环境科学  2021, Vol. 42 Issue (11): 5355-5363   PDF    
引用本文
訾鑫源, 张鸣, 谷孝鸿, 阚可聪, 毛志刚, 陈辉辉, 曾庆飞. 洪泽湖围栏养殖对表层沉积物重金属含量影响与生态风险评价[J]. 环境科学, 2021, 42(11): 5355-5363.
ZI Xin-yuan, ZHANG Ming, GU Xiao-hong, KAN Ke-cong, MAO Zhi-gang, CHEN Hui-hui, ZENG Qing-fei. Impact of Enclosure Culture on Heavy Metal Content in Surface Sediments of Hongze Lake and Ecological Risk Assessment[J]. Environmental Science, 2021, 42(11): 5355-5363.
洪泽湖围栏养殖对表层沉积物重金属含量影响与生态风险评价
訾鑫源1,2, 张鸣3, 谷孝鸿2, 阚可聪1,2, 毛志刚2, 陈辉辉2, 曾庆飞2     
1. 中国科学院大学资源与环境学院, 北京 101408;
2. 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室, 南京 210008;
3. 南京市高淳区水务局, 南京 211300
收稿日期: 2020-12-15; 修订日期: 2021-03-22
基金项目: 国家自然科学基金项目（31972813）；江苏省治太科研课题项目（TH2018303）；江苏省农业科技自主创新项目（CX（20）2026）
作者简介: 訾鑫源(1998~), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为淡水养殖生态, E-mail: zixiaoerne@163.com
通信作者: 曾庆飞, E-mail: qfzeng@niglas.ac.cn
摘要: 为探讨洪泽湖全湖沉积物重金属分布特征及围栏养殖对其影响，于2018年洪泽湖部分围栏拆除后，对洪泽湖不同区域（河口、湖心、围栏区、拆除区和外围区）表层沉积物中重金属含量、来源和空间分布特征进行分析，评估其生态风险.结果表明，洪泽湖表层沉积物中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb含量均值分别为66.78、33.89、25.35、74.77、16.55、0.23和27.20mg ·kg-1.采用地累积指数和Hakanson潜在生态风险指数对沉积物重金属污染现状和潜在生态风险程度的评价表明，除了As和Cd元素处于较轻污染程度，其余元素Cr、Ni、Cu、Zn和Pb均处于无污染；除Cd存在严重的潜在生态风险，其余元素均只有低水平潜在生态风险.结果表明围栏区、拆除区和外围区之间的重金属含量呈现递增趋势，并向湖心蓄积，拆除围栏并未在短时间内明显降低重金属含量.洪泽湖整体呈现低生态风险的状态，今后治理重点应是北部及东北部的表层沉积物堆积区和养殖区.
关键词: 围栏养殖      沉积物      重金属      洪泽湖      生态风险评价     
Impact of Enclosure Culture on Heavy Metal Content in Surface Sediments of Hongze Lake and Ecological Risk Assessment
ZI Xin-yuan1,2 , ZHANG Ming3 , GU Xiao-hong2 , KAN Ke-cong1,2 , MAO Zhi-gang2 , CHEN Hui-hui2 , ZENG Qing-fei2     
1. College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101408, China;
2. State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China;
3. Gaochun District Water Authority Bereau, Nanjing 211300, China
Abstract: In order to explore the concentrations of heavy metals and the influence of fencing on Hongze lake, the content, source, and spatial distribution characteristics of heavy metals in surface sediments and ecological risks were analyzed in 2018 after part of the fence around Hongze Lake was removed. The results showed that the average contents of Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd, and Pb in the surface sediments in Hongze Lake were 66.78, 33.89, 25.35, 74.77, 16.55, 0.23, and 27.20 mg·kg-1, respectively. Cr, Ni, Cu, Zn, and Pb contents were at non-polluting levels, with As and Cd at the lowest level, based on the accumulation index evaluation. Except for Cd, all the elements showed low potential ecological risk. The results showed that the heavy metal content in the fenced, dismantled, and peripheral areas increased and accumulated towards the center of the lake. The removal of the fence did not significantly reduce the heavy metal content in the short-term. Overall, Hongze Lake presented a state of low ecological risk. In the future, environmental policies should include surface sediment accumulation areas and fencing culture in the north and northeast of Hongze Lake.
Key words: fence culture      sediment      heavy metals      Hongze Lake      ecological risk assessment     

