對重金屬鉻和鎳分布及遷移率（遷移能力）的影響。結(jié)果顯示，污染程度隨開墾年限的延長逐漸增加（100403010年）未開墾的參考濕地受影響最小。（觀察到）在剩余部分（殘留態(tài)）鉻、鎳的含量達(dá)到最大，這可能是土壤耕作和種植的結(jié)果。根據(jù)美國環(huán)保局頒布的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)，除20-30cm土層的濕地和10年開墾土齡的農(nóng)田樣品外，所有土層中總鉻和鎳濃度超過中度污染水平。 F1可交換態(tài)(Exchangeable Fraction),指交換吸附在沉積物上的粘土礦物及其他成分(如氫氧化鐵!氫氧化錳!腐殖質(zhì)上的重金屬),對環(huán)境變化非常敏感,易于遷移轉(zhuǎn)化,能被植物吸收。由于水溶態(tài)的金屬濃度常低于

11、儀器的檢出限,因此普遍將水溶態(tài)和可交換態(tài)合起來計(jì)算,也叫水溶態(tài)和可交換態(tài)?？山粨Q態(tài)重金屬反映人類近期排污的影響以及對生物的毒性作用。 F2碳酸鹽結(jié)合態(tài)(Carbonate-Bound Fraction )，指碳酸鹽沉淀結(jié)合的一些重金屬。對土壤環(huán)境條件特別是pH值最敏感，當(dāng)pH值下降時(shí)易重新釋放出來而進(jìn)入環(huán)境中;相反，pH值升高有利于碳酸鹽的生成。 F3鐵錳水合氧化物結(jié)合態(tài)(Fe-Mn Oxides-Bound Fraction )，此形態(tài)重金一般是以礦物的外囊物和細(xì)分散顆粒存在，活性的鐵錳氧化物比表面積大，吸附或共沉淀陰離子而形成。土壤中pH值和氧化還原條件的變化對鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)有重要影響，

12、pH值和氧化還原電位較高時(shí)，有利于鐵錳氧化物的形成。鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)反映人文活動對環(huán)境的污染。 F4有機(jī)物和硫化物結(jié)合態(tài)(Organio-Bound Fraction )，亦即有機(jī)物結(jié)合態(tài)，指顆粒物中的重金屬以不同形式進(jìn)入或包裹在有機(jī)質(zhì)顆粒上同有機(jī)質(zhì)鰲合等或生成硫化物。有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬反映水生生物活動及人類排放富含有機(jī)物的污水的結(jié)果。 F5殘余態(tài)(Residual Fraction )，一般存在于硅酸鹽、原生和次生礦物等土壤晶格中，是自然地質(zhì)風(fēng)化過程的結(jié)果。在自然界正常條件下不易釋放，能長期穩(wěn)定在沉積物中，不易為植物吸收。殘余態(tài)的重金屬主要受礦物成分及巖石風(fēng)化和土壤侵蝕的影響。Key word

13、s: Heavy metal; distribution; fraction; cropland soils; reclaimation history關(guān)鍵詞：重金屬；分布；組分（形態(tài)）；農(nóng)田土壤；復(fù)墾的年限fractionn.數(shù)分?jǐn)?shù)； 一小部分，些微； 不相連的一塊，片段； 化分餾reclaimed adj.再生的； 翻造的； 收復(fù)的； 回收的v.開拓( reclaim的過去式和過去分詞 )； 要求收回； 從廢料中回收（有用的材料）； 挽救adj.再生的； 翻造的； 收復(fù)的； 回收的v.開拓( reclaim的過去式和過去分詞 )； 要求收回； 從廢料中回收（有用的材料）； 挽救采樣： 這項(xiàng)

14、研究在2010年10月初，在珠海南部由北至南緊靠萬頃沙復(fù)墾地區(qū)進(jìn)行（北緯223639至“224436，東經(jīng)11323 421133834 ）。對不同歷史的復(fù)墾農(nóng)田（100年、40年、30年或10年），采樣點(diǎn)之間的間隔約為2500 m。每一個(gè)采樣點(diǎn)，從上層土壤30cm中取樣，一式三份，從30厘米的土壤，立即10cm的間隔切片。所有的土壤樣品放入聚乙烯袋中，到到實(shí)驗(yàn)室，并保存在4C冰箱中。隨后，土壤樣品風(fēng)干均質(zhì)，用于重金屬組分分析。 實(shí)驗(yàn)方法： 鉻、鎳采用（Tessier法法）五步連續(xù)提取法依次萃取。五個(gè)組分為F1( 可交換態(tài)) 、F2(碳酸鹽結(jié)合態(tài)) 、F3(鐵-錳氧化物結(jié)合態(tài) 、F4( 有機(jī)態(tài)

