蘆寶良，陳克龍，2，曹生奎，2，楊 龍，陳生云，馬 進

（1.青海師范大學(xué) 生命與地理科學(xué)學(xué)院，西寧810008；2.青藏高原環(huán)境與資源教育部重點實驗室，西寧810008；3.中國科學(xué)院 寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，蘭州730000）

濕地作為地球上水陸交互作用形成的獨特生態(tài)系統(tǒng)，是重要的生存環(huán)境和自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀之一，在抵御洪水、調(diào)節(jié)徑流、蓄洪防旱、控制污染等方面有著其它系統(tǒng)所不能代替的重要作用［1］。青海湖位于青南高原高寒區(qū)、西北干旱區(qū)和東部季風(fēng)區(qū)的交匯處，是我國最大的高原內(nèi)陸咸水湖，具有極為重要的生態(tài)地位［2］。環(huán)湖區(qū)域內(nèi)主要的濕地有泉灣沼澤濕地，倒淌河、沙柳河沼澤濕地，黑馬河、泉吉河河口濕地，仙女灣湖濱濕地，鳥島保護區(qū)鹽堿化沼澤濕地等。隨著環(huán)青海湖區(qū)域旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，環(huán)湖濕地的土壤環(huán)境狀況將直接影響區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

在濕地生態(tài)系統(tǒng)中，重金屬是普遍存在的污染物之一，其在土壤中的累積，不僅降低土壤生物活性、影響土壤理化性質(zhì)、阻礙植物的生長，而且會進入食物鏈直接或間接對人體健康造成威脅［3］。目前，青海湖濕地的研究，特別是濕地土壤重金屬的研究甚為缺乏。為此，本文以青海湖黑馬河濕地土壤為研究對象，對濕地土壤中的Cr，Pb，Zn和Cu四種典型重金屬元素含量和空間分布特征進行分析，以期為青海湖濕地的保護提供基礎(chǔ)資料和決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

青海湖流域地處祁連山脈，北依大通山，南靠青海南山，東鄰日月山，西以阿木尼尼庫山為界。流域面積約2.966萬km2，海拔高程3 194～5 200m，青海湖湖周長360km，面積4 300km2。流域行政區(qū)劃包括天峻縣、剛察縣、海晏縣和共和縣［4］。入湖較大的支流有布哈河、哈爾蓋河、沙柳河、泉吉河、黑馬河。流域內(nèi)太陽輻射強，日溫差大，年均氣溫－1～4℃，干寒，降水少而不均，年降水量270～500mm，年蒸發(fā)量1 422～2 066mm，屬半干旱高原氣候。

本文研究的黑馬河河口濕地是青海湖環(huán)湖區(qū)域內(nèi)為數(shù)不多的河口濕地中最為典型的濕地之一。地處青海湖的南岸湖濱帶，位于青海省共和縣內(nèi)，東經(jīng)99°47′02″—99°50′08″，北緯36°44′28″—36°42′34″，平均海拔3 200m。是以華扁穗草（Blysmus sinocompressus）群落和華扁穗草＋高山嵩草（B.sinocompressus＋Kobresia pygmaea C.B.Clarke）群落為主的濕地。研究區(qū)域的土壤母質(zhì)以第四紀(jì)黃土為主。

2 采樣與樣品分析

于2010年7—8月根據(jù)黑馬河濕地的分布特征以及主要的環(huán)境因素狀況，設(shè)置兩條垂直于湖岸的樣帶，長1 000m；樣帶之間相隔500m，從高潮灘開始采樣，每隔100m隨機采集樣地土壤樣品（3次重復(fù)）。整個樣帶跨越濕地長期水淹帶（0～500m），季節(jié)水陸過渡帶（500～600m）以及陸相帶（600～1 000m）。采樣點的定位利用GPS手持定位儀測定。土壤樣品分0—10cm，10—20cm，20—30cm和30—40cm四層采集，共采集樣品264份，將采集土壤放入自封袋中帶回實驗室。經(jīng)自然風(fēng)干后剔除植物殘體和石塊，放入烘箱中進行烘干（105℃）至恒重，用瑪瑙研缽研磨成粉末樣，并過200目尼龍網(wǎng)篩，取過篩后的粉末樣0.6～0.8g用 HNO3—HClO4—HF混合酸消解，消解完全后加少量稀硝酸溶解后轉(zhuǎn)移到50ml容量瓶中定容。用TAS－990型原子吸收光譜儀火焰法分別測定Cu，Pb，Zn，Cr的含量［5］。土壤有機質(zhì)含量的測定采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化—容量法［6］。