洪泽湖作为中国第四大淡水湖泊, 具有灌溉、航运、水产养殖、饮用和生态保护等多种功能[1], 由于资源丰富, 素有“日出斗金”美称.近年来, 集约化围栏养殖, 以及淮河上、中游工业废水和生活污水排放[2], 使得湖泊富营养程度不断加剧, 生态系统功能逐年退化.

围栏养殖, 特别是投饵集约化养殖[3]过程中的残饵、鱼类粪便和药物残留是造成水体富营养化和重金属富集的主要方式[4].集约化养殖过程中所添加的水产饲料含有锌、铁、铜、钴、碘和硒等微量矿物质添加剂[5], 未经摄食的残饵和动物排泄物沉积在围栏内, 经微生物作用分解成小分子释放到水环境中, 增加沉积物和水体的污染风险[6~8].刘金金等[9]在对上海市17个鱼虾养殖池塘沉积物重金属含量的分析中发现, 池塘沉积物中Cd、Hg和Cr含量超过无公害食品淡水养殖产地环境沉积物质量要求的标准.朱陈名等[10]对洪泽湖重金属污染现状进行分析得出洪泽湖重金属污染是多因素共同造成的, 其中围栏养殖可能有着重大影响.最新研究发现, 湖泊围栏拆除后水生植被种类组成及分布发生较大变化, 水体透明度明显下降, 但是对于围栏拆除后沉积物中重金属的变化还鲜见报道[11].因此, 系统研究洪泽湖围栏养殖对表层沉积物中重金属含量的影响, 可为湖泊围栏养殖决策提供理论依据和数据支撑.

重金属作为典型的积累性污染物, 具有显著的生物毒性和持久性[12], 是潜在生态风险的重要污染物.重金属污染一方面表现在进入环境后易积蓄、难降解, 会通过食物链进入人体对人类健康产生危害[13], 另一方面, 重金属进入到水体后吸附在悬浮颗粒物表面, 并与后者共同沉降至水底, 最终蓄积于沉积物中, 造成环境污染[14, 15].张杰等[16]通过对太湖沉积物中重金属的调查发现, 太湖流域总体污染负荷较重; 张家泉等[17]通过对大冶湖表层沉积物重金属分析发现, 大冶湖具有极强的生态风险.因此研究洪泽湖表层沉积物中重金属含量可以准确判断围栏养殖对于湖泊生态系统所造成的影响.本文通过对洪泽湖底泥7种重金属元素(Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb)污染现状、分布特征进行研究, 对其生态风险进行评价, 旨在系统全面地研究洪泽湖底泥重金属污染状况, 并解释围栏养殖对表层沉积物中重金属富集的影响.

1 材料与方法 1.1 采样点布设与采集

2018年7月, 根据洪泽湖水域特点、围栏养殖和拆除区的位置设置了18个采样点, 采集河口、湖心区、围栏区、拆除区和外围区域表层沉积物, 点位设置见图 1.

河口: H1、H8、H17和H18; 湖心: H15和H16; 围栏区: H2、H5、H9和H12; 拆除区: H3、H6、H10和H13; 外围区: H4、H7、H11和H14 图 1 洪泽湖采样点位分布示意 Fig. 1 Distribution of sampling sites in Hongze Lake

1.1.1 样品采集

沉积物样品采用彼得森采泥器采集0~10 cm沉积物表层(去除垃圾杂物), 置于聚乙烯袋中现场混匀.所有样品采集完后装入聚乙烯自封袋中, 密封并记录编号、取样位置, 低温保存, 立即回实验室进行预处理及分析.

