-中国南方珠江入海口开垦滩涂湿地,农田土壤中重金属(铬、镍)的形态分布和数量.

1、中国南方珠江入海口围垦潮土农田土壤中重金属（铬、镍）的（空间）分布和形态第18届国际生态模型模拟大会(双年会)汇报人：何访淋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届国际生态模型模拟大会（双年会）全

2、球变化及人类与自然耦合系统生态模拟国际会议，于2011年9月20日至23日在北京举行。本次会议由北京师范大学、中国科学院地理科学与资源研究所、加拿大魁北克大学和南京大学与国际生态模型模拟协会 (ISEM) 联合主办，会议共有来自20多个国家的400多位专家学者参加。我所江洪教授作为大会主席之一，合作主持了此次国际学术大会。会议中江洪教授的实验室通过1个会议报告和4个壁报，展示了在全球变化的生态模型模拟、陆气耦合的卫星遥感与生态过程模型集成，海陆交互作用时间序列模型分析等领域的研究进展和成果，受到了与会专家学者的好评。 白军红，男，博士，北京师范大学教授，博士生导师；中组部青年拔尖人才支持计划和

3、教育部新世纪优秀人才支持计划入选者和霍英东教育基金获得者。长期从事湿地土壤碳氮生物地球化学过程和效应、湿地生态水文过程与模拟、湿地退化与生态恢复、湿地土壤污染风险评价等方面的研究工作。担任Wetlands、Clean-Soil，Air，Water、Journal of Soil Science and Environmental Management 等多个国际杂志的Associate Editor。研究方向：湿地生态水文过程及模拟湿地生物地球化学过程与效应湿地退化与生态恢复湿地土壤污染风险评价 肖蓉学习和工作经历： 2004.9 -2008.6 中国地质大学（武汉）地球科学学院资源环境与城乡

4、规划管理专业，获学士学位 2008.9-2013.6 免试推荐北京师范大学环境学院环境生态学专业湿地生态过程方向硕博连读，获博士学位 2010.8-2011.3 美国佛罗里达大学水土科学系土壤生态实验室访学交流 2013.7 -至今 北京林业大学自然保护区学院湿地教研室任讲师研究方向 主要从事湿地土壤生态学、土壤环境学方面的研究。关注重金属元素在土壤中的迁移转化与重金属污染评价，土壤有机碳和氮磷等营养元素在土壤中的含储量、赋存状态及与土壤性能的关系，土壤物理化学生物过程及对湿地生态系统变化的响应与表征等问题，从土壤结构和功能完整性的角度为湿地保护与管理以及退化湿地的恢复提供科学的理论依据。目前

5、研究区主要为我国几大重要河口湿地（包括黄河口湿地、珠江口湿地等），研究河口湿地的生态现状，退化驱动机制，土壤无机环境变化与湿地植物、土壤无脊椎动物、微生物等有机体群落演化的耦合关系，土壤环境质量评价体系及退化湿地（土壤）修复机理等。主持和参与项目： 1. 2013.7-2015.7 河口湿地土壤退化过程及修复机理，北京林业大学科技创新计划项目（新进教师科研启动基金项目）； 2. 2009.01-2011.12 珠江河口湿地退化过程及整体恢复途径，国家自然科学基金。 3. 2009.01-2012.12 城市化背景下珠江河口湿地水环境效应，自然科学基金重点项目-广东省联合基金。 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 比较了珠江入海口围垦潮土农田，不同用途土地（农田和湿地）中重金属污染情况。采用五步连续提取法将重金属分为五种形态（技术产生五个化学组分）（可交换态（可交换态（F1），），碳酸盐结合态（碳酸盐结合态（F2），铁锰水合氧化物结合态（还原态），铁锰水合氧化物结合态（还原态）（F3），有机物结合态（），有机物结合态（F4）和残余态（）和残余

10、态（F5），研究开垦和耕作对重金属铬和镍分布及迁移率（迁移能力）的影响。结果显示，污染程度随开垦年限的延长逐渐增加（100403010年）未开垦的参考湿地受影响最小。（观察到）在剩余部分（残留态）铬、镍的含量达到最大，这可能是土壤耕作和种植的结果。根据美国环保局颁布的沉积物质量基准，除20-30cm土层的湿地和10年开垦土龄的农田样品外，所有土层中总铬和镍浓度超过中度污染水平。 F1可交换态(Exchangeable Fraction),指交换吸附在沉积物上的粘土矿物及其他成分(如氢氧化铁!氢氧化锰!腐殖质上的重金属),对环境变化非常敏感,易于迁移转化,能被植物吸收。由于水溶态的金属浓度常低于

11、仪器的检出限,因此普遍将水溶态和可交换态合起来计算,也叫水溶态和可交换态。可交换态重金属反映人类近期排污的影响以及对生物的毒性作用。 F2碳酸盐结合态(Carbonate-Bound Fraction )，指碳酸盐沉淀结合的一些重金属。对土壤环境条件特别是pH值最敏感，当pH值下降时易重新释放出来而进入环境中;相反，pH值升高有利于碳酸盐的生成。 F3铁锰水合氧化物结合态(Fe-Mn Oxides-Bound Fraction )，此形态重金一般是以矿物的外囊物和细分散颗粒存在，活性的铁锰氧化物比表面积大，吸附或共沉淀阴离子而形成。土壤中pH值和氧化还原条件的变化对铁锰氧化物结合态有重要影响，

