三峽庫區(qū)消落帶植被汞分布特征及其對土、水汞分配的影響.pdf

1、三峽水庫是舉世矚目的特大型調(diào)節(jié)水庫，淹沒的陸地面積巨大，達到632km2，成庫后形成大面積的消落帶。根據(jù)水庫“蓄清排濁”的調(diào)度方案，三峽水庫于每年9月蓄水至水位175m高程，次年1月開始放水至水位145m高程，在庫周形成一個落差達30m，面積達349km2的消落帶。消落帶在每年4-9月的出露期，由于雨熱充沛，大片區(qū)域會生長出茂密的草本植被，而被淹沒土壤和植被是水庫魚體甲基汞增高的重要來源。一方面，被淹沒的土壤和植物在腐爛分解的過程中會主

2、動或者被動的向水庫生態(tài)系統(tǒng)釋放總汞和甲基汞；另一方面土壤和植物被淹沒后，在水庫底部形成厭氧環(huán)境，為汞的甲基化提供了反應場所。與此同時，土壤有機質(zhì)和植物腐爛分解后會釋放大量的營養(yǎng)養(yǎng)物質(zhì)，為微生物提供了充足的食物來源，使得硫酸鹽還原菌等甲基化細菌大量繁殖，促進無機汞向甲基汞轉(zhuǎn)化。三峽庫區(qū)消落帶長期處于干濕交替的狀態(tài)，土壤的理化性質(zhì)也因此發(fā)生變化，消落帶植被經(jīng)歷著生長-淹沒腐解-再生長的更新過程，每年土壤中被分解的有機質(zhì)都會得到大量的補充，同

3、時，植物還具有較強的汞富集能力，植物從大氣、土壤中吸收的汞最終又進入水體。三峽水庫作為一個典型的“汞敏感生態(tài)系統(tǒng)”，植物對汞在其遷移轉(zhuǎn)化過程的影響不可忽視，因此，在本文研究中采用了野外調(diào)查分析以及室內(nèi)模擬相結(jié)合的方法，對三峽庫區(qū)消落帶典型植物汞的分布、富集特征，植物生長對消落帶土壤及上覆水汞形態(tài)的影響，以及優(yōu)勢植物淹沒后對底泥和水體汞形態(tài)的影響進行了系統(tǒng)的研究，并評價了其生態(tài)風險。
　　以三峽庫區(qū)腹心地帶的重慶段忠縣石寶寨、涪陵珍

4、溪和開縣漢豐湖消落帶為主要研究地點，調(diào)查并采集了植物樣品，分析樣品總汞和甲基汞，探討三峽水庫消落帶植物汞的分布特征及植物汞庫存量。結(jié)果表明，調(diào)查區(qū)域消落帶植物總汞含量在（1.62±0.57）～（49.42±3.93）μg·kg-1范圍，植物各部位總汞的含量呈根>葉>莖的趨勢分布；植物甲基汞含量在（15.27±7.09）～（1974.67±946.10） ng·kg-1范圍，植物根部甲基汞含量高于莖和葉。不同植物汞和甲基汞含量有差異，而同

5、類植物中，開縣漢豐湖消落帶植物總汞和甲基汞含量均較忠縣石寶寨、涪陵珍溪鎮(zhèn)消落帶植物略高；根據(jù)植物汞含量和單位面積生物量計算其庫存量，發(fā)現(xiàn)不同高程植物總汞及甲基汞儲存量存在差異，145～150、150～160、160～170和170～175m高程的植物總汞儲存量分別為145.3、166.4、124.3和88.2 mg·hm-1，甲基汞儲存量分別為1.9、2.7、3.6和3.2mg·hm-1。消落帶優(yōu)勢種植物對總汞的富集能力相對較弱（BAF

6、<1），而對甲基汞的富集能力相對較強（BAF>1）。
　　于2014年5月至2015年4月，在開縣漢豐湖（HF）和忠縣石寶寨（SB）消落帶分別設置裸地及草地監(jiān)測樣地，于落干期每月采集土壤分層樣品，蓄水期采集該處底泥及上覆水，測定不同形態(tài)汞，分析植物生長對汞形態(tài)的影響。結(jié)果表明，相同高程消落帶因其不同類型土壤汞含量而存在差異，不同高程的同類型消落帶汞的含量也有所不同。庫區(qū)干流落干期0~5cm表層土壤裸地和草地總汞均值分別為（75.9

7、0±4.06）μg·kg-1和（86.97±1.73）μg·kg-1；蓄水期分別為（86.00±4.00）μg·kg-1和(98.42±2.62）μg·kg-1，土壤總汞有從表層向低層（20cm以下）遷移的趨勢，消落帶高程增加土壤總汞含量降低，且裸地土壤汞的遷移能力強于草地，支流的趨勢與干流一致。土壤甲基汞的峰值都出現(xiàn)在0~5cm表層土壤中，落干期不同高程消落帶相比較，裸地類型消落帶 SB150~155m高程表層土壤甲基汞含量最低，為（