1.1.2 样品的处理及分析

沉积物样品使用冷冻干燥机进行干燥, 样品至恒质量去除杂物及石块, 经翻动、压碎和研磨后过100目(0.165 mm)尼龙筛, 储存于牛皮纸袋中.

通过电感耦合等离子体质谱仪(美国安捷伦ICP-MS 7900)测定重金属含量; 目标元素为Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb.同时质量保证采用三平行样和加标回收法, 其中样品分析数据的相对标准偏差(RSD)小于3%.

本研究采用SPSS 22.0和Excel 2019统计分析软件对洪泽湖表层沉积物中7种重金属元素(Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb)进行Pearson相关系数分析和Bray-Curtis聚类分析.分析各元素之间是否存在同源关系, 通过Bray-Curtis聚类分析, 分析何种元素可能具有相同来源.

1.2 评价分析方法 1.2.1 富集因子法

富集因子法(EF)和地累积指数法(Igeo)是评价环境污染的有效工具.富集因子法是评价土壤和沉积物中重金属富集程度的参数, 根据其大小可以分自然和人为的环境影响, 其计算公式如下:

式中, ωn为土壤和沉积物中的重金属含量(mg·kg-1); ωref为参比元素的测试含量(mg·kg-1); Bn为待测元素的背景含量; Bref为参比元素的背景含量.根据EF的大小, 将污染程度划分为6个等级(表 1).

表 1 富集因子(EF)的污染分级 Table 1 Contamination classification of enrichment factor(EF)

需要说明的是EF值在0.5~1.5之间, 说明微量金属元素可能全部来自地壳物质或者自然风化过程.若EF值大于1.5, 指示很大一部分微量金属元素来自于非地壳物质或者非自然风化过程, 说明这部分微量金属元素由其它物质来源提供, 譬如点源污染、非点源污染以及生物区系[18, 19].

1.2.2 地累积指数法

地累积指数是Muller引入的地球化学标准, 可用于通过比较当前和工业化前浓度来评估土壤污染, 对重金属的污染进行分级.与其他评估方法不同, 地累积指数法将自然的成岩过程考虑在内, 评估结果更加准确[20].其计算公式如下:

式中, Bn为相应重金属的地球化学背景值, 1.5为系数, 表示基准数据的潜在变化, 重金属地累积指数分级见表 2.

表 2 地累积指数Igeo的污染分级 Table 2 Pollution classification of geoaccumulation index

1.2.3 生态风险评价

由Hakanson潜在生态风险评价方法, 定量计算土壤和沉积物中重金属的潜在生态风险指数[21], 该方法在1980年提出, 是利用沉积学原理评价重金属污染状况及对生物的影响, 同时将重金属毒性及其在沉积物中迁移转化以及生态系统对重金属污染的敏感性都量化并校正.得到所需的计算参数综合考虑了多种元素毒性的加和作用, 消除了区域差异影响, 可以相对全面地评价洪泽湖中重金属污染情况[22].

单项重金属潜在的生态风险指数(Eri)计算公式如下:

式中, Ti为第i种重金属的毒性相应因子, ωi为第i种重金属的实测值; ωB为参比值, 采用江苏省土壤重金属背景作为参比值[23]; 其中TCd=30, TAs=10, TPb=TCu=TNi=5, TCr=2, TZn=1.

多项重金属综合潜在生态风险指数(RI)为单项重金属潜在的生态风险指数之和, Hakanson[21]从“元素丰度原则”和“元素释放度”的角度来考虑, 将沉积物污染强度划分为5类.潜在生态危害系数(Eri)是描述某一污染物从低到高5个变化等级的值; 而潜在生态危害指数(RI)是描述多个污染物的危害系数的综合值, 分为4个等级.首先用(Eri)等级反映指出哪些物质应该引起关注, 这对于污染的控制尤为重要, 其次再根据某一地区的RI所处等级, 判断其综合潜在生态风险.故本文从这两点进行研究, 试图揭示洪泽湖重金属污染的控制因子, 为湖泊的研究治理提供参考.

