喀斯特地区贵阳花溪河水生生态系统中汞分布调查研究

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摘要：以喀斯特典型地区贵阳花溪景区的花溪河段的水体为研究对象，对水生生态系统中不同介质（水、底泥、水生生物）的重金属汞的分布和富集情况进行了调查研究。结果发现：花溪水库到平桥河段水体总汞含量低于0.05μg/L，达到Ⅰ类水标准。位于城镇居民区附近的牛角岛河段受到污染，汞含量处于Ⅲ类—Ⅳ类水之间，含量超标。经过湿地后，董家堰和中曹司段汞含量出现下降趋势，湿地生态功能显现。该结果为花溪河水质的改善提供基础性的科学依据，对更好地保护花溪河、发挥湿地的生态保护功能有重要的现实意义。

关键词：汞含量；水生生态系统 ；花溪河

中图分类号：X542文献标识码：A文章编号：16749944（2013）08018003

1引言

汞是一种剧毒的微量重金属，是目前造成水体污染的一类有毒物质，引起越来越广泛的关注[1， 2]。在水生生态系统中，汞在水体中的含量很低，但可以通过水生生物食物的摄取、吸附、吸收等途径进入生物体内进行富集，最终通过水产品转移到人体内，损害细胞内酶系统蛋白质巯基，损伤人体的神经系统以及引起胎儿发育畸形、降低人体素质等多方面、多层次的后果，严重危害人类的健康[3]。

花溪河位于喀斯特地区的贵阳市郊，贯穿有“云贵高原明珠”美誉的花溪风景区，该河流水质清澈，水生植物丰富， 保持较好的水生生态[4]。2009年12月4日，以花溪河十里河滩为主体的湿地公园被国家住房和城乡建设部批准为国家级城市湿地公园。花溪河不仅是贵阳市的风景名胜区，也是贵阳市重要的生活饮用水源地和农业灌溉用水源。由于旅游经济的发展和城镇规模的扩大，如何防治水体污染和保护环境成为重要的关注点。

本研究以花溪景区的花溪河段的水体为研究对象。对水生生态系统中不同介质（水、底泥、水生生物）的重金属汞的分布、迁移进行了系统的调查研究，以期对花溪河水重金属汞污染的情况有所了解，为花溪河水质的改善提供基础性的科学依据，以更好地保护花溪河，发挥湿地的生态保护功能。

2材料与方法

2.1样品采集

2011年5月，在花溪河花溪景区河段从上游往下，依次设置花溪水库、平桥、牛角岛、董家堰、中曹司5个取样点（图1）。采样点情况如下：花溪水库至平桥段有生活饮用水水源取水口；牛角岛附近为城镇生活区；牛角岛至董家堰河段建有人工湿地系统；中曹司为花溪十里河滩末端。不同介质选取水体、底泥、水生植物、水生动物4种介质。水样采集于水体表面下0.5m处，底泥采用抓斗式采样器进行采集。水生植物选取花溪河水生植物群落中优势种——苦草[5]（Vallisneria spiralis）为研究对象。水生动物采集花溪河水中常见的鲫鱼种[6]（Carassius auratus）为研究对象。

2.2样品的制备与分析

水样：取80mL水样于100mL容量瓶中，加入5mL优级纯浓硝酸，用去离子水定容至100mL，用AF-640A型原子荧光光谱仪测定总汞含量[7， 8]；底泥、苦草：将刚采集的淤泥、苦草剔除动植物残体、碎石等杂质，自然风干、研磨。将称取好的样品加入王水消解液后消解35 min，用（1+95）的盐酸溶液转移至50mL容量瓶，摇匀，放置澄清后，用DMA-80自动测汞仪进行测定[9]；鲫鱼样：将刚采集来的鲫鱼样去鳞、去皮，去骨，取其背脊肌肉部位，均浆，盛在表面皿上，放入烘箱中加热干燥，升温至60℃后保持恒温48h，待样品完全干燥后取出，粉碎，加酸处理后，直接用自动测汞仪进行测定[10]。

3结果与分析

3.1花溪河不同介质中汞含量分布情况

根据检测数据（图2）结合国家地表水环境质量标准（GB3838-2002）基本项目标准限值可知：花溪水库中水体的汞含量未测出，花溪河平桥水体中的汞含量为0.037μg/L，达到Ⅰ类水标准，符合国家饮用水的质量标准；牛角岛水体中的汞含量是0.486 μg/L，在Ⅲ类—Ⅳ类水标准之间，汞含量超标，可能是由于该地段处于城镇居民生活区，生活污水的大量排放和煤的燃烧而造成汞污染；水体经过生态湿地后的董家堰段、中曹司段汞含量分别为0.065μg/L和0.046μg/L，在Ⅱ类—Ⅲ类水标准之间，汞含量明显比上游牛角岛的水的汞含量低，可能是由于水体的自净作用和生物的富集作用产生的效果。

