1、江西农业学报 2023，35（01）：158165ActaAgriculturaeJiangxiDOI:10.19386/ki.jxnyxb.2023.01.025浙江省燃煤火电厂周边典型森林土壤汞污染研究曾台楠1，许 萍2，胡勰克1，宋星竹1，吴胜春1，梁 鹏1*（1.浙江农林大学 环境与资源学院，浙江 杭州 311300；2.中国水稻研究所，浙江 杭州 311401）摘 要:在浙江省选取53个位于燃煤电厂15 km范围内的森林点位和附近无燃煤电厂的39个对照点位，在采样点采集土壤表层土样（020 cm），探明燃煤火电厂对周围森林土壤汞浓度的影响。同时，分析不同类型森林对土壤汞积累特征的影响
2、。研究结果表明：燃煤火电厂周边15 km范围内土壤平均汞浓度为0.21 mg/kg，是无火电厂区域土壤汞平均浓度的1.75倍；燃煤火电厂周边5 km范围内森林土壤汞浓度显著高于此火电厂周边5 km以外的森林土壤汞浓度；浙江省燃煤火电厂周边阔叶林、竹林、针叶林和混交林土壤中汞浓度的平均值分别为0.21、0.26、0.14和0.10 mg/kg，阔叶林、竹叶林、针叶林和混交林汞的地累积指数的变化范围分别为-1.224.33、-0.923.31、-2.202.41、-1.851.40；阔叶林、竹叶林和针叶林中均受中强度污染，而混交林受到了中度污染；土壤汞浓度与土壤的可溶性有机碳浓度、pH值、土壤含水
3、率均呈显著正相关，而与土壤容重呈显著负相关；在对单个燃煤火电厂周围森林土壤进行等距离采样发现，总体上随着距离的增大，森林土壤汞浓度呈先上升后下降趋势。关键词:燃煤火电厂；森林土壤；汞污染；风险评价 中图分类号：X53 文献标志码：A 文章编号：1001-8581（2023）01-0158-08 Research on Mercury Pollution of Typical Forest Soils around Coal-fired Thermal Power Plants in Zhejiang ProvinceZENGTai-nan1,XUPing2,HUXie-ke1,SONGXing
4、-zhu1,WUSheng-chun1,LIANGPeng1*（1.SchoolofEnvironmentalandResourceSciences,ZhejiangA&FUniversity,Hangzhou311300,China;2.ChinaNationalRiceResearchInstitute,Hangzhou311401,China）Abstract:Thesurfacesoil(020cm)samplesfrom53forestsiteslocatedwithin15kmofcoal-firedpowerplantsinZhejiangProvincewerecollecte
5、d,while39siteswithoutcoal-firedpowerplantswereusedascontrol.Theeffectsofcoal-firedthermalpowerplantsonforestsoilmercurycontentwereexplored.Meanwhiletheeffectsofforesttypesonsoilmercuryaccumulationcharacteristicswerealsoanalyzed.Theresultsshowedthattheaveragesoilmercuryconcentrationinthe15kmrangearou
6、ndthethermalpowerplantwas0.21mg/kg,whichwas1.75timesofthesoilmercuryconcentrationintheareawithoutthermalpowerplants.Themercuryconcentrationinforestsoilwithin5kmofthecoal-firedthermalpowerplantwassignificantlyhigherthanthatinforestsoiloutside5kmofthethermalpowerplant.Theaveragevaluesofmercuryinbroad-
7、leaved,bamboo,coniferousandmixedforestsaroundcoal-firedthermalpowerplantsinZhejiangProvincewere0.21,0.26,0.14and0.10mg/kg.Therangeofmercuryaccumulationindexinbroadleafforest,bambooforest,coniferousforestandmixedforestinthestudyareawas-1.224.33,-0.923.31,-2.202.41and-1.851.40.Inconclusion,broadleaf,b
8、ambooandtaigaweremoderatelypolluted,whilemixedforestsweremoderatelypolluted.SoilmercuryconcentrationwassignificantlypositivelycorrelatedwithsoilsolubleorganiccarbonconcentrationpHandsoilmoisturecontent,andsignificantlynegativelycorrelatedwithsoilbulkdensity.Equidistantsamplingofforestsoilsaroundindi