3 結(jié)果與分析

3.1 黑馬河濕地土壤重金屬元素的統(tǒng)計特征

黑馬河濕地土壤重金屬含量的統(tǒng)計特征如表1所示。統(tǒng)計結(jié)果顯示，Cu和Cr的含量都隨著土層深度的增加逐漸減少。其中Cu在表層含量高，并沿土壤剖面遞減，Cr的含量在10—20cm的土層內(nèi)比0—10cm大幅度減少，其平均含量減少了46.44%。Pb和Zn的含量沿剖面縱深分布的變化特征是先增加后減少。Cu和Zn的變異系數(shù)隨著土層深度的增加而增大。Pb，Cr的變異系數(shù)表現(xiàn)為隨土層深度的增加先增加后減小其后又增加的變化趨勢。由于土壤特性空間變異性的大小可由變異系數(shù)的大小來表征，通常認(rèn)為變異系數(shù)≤15%時為小變異，15%＜變異系數(shù)＜35%時為中等變異，變異系數(shù)≥35%時為高度變異［7］。研究結(jié)果顯示，Cu在土壤剖面（0—40cm）的變異系數(shù)為30.25%和35.18%～47.77%，Pb在土壤剖面（0—40cm）的變異系數(shù)為20.99%～33.59%和40.90%，均屬于中等變異和高度變異土壤性質(zhì)。Zn在土壤剖面（0—40cm）的變異系數(shù)為15.69%～34.27%，屬于中等變異土壤性質(zhì)。Cr在土壤剖面（0—40cm）的變異系數(shù)為 11.22%，32.25% 和36.44%～46.39%，分別是小變異、中等變異以及高度變異土壤性質(zhì)。

土壤表層重金屬元素的含量特征是分析研究區(qū)域環(huán)境狀況的重要指標(biāo)。研究區(qū)表層金屬元素與青海湖流域均值、青海省均值、全國均值差異的對比結(jié)果見表2。表2表明，黑馬河濕地土壤中Cr平均含量高于青海湖流域均值以及全國土壤平均值，這可能與河口濕地的土壤特征以及土綱分區(qū)有關(guān)［8］。Cu、Pb和Zn含量較少，均低于青海湖流域均值、青海省均值、全國平均值，其中Zn元素含量明顯偏低。其含量差異主要與區(qū)域內(nèi)的成土母質(zhì)、巖石風(fēng)化、淋溶有關(guān)［9］。對比結(jié)果顯示黑馬河濕地人為影響少，區(qū)域內(nèi)的土壤保持了較好的自然背景水平。同時樣品采集時間為夏季，濕地土壤中的地上生物量為一年中的最高值，像Cu、Zn不僅是重金屬元素同時也是植物正常生長發(fā)育所必需的微量營養(yǎng)元素［10－12］，因此土壤中的重金屬分布可能受其影響，其影響程度大小和分布形態(tài)特征還需進一步的研究。

