鄱陽湖-樂安河段濕地水土環(huán)境中重金屬污染風(fēng)險及其對水生植物群落的影響.pdf

1、江西省東北部地區(qū)礦產(chǎn)資源儲藏豐富，是我國重要的有色金屬礦集聚區(qū)，長期的礦山開采活動產(chǎn)生的大量攜帶重金屬元素的酸性廢水進(jìn)入河流，給河流濕地的生態(tài)環(huán)境帶來壓力。本文以江西省東北部重要河流樂安河河流濕地為研究對象，基于樂安河-鄱陽湖段，河流與湖泊濕地的平水期、豐水期和枯水期等三個不同水期的野外調(diào)查數(shù)據(jù)，對樂安河河流濕地的植物組成，植物群落結(jié)構(gòu)與多樣性狀況進(jìn)行了研究;并對濕地水體、水體底泥、濕地洲灘表土等樣品進(jìn)行室內(nèi)理化分析測定，通過背景值對比

2、分析、風(fēng)險評價分析，對樂安河河流濕地水土環(huán)境中重金屬污染狀況、分布特征、污染來源及環(huán)境風(fēng)險進(jìn)行研究;同時，基于樂安河河流濕地生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)，開展大型水生植物群落對環(huán)境因子的響應(yīng)關(guān)系研究。以期為大型水生植物保育與恢復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時也為該區(qū)域重金屬污染的控制和修復(fù)提供一定的科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)研究區(qū)植物種類經(jīng)過分類鑒定后，統(tǒng)計出樂安河河流濕地研究區(qū)樣地中維管束植物166種，隸屬48科，124屬。其中蕨

3、類植物1科、1屬、1種;雙子葉植物36科84屬113種，單子葉植物11科39屬52種。樂安河研究區(qū)沿岸濕地植被中優(yōu)勢科有禾本科Poaceae菊科Asteraceae、莎草科Cyperaceae、傘形科Umbelliferae、十字花科Cruciferae、蓼科Polygonaceae等;優(yōu)勢屬有蓼屬Polygonum、苔草屬Carex、莎草屬Cyperus、蒿屬Artemisia、繁縷屬Stellaria、碎米薺屬Cardamine、丁

4、香蓼屬Ludwigia等;采用4種不同的多樣性指數(shù)評價方法評價其群落多樣性，結(jié)果均表現(xiàn)出大致相同的特征規(guī)律:多樣性指數(shù)值在平水期＞枯水期＞豐水期。且樂安河上游?？诙我陨蠀^(qū)域和樂安河入鄱陽湖段的下游區(qū)域的各種多樣性指數(shù)值均大于樂安河段受大塢河重金屬酸性廢水污染后的上、中游段區(qū)域的多樣性指數(shù)值。
　　 (2)運用雙向指示種分析法(TWINSPAN)對樂安河河流濕地植被群落進(jìn)行聚類分析，在平水期、豐水期、枯水期分別劃分出5種不同的植物

5、群系，其中平水期為白芒（Miscanthus sinensis）-狗牙根（Cynodon dactylon）、羊蹄(Rumexjaponicus)+狗牙根（Cynodon dactylon）、灰化苔草（Carex cinerascens）+狗牙根（Cynodon dactylon）、白芒（Miscanthus sinensis）-虉草（Phalaris arundinacea）+活血丹(Glechoma longituba)+狗牙根（C

6、ynodon dactylon）、虉草（Phalarisarundinacea）+狗牙根（Cynodon dactylon）+牛繁縷（Stellaria aquatica）群系;豐水期為野蕎麥（Fagopyrum tataricum）+水芹（Oenanthe javanica）、狗牙根（Cynodon dactylon）+虉草（Phalaris arundinacea）、狗牙根（Cynodon dactylon）、苔草（Carex tr

