徐高福,葉小青,余梅生, 彭方有,許梅琳

(1.淳安縣新安江開發(fā)總公司，浙江 淳安 311700； 2.浙江大學，浙江 杭州 310058)

千島湖位于浙江省淳安縣境內，是世界上島嶼最多的湖，當水位在108 m時，面積大于 2 500 m2的島嶼有 1 078 個，故名千島湖[1]。千島湖是1959年9月我國建造的大型水力發(fā)電站——新安江水力發(fā)電站攔壩蓄水形成的人工湖，又名新安江水庫。作為長三角地區(qū)最大的淡水人工湖和重要水源地，千島湖平均水深為34 m，水域面積達573 km2，蓄水量高達178.4億 m3。千島湖水在中國大江大湖中位居優(yōu)質水之首，總體上屬國家一級水體，被譽為“天下第一秀水”[2, 3]。

千島湖地處亞熱帶中部，屬于亞熱帶季風氣候，森林覆蓋率高，加上千島湖水體的調節(jié)作用，千島湖地區(qū)氣候溫暖濕潤，四季分明，光照充足，雨量充沛[4]。

千島湖是長三角地區(qū)重要的生態(tài)屏障，具有十分重要的生態(tài)戰(zhàn)略地位，因此，對其生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測與保護十分迫切與重要。

1 消落帶及其環(huán)境問題

1.1 消落帶簡介

消落帶，是河流、水庫及湖泊特有的一種現象，指的是水位季節(jié)性漲落而使水陸交界處周期性地淹沒和出露水面的特殊區(qū)域，又稱消落區(qū)、漲落區(qū)或漲落帶[1, 4]。作為陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)交替控制的過渡地帶，消落帶的植被十分稀少，生態(tài)系統(tǒng)非常脆弱，易受污染和被破壞，是一類特殊的濕地生態(tài)系統(tǒng)[5-7]。消落帶是周圍泥沙、污染物、化肥農藥等進入水域的最后一道屏障，對水陸生態(tài)系統(tǒng)起著過濾和屏障等作用，對維持水陸交界處的生態(tài)系統(tǒng)的生產力、水陸生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡、生態(tài)安全等方面都起著重要作用[8, 9]。消落帶具有巨大的生態(tài)服務功能價值，會對區(qū)域生態(tài)環(huán)境產生巨大的影響，其影響受到國內外學者的廣泛關注。因此，確切掌握消落帶區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況，做好消落帶區(qū)域植被恢復乃至生態(tài)重建等研究迫在眉睫。

1.2 消落帶區(qū)域存在的環(huán)境問題

目前，我國對于消落帶區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題研究主要集中在三峽庫區(qū)消落帶[10]，對千島湖區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題研究較少，尤其是環(huán)境監(jiān)測相關問題。但是，由于消落帶區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性，所處環(huán)境的特殊性，消落帶區(qū)域存在較多的環(huán)境問題。

1)水陸交叉污染。作為水體與陸地環(huán)境系統(tǒng)的過渡地帶，消落帶區(qū)域兩岸的垃圾以及消落帶自身的土地利用而產生的面源污染物都會殘留在消落帶，因此，消落帶區(qū)域的水體和土壤環(huán)境都受到較大的污染。

2)水土流失加重。消落帶水位周期性地漲落使得消落帶區(qū)域的水土流失較為嚴重，同時也加重了該區(qū)域的泥沙淤積。

3)生物多樣性較少及生態(tài)系統(tǒng)受損。消落帶水位周期性地變化使得消落帶植物存活率降低，生物種類減少，從而導致生態(tài)系統(tǒng)受損。

4)流行疾病的誘發(fā)。由于被淹沒地區(qū)殘留的污染物不易擴散，尤其是在高溫的夏季，消落帶區(qū)域很容易滋生各種致病菌，從而誘發(fā)流行疾病[7, 8, 11]。