单项重金属潜在的生态风险指数, 与多项重金属综合潜在生态风险指数评价指标与具体风险等级如表 3.

表 3 重金属生态风险分级 Table 3 Ecological risk classification of heavy metals

2 结果与分析 2.1 洪泽湖表层沉积物重金属的空间分布

洪泽湖沉积物中重金属按其含量由大到小排序为: Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞Cu＞As＞Cd, 其中Cr平均值为(66.78±12.33)mg·kg-1; Ni平均值为(33.89±7.59)mg·kg-1; Cu平均值为(25.35±6.23)mg·kg-1; Zn平均值为(74.77±18.19)mg·kg-1; As平均值为(16.55±4.07)mg·kg-1; Cd平均值为(0.23±0.07)mg·kg-1; Pb平均值为(27.28±6.31)mg·kg-1(图 2).由表 4可见, 除了Cr, 沉积物重金属Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb平均含量均高于江苏省土壤背景值.整体来说, 围栏区各重金属含量较低, 呈现围栏区、拆除区和外围区重金属含量逐渐增加的趋势.

图 2 洪泽湖表层沉积物各重金属空间分布 Fig. 2 Spatial distribution of heavy metals in the surface sediments of Hongze Lake

表 4 洪泽湖表层沉积物中重金属含量特征 Table 4 Heavy metal content characteristics in surface sediments of Hongze Lake

2.2 重金属污染程度与生态风险

洪泽湖表层沉积物中EF(Cr)平均值为0.88±0.16; EF(Ni)平均值为1.03±0.23; EF(Zn)平均值为1.15±0.28; EF(Cu)平均值为1.08±0.27; EF(Pb)平均值为1.24±0.29; EF(As)平均值为1.76±0.43; EF(Cd)平均值为2.69±0.89.富集因子排序EF(Cd)＞EF(As)＞EF(Pb)＞EF(Zn)＞EF(Cu)＞EF(Ni)＞EF(Cr).

由图 3可以看出, 洪泽湖中EF(Zn)、EF(Ni)、EF(Cu)和EF(Pb)均≤2, 说明这4种重金属元素的累积主要原因并非是人为因素, 而是表层沉积物的缓慢释放和物质循环.EF(Cd)和EF(As)的富集因子平均值在2~5之间, 说明洪泽湖中Cd和As元素主要来源于人类活动, 农业生产活动中含As肥料和农药污染等[24].

图 3 洪泽湖表层沉积物重金属富集因子 Fig. 3 Heavy metal enrichment factors(EF) in the surface sediments of Hongze Lake

地累积指数Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb的平均数值为-0.79、-0.57、-0.52、-0.42、0.19、0.77和-0.31.除As和Cd元素处于无-较轻污染程度, 其余元素Cr、Ni、Cu、Zn和Pb均处于无污染程度(图 4).

图 4 洪泽湖表层沉积物重金属地累积指数 Fig. 4 Accumulation index of heavy metals in the surface sediments of Hongze Lake

2.3 沉积物中重金属的相关性及来源分析

由表 5可以得出元素之间除了Cd与Cr、Ni和Pb之间并没有显著相关性, 其它重金属元素之间显著相关, 说明其余元素在洪泽湖水系沉积物中的地球化学性质相似, 具有相同的来源或者产生了复合污染.

表 5 重金属元素间的相关分析1) Table 5 Correlation analysis among heavy metal elements

聚类分析显示, 7种元素共分为4类, 其中Cd、As各单独聚为一类; Zn和Cr聚为一类; Cu、Pb和Ni聚为一类(图 5).