8、0.37±0.02） ng·kg-1，草地則是SB160~165m高程表層土壤甲基汞含量最高，為（0.67±0.03） ng·kg-1；蓄水后土壤甲基汞含量都有增加的趨勢，且土壤甲基汞含量隨淹水時間增加而升高，其中SB160~165m高程裸地土壤甲基汞含量均值最低，為（0.65±0.04） ng·kg-1，SB150~155m高程草地表層土壤甲基汞含量均值最高，為（0.84±0.03） ng·kg-1。庫區(qū)干流及支流土壤生物可利用態(tài)汞占

9、總汞的比例較低為1.48％~4.66%，且裸地表層土壤生物可利用態(tài)汞要低于草地，蓄水期土壤生物可利用態(tài)汞含量要低于落干期。
　　庫區(qū)消落帶淹沒后，其上覆水總汞均值在干流消落帶和支流消落帶分別為(14.91±1.06) ng·L-1和(14.89±0.32) ng·L-1，遠高于世界其他地區(qū)的天然水體汞濃度。對石寶寨不同高程消落帶淹沒水體樣品分析發(fā)現(xiàn)，150~155m高程消落帶裸地底層水體總汞濃度較低，為（17.96±0.84） n

10、g·L-1，而草地較高為（22.11±1.79） ng·L-1。庫區(qū)干流區(qū)域裸地和草地類型消落帶水體甲基汞濃度均值分別為（0.25±0.03） ng·L-1和（0.33±0.02）ng·L-1；支流均值分別為（0.46±0.02） ng·L-1和（0.49±0.03） ng·L-1，水體甲基汞濃度有從表層到底層逐漸升高的分布特征，且裸地底層水體甲基汞含量明顯低于草地。庫區(qū)干流水體溶解態(tài)汞均值為(6.88±0.76) ng·L-1，干流及

11、支流水體溶解態(tài)汞占總汞（DHg/THg）比例均值為40%±13%和36%±11%，表明庫區(qū)水體總汞主要以顆粒態(tài)汞的形態(tài)存在。干流區(qū)域裸地和草地水體溶解態(tài)甲基汞濃度均值分別為（0.13±0.01）ng·L-1和（0.14±0.02） ng·L-1，溶解態(tài)甲基汞占總甲基汞（DMeHg/TMeHg）比例均值為48%±11%，與總汞情況一致，顆粒態(tài)甲基汞主導著甲基汞的分配比例。庫區(qū)干流和支流蓄水期水體活性汞濃度均值分別為(2.04±0.28)

12、ng·L-1和(2.13±0.23) ng·L-1，活性汞表層及底部含量較高，而中間層含量較低，不同高程消落裸地與草地上覆水水體活性汞含量沒有明顯差異（P>0.05）。
　　三峽庫區(qū)消落帶落干期植被生長茂盛，蓄水后消落帶被淹沒，土壤-植物系統(tǒng)在長時間淹水情況下，隨著體系內(nèi)物理化學性質(zhì)的改變，汞形態(tài)也會發(fā)生變化，從而對庫區(qū)水生生態(tài)系統(tǒng)中汞含量以及形態(tài)帶來一定的影響。因此，本研究選取三峽庫區(qū)4種優(yōu)勢植物室內(nèi)栽培，再進行室內(nèi)模擬淹水試驗

13、，研究淹水后土壤、水體中甲基汞（MeHg）以及其他形態(tài)汞的變化。結(jié)果表明，淹水過程中植物的存在有利于土壤 MeHg的生成，同時對上覆水不同形態(tài)汞濃度影響顯著。狗牙根作為消落帶優(yōu)勢種，由于其體內(nèi)總汞及甲基汞含量較高，淹水后對土壤以及上覆水系統(tǒng)中甲基汞以及其他汞形態(tài)的影響最為明顯。淹水第90d，狗牙根+土+江水（B1）處理土壤MeHg的含量最高，為1135.86±113.84 ng·kg-1，是不加植物的對照處理土+江水（CK2）中土壤Me

14、Hg含量的2倍左右；上覆水總甲基汞（TMeHg）、溶解態(tài)甲基汞（DMeHg）、總汞（THg）、溶解態(tài)汞（DHg）和活性汞（RHg）均呈峰值偏左的拋物線狀變化，在第30d時達到峰值，其中B1處理上覆水TMeHg、THg和DHg最高，分別為（2.88±0.06） ng·L-1、（40.29±2.42） ng·L-1和（35.51±3.77） ng·L-1，其中溶解態(tài)汞是其主要存在形式。因此可以推測三峽庫區(qū)消落帶植物淹水后將增加水庫汞污染負荷

15、。
　　土壤、植物汞進入水體后會影響庫區(qū)水生生態(tài)系統(tǒng)，并通過生物累積傳遞、放大。通過估算得出三峽庫區(qū)地上植物汞儲量為183 kg，裸地及草地消落帶的0~10cm土壤汞庫存量分別約為3310 kg和3799 kg。蓄水后自然生長植被的消落帶向水體的釋汞量為約287 kg，而人為除草后消落帶向水體的釋汞量約為184 kg，減少了約36%。通過地累積指數(shù)評價法和生態(tài)潛在污染指數(shù)評價法對庫區(qū)裸地和草地兩種類型消落帶土壤汞進行評估，前者評價