千島湖消落帶區(qū)域生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣對千島湖水生和陸生生態(tài)系統(tǒng)間的物質循環(huán)和能量流動，對區(qū)域水體和森林的生態(tài)安全都起著至關重要的作用[2]。因此，其生態(tài)環(huán)境問題應引起足夠的重視，尤其應該監(jiān)測消落帶區(qū)域水陸環(huán)境的污染現狀，明確該區(qū)域的水體、土壤和生物的環(huán)境污染程度，為區(qū)域環(huán)境的改善及污染的治理提供理論和數據基礎。

2 環(huán)境監(jiān)測的必要性

2.1 消落帶環(huán)境污染對生態(tài)環(huán)境的直接影響

千島湖風景秀麗，湖光山色，氣候宜人，鏡子一般的水面一望無際，周圍的島嶼一片碧綠，叢生蔓延，宛如大自然的天然屏障。千島湖不僅擁有令人陶醉的美景，吸引著無數旅客來此旅游，更具有極其重要的生態(tài)戰(zhàn)略地位。然而，2004年曾報道，千島湖流域內日生產垃圾總量250t，全年近9萬t[12]，消落帶區(qū)域殘留的垃圾、枯萎的植被對消落帶區(qū)域的生態(tài)環(huán)境造成直接的影響。因此，開展千島湖消落帶區(qū)域生態(tài)環(huán)境污染的監(jiān)測，對于消落帶環(huán)境污染的防治具有著重要意義，對保護千島湖景區(qū)的自然景觀和生態(tài)環(huán)境起著至關重要的作用。

2.2 消落帶環(huán)境污染物對消落帶植物的影響

千島湖消落帶區(qū)域的環(huán)境污染對消落帶植物的生長生理狀況存在著一定的影響。已有研究表明，環(huán)境污染物暴露會對植物的抗氧化酶系統(tǒng)產生負面影響。研究發(fā)現，除草劑2,4-滴丙酸(DCPP)會引起斜生柵藻細胞內過量活性氧(ROS)的產生及增強抗氧化酶的活性，也會引起藻細胞通透性的改變，從而導致亞細胞結構受到損傷[13]。除草劑禾草靈的暴露也會引起銅綠微囊藻細胞內過量ROS的產生及抗氧化酶活性的增強[14]。2004年報道千島湖所在的淳安縣農作物化肥的利用率僅為20%～30%，其余帶入環(huán)境；每年使用農藥達380 t，約70個品種[12]。事實上，在消落帶區(qū)域植被種植過程中也有一些有機污染物包括除草劑、殺蟲劑、化肥等的使用，而這很可能會對消落帶植物的生長生理狀況產生不利影響。因此，監(jiān)測消落帶區(qū)域土壤、水體及植物中除草劑等有機污染物的殘留是消落帶區(qū)域環(huán)境污染治理的基礎。

2.3 消落帶環(huán)境污染對人類健康的影響

千島湖消落帶區(qū)域的環(huán)境污染不僅對消落帶植物的生長生理狀況有著一定的負面影響，而且對人類的健康也存在著較大的影響。水是生命之源，飲用水的安全對人類的健康起著至關重要的作用。作為長三角地區(qū)最大的淡水人工湖和重要水源地，千島湖水質的好壞與杭州地區(qū)甚至是長三角地區(qū)民眾的健康都息息相關。消落帶區(qū)域作為水陸交替帶，水體污染物與土壤污染物的殘留也必然存在較大的相關性。因此，為了確保飲用水質，保障人類的健康，開展千島湖消落帶區(qū)域環(huán)境監(jiān)測十分重要。

2.4 環(huán)境監(jiān)測的必要性

鑒于上述問題的迫切性和重要性，對千島湖消落帶區(qū)域的環(huán)境監(jiān)測的研究亟待開展和深入。做好環(huán)境監(jiān)測有利于確定消落帶植物的生長環(huán)境，根據環(huán)境監(jiān)測的結果可更具有針對性地改善消落帶植物生長所依賴的環(huán)境介質，這有利于更好地掌控飲用水質量，從而減少環(huán)境污染對人類健康的危害，也有利于對千島湖消落帶區(qū)域整體環(huán)境質量的把握和環(huán)境污染的治理等。