图 5 洪泽湖表层沉积物重金属Bray-Curtis聚类 Fig. 5 Bray-Curtis clustering of heavy metals in surface sediments of Hongze Lake

2.4 生态风险评价

从图 6可以看出, 重金属元素除Cd具有中度的潜在生态风险外, As、Cr、Zn、Ni、Cu和Pb元素在全部采样点都处于低生态风险水平, 这一结论与地累积指数分析结论一致.洪泽湖表层沉积物中重金属的潜在生态风险程度大小顺序为: Cd>As>Pb>Cu>Ni>Cr>Zn.其中Cd的平均单项重金属潜在生态风险指数为80.82, 等级为较重.(Cd)在H2、H3、H4、H5、H6、H7、H11和H16点处(北部及东北部的围栏区、拆除区、外围区和湖心区)潜在生态风险等级为较重.

图 6 洪泽湖表层沉积物单项重金属的生态风险指数 Fig. 6 Ecological risk index of a single heavy metal in surface sediments of Hongze Lake

由图 7得出除H3、H6和H7地区表层沉积物重金属综合生态风险等级为中等外, 其余地区RI值均处于低生态风险水平.在洪泽湖入河口H1、H17和H18综合潜在生态风险等级最低, 东北部养殖区H3、H6和H7综合生态风险等级最高.

图 7 洪泽湖各样点综合生态风险指数 Fig. 7 Comprehensive ecological risk index of various points in Hongze Lake

由表 6可见, 洪泽湖的综合潜在生态风险处于较低水平, 整体来说拆除区和湖心区较高, 河口最低, 拆除区内Cd和As的潜在生态风险大于围栏区和外围区.

表 6 重金属元素潜在生态风险值 Table 6 Potential ecological risk values of heavy metal elements

3 讨论 3.1 洪泽湖重金属空间分布现状和原因

洪泽湖表层沉积物中的重金属含量整体处于较低水平, 但是不同地区表层沉积物中重金属含量存在显著性地域差异, 重金属元素在围栏区、拆除区和外围区呈递增趋势.

洪泽湖不同地区沉积物中重金属含量差别明显, 一方面是由于湖泊沉积物的堆积模式导致, 在入湖口处重金属含量较低, 在出湖处沉积物堆积, 重金属含量较高.另一方面是因为不同重金属元素迁移能力不同, 江涛等[24]的研究发现, 元素迁移能力为: Cd＞Pb＞Zn＞Cu＞Ni＞Cr, 其中Cd和Pd的迁移能力最强.因此洪泽湖沉积物中重金属含量受到不同元素迁移能力的影响, 迁移能力强的元素会随着河道大量进入湖泊造成富集, 迁移能力弱的元素只有少量随入湖泥沙进入湖体, 使得重金属分布不均.

从表 4和表 6分析得出, 河口H1、H17和H18的各种重金属元素含量和综合潜在生态风险低于其余各点.这是由于洪泽湖是典型过水性湖泊, 湖泊内表层重金属沉积受河流冲刷作用影响, 使得在西南淮河入湖口处各种重金属元素无法累积, 大部分沉积物积累于北部和东北部湖中心.H3、H6和H7号采样点处于地势较低东北部地区, 所以此处重金属含量较高, 这种重金属堆积模式属典型的洪水冲刷型堆积模式(turbidity flood model)[25]使得东北部地区具有较高生态风险.

由表 4分析东北一处、北部一处和西南两处共4处养殖区的重金属元素含量发现, 东北部H2、H3、H4、H5、H6和H7样点内的重金属含量显著大于西南部H9、H10、H11、H12、H13和H14样点.分析结果显示拆除区与围栏区和外围区, 这三者表层沉积物中重金属含量之间并没有显著性差异(P＞0.05), 但是呈现出围栏区＜拆除区＜外围区的递增趋势, 其重金属含量差异形成主要原因还是湖泊沉积物的堆积模式.造成这一现象原因是由于围栏养殖大部分都是靠近岸边, 由于湖泊沉积物的冲刷堆积使得养殖区域内的沉积物逐渐向湖心蓄积, 使得沉积物中重金属的含量变化呈现出由岸边向湖心递增的趋势.

