三江源區(qū)土壤重金屬的累積特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
——以青海省玉樹(shù)縣為例

何林華，高小紅

（青海師范大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院，青海省自然地理與環(huán)境過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青藏高原環(huán)境與資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧810008）

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三江源區(qū)土壤重金屬的累積特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
——以青海省玉樹(shù)縣為例

何林華，高小紅*

（青海師范大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院，青海省自然地理與環(huán)境過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青藏高原環(huán)境與資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧810008）

摘要：為了解三江源代表性區(qū)域玉樹(shù)縣土壤重金屬污染狀況，評(píng)估土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，以玉樹(shù)縣采集的121個(gè)土壤樣本中的重金屬含量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用地累積指數(shù)和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)土壤重金屬含量進(jìn)行分析和潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：玉樹(shù)縣表層土壤重金屬含量均超過(guò)青海省1990年背景值，其中As、Cd和Hg出現(xiàn)了較強(qiáng)的的富集現(xiàn)象，同時(shí)As、Cd超出國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，表明三江源區(qū)土壤重金屬環(huán)境自20世紀(jì)90年代以來(lái)部分元素出現(xiàn)了過(guò)度富集；來(lái)源分析表明，玉樹(shù)縣土壤重金屬As、Pb、Zn和Cd主要與成土因素有關(guān)，Hg、Cu和Cr受人類(lèi)活動(dòng)影響較大，Mn來(lái)源于氣候的影響；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明：土壤中Cd和Hg的危害最大，尤其是Hg已出現(xiàn)了很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)和極強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，這些風(fēng)險(xiǎn)主要分布在國(guó)道214沿線人口聚集的城鎮(zhèn)和地段，與人類(lèi)活動(dòng)有著密切的關(guān)系。在各子流域中，江曲流域土壤重金屬屬于強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，其他區(qū)域均屬于中等風(fēng)險(xiǎn)。總體而言，玉樹(shù)縣土壤重金屬環(huán)境已發(fā)生了改變，今后應(yīng)加強(qiáng)人口聚集區(qū)Hg源的控制，以保護(hù)其生態(tài)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：土壤重金屬；地累積指數(shù)；潛在生態(tài)危害指數(shù)；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；玉樹(shù)縣；三江源區(qū)

何林華，高小紅.三江源區(qū)土壤重金屬的累積特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)——以青海省玉樹(shù)縣為例［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（6）：1071-1080.

HE Lin-hua，GAO Xiao-hong. Assessment of Potentia1 eco1ogica1 risk for soi1 heavy meta1s in Sanjiang Source Region：A case study of Yushu County，Qinghai Province［J］. Journal of Agro-Environment Science，2016，35（6）：1071-1080.

土壤是人類(lèi)最基本的生產(chǎn)要素和各種經(jīng)濟(jì)關(guān)系的物質(zhì)載體［1］，隨著城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，區(qū)域土壤重金屬以其較強(qiáng)的毒害性、非生物降解性、穩(wěn)定性、隱蔽性和滯后性，成為土壤環(huán)境污染和預(yù)防研究的熱點(diǎn)［2］。重金屬污染阻礙土壤有機(jī)質(zhì)的降解和氮循環(huán)，降低土壤酶活性和微生物的代謝活性［3］，直接或間接地破壞土壤的生態(tài)結(jié)構(gòu)，通過(guò)土壤-植物系統(tǒng)遷移累積，進(jìn)而影響農(nóng)產(chǎn)品安全乃至人體健康［4］。當(dāng)前土壤重金屬污染呈現(xiàn)出多源性、普遍性、潛伏性、不可逆性和難治理性［5-6］，為土壤重金屬污染的預(yù)防和治理帶來(lái)很大的難度。

