中国南西部の汚染された高原湿地における水位変動の影響を受けた重金属の生態学的リスク

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Sci. Total Environ..2020 Jun;742:140319. S0048-9697(20)33841-9. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.140319.Epub 2020-06-17.

中国南西部の汚染された高原湿地における水位変動の影響を受けた重金属の生態学的リスク

Ecological risks of heavy metals as influenced by water-level fluctuations in a polluted plateau wetland, southwest China.

Deliang Yin
Fengcheng Peng
Tianrong He
Yiyuan Xu
Yongmin Wang

PMID: 32634688 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.140319.

抄録

中国南西部のカルスト台地湿地の一つである曹海湿地は、職人的な亜鉛製錬活動による重金属汚染が深刻化していることから、より注目されています。自然の水文変動により、この湿地は水位変動帯を形成しています。このため、このような湿地が水生環境に対するHMリスクを高めているのではないかという疑問が生じており、現地調査と生物学的暴露実験により検討した。その結果、曹海の堆積物の特性は水位変動によって著しく変化し、恒久的に浸水した堆積物では明らかに高い有機物（SOM）濃度を示した（32.62±9.37％），腐植度（C/H比，6.81±0.97），酸化鉄分率（12.29±3.17％）は，季節的に浸水した堆積物（それぞれ4.94±2.25％，1.33±0.75，8.72±1.87％）に比べて明らかに高かった。これらは、HMsのバイオアベイラビリティを低下させる一方で、競争と保持を有意に強化し、その結果、蓄積の増加をもたらした。一方、季節的に浸水した場所では、野生の底生生物によるZn, Pb, Cdの平均蓄積量は、恒久的に浸水した場所に比べてそれぞれ2, 11, 20倍に増加しており、生物学的インキュベーション実験でも確認された。これらの結果から、水理変動が堆積物の特性を大きく変化させ、生物に対する重金属の生態リスクを増大させる可能性があることが示唆された。

The Caohai wetland, one of karst plateau wetlands in southwest China, is given more attention due to the serious heavy metal (HM) pollution from artisanal zinc smelting activities. A natural hydrological change has caused this wetland to form a water-level fluctuating zone. This raises a question of whether such an area has elevated HM risks to the aquatic environment, and it was explored by a field investigation and biological exposure experiment. The results showed that Caohai sediment properties were significantly altered by water-level fluctuation, and the permanently inundated sediment had obviously higher organic matter (SOM) concentrations (32.62 ± 9.37%), humification levels (ratio of C to H, 6.81 ± 0.97), and Fe oxide fractions (12.29 ± 3.17%) than seasonally inundated sediment (4.94 ± 2.25%, 1.33 ± 0.75, and 8.72 ± 1.87%, respectively). These significantly enhanced the competition and retention, resulting in the increased accumulation, whereas reduced bioavailability of HMs. In comparison, the mean bioaccumulation capacity of Zn, Pb and Cd by wild benthos at the seasonally inundated area respectively increased by 2, 11 and 20 times higher than that at the permanently inundated area, which was further verified in the biological incubation experiment. Our results suggest that hydraulic fluctuation can greatly shape the sediment properties to increase the ecological risks of HMs to organisms.