表1 濕地土壤重金屬統(tǒng)計特征（n＝88）

3.2 重金屬元素的水平分布特征

黑馬河濕地土壤（0—10cm）重金屬含量變化如圖1所示，結(jié)果顯示表層土壤中Cu，Cr，Pb和Zn含量的高值出現(xiàn)在樣帶起點的高水位帶各點以及樣帶終點的陸相帶各點，低值出現(xiàn)在水陸過渡帶區(qū)域。變化特征大體上呈現(xiàn)出中間低，樣帶起點和終點高的趨勢。特別是高潮灘重金屬整體含量明顯高于低潮灘。這主要與水動力過程直接相關(guān)，大量的細(xì)顆粒泥沙在高潮灘沉積，因此相對來說水動力作用較弱，同時由于細(xì)顆粒泥沙表面積相對較大，有機質(zhì)含量較高，因而重金屬濃度比粗顆粒泥沙含量高［13－14］。相比較而言，遠(yuǎn)離湖岸的區(qū)域重金屬整體含量無論是在表層還是在梯度上都高于中間區(qū)域，產(chǎn)生這種結(jié)果的主要原因則可能是因為遠(yuǎn)離湖岸的陸相區(qū)域更加靠近公路，人類的活動較為頻繁，特別是汽車的活動。Rodríguez等的研究表明［15］，Pb，Cu，Zn的分布與汽車活動數(shù)據(jù)是相關(guān)的，說明此區(qū)域人類活動的影響在日益增強。

3.3 重金屬元素的垂直剖面分布特征

濕地土壤重金屬含量的垂直剖面分布結(jié)果顯示（圖1），Cu含量在整個研究區(qū)域呈現(xiàn)出表面聚集的現(xiàn)象，表現(xiàn)為Cu含量在0—10cm的土壤中高于10—20cm，剖面最高含量出現(xiàn)在0—10cm的土層范圍內(nèi)。只在陸相帶區(qū)域一個點（800m）上土壤中Cu的含量在10—20cm略高于0—10cm。從最高水位點開始10—40cm土壤中Cu含量大體沿土壤剖面遞減，但在不同點位上呈現(xiàn)出不同的波動變化，其變化趨勢是：隨著濕地水分的減少，在長期水淹帶各點逐漸變緩然后到水陸過渡帶區(qū)域各點波動變化趨于明顯，最后到陸相帶各點波動變化又逐漸變緩。主要體現(xiàn)在30—40cm相比20—30cm土壤中Cu含量的變化。說明土壤水分含量的變化對于Cu在剖面的淋溶遷移產(chǎn)生影響。同時，根據(jù)Cu和有機質(zhì)的相關(guān)性分析結(jié)果（r＝0.656，p＜0.01），表明Cu與有機質(zhì)有很強的親和力。因此，在土壤有機質(zhì)含量較高的區(qū)域Cu的含量也相應(yīng)高些。

表2 區(qū)域土壤重金屬元素平均含量對比

圖1 濕地表層（0－10cm）土壤重金屬的水平分布特征

Zn在研究區(qū)域中的長期水淹帶各點以及陸相帶各點有明顯的淋溶和積聚趨勢，在10—20cm的范圍內(nèi)有積聚層。其主要原因是Zn元素淋溶累積的結(jié)果，因為Zn在水分較多的厭氧還原條件下易溶于水并向下淋溶，在土壤某一層形成累積，其后隨著剖面深度的增加含量逐漸下降。Zn在水陸過渡帶各點略微顯現(xiàn)出表聚的現(xiàn)象，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能與復(fù)雜的水溫環(huán)境、水體擾動促進重金屬解析以及Zn在沉積過程中的遷移有關(guān)。

Pb在水位最高點有明顯的表面聚集現(xiàn)象。其后的長期水淹帶上各點都呈現(xiàn)出了淋溶和積聚的趨勢，其在土壤剖面上的波動變化趨勢隨著水量的減少逐漸變緩，剖面最高含量出現(xiàn)在10—30cm的范圍內(nèi)。Pb在水陸過渡帶上各點也出現(xiàn)了表面聚集現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能與復(fù)雜的水溫環(huán)境、水體擾動促進重金屬解析有關(guān)。陸相帶各點Pb在土壤剖面10—20cm的含量高于0—10cm。由于此區(qū)域內(nèi)的植物根莖主要分布范圍在10cm以下，同時植物有著特殊的根際泌氧功能［16］，因此可能對Pb的分布產(chǎn)生一定的影響。