近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤重金屬的分布、來(lái)源與污染評(píng)價(jià)等的大量研究［7-10］表明，現(xiàn)階段土壤污染主要源于人為活動(dòng)，包括工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸及生活垃圾排放等。目前國(guó)內(nèi)土壤重金屬相關(guān)研究主要集中在東部經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的地區(qū)，而對(duì)青藏高原的研究相對(duì)較少［11-13］。因此開(kāi)展三江源區(qū)玉樹(shù)縣土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，可以充實(shí)三江源區(qū)土壤重金屬的研究?jī)?nèi)容和彌補(bǔ)該區(qū)域土壤重金屬評(píng)價(jià)的空白。

三江源區(qū)是長(zhǎng)江、黃河和瀾滄江的發(fā)源地，素有“中華水塔”之稱(chēng)，是中國(guó)面積最大、海拔最高的天然濕地分布區(qū)之一［14］。長(zhǎng)江、黃河和瀾滄江總水量的25%、49%和15%都來(lái)自該地區(qū)［15］。賈慧聰?shù)龋?6］、徐小玲［17］和韋晶等［18］的研究表明，三江源區(qū)隨著人類(lèi)活動(dòng)影響的增強(qiáng)，生態(tài)脆弱度以中度脆弱和強(qiáng)度脆弱為主，中度脆弱區(qū)占總面積的45.55%，強(qiáng)度脆弱區(qū)占總面積的25.57%；同時(shí)48.21%的濕地屬于不健康或亞健康狀態(tài)。由此可見(jiàn)三江源區(qū)的環(huán)境正日益變化。三江源區(qū)土壤重金屬環(huán)境是否也在發(fā)生變化呢？針對(duì)這一問(wèn)題，本研究選擇三江源區(qū)典型代表區(qū)域玉樹(shù)縣為案例區(qū)，根據(jù)野外采樣、實(shí)測(cè)重金屬含量數(shù)據(jù)，以青海省土壤背景值［19］為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［20］（First c1ass of Chinese Soi1 Environmenta1 Qua1ity Standard，F(xiàn)QS）為參考，對(duì)玉樹(shù)縣土壤重金屬累積特征進(jìn)行探討并對(duì)其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為玉樹(shù)縣乃至整個(gè)三江源區(qū)土壤環(huán)境、生態(tài)保護(hù)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

玉樹(shù)縣地處青藏高原東南部，青海省三江源地區(qū)的南部，土地總面積為1.57×104km2，是一個(gè)以牧為主、農(nóng)牧結(jié)合的半農(nóng)半牧縣，藏族占總?cè)丝诘?3%［21］。地理范圍為95°41＇～97°44＇E，32°2＇～33°46＇N，平均海拔4491 m（統(tǒng)計(jì)于30 m分辨率DEM［22］）。與西南雜多縣、南部囊謙縣、西北治多縣、北部曲麻萊、稱(chēng)多兩縣相鄰，東與四川、西藏兩省交界。境內(nèi)縱跨長(zhǎng)江、瀾滄江兩大水系，河流縱橫、地形復(fù)雜，是典型的高山深谷區(qū)。氣候?qū)儆诟咴瓉喓畮駶?rùn)氣候，一年無(wú)明顯的四季區(qū)分，只有冷熱兩季交替，且日溫差大、年溫差小，日照長(zhǎng)、輻射強(qiáng)烈，絕大部分地區(qū)無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期，年均溫2.9℃，最高溫7月平均溫度12.5℃，平均年降水量不足500 mm［23］。王江山等［24］的研究表明該區(qū)域近40年來(lái)在全球變暖等因素的影響下氣候呈現(xiàn)出氣溫升高、降水減少、蒸發(fā)增大的干旱趨勢(shì)。

1.2采樣與分析方法設(shè)計(jì)

依據(jù)國(guó)家土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［25］，土壤樣品選在距離道路200 m以外的地方采集。采樣于2012年8月7日至17日天氣晴朗、大氣狀況穩(wěn)定的時(shí)間段進(jìn)行。采集表層0～30 cm的土樣，每份樣品采集2 kg左右，用土壤密實(shí)袋密封保存，并詳細(xì)記錄采樣點(diǎn)及其周?chē)耐恋乩妙?lèi)型、土壤質(zhì)地、植被覆蓋度等信息，并利用GPS對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行定位，記錄其經(jīng)緯度。采樣點(diǎn)分布如圖1所示。