3 消落帶區(qū)域環(huán)境監(jiān)測研究進展

目前，消落帶區(qū)域環(huán)境監(jiān)測主要集中在對土壤基本理化性質、重金屬污染、有機質含量及氮磷含量的監(jiān)測，對水體基本性質包括氮磷元素及化學需氧量(COD)的監(jiān)測，對植物體內的污染物的監(jiān)測少之又少，對植物生長存在較大影響的有毒污染物的監(jiān)測也十分匱乏。

3.1 對環(huán)境介質的監(jiān)測研究

目前，消落帶土壤環(huán)境的研究主要集中在土壤的水分變化對適生植物的生理生化的影響，土壤重金屬的含量及分布特征，土壤氮磷元素的含量與分布特征，以及土壤基本理化性質的研究[15]。王曉陽等人監(jiān)測了三峽庫區(qū)小江流域消落帶區(qū)域重金屬Ni、Zn、Cr、Cd、Cu和Pb的含量，發(fā)現小江流域消落帶整體存在輕微污染，而局部地區(qū)存在中度污染，且Cd元素超標最為嚴重[16]。諶金吾等人檢測了三峽庫區(qū)云陽消落帶土壤中重金屬的含量，發(fā)現云陽消落帶存在較為嚴重的Cd污染[17]。張艷敏等人對三峽庫區(qū)消落帶不同垂直高程的土壤樣品分析后發(fā)現，三峽庫區(qū)消落帶重金屬污染以As、Cd為主，這與王曉陽等人發(fā)現的小江流域消落帶土壤中重金屬污染以Cd元素超標最嚴重的結果相符合[18]。從這些研究可以發(fā)現，三峽庫區(qū)消落帶土壤中重金屬的污染需要重視及進一步的治理。然而，目前關于千島湖消落帶土壤中的重金屬含量和分布的研究仍然十分匱乏。除了土壤中重金屬的研究，三峽庫區(qū)消落帶土壤中有機質和氮磷的含量的相關研究也已有報道[19-21]。余敏芬等人也測定了千島湖消落帶及林地土壤中全氮、堿解氮和硝態(tài)氮的質量分數，并用最小二乘法模型計算得到水蝕作用對千島湖消落帶土壤中全氮和堿解氮流失貢獻分別為80.13萬 t和10.95萬 t，硝態(tài)氮在消落帶綜合富積量為913.39 t[22]。消落帶生態(tài)環(huán)境十分脆弱，是富營養(yǎng)化易發(fā)區(qū)域，因此，關于消落帶水體富營養(yǎng)化相關的監(jiān)測較多，主要包括消落帶水體中氮磷元素及葉綠素A含量的檢測。余國慶等人研究發(fā)現，千島湖區(qū)水質在2001—2013年間，只有2006年和2011年為Ⅰ類，其余各年均為Ⅱ類，且水體富營養(yǎng)化程度在不斷加劇，2007—2013年千島湖水體已為中營養(yǎng)狀態(tài)[23]。但是關于消落帶水體的其他有機污染物情況卻少有報道。

3.2 對植物樣品的監(jiān)測研究

現有對消落帶植物樣品監(jiān)測的研究更是少之又少。目前已有研究主要集中在水深對消落帶植物抗氧化酶系統(tǒng)的影響上。張志永等人探究了三峽水庫水深對消落帶植物牛鞭草及狗牙根抗氧化酶活性的影響，發(fā)現淹水處理會導致牛鞭草和狗牙根根系總蛋白和丙二醛含量及超氧化物歧化酶活性下降，過氧化物酶活性上升[24]。李彥杰等人研究發(fā)現，狗牙根在較深水淹脅迫下氧化脅迫程度加劇[25]。除了對植物抗氧化系統(tǒng)影響的檢測外，對消落帶植物中殘留的污染物的檢測仍未有報道。