12、pH值和氧化还原电位较高时，有利于铁锰氧化物的形成。铁锰氧化物结合态反映人文活动对环境的污染。 F4有机物和硫化物结合态(Organio-Bound Fraction )，亦即有机物结合态，指颗粒物中的重金属以不同形式进入或包裹在有机质颗粒上同有机质鳌合等或生成硫化物。有机结合态重金属反映水生生物活动及人类排放富含有机物的污水的结果。 F5残余态(Residual Fraction )，一般存在于硅酸盐、原生和次生矿物等土壤晶格中，是自然地质风化过程的结果。在自然界正常条件下不易释放，能长期稳定在沉积物中，不易为植物吸收。残余态的重金属主要受矿物成分及岩石风化和土壤侵蚀的影响。Key word

13、s: Heavy metal; distribution; fraction; cropland soils; reclaimation history关键词：重金属；分布；组分（形态）；农田土壤；复垦的年限fractionn.数分数； 一小部分，些微； 不相连的一块，片段； 化分馏reclaimed adj.再生的； 翻造的； 收复的； 回收的v.开拓( reclaim的过去式和过去分词 )； 要求收回； 从废料中回收（有用的材料）； 挽救adj.再生的； 翻造的； 收复的； 回收的v.开拓( reclaim的过去式和过去分词 )； 要求收回； 从废料中回收（有用的材料）； 挽救采样： 这项

14、研究在2010年10月初，在珠海南部由北至南紧靠万顷沙复垦地区进行（北纬223639至“224436，东经11323 421133834 ）。对不同历史的复垦农田（100年、40年、30年或10年），采样点之间的间隔约为2500 m。每一个采样点，从上层土壤30cm中取样，一式三份，从30厘米的土壤，立即10cm的间隔切片。所有的土壤样品放入聚乙烯袋中，到到实验室，并保存在4C冰箱中。随后，土壤样品风干均质，用于重金属组分分析。 实验方法： 铬、镍采用（Tessier法法）五步连续提取法依次萃取。五个组分为F1( 可交换态) 、F2(碳酸盐结合态) 、F3(铁-锰氧化物结合态 、F4( 有机态

15、) 、F5( 残渣态)。可以认为，这些组分从可交换态都残渣态降低具有不稳定性。在每个连续提取样品，以4000 rpm离心15分钟，分离提取土壤样品。电感耦合等离子体原子发射光谱法测定各提取液的铬、镍的含量（ICP-AES）。 Tessier法是由Tessier等提出的五步连续提取法，该法将重金属分为5 种形态：即可交换态( 可交换态) 、碳酸盐结合态( 碳酸盐态) 、铁( 锰) 氧化物结合态( 铁/锰态) 、有机质及硫化物结合态( 有机态) 、残渣晶格结合态( 残渣态)。结果分析土壤剖面重金属组分 在所有深度，开垦10年的农田和参考湿地的重金属浓度均低于那些高年龄的土地样品（100年，40年和

16、30年）。观察到在开垦100年的农田中，重金属浓度最高，这表明，开垦历史最长的农田污染最严重，这些土地由径流和城市污水长期灌溉。这可能是由于长期耕作，农药的大量施用，导致重金属在土壤剖面中富集。表一用美国环保局颁布的沉积物质量基准和中国环保总局颁布的中国土壤环境质量标准比较不同污染等级和各个样本中重金属浓度USEPA : United States Environmental Protection AgencySQGs : Sediment Quality Guidelines SEPAC : State Environmental Protection Administration of C

17、hinaCNESQ : Chinese Environment Quality Standard for Soils铬污染结果分析： 表层土壤中Cr含量最高，浓度随深度略有降低。然而，有人指出，参考湿地的地表和地下土壤Cr浓度几乎相同。对于表层土壤，从年代最久远的到年代最近的一个参考湿地中，Cr的总浓度相应下降。然而，地下和底层的土壤样品中，40年的复垦农田中Cr积累量最高，湿地中Cr积累量最低。 根据美国环境保护署沉积物质量准则（SQGs），在大多数的土壤样品中总Cr浓度超过“严重污染”的水平（75mg/kg），甚至20-30cm湿地土壤层样本中检出的最低浓度（60.55mgkg）也显示为“

18、中度污染”（25mgkg75mg/kg）。所有Cr样品主要发现在土壤芯的残余部分（残余铬/总铬 84%），这与蔡等人研究结果一致。镍污染结果分析： 使用年限久的农田表层土壤（100年、40年和30年）总Ni浓度接近或超过“严重污染”的水平（50mg/kg），然而他们的地基下面10cm的深度土样中Ni浓度仅为“中度污染”。所有来自10年龄农田和参考湿地的样本也属于这一类。所有五个采样点土样中的总Ni浓度一般随土壤深度升高而逐渐降低。然而，在30年、10岁复垦农田中，10-20cm和20-30cm层Ni浓度没有明显差异。交换态和碳酸盐结合Ni的总比例贡献小于总镍的6.6%，而残留态Cr在所有取样土

19、壤中占主导地位，其比率 68%。结论 重金属Cr和Ni的5个不同组分的分布分数变化受土层深度影响，但似乎不受填海和耕作影响。耕作年限是影响农田土壤重金属，尤其是Ni积累浓度的重要因素。创新点 测量值采用美国环保局颁布的沉积物质量基准和中国环保总局颁布的中国土壤环境质量标准双重标准进行比较。参考文献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