兴凯湖地区不同土地利用方式下土壤重金属污染情况及潜在生态风险 -《江苏农业科学》(2020年9期).docx

龙源版权所有 兴凯湖地区不同土地利用方式下土壤重金属污染情况及潜在生态风险 作者：石兰英 田新民来源：《江苏农业科学》2020年第09期 关键词：兴凯湖地区;土壤;重金属;生态风险;沼泽;旱田;水田 兴凯湖国家级自然保护区是黑龙江省最大的自然保护区以及三江平原典型沼泽湿地集中分布区，也是我国商品粮后备基地与黑龙江省绿色食品产业区[1-2]。该地区原为森林、草甸和沼泽为主的天然湿地，由于近60年的大面积垦殖，使得农田成为该地区主要的景观类型。此外，农业耕作机械化加强、区域交通发展和旅游资源开发等原因已导致该地区的环境受到严重污染[3]。重金属污染是评价土壤污染的重要指标，而关于兴凯湖地区在该领域的研究还未见报道。因此，对兴凯湖地区不同土地利用方式下土壤重金属的积累状况进行研究，对于该地区的农业生产和产品质量控制等具有重要意义。 目前，土壤重金属的研究主要集中在生物富集、时空变异、生态风险及人类活动影响等方面[4-6]。研究发现，重金属污染可导致湿地严重退化[7]，由于湿地地势低洼，重金属污染可以通过地表径流等多种途径进入湿地[4，8]，超过限定值后，湿地重金属可能进入环境而产生二次污染[9-10]。由于受环境和人类活动的影响，不同湿地土壤的重金属含量存在差异。例如，龙窝湖和太阳阜湿地土壤的镉（Cd）含量超过土壤质量二级标准[11];黄河口盐地碱蓬湿地的砷（As）和Cd污染最严重[12];白洋淀、洞庭湖湿地的Cd、铬（Cr）污染较为严重[13-14];青海湖和西溪湿地土壤的重金属污染相对较轻[15-16]。近些年来，农业土壤也是重金属污染的重灾区，江苏省农田小麦土壤中的Cd、锌（Zn）、铅（Pb）含量超过土壤背景值[17];太湖地区水稻土的重金属含量存在升高趋势[18];云南哈尼梯田水稻土中的Cd、Cr含量高于背景值[19];广州市农业土壤以汞（Hg）、Cd污染最严重[20]。然而，目前对我国东北地区土壤重金属积累的研究还不多见[21]。不同土地利用方式会造成土壤水文、结构及养分状况的剧烈变化，进而对重金属积累产生影响。因此，有必要揭示兴凯湖地区在不同土地利用方式下土壤重金属的积累状况，评价其潜在生态风险，从而为兴凯湖地区土壤重金属生态风险预警和农产品安全生产提供科学依据。 1 材料与方法 1.1 研究地区概况 兴凯湖国家级自然保护区地处黑龙江省东南部密山市境内，该保护区东西长90 km，南北宽 45 km，总面积为22.2万hm2。该保护区主要由兴凯湖、沼泽、草甸、森林、农田5种类型的生态系统组成，其面积分别为1.25×105、4.64×104、1.77×102、8.58×103、4.27×104 hm2。该地区属于温带大陆性季风气候，年平均气温为3.1 ℃，无霜期约为150 d，年降水量约为750 mm，且降水多集中于夏季，封冻期從11月持续至次年3月[22]。 本研究选择了能够代表土地利用方式变化的3种生境类型（沼泽、旱田和水田）作为分析对象。其中沼泽来自天然沼泽湿地，旱田和水田均来自早期沼泽垦殖。沼泽取样区地理坐标为45°20′59″N、132°19′14″E，海拔为100 m，主要覆盖植物为狭叶甜茅（Glyceria spiculosa），土壤类型为泥炭沼泽土。旱田取样区地理坐标为45°20′41″N、132°22′4″E，海拔为110 m，开垦时间达60年以上，该地多年以玉米、大豆轮种，目前为种植8年的玉米田。水田取样区地理坐标为45°20′59″N、132°19′14″E，海拔为 100 m，开垦时间达35年以上，多年均种植水稻。玉米、水稻为每年1季种植，多年连作，秋末翻耕，深度约为 20 cm，施用无机氮磷钾肥[3]。 1.2 样品的采集与处理 在2015年10月上旬，对沼泽、旱田和水田各样地进行取样，各样地均随机选取3个取样点。沼泽地取0～30 cm土壤，旱田和水田各取0～10、10～20、20～30 cm 3个层次土壤，每个取样点按“S”形取5个点混合[11]。共采集得到21份土样，其中沼泽3份，旱田9份，水田9份。将土样带回实验室后自然风干，磨碎后过0.149 mm筛，保存备用。 1.3 测试方法 采用微波消解法测定土壤中的重金属含量。取0.4 g土样于消解罐中，依次加入6 mL HNO3（优级纯）、3 mL HCl（优级纯）、3 mL HF（优级纯），摇匀后按程序消解。消解结束后，将消解罐置于电热板上加热赶酸至总体积为 5 mL，用去离子水定容至25 mL。用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）（Optima 8300，Perkin Elmer）测定土壤重金属浓度，并换算成1 kg土壤中重金属的含量（mg），作为该土壤的重金属含量，单位为mg/kg。有机质含量采用重铬酸钾-