3.3 現有監(jiān)測的不足之處

隨著工農業(yè)的快速發(fā)展，各種環(huán)境污染物進入環(huán)境，消落帶區(qū)域由于生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性和特殊性，其環(huán)境介質中污染物的濃度監(jiān)測及污染物的防治必不可少。然而，目前對于消落帶區(qū)域的環(huán)境監(jiān)測主要集中在土壤重金屬、氮磷元素等基礎研究，對于消落帶區(qū)域環(huán)境介質及植被中其他污染物的殘留監(jiān)測十分匱乏，比如環(huán)境中持久存在的污染物POPs，新型污染物等有機污染物。此外，對于消落帶水體及植物樣品的污染物殘留監(jiān)測也仍然十分匱乏。

4 消落帶區(qū)域環(huán)境監(jiān)測的研究展望

針對已有的環(huán)境監(jiān)測方面的研究進展和不足之處，筆者對千島湖消落帶區(qū)域可開展的環(huán)境監(jiān)測提出以下展望，主要包括應該開展環(huán)境監(jiān)測的污染物，環(huán)境監(jiān)測應該選擇的采樣時間、采樣點，以及可采用的分析方法3個方面。

4.1 應該開展監(jiān)測的污染物

除了常規(guī)檢測的基礎污染物外，筆者認為，應開展消落帶區(qū)域持久性有機污染物Persistent Organic Pollutants(POPs)、新型污染物等有機污染物的監(jiān)測，主要原因如下：1)POPs作為一類持久性有機污染物，具有不易降解、易在環(huán)境中蓄積、易生物富集、易遷移轉化以及生物毒性大等特點，其在環(huán)境介質中的殘留很可能對消落帶區(qū)域植物的生長生理狀態(tài)產生影響，了解其在環(huán)境中的殘留情況有助于更好地進行污染治理，從而減少POPs污染殘留對植物生長的影響[26]。2)新型污染物如擬除蟲菊酯殺蟲劑等，由于較低的哺乳動物毒性、容易降解及環(huán)境友好等特點，被廣泛地應用于控制農業(yè)害蟲，在環(huán)境介質中普遍檢出。而擬除蟲菊酯會對生物體產生內分泌干擾作用，因此，監(jiān)測消落帶區(qū)域中擬除蟲菊酯等新型污染物的殘留，在明確環(huán)境殘留情況之余，還能對此類殺蟲劑的使用有更好的指導意義，從而減少此類污染物對消落帶植被生長的影響[27]。此外，千島湖消落帶區(qū)域有機錫化合物的監(jiān)測也十分必要。有機錫化合物主要應用于船舶防腐涂料，可有效防止水體附著生物對船體的污損，隨著千島湖旅游業(yè)的快速發(fā)展，湖上游艇、快艇等交通工具的使用愈加頻繁，而這些船體外側的有機錫污染物可能遷移轉化至水體及土壤環(huán)境中，需要引起重視[28]。不論是POPs還是新型污染物，很多都是內分泌干擾物，它們在環(huán)境介質甚至于植物體內的殘留都很可能對植物的生長生理生化產生干擾，從而影響消落帶植物的生存與恢復。因此，開展千島湖消落帶區(qū)域此類有機污染物的監(jiān)測十分必要。

4.2 環(huán)境監(jiān)測采樣時間及采樣點的選擇

環(huán)境監(jiān)測采樣時間及采樣點的選擇對環(huán)境污染狀況結果至關重要，而千島湖消落帶區(qū)域水位的變化直接影響著其土壤所處的環(huán)境。有研究表明，消落帶區(qū)域水位的變化會改變該區(qū)域光照、氧含量等環(huán)境因素，這對植物的光合作用與呼吸作用，生長與繁殖都起著至關重要的調控作用，從而可能改變該區(qū)域的植被分布、物種豐富度甚至生態(tài)功能等[9,29]。因此，對于千島湖消落帶區(qū)域環(huán)境監(jiān)測樣品采集中，采樣時間和采樣點的選擇一定要根據水位的變化規(guī)律而定(圖1)。

圖1 1961—2016年千島湖月均水位Fig.1 Monthly average water levels in Thousand-island Lake from 1961 to2016

從圖1可以看出，從1961年至2016年這56年來，每年水位的變化幅度逐漸減小，但是每年的月均水位落差值仍然在5～10 m。在千島湖消落帶，每年至少在高水位和低水位期間分別采集一次樣品(大部分高水位出現在6—8月，低水位出現在12、1 和2月)。根據千島湖這56年最高水位和最低水位出現月份的頻率，可以選取最高水位出現頻率最高的7月份和最低水位出現頻率最高的2月份進行樣品采集。