将洪泽湖与长江下游典型湖泊沉积物中重金属含量对比(表 7), 分析得洪泽湖沉积物主要污染物Cd的含量高于巢湖和太湖, 低于鄱阳湖.对比何华春等[26]在2007年对洪泽湖重金属元素的记录, 发现Cd含量有所下降, 但As含量有所上升.洪泽湖中As含量大于巢湖、太湖和鄱阳湖, 主要原因是金属冶炼和煤炭燃烧, 其次是农业生产使用污水灌溉及含As肥料, 过量使用杀虫剂和除草剂等, 这都会引起砷元素含量的增加[29].

表 7 长江下游典型湖泊表层沉积物中重金属含量 /mg·kg-1 Table 7 Typical lower Yangtze River heavy metal content in lake surface sediments /mg·kg-1

3.2 洪泽湖中主要污染物来源分析

洪泽湖中主要污染物是Cd和As.聚类分析显示Cd单独聚为一类, 与其他重金属元素的来源显著不同, 且EF(Cd)>2属于中度污染, EF(As)为1.76属于轻度污染水平.

湖中Cd主要是外源性的污染, 而洪泽湖位于淮河中下游, 是淮河行水河道的组成部分, 淮河所携带水沙占入湖总沙量的90%以上, 淮河对洪泽湖水沙情况起控制作用[26].我国土壤Cd的本底较高, 加上近年来由于淮河中上游的工业发展和人类活动使土壤中的镉活性增加, 进而溶出增加, 再加上金属采选冶制, 带出了很多的镉使得淮河中Cd含量大幅增加, 其最大值和平均值分别是我国水系沉积物中Cd含量平均值(0.14 mg·kg-1)的6.86倍和2.07倍[26].淮河中上游中Cd的来源主要是冶金厂、化工厂、焦化厂、电镀厂和皮革厂等排放的含重金属废水, 以及固体废物的渗漏, 这些工厂中的Cd随淮河水系最终可能会富集在洪泽湖中, 一定程度上造成洪泽湖Cd元素含量的增加.

水产饲料中的鱼粉含有一定量的Cd元素, 在不同的鱼粉中Cd含量不同, 但是以鱿鱼内脏所制成的鱼粉中Cd含量尤其高, 达1.2 mg·kg-1. Jusadi等[30]的研究发现, 这些Cd主要存在方式是金属硫蛋白与Cd结合态, 并非离子态(饲料镉污染现状).围栏集约化养殖中外源性饵料的大量投入, 也会是湖泊中Cd元素上升的一个原因.

As是洪泽湖表层沉积物重金属中的次要污染物, 在H8、H9和H17处属于无污染, As在H3、H7、H15和H16处属于中度污染, 污染地区范围较大.洪泽湖流域农业比较发达, 农田灌溉、施肥和施药等方式粗放, 农田污染物质以及陆域分散的污染物质往往随着洪水退水、降雨径流等进入湖中, 加重湖泊污染.

洪泽湖今后关于重金属Cd和As的治理, 首先应以加强对淮河中上游位于安徽境内的工厂排污管理, 其次应该减少外源性饵料的加入, 从而减少Cd的流入.对于As的管理应培训指导农民科学合理地使用农药和化肥, 积极推广生态农业, 双管齐下才能降低洪泽湖的重金属污染.

3.3 网栏养殖对重金属的影响

围栏养殖会造成湖泊重金属污染, 水产养殖饲料将会释放重金属于水体中, 后积累于湖泊沉积物中并随着冲刷堆积逐渐向湖心处蓄集.通过对围栏区(36.13 mg·kg-1)、拆除区(41.83 mg·kg-1)和外围区(44.26 mg·kg-1)之间重金属含量比较得出, 拆除围栏并未在短时间内使得湖泊沉积物重金属含量显著下降.