無論水分程度如何，在0—10cm的土壤中Cr的含量顯著高于次表層（10—20cm），呈顯著的表面聚集現(xiàn)象，隨著土層深度的增加而迅速減少?？赡茉蚴菨竦赝寥辣韺拥拇罅坑袡C質(zhì)的還原作用，使Cr易被吸附、沉淀聚集在表層，所以表層以下的含量明顯減少。不同區(qū)域范圍內(nèi)的10—40cm土壤中的變化受水淹程度不同而發(fā)生不同的變化，在水相帶各點和水陸過渡帶各點波動變化幅度不大。但在陸相帶則是隨著剖面縱深分布逐漸減少，變化趨勢明顯。Cr在表層的顯著富集除了自然的原因外，應(yīng)充分給予重視。因為黑馬河濕地位于黑馬河的入湖口，由于懸浮泥沙的吸附和搬運積累作用，是黑馬河注入青海湖金屬元素的主要歸宿地之一［17］。所以其在表層的大量富集可能是人為原因造成的。

圖2 濕地土壤剖面（0－40cm）重金屬的分布特征

3.4 重金屬元素之間的相關(guān)性

土壤樣品重金屬含量的相關(guān)分析見表3，結(jié)果顯示，土壤中Cu，Zn，Pb，Cr四種重金屬之間呈顯著正相關(guān)（p＜0.01）。由于土壤重金屬的來源是否相同可以通過研究土壤中重金屬全量的相關(guān)性進行推測，若重金屬含量有顯著的相關(guān)性，說明有相同來源的可能性較大，否則來源可能不止一個。

濕地土壤四種金屬離子之間的相關(guān)性說明重金屬之間具有同源性。其中Cu與Zn的相關(guān)系數(shù)最大為0.897（p＜0.01），Cr與Pb的相關(guān)性最小為0.541（p＜0.01）。重金屬元素之間顯著的相關(guān)性也表明了自然條件下重金屬元素之間的伴生性［18］，進一步說明濕地土壤環(huán)境狀況較好。

表3 濕地土壤重金屬的相關(guān)性

4 結(jié)論

（1）濕地土壤剖面重金屬含量的統(tǒng)計特征顯示青海湖典型濕地土壤重金屬元素Cu、Pb和Zn含量較低，均低于全國、青海省和青海湖流域平均水平，Cr平均含量高于全國土壤平均值和青海湖流域平均值；總體而言，Cu和Cr在土壤表層含量高，并沿土壤的剖面縱深分布遞減。Pb和Zn的含量沿剖面縱深分布變化是先增加后減少。Cu，Zn，Pb，Cr四種重金屬在空間上的變異性以中等變異為主。

（2）濕地土壤表層重金屬在垂直于湖岸的水平方向上表現(xiàn)出Cu，Cr，Pb和Zn含量的高值出現(xiàn)在湖岸高水位帶以及遠(yuǎn)離湖岸的陸相帶，含量低值出現(xiàn)在水陸過渡帶的分布特征，大體上呈現(xiàn)中間低，兩端高的變化。產(chǎn)生這種變化的主要原因是受水動力過程，有機質(zhì)含量和人類活動的影響。

（3）濕地土壤中 Cu，Zn，Pb，Cr四種重金屬在0—40cm剖面上的分布特征和影響因素各有不同。Cu含量在整個研究區(qū)域的土壤內(nèi)呈現(xiàn)了表面聚集的現(xiàn)象，主要集聚在0—10cm。10—40cm土壤中Cu含量波動變化，其分布受水位變化和土壤中有機質(zhì)的含量影響。Zn在濕地長期水淹帶各點以及陸相帶各點有明顯的淋溶和積聚趨勢，在10—20cm的范圍內(nèi)有積聚層，在水陸過渡帶略微顯現(xiàn)出表聚的現(xiàn)象，分布主要受水位的影響。Pb在水位最高點和水陸過渡帶上各點有明顯的表面聚集現(xiàn)象。其他長期水淹帶各點以及陸相帶各點出現(xiàn)淋溶和積聚，最高含量出現(xiàn)在10—30cm的范圍內(nèi)。無論水分程度如何，在0—10cm的Cr的含量顯著高于次表層，呈顯著的表面聚集現(xiàn)象，隨著土層深度的增加而迅速減少。Pb、Cr兩者的這種變化可能受水位、人為活動、土壤有機質(zhì)以及植物分布等的共同作用，影響程度如何還需進一步研究。重金屬含量間的相關(guān)性說明黑馬河濕地土壤中的重金屬來源具有同源性。

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