9、vidualcoal-firedpowerplantsshowedthatmercuryconcentrationsinforestsoilsincreasedfirstandthendecreasedasthedistanceincreased.Key words:Coal-firedthermalpowerplant;Forestsoil;Mercurycontamination;Riskassessment0 引言汞是一种具有强毒性的重金属元素，广泛存在于水、土和大气等环境介质中1-2。汞在环境中具有多种存在形式，具体可分为零价态汞、离子态汞收稿日期：2022-10-24基金项目：浙江省
10、自然科学基金（LY21D030001）。作者简介：曾台楠（1998），男，浙江绍兴人，硕士研究生，主要从事于森林土壤汞的研究。*通信作者：梁鹏。1 期159曾台楠等：浙江省燃煤火电厂周边典型森林土壤汞污染研究和有机汞3。自然界中的无机汞可在微生物的作用下转化为有机汞，并通过食物链的富集作用进入人体，从而危害人体健康4。在20世纪50年代日本发生的水俣病事件和20世纪70年代伊拉克全国性食物中毒事件之后，汞成为了全球广泛关注的重金属污染物之一5。有研究表明，全球人为汞的排放量为13002400t/a6-7，其中燃煤火电厂是主要的人为汞排放源之一，很大程度上影响了其周围土壤的汞含量8。由表1可知，
11、我国原煤中汞含量的平均值为0.20mg/kg9，明显高于澳大利亚和波兰，与南非和美国大致持平。2020年我国用于煤炭发电的煤炭总量约为20.8亿t，同年我国燃煤火电厂烟气中的汞排放量约为54.8t10。浙江省的原煤基本来自进口，原煤的汞含量符合 商品煤质量管理暂行办法 的规定。燃煤电厂排放的烟气中的汞主要以3种形态存在：颗粒态汞（HgP）、气态二价汞（Hg2+）、气态单质汞（Hg0）。一般气态汞在汞沉积之前可以在大气中停留2年11，然而烟气中的活性气体或者飞灰会与气态单质汞发生均相反应和异相反应，从而生成Hg2+和HgP12。飞灰可以吸收原本扩散到大气中的颗粒态汞13，汞与飞灰结合后会加速沉积
12、，经干湿沉降进入土壤和水体，并对周边区域造成一定程度的汞污染14。司徒高华15研究表明，国内外燃煤电厂周围土壤中的汞浓度含量高于当地土壤汞的背景值。其中浙江省杭嘉湖地区某燃煤电厂周围土壤的总汞浓度为0.0173.314mg/kg，均值为0.186mg/kg，超过杭嘉湖平原土壤汞的背景值（0.13mg/kg）16，以及浙江省土壤汞的背景值（0.069mg/kg）17。表1 中国以及部分国家原煤中的含汞量对比国家汞含量/(mg/kg)平均值/(mg/kg)样本量参考文献中国0.00310.5000.200141318中国045.0000.190145819中国045.0000.20017939美国
13、010.0000.17076499波兰0.0200.0700.05031220澳大利亚0.0100.1400.060/9南非0.1400.3000.2001721森林是汞在陆地生态系统中重要的源与汇，也是全球生物地球化学循环最为活跃的地区之一22。人为排放的汞经过长距离迁移并沉降到森林土壤中造成土壤汞的污染，从而影响土壤中微生物群落结构的多样性以及森林植物根和茎的正常生长。植物吸收汞的途径有2条：一是根部吸收，付学吾等23研究表明，植物根部从土壤中吸收的汞会受到根部和其他组织间的迁移限制，很难迁移到植物的其他部分；二是从植物叶片的气孔吸收，叶片通过气孔的呼吸作用从大气中吸收或吸附二价汞、活性二
14、价汞和颗粒态汞，有研究表明：植物叶片也会从大气降水中吸收汞，并通过植物的新陈代谢以凋落物的形式最终进入森林土壤，对大气中汞的传输和转化过程具有重要作用24。在厌氧条件下，土壤中的无机汞会转化成有机汞从而被植物的根部吸收，而在生态系统中有机汞的毒性远大于无机汞。植物叶片长时间暴露于含汞的环境中，光合作用的色素粒和叶绿素含量会下降，并影响光合作用中电子的传递，从而抑制植物的光合作用23。此外，汞与植物体内的蛋白质结合会增加某些DNA片段的密度，最终改变植物DNA的结构，从而影响植物的正常生长23。因此，汞污染对于森林生态系统具有潜在的威胁。目前，国内外涉及燃煤火电厂对周边森林土壤汞污染影响的报道较
15、少，关于浙江省森林土壤汞的本底调查更为缺乏。本文以浙江省燃煤电厂周围的典型森林为研究区域，初步调查了浙江省燃煤火电厂周边森林土壤中汞的分布；分析燃煤火电厂对周围不同种类森林土壤汞积累特征的影响；探究土壤理化性质与森林土壤汞含量的相关关系，以期为浙江省土壤汞污染风险管控和修复治理提供参考依据。1 材料与方法1.1 研究区域概况浙江省（118 01 123 10 E，27 06 31 11 N）地处于中国东南沿海，陆地面积10.55万km2，年平均气温1518，属于亚热带季风气候。浙江省的森林资源丰富，截至2019年底，全省的森林覆盖率达到61.15%（按浙江省以往同比计算口径），森林蓄积量为3.
16、61亿m3，乔木林的单位面积蓄积量为83.51m3/hm2，天然乔木林面积为432.15万hm2。森林类型主要有常绿阔叶林、针叶林和针阔混交林25。1.2 样品采集为了评估浙江省燃煤电厂周围典型森林土壤中汞的分布情况，于2021年4月2022年1月在全省森林进行布点采样，92个土壤样品样点分布如图1所示。采样地点的森林种类被划分为阔叶林、江 西 农 业 学 报35 卷160针叶林、竹林和混交林，将4种森林土壤表层的凋落物进行分类采集。Martin等26研究表明，火电厂周边15km范围内可检测到土壤汞的富集。基于此，选取的53个土壤采样点分布于火电厂附近15km内，其他39个对照土壤采样点位附近15km内无火电厂及其他污染因素。此外，以燃煤火电厂作为重点研究对象，以火电厂为中心构建10个同心圆（119km）进行集中等距离布点采样，每个采样点至少从土壤表层20cm处采集5个样品，采集样品符合以下标准：（1）根据土壤发育程度、土壤厚度及不同土层分布特征确定采样深度，表层有机质和风积层已去除取样；（2）样品的采集应避免经济林施肥等造成的影响，采样时间避开雨季；（3）为避免多个因素的干扰，53个