洪泽湖部分水域围栏养殖集中, 摄食性鱼类的高密度养殖, 外源性饲料的大量投入是洪泽湖拆除围栏前的状态.水产饲料含有锌、铁、铜、钴、镉和硒等微量矿物质制剂, 这些元素将会被释放于水体当中.通常有30%以上未被摄食的饵料和鱼体排泄物中的矿物质元素会在养殖区内富集, 造成重金属污染.所以拆除围栏不再进行高密度集约化养殖, 减少外源性饵料的投入, 将会有效减少外源性的Cu、Zn和Cd等元素进入水体, 从而减轻湖泊沉积物中重金属的污染程度.

将4个养殖区域内的围栏区、外围区和拆除区之间重金属含量做对比, 东北(42.60mg·kg-1)和北部(50.10mg·kg-1)两处养殖区内各元素高于西南区两处(34.83mg·kg-1和35.43mg·kg-1)养殖区, 其主要原因应是河流的流向所导致.通过表 4发现拆除区重金属元素(Cd和As)含量高于围栏区和外围区, 可能是由于饲料和水产代谢产物需要一定的时间才能将重金属释放到水中, 而且饲料与水产养殖药物中所含重金属元素种类单一, 只能增加某种重金属的含量.拆除区在拆除围栏前是主要的集约化养殖场地, 有大量的外源性饲料和农药添加, 这些物质中的重金属最终沉积在湖底沉积物中, 因此拆除区沉积物中的重金属含量会比围栏区、外围区高.

将养殖区域与湖心和河口沉积物中重金属元素含量做对比, 湖心内的重金属元素显著高于养殖区域.养殖区域内的重金属元素含量由岸边向湖心逐渐呈递增趋势, 洪泽湖的湖泊堆积模式会将围栏养殖所产生的重金属往湖心方向蓄积.商乃萱等[31]的研究发现, 围栏拆除后水体的透明度、浊度和溶解氧浓度均有改善, 但是湖体营养盐浓度并未发生明显变化.因此要对洪泽湖拆除围栏后的生态响应进行长时间的监测, 才能为修复湖泊养殖区生态功能提供科学的理论依据.洪泽湖的重金属污染治理首先要限制集约化养殖, 减少外源性饵料、兽药的投入, 其次要对于入湖的河流进行管控, 降低入湖河流所携带泥沙中的重金属含量; 另一方面还要加强对于洪泽湖出湖口处生态恢复工作, 使湖体恢复自净功能, 这样才能改善洪泽湖高生态风险地区的污染情况.

4 结论

(1) 洪泽湖表层沉积物中重金属含量由大到小排序为: Zn>Cr>Ni>Pb>Cu>As>Cd, 其含量分别为74.77、66.78、33.89、27.20、25.35、16.55和0.23mg·kg-1, 洪泽湖沉积物中Cd和As有明显的富集, 其余元素并无富集现象.地累积指数分析显示Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb的平均数值为-0.79、-0.57、-0.52、-0.42、0.19、0.77和-0.31, 仅As和Cd元素处于较轻污染程度, 其余元素均无污染.

(2) 洪泽湖表层沉积物中单项重金属除Cd处于中度风险以外, 其余元素都只有很低的潜在生态风险.洪泽湖西部和南部的潜在生态风险等级很低, 但是北部、东北部地区的H3、H6和H7处潜在生态风险等级较高.根据洪泽湖RI分析结果显示, 洪泽湖整体呈现低潜在生态风险的状态.

(3) 洪泽湖沉积物中重金属元素呈现从围栏区向拆除区再向外围区逐渐递增的趋势, 湖泊沉积物中重金属的含量呈现由岸边向湖心逐渐增加的趋势.

致谢: 感谢马荣华老师对洪泽湖网围养殖分布遥感影像图的解译与绘制指导.

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