利用玉樹(shù)縣30 m分辨率的DEM［22］進(jìn)行流域提取，結(jié)合土壤采樣分布格局，以所在流域的最大河流或自然保護(hù)區(qū)命名，分別為巴塘河流域（BT）、子曲河流域（ZQ）、隆寶灘自然保護(hù)區(qū)內(nèi)益曲河流域（LB）、通天河小流域（TH）和江曲河流域（JQ）（圖1），未采樣區(qū)不命名。在后續(xù)研究中以流域?yàn)閱挝贿M(jìn)行分析和研究。

圖1　研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)Figure 1 Location of studied area and samP1ing sites

1.3土壤樣品重金屬含量測(cè)定及數(shù)據(jù)預(yù)處理

土壤樣品采回后在室內(nèi)自然風(fēng)干后研磨，剔除土壤中的根系，動(dòng)植物殘?bào)w等雜物，依次過(guò)20目、60目和100目土壤篩。將三遍過(guò)篩處理后的土壤樣品取適量送交青海省有色地質(zhì)測(cè)試中心測(cè)定土壤中的重金屬含量，共測(cè)得121個(gè)樣品的As、Hg、Cu、Pb、Zn、Cr、Mn和Cd元素的含量，其中土壤Hg和As元素采用原子熒光光度計(jì)（AFS-8130）測(cè)定，Pb、Cr、Cd、Cu、Zn元素含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定，Mn元素采用X射線熒光光譜儀（Primus-Ⅱ）測(cè)定。

經(jīng)各元素異常值檢測(cè)、剔除異常值后，得到106個(gè)有效數(shù)據(jù)；經(jīng)正態(tài)性檢驗(yàn)，采用box-cox方法對(duì)非正態(tài)分布數(shù)據(jù)正態(tài)化處理，便于后續(xù)分析。本研究中的數(shù)據(jù)計(jì)算在Exce1 2010軟件中完成，數(shù)據(jù)預(yù)處理、分析及作圖均在SPSS 22中完成，研究區(qū)域圖在Arc GIS 10.0中完成。

1.4評(píng)價(jià)方法

1.4.1地累積指數(shù)

地累積指數(shù)為Mu11er于20世紀(jì)60年代提出，因此也稱(chēng)Mu11er指數(shù)［26］，是一種定量評(píng)價(jià)重金屬污染的分析方法。它不僅考慮自然地質(zhì)過(guò)程造成的背景值影響，也考慮人類(lèi)活動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的重金屬影響，直觀反映外源重金屬在沉積物中的富集程度。其計(jì)算方法見(jiàn)公式（1）［27］：

式中：Ci為評(píng)價(jià)金屬元素的實(shí)測(cè)含量，mg·kg-1；Bi為對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)金屬元素的背景值（本研究中為青海省背景值），mg·kg-1［22］；K為修正系數(shù)，一般取值1.5。

結(jié)果共分成無(wú)污染（Igeo≤0）、輕度污染（0＜Igeo≤1）、偏中度污染（1＜Igeo≤2）、中度污染（2＜Igeo≤3）、偏重度污染（3＜Igeo≤4）、重度污染（4＜Igeo≤5）和嚴(yán)重污染（Igeo＞5）7個(gè)等級(jí)［28］。

1.4.2潛在生態(tài)危害指數(shù)

1980年瑞典科學(xué)家H?kanson提出了潛在生態(tài)危害指數(shù)（Potentia1 eco1ogica1 risk index，RI）［29］，該方法引入毒性響應(yīng)系數(shù)，將重金屬的環(huán)境生態(tài)效應(yīng)與毒理學(xué)聯(lián)系起來(lái)，使評(píng)價(jià)更側(cè)重于毒理方面，對(duì)重金屬潛在的生態(tài)危害進(jìn)行評(píng)價(jià)，不僅可以為環(huán)境的改善提供依據(jù)，還能夠?yàn)槿藗兊慕】瞪钐峁┛茖W(xué)參照［30］。其計(jì)算見(jiàn)公式（2）：

