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鄱阳湖—乐安河段湿地重金属污染风险及其对水生植物群落的影响评价

徐鹏飞  
【摘要】:江西省东北部地区矿产资源储藏丰富,是我国重要的有色金属矿集聚区,长期的矿山开采活动产生的大量携带重金属元素的酸性废水进入河流,给河流湿地的生态环境带来压力。本文以江西省东北部重要河流乐安河河流湿地为研究对象,基于乐安河-鄱阳湖段,河流与湖泊湿地的平水期、丰水期和枯水期等三个不同水期的野外调査数据,对乐安河河流湿地的植物组成,植物群落结构与多样性状况进行了研究;并对湿地水体、水体底泥、湿地洲滩表土等样品进行室内理化分析测定,通过背景值对比分析、风险评价分析,对乐安河河流湿地水土环境中重金属污染状况、分布特征、污染来源及环境风险进行研究;同时,基于乐安河河流湿地生态系统对环境的适应,开展大型水生植物群落对环境因子的响应关系研究。以期为大型水生植物保育与恢复提供基础数据,同时也为该区域重金属污染的控制和修复提供一定的科学依据。主要研究结果如下: (1)研究区植物种类经过分类鉴定后,统计出乐安河河流湿地研究区样地中维管束植物166种,隶属48科,124属。其中蕨类植物1科、1属、1种;双子叶植物36科84属113种,单子叶植物11科39属52种。乐安河研究区沿岸湿地植被中优势科有禾本科Poaceae、菊科Asteraceae、莎草科Cyperaceae、伞形科Umbelliferae、十字花科Cruciferae、蓼科Polygonaceae等;优势属有蓼属Polygonum、苔草属Carex、莎草属Cyperus、蒿属Artemisia、繁缕属Stellaria、碎米荠属Cardamine、丁香蓼属Ludwigia等;采用4种不同的多样性指数评价方法评价其群落多样性,结果均表现出大致相同的特征规律:多样性指数值在平水期枯水期丰水期。且乐安河上游海口段以上区域和乐安河入鄱阳湖段的下游区域的各种多样性指数值均大于乐安河段受大坞河重金属酸性废水污染后的上、中游段区域的多样性指数值。 (2)运用双向指示种分析法(TWINSPAN)对乐安河河流湿地植被群落进行聚类分析,在平水期、丰水期、枯水期分别划分出5种不同的植物群系,其中平水期为白芒(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(Cynodon dactylon)、虉草(Phalarisarundinacea)+狗牙根(Cynodon dactylon)+牛繁缕(Stellaria aquatica)群系;丰水期为野荞麦(Fagopyrum tataricum)+水芹(Oenanthe javanica)、狗牙根(Cynodon dactylon)+虉草(Phalaris arundinacea)、狗牙根(Cynodon dactylon)、苔草(Carex tristachya)+虉草(Phalaris arundinacea)+牛鞭草(Hemarthriaaltissima)、白芒(Miscanthus sinensis)-狗牙根(Cynodon dactylon)+白芒(Miscanthus sinensis)-喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)群系;枯水期为狗牙根(Cynodon dactylon)+灰化苔草(Carex cinerascens)、白芒(Miscanthussinensis)-狗牙根(Cynodon dactylon)+青葙(Celosia argentea)、野荞麦(Fagopyrumtataricum)+水芹(Oenanthe javanica)+轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、箭叶蓼(Polygonum sieboldii)+水蓼(Polygonum hydropiper)+两栖蓼(Polygonumamphibium)、狗牙根(Cynodon dactylon)+虉草(Phalaris arundinacea)群系。根据乐安河流域的植被分布特点可将整个流域划分为大坞河段、乐安河未受污染的上游源头区段、大坞河与乐安河交汇段及乐安河受污染的上游区段、中游区段下游区及入湖口段。在大坞河段以狗牙根(Cynodon dactylon)、虉草(Phalarisarundinacea)为优势种;源头上游段以野荞麦(Fagopyrum tataricum)、水芹(Oenanthe javanica)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans为优势种;大坞河与乐安河交汇段及上游段主要以白芒(Miscanthus sinensis)、狗牙根(Cynodon dactylon)、喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)、青葙(Celosia argentea)为优势种;乐安河中游段主要以狗牙根(Cynodon dactylon)羊蹄(Rumex japonicus)、牛鞭草(Hemarthria altissima)为优势种;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)为优势种。 (3)采用理化分析方法监测乐安河流域湿地洲滩表土与水体底泥环境中的重金属Cu、Pb、Cd等元素的含量,结果表明:Cu元素的含量最高,最高平均值可达591.86mg/kg,约为八十年代鄱阳湖洲滩土壤中重金属背景值的125倍。 且三个不同水期的样品中Cu元素的含量表现为丰水期平水期枯水期;三个水期样品中Pb元素的含量值差异不大;三个水期样品中Cd元素的含量表现为平水期丰水期≈枯水期。以上三种重金属元素在乐安河流域沿岸各样点的分布特点,表现为乐安河受大坞河污染后的上、中游邻近区域的样点和支流大坞河区域各样点中Cu元素的含量均较高,而乐安河下游样点中Pb、Cd元素的含量则相对高于乐安河上游区域的样点。通过相关性分析,三个水期的重金属Cu元素具有大致相同的来源,均来源于大坞河酸性污、废水,而在丰水期和枯水期重金属Pb、Cd两种元素则表现出显著正相关,反映出重金属Pb、Cd元素存在一定的复合污染问题并具有一定的同源性。 (4)采用单因子指数法、地累积指数法、综合污染指数法和潜在生态危害法等四种不同的评价方法对乐安河河流湿地表土中重金属污染的风险进行评价结果表明:潜在生态危害法相对于单因子指数法、地累积指数法和综合污染指数法更为准确和客观,且结果表明:位于乐安河上游的海口段以上区域受重金属污染最为微弱,表现为轻度污染,而乐安河受纳大坞河酸性废水后邻近区域的各样点,如:沽口、香屯等受重金属污染风险等级均为极度严重污染;且沿着流域水流自中游向下游方向,各区域湿地表土中重金属污染风险等级呈现出逐渐减弱的趋势。 (5)运用除趋势典范分析法(Detrended Canonical CorrespondenceAnalysis,DCCA)研究环境因子对乐安河河流湿地大型水生植物群落的影响,结果表明乐安河流域湿地的大型水生植物群落对湿地环境污染因子的影响也表现出一定的响应关系。以乐安河上游的海口镇样点为例,区域内的水土环境受到的污染极轻微,受各种人为活动的影响也较小,生物多样性高,敏感物种较多,如慈姑(Sagittaria sagittifolia)、水芹(Oenanthe javanica)、野荞麦(Fagopyrumtataricum)、金荞麦(Fagopyrum dibotrys)、络石(Trachelospermum jasminoides)等,均在此区域内有分布;而受大坞河重金属酸性污水污染后的区域内的样点中大型水生植物的群落结构则严重退化,物种数量急剧减少,尤其是敏感物种减少,耐污物种或超积累物种增加,如白芒(Miscanthus sinensis)、五节芒(Miscanthusfloridulu)、淡竹叶(Lophatherum gracile)、青葙(Celosia argentea)、白花地丁(Viola patrinii)、紫花地丁(Viola yedoensis)、苎麻(Boehmeria nivea)、龙葵(Solanum nigrum)等,不同物种的出现或消失,物种数量的增减、物种组成的变化等均能反映污染的性质和程度;而其中、下游区域则受到水土环境中重金属Pb和Cd的复合污染,表现出植被群落结构与重金属Pb和Cd具有显著性正相关,而与其他环境因子的相关性不显著。在重金属Pb和Cd的复合污染下也有一些生存状况较好的耐污种,如藜蒿(Artemisia selengensis)、鼠曲草(Gnaphaliumaffine)、裸柱菊(Soliva anthemifolia)、半边莲(Lobelia chinensis)等。 综合以上分析结果,鄱阳湖-乐安河段水土环境受重金属Cu、Pb、Cd等的污染风险已比较严重,且对大型水生植物群落结构和植物多样性已产生明显影响。随着乐安河沿岸矿产资源的进一步开发和利用,将进一步加剧对鄱阳湖-乐安河段湿地生态环境的严重影响,并严重威胁植物多样性和湿地生态环境安全。为了科学预防重金属污染威胁植物多样性和有效的恢复重建乐安河湿地部分河段的植被,确保鄱阳湖-乐安河段生态安全,需要持续开展重金属在生态过程中的迁移转化规律、探讨鄱阳湖-乐安河段重金属污染的威胁警戒线、建立数学模型对重金属含量变化的预测的相关科学研究;切实加强对鄱阳湖-乐安河段植物资源,尤其是珍稀、特有和重要野生植物资源的调查和科学研究,并釆取有效措施加以保护。


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