15、) 、F5( 殘?jiān)鼞B(tài))。可以認(rèn)為，這些組分從可交換態(tài)都?xì)堅(jiān)鼞B(tài)降低具有不穩(wěn)定性。在每個(gè)連續(xù)提取樣品，以4000 rpm離心15分鐘，分離提取土壤樣品。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定各提取液的鉻、鎳的含量（ICP-AES）。 Tessier法是由Tessier等提出的五步連續(xù)提取法，該法將重金屬分為5 種形態(tài)：即可交換態(tài)( 可交換態(tài)) 、碳酸鹽結(jié)合態(tài)( 碳酸鹽態(tài)) 、鐵( 錳) 氧化物結(jié)合態(tài)( 鐵/錳態(tài)) 、有機(jī)質(zhì)及硫化物結(jié)合態(tài)( 有機(jī)態(tài)) 、殘?jiān)Ц窠Y(jié)合態(tài)( 殘?jiān)鼞B(tài))。結(jié)果分析土壤剖面重金屬組分 在所有深度，開墾10年的農(nóng)田和參考濕地的重金屬濃度均低于那些高年齡的土地樣品（100年，40年和

16、30年）。觀察到在開墾100年的農(nóng)田中，重金屬濃度最高，這表明，開墾歷史最長的農(nóng)田污染最嚴(yán)重，這些土地由徑流和城市污水長期灌溉。這可能是由于長期耕作，農(nóng)藥的大量施用，導(dǎo)致重金屬在土壤剖面中富集。表一用美國環(huán)保局頒布的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)和中國環(huán)?？偩诸C布的中國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)比較不同污染等級和各個(gè)樣本中重金屬濃度USEPA : United States Environmental Protection AgencySQGs : Sediment Quality Guidelines SEPAC : State Environmental Protection Administration of C

17、hinaCNESQ : Chinese Environment Quality Standard for Soils鉻污染結(jié)果分析： 表層土壤中Cr含量最高，濃度隨深度略有降低。然而，有人指出，參考濕地的地表和地下土壤Cr濃度幾乎相同。對于表層土壤，從年代最久遠(yuǎn)的到年代最近的一個(gè)參考濕地中，Cr的總濃度相應(yīng)下降。然而，地下和底層的土壤樣品中，40年的復(fù)墾農(nóng)田中Cr積累量最高，濕地中Cr積累量最低。 根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署沉積物質(zhì)量準(zhǔn)則（SQGs），在大多數(shù)的土壤樣品中總Cr濃度超過“嚴(yán)重污染”的水平（75mg/kg），甚至20-30cm濕地土壤層樣本中檢出的最低濃度（60.55mgkg）也顯示為“

18、中度污染”（25mgkg75mg/kg）。所有Cr樣品主要發(fā)現(xiàn)在土壤芯的殘余部分（殘余鉻/總鉻 84%），這與蔡等人研究結(jié)果一致。鎳污染結(jié)果分析： 使用年限久的農(nóng)田表層土壤（100年、40年和30年）總Ni濃度接近或超過“嚴(yán)重污染”的水平（50mg/kg），然而他們的地基下面10cm的深度土樣中Ni濃度僅為“中度污染”。所有來自10年齡農(nóng)田和參考濕地的樣本也屬于這一類。所有五個(gè)采樣點(diǎn)土樣中的總Ni濃度一般隨土壤深度升高而逐漸降低。然而，在30年、10歲復(fù)墾農(nóng)田中，10-20cm和20-30cm層Ni濃度沒有明顯差異。交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合Ni的總比例貢獻(xiàn)小于總鎳的6.6%，而殘留態(tài)Cr在所有取樣土

19、壤中占主導(dǎo)地位，其比率 68%。結(jié)論 重金屬Cr和Ni的5個(gè)不同組分的分布分?jǐn)?shù)變化受土層深度影響，但似乎不受填海和耕作影響。耕作年限是影響農(nóng)田土壤重金屬，尤其是Ni積累濃度的重要因素。創(chuàng)新點(diǎn) 測量值采用美國環(huán)保局頒布的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)和中國環(huán)保總局頒布的中國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)雙重標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。參考文獻(xiàn)1 Xiao R, Bai J, Zhang H, Gao H, Liu X, Wilkes A. Changes of P, Ca, Al and Fe contents in fringe marshes along a pedogenic chronosequence in the Pearl

20、River estuary, South China. Continental Shelf Research 2011;31:73947.2 Li XD, Shen ZG, Wai OWH, Li YS. Chemical forms of Pb, Zn and Cu in the sediment profiles of the Pearl River Estuary.Marine Pollution Bulletin 2001;42:215233 Li Q, Wu Z, Chu B, Zhang N, Cai S, Fang J. Heavy metals in coastal wetla

21、nd sediments of the Pearl River Estuary, China.Environmental Pollution 2007;149:158-64.4 Bai J, Xiao R, Cui B, Zhang K, Wang Q, Liu X, Gao H, Huang L. Assessment of heavy metal pollution in wetland soils from the young and old reclaimed regions in the Pearl River Estuary, South China. Environmental Pollution 2011;159:817-24.5 Feng H, Han X, Zhang W, Yu L. A preliminary study