同時，分別選取了2008—2016年高水位期7月和低水位期2月的千島湖日平均水位變化數據(圖2)，根據日平均水位值計算得出2008—2016年7月和2月每月日平均水位極差平均值分別為2.05 m和1.09 m。根據獨立樣本T檢驗，發(fā)現這2個月份日平均水位極差存在顯著性差異(p<0.05)，即7月份水位變化極差顯著高于2月份水位變化極差。而這2個典型月的日平均水位變化基本均呈單調變化，因此，可以選擇月中(15號)進行樣品的采集，較能代表該月的平均水平。

圖3是2016—2017年2月與2015—2017年7月的小時水位的變化圖?？梢钥闯?，除2017年7月20日9—11時水位變化劇烈之外，其余天數24小時水位變化均不大。根據這5個月每日小時水位值計算得到7月份每日小時水位極差平均值與2月份每日小時水位極差平均值分別為0.08 m和0.05 m，根據獨立樣本T檢驗發(fā)現這2個月份每日小時水位極差不存在顯著性差異(p>0.05)。因此，就水位而言，采樣時間在上午和下午沒有明顯差異?？偟膩碚f，采樣時間選擇上，一年至少要選高水位和低水位2個月份，且最好在月中，但在具體的某日采樣的時間上沒有嚴格要求，只要保持一致即可。

圖2 2008—2016年7月和2月千島湖日平均水位變化(A：7月；B：2月)Fig.2 Daily average water levels in Thousand-islandLake in July and February from 2008 to 2016(A:July ; B: February)

圖3 2016—2017年2月與2015—2017年7月小時水位的變化Fig.3 Hourly water levels in Thousand-island Lake inFebruary from 2016 to 2017 and in July from 2015 to 2017

土壤樣品監(jiān)測中，樣品的采樣誤差甚至會大于分析誤差。因此，在土壤樣品的采集過程中，一定要選擇有代表性的采樣點，這樣才能盡可能地減少采樣誤差對監(jiān)測結果的影響。土壤樣品的采樣布點方法一般有以下4種：對角線布點法、梅花形布點法、棋盤型布點法以及蛇形布點法。具體的采樣布點方法要根據具體的地勢、土地面積及土壤是否均勻決定[30]。土壤樣品的采樣深度根據具體監(jiān)測目的而定。表層土(0～20 cm)的樣品可以表征土壤一般污染狀況。如果需要了解不同土壤深度的污染狀況，則需按土壤剖面的具體層次分層采樣[31]。就消落帶區(qū)域土壤而言，還要根據水位的情況決定。此外，每個樣品至少取3～5份平行，從而更好地進行監(jiān)測的質量控制和質量保證。

4.3 可采用的檢測方法

雖然在消落帶區(qū)域環(huán)境及生物樣品的監(jiān)測研究較少，但是，上述污染物在一般環(huán)境樣品中常被檢測，因此，關于上述污染物的檢測方法較為成熟。筆者對不同的污染物(POPs及新型污染物等)在環(huán)境介質及植物體內的檢測方法進行總結。

POPs，主要包括多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、有機氯農藥、多溴聯(lián)苯醚等。土壤樣品中POPs的檢測主要采用氣相色譜、質譜聯(lián)用儀進行測定。樣品上機前的預處理步驟比較復雜，概括起來通常可以分為以下幾步：1)稱重。土壤樣品冷凍干燥，研磨過篩，稱重。2)提取。常用的有索氏提取、超聲萃取、振蕩、微波輔助萃取等。3)凈化。一般選用硅膠氧化鋁層析柱進行凈化，也有研究在凈化柱中再加入弗羅里土，從而更好地去除土壤樣品中的雜質。4)濃縮。一般先選用旋轉蒸發(fā)再使用氮吹對樣品進行濃縮，如有必要，可以置換溶劑。5)定容。根據濃縮倍數及預實驗濃度而定，一般在50～500 μL。定容后密封保存于-20 ℃環(huán)境中，待上機分析[32]。水體樣品相對于土壤樣品的預處理要稍微簡單一些，不需要冷凍干燥，直接量體積提取即可，后面的步驟與土壤樣品基本一致[33]。植物樣品中POPs的檢測與土壤樣品較為相似，也需經過冷凍干燥、研磨、稱重、提取、凈化、濃縮和定容這幾個步驟[34]。