7、istachya）+虉草（Phalaris arundinacea）+牛鞭草（Hemarthria altissima）、白芒（Miscanthus sinensis）-狗牙根（Cynodon dactylon）+白芒（Miscanthus sinensis）-喜旱蓮子草（Alternanthera philoxeroides）群系;枯水期為狗牙根（Cynodon dactylon）+灰化苔草（Carex cinerascens）、白芒

8、（Miscanthussinensis）-狗牙根（Cynodon dactylon）+青葙（Celosia argentea）、野蕎麥（Fagopyrumtataricum）+水芹（Oenanthe javanica）+輪葉黑藻（Hydrilla verticillata）、箭葉蓼(Polygonum sieboldii)+水蓼(Polygonum hydropiper)+兩棲蓼(Polygonumamphibium)、狗牙根（Cyno

9、don dactylon）+虉草（Phalaris arundinacea）群系。根據(jù)樂安河流域的植被分布特點可將整個流域劃分為大塢河段、樂安河未受污染的上游源頭區(qū)段、大塢河與樂安河交匯段及樂安河受污染的上游區(qū)段、中游區(qū)段、下游區(qū)及入湖口段。在大塢河段以狗牙根（Cynodon dactylon）、虉草（Phalarisarundinacea）為優(yōu)勢種;源頭上游段以野蕎麥（Fagopyrum tataricum）、水芹（Oenanthe

10、javanica）、輪葉黑藻（Hydrilla verticillata）、苦草（Vallisneria natans）為優(yōu)勢種;大塢河與樂安河交匯段及上游段主要以白芒（Miscanthus sinensis）、狗牙根（Cynodon dactylon）、喜旱蓮子草（Alternanthera philoxeroides）、青葙（Celosia argentea）為優(yōu)勢種;樂安河中游段主要以狗牙根（Cynodon dactylon）、羊

11、蹄（Rumex japonicus）、牛鞭草（Hemarthria altissima）為優(yōu)勢種;下游及入湖口段主要以苔草（Carex tristachya）、狗牙根（Cynodon dactylon）、菹草（Potamogeton crispus）、荇菜（Nymphoides peltatum）為優(yōu)勢種。
　　 (3)采用理化分析方法監(jiān)測樂安河流域濕地洲灘表土與水體底泥環(huán)境中的重金屬Cu、Pb、Cd等元素的含量，結(jié)果表明:Cu

12、元素的含量最高，最高平均值可達(dá)591.86 mg/kg，約為八十年代鄱陽湖洲灘土壤中重金屬背景值的125倍。且三個不同水期的樣品中Cu元素的含量表現(xiàn)為豐水期＞平水期＞枯水期;三個水期樣品中Pb元素的含量值差異不大;三個水期樣品中Cd元素的含量表現(xiàn)為平水期＞豐水期≈枯水期。以上三種重金屬元素在樂安河流域沿岸各樣點的分布特點，表現(xiàn)為樂安河受大塢河污染后的上、中游鄰近區(qū)域的樣點和支流大塢河區(qū)域各樣點中Cu元素的含量均較高，而樂安河下游樣點中P

13、b、Cd元素的含量則相對高于樂安河上游區(qū)域的樣點。通過相關(guān)性分析，三個水期的重金屬Cu元素具有大致相同的來源，均來源于大塢河酸性污、廢水，而在豐水期和枯水期重金屬Pb、Cd兩種元素則表現(xiàn)出顯著正相關(guān)，反映出重金屬Pb、Cd元素存在一定的復(fù)合污染問題并具有一定的同源性。
　　 (4)采用單因子指數(shù)法、地累積指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害法等四種不同的評價方法對樂安河河流濕地表土中重金屬污染的風(fēng)險進(jìn)行評價，結(jié)果表明:潛在生態(tài)危