在对花溪河水体中其他介质汞含量进行检测时发现（图3）：底泥、苦草、鲫鱼介质中汞含量趋势与水体中汞含量较为符合。在花溪水库、平桥段水、淤泥、鲫鱼以及苦草中总汞的含量极低，在牛角岛段，水、淤泥、鲫鱼以及苦草的汞含量都呈现最大值，表明汞污染比花溪河其他段严重。底泥中汞含量：花溪水库和平桥的底泥中汞含量都比较低，低于国家土壤环境质量标准值的一级范围；而牛角岛、董家堰和中曹司段的淤泥中汞含量处在土壤环境质量的一级至二级之间。水生植物苦草的汞含量较低，平均值为0.011μg/g。牛角岛至中曹司河段鲫鱼的总汞含量较高，说明汞在鲫鱼体内出现富集，但低于国家鲜、冻动物性水产品卫生标准（GB2733-2006）的0.5μg/g，处于可食用范围。

3.2汞在水生生态系统中的富集情况

汞在自然环境下会出现迁移和富集现象。汞在土壤—植物—动物之间的迁移构成了汞生物地球化学过程的重要组成部分[11]。汞在不同环境要素中的传递与累积，通常采用“富集系数”来表示。我们对花溪河生态系统中的汞富集情况进行了进一步的分析。结果发现（表1），花溪水库水体中未能检测出总汞含量，富集系数无法计算。但是汞仍在底泥和生物体中出现富集，富集量较低。这与前人研究结果一致：即使在没有汞污染的情况下，汞在生物体内仍然出现富集[12]。底泥是由有机腐生质、微生物群等构成，对汞具有较好的富集作用。我们的结果发现底泥的富集作用要大于苦草。

鲫鱼对于汞的富集系数最高，前人研究认为：水生动物对于水中汞的浓缩系数很高，而且一般随着动物营养级位置的升高， 浓缩系数也随着升高[13]。水生植物苦草对水体中的汞也具有较强的富集作用。汞通过食物链，在水生生态系统中进行富集，也说明汞的污染对水生生态系统的影响将是广泛的[14]。

4结论与讨论

从汞污染的源头来分析，贵州属于煤炭型污染严重的地区之一，汞在煤炭中是属于微量元素，在燃烧的过程中会产生迁移转化，对环境产生污染[15]。煤炭是贵阳的主要能源，在燃烧过程中大部分以烟尘等形式进入大气，随后随液相、固相沉降地面，进入水体和土壤等对环境产生污染[16]。化肥和农药的大量使用，也大大增加了汞污染的程度。我们的研究结果显示：

（1） 水样、底泥、水生植物、水生动物中的汞含量明显有差异。其中底泥（平均值为0.141μg/g）>鲫鱼（平均值为0.109μg/g）>苦草（平均值为0.011μg/g）。进入水体后的汞不易被降解，随着时间的累积，被无机和有机物质吸附的粒子态汞会逐渐凝聚为大的颗粒沉降到水底，进入沉积物，使沉积物中汞的浓度偏高[17]。采集的鲫鱼大小和体形相同，所以不考虑体重与肌肉中汞含量的相关性。鲫鱼是一种杂食性的鱼类，在该河流水生生态系统中处于食物链的末端。食物来源丰富，具有较快的生长速度。研究表明：汞通过活化、厌氧微生物甲基化、食物链的吸收传递和逐级放大，最后在高营养层次鱼类和捕食动物体内富集，即使是在环境极低剂量的汞暴露条件下，鱼类等高营养层次生物体内仍可能出现很高的汞污染。

（2）同一河流的不同地段的汞含量存在差异。水体的汞分布情况是经过牛角岛后，汞含量增加，这可能是由于居民区污水的排放和煤的燃烧引起的。在牛角岛采样过程中发现周围附近有污水排水口和垃圾倾倒的现象，这也可能是造成汞污染的主要原因。

湿地是一种独特的生态系统， 它地处水陆交错带， 具有降解污染物等功能。我们的研究结果发现，经过牛角岛至董家堰地段的湿地后，水体中汞含量显著降低，湿地系统能吸收大气沉降和地表径流的汞，成为汞的“汇”[18]。同时水体的自净作用和生物的富集作用也会引起水体中汞浓度的下降[19]。底泥、苦草和鲫鱼体内的汞含量在经过湿地后也出现下降趋势。湿地系统既能治理汞污染的“汇”，同时也可能成为汞污染的“源”。需要及时进行监控和治理，防止水体二次污染。

总之，从本研究结果情况来看花溪河在花溪景区段中的花溪水库至花溪平桥段水质达到I级标准。居民区附近的牛角岛采样点还是出现汞污染情况，需对污染源进行严格地控制和监控，对污水排放和生活垃圾的丢弃引起的污染需引起高度重视，防止对下游河段造成污染。

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