新型污染物，包括鄰苯二甲酸酯、雙酚A、擬除蟲菊酯殺蟲劑等。土壤中鄰苯二甲酸酯的預處理方法與土壤中POPs檢測的預處理方法基本一致，只是過層析柱的步驟時需用其他溶劑再次淋洗[32]。土壤中雙酚A的檢測也可采用氣相色譜——質譜聯(lián)用技術來測定，預處理方法除萃取、凈化和濃縮外，還需要進行衍生化反應[35]。土壤樣品中擬除蟲菊酯的檢測與POPs檢測的預處理方法也基本一致[36]?？偟膩碚f，土壤中此類污染物的檢測及預處理技術的基本步驟一致，但是具體的儀器檢測條件、設置參數以及樣品預處理過程中溶劑的選擇及其他所用試劑的選擇都要根據待檢測物本身的結構性質而確定。水體中此類污染物的預處理主要是液液萃取或固相微萃取、濃縮、定容及上機分析幾個步驟[37]。植物中此類污染物的檢測與土壤基本類似，但是由于污染物含量可能存在一定差異，因此在濃縮倍數、各試劑使用體積上需要根據具體情況進行調整。

在環(huán)境監(jiān)測的過程中，無論是對水體、土壤還是植物中哪種物質的檢測，都一定要做到質量控制與質量保證。在有機物的分析中，樣品預處理和儀器分析過程都嚴格遵守質量控制和質量保證，才能取得準確的檢測分析結果。而只有監(jiān)測的數據結果真實可靠，才能對環(huán)境保護與治理提供準確的指導。在環(huán)境樣品有機物分析過程中，質量控制和質量保證主要應做到以下幾點：1)樣品分析過程中不受任何污染。由于環(huán)境樣品有機污染物的分析一般屬于痕量分析，分析過程中引入的任何污染都可能對分析結果產生影響。因此，分析所用的所有玻璃器皿都需經過嚴格清洗并在450℃下烘烤4 h以上。2)確保方法回收率。為了確定待測物在預處理過程中是否受到污染及是否損失較大，一般在樣品提取前加入示蹤物，從而確保樣品處理過程回收率。一般回收率在80%～120%時認為回收率較好。3)確保分析的精確度。在樣品分析過程中，為了確保結果的精確，一般要求所有樣品設立3～5個平行，且相對標準偏差不能太大[32, 38]。

5 結語

消落帶是周圍污染物、化肥農藥等進入水域的最后一道屏障，對當地生態(tài)環(huán)境有著重要的意義。對消落帶環(huán)境介質及植物中污染物的含量進行監(jiān)測，有助于了解消落帶生態(tài)環(huán)境質量，有助于更好地因地制宜地對消落帶區(qū)域的生態(tài)環(huán)境進行管理與治理。此外，考慮到環(huán)境污染物對消落帶植物可能存在一定的負面影響，檢測消落帶環(huán)境介質的含量尤其是消落帶區(qū)域植物體內污染物的殘留情況，可以更好地了解消落帶植物受到的污染狀況，從而更有針對性地對消落帶植被恢復提出有效的解決辦法。此外，由于不同流域消落帶的差異性較大，在借鑒其他區(qū)域研究理論和經驗的同時，必須結合消落帶區(qū)域自身實際進行監(jiān)測研究?？偟膩碚f，在千島湖消落帶區(qū)域的保護和開發(fā)過程中，不僅僅要進行各種污染物的環(huán)境監(jiān)測，也要充分發(fā)揮其各種功能，最終建立可持續(xù)發(fā)展的千島湖消落帶生態(tài)系統(tǒng)。

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