14、害法相對于單因子指數(shù)法、地累積指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法更為準(zhǔn)確和客觀，且結(jié)果表明:位于樂安河上游的海口段以上區(qū)域受重金屬污染最為微弱，表現(xiàn)為輕度污染，而樂安河受納大塢河酸性廢水后鄰近區(qū)域的各樣點，如:沽口、香屯等受重金屬污染風(fēng)險等級均為極度嚴(yán)重污染;且沿著流域水流自中游向下游方向，各區(qū)域濕地表土中重金屬污染風(fēng)險等級呈現(xiàn)出逐漸減弱的趨勢。
　　 (5)運用除趨勢典范分析法(Detrended Canonical Correspond

15、ence Analysis，DCCA)研究環(huán)境因子對樂安河河流濕地大型水生植物群落的影響，結(jié)果表明樂安河流域濕地的大型水生植物群落對濕地環(huán)境污染因子的影響也表現(xiàn)出一定的響應(yīng)關(guān)系。以樂安河上游的海口鎮(zhèn)樣點為例，區(qū)域內(nèi)的水土環(huán)境受到的污染極輕微，受各種人為活動的影響也較小，生物多樣性高，敏感物種較多，如慈姑（Sagittaria sagittifolia）、水芹（Oenanthe javanica）、野蕎麥（Fagopyrumtataric

16、um）、金蕎麥（Fagopyrum dibotrys）、絡(luò)石（Trachelospermum jasminoides）等，均在此區(qū)域內(nèi)有分布;而受大塢河重金屬酸性污水污染后的區(qū)域內(nèi)的樣點中大型水生植物的群落結(jié)構(gòu)則嚴(yán)重退化，物種數(shù)量急劇減少，尤其是敏感物種減少，耐污物種或超積累物種增加，如白芒（Miscanthus sinensis）、五節(jié)芒（Miscanthusfloridulu）、淡竹葉（Lophatherum gracile）、青葙

17、（Celosia argentea）、白花地?。╒iola patrinif）、紫花地丁（Violayedoensis）、苧麻（Boehmeria nivea）、龍葵（Solanum nigrum）等，不同物種的出現(xiàn)或消失，物種數(shù)量的增減、物種組成的變化等均能反映污染的性質(zhì)和程度;而其中、下游區(qū)域則受到水土環(huán)境中重金屬Pb和Cd的復(fù)合污染，表現(xiàn)出植被群落結(jié)構(gòu)與重金屬Pb和Cd具有顯著性正相關(guān)，而與其他環(huán)境因子的相關(guān)性不顯著。在重金屬Pb

18、和Cd的復(fù)合污染下也有一些生存狀況較好的耐污種，如藜蒿(Artemisia selengensis)、鼠曲草（Gnaphaliumaffine）、裸柱菊（Soliva anthemifolia）、半邊蓮（Lobelia chinensis）等。
　　 綜合以上分析結(jié)果，鄱陽湖-樂安河段水土環(huán)境受重金屬Cu、Pb、Cd等的污染風(fēng)險已比較嚴(yán)重，且對大型水生植物群落結(jié)構(gòu)和植物多樣性已產(chǎn)生明顯影響。隨著樂安河沿岸礦產(chǎn)資源的進(jìn)一步開發(fā)和利

19、用，將進(jìn)一步加劇對鄱陽湖-樂安河段濕地生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重影響，并嚴(yán)重威脅植物多樣性和濕地生態(tài)環(huán)境安全。為了科學(xué)預(yù)防重金屬污染威脅植物多樣性和有效的恢復(fù)重建樂安河濕地部分河段的植被，確保鄱陽湖-樂安河段生態(tài)安全，需要持續(xù)開展重金屬在生態(tài)過程中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、探討鄱陽湖-樂安河段重金屬污染的威脅警戒線、建立數(shù)學(xué)模型對重金屬含量變化的預(yù)測的相關(guān)科學(xué)研究;切實加強對鄱陽湖-樂安河段植物資源，尤其是珍稀、特有和重要野生植物資源的調(diào)查和科學(xué)研究，并采取