式中：RI為采樣點(diǎn)多種重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)；Eir為某單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)；Tir為對(duì)應(yīng)重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)（As=10、Zn=Mn=1、Cu=Pb= 5、Cr=2、Cd=30、Hg=40）［31］；Cir為該元素的污染系數(shù)；Cmi為該元素的實(shí)測(cè)含量，mg·kg-1；Cni為該元素的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（青海省背景值），mg·kg-1。

1980年H?kanson研究湖積物中重金屬時(shí)提出了E和RI的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［29］（表1）。本文研究的重金屬元素與H?kanson研究的不完全相同，為了更合理地評(píng)價(jià)，本研究中采用李一蒙等［32］對(duì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整的方法對(duì)本研究使用的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整結(jié)果如表1所示。

2　結(jié)果與分析

2.1玉樹(shù)縣不同小流域重金屬含量分析

表2統(tǒng)計(jì)分析表明，玉樹(shù)縣土壤中的8種重金屬元素的平均含量均高于1990年青海省土壤背景值［19］，其中Cu、Pb、Zn、Cr和Mn元素含量基本與背景值持平，且未超過(guò)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明近20多年來(lái)上述元素在研究區(qū)內(nèi)基本沒(méi)有富集；而As、Cd和Hg元素分別是背景值的1.587、1.830、2.408倍，同時(shí)As、Cd超出了國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的1.396、1.215倍，表明這3種元素在研究區(qū)均有較強(qiáng)的富集現(xiàn)象。在環(huán)境地球化學(xué)中，土壤元素的累積通常伴隨變異性的增強(qiáng)，作為反映環(huán)境變量總體波動(dòng)特征的參數(shù)，變異系數(shù)在一定程度上可用于表征各元素的累積狀況［33］，其值小于15%時(shí)為小變異，介于15%～36%之間時(shí)為中等變異，大于36%時(shí)為高度變異［34］。由表2可知，8種重金屬的變異系數(shù)介于18.0%～51.8%之間，Hg屬于高度變異，其他各元素為中等變異。同時(shí)As、Cd和Hg超背景率分別為94%、100% 和97%，因此需要對(duì)這三種重金屬元素加以防范。

區(qū)域土壤環(huán)境總體分析雖能反映區(qū)域現(xiàn)存的基本情況，但不能突出問(wèn)題所在。通過(guò)細(xì)分區(qū)域能讓問(wèn)題區(qū)域凸顯出來(lái)，對(duì)玉樹(shù)縣各流域分析如圖2所示。各流域內(nèi)土壤重金屬存在很大的差異，As、Pb、Zn、Cr 和Cd含量的平均值均在江曲流域內(nèi)含量最高，并且都超過(guò)國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，表明江曲流域是玉樹(shù)縣土壤重金屬含量較高，富集較強(qiáng)的一個(gè)流域。

2.2玉樹(shù)縣土壤重金屬空間分布特征

為研究玉樹(shù)縣土壤重金屬分布特征，以流域?yàn)楣潭ㄒ蜃印⒏髦亟饘俸繛橐蜃兞窟M(jìn)行方差分析，并選擇最小顯著差法（Least significant difference，LSD）對(duì)各流域重金屬含量進(jìn)行多重比較，結(jié)果如圖2和表3所示。As、Cu、Pb和Zn含量在各流域內(nèi)的含量存在極顯著差異（P＜0.001），Cr和Cd含量有顯著差異（P＜0.05），而Hg和Mn在各流域內(nèi)的含量差異不大。Pb、Zn和Cd在江曲流域含量較高，與巴塘流域、子曲流域、益曲流域和通天河小流域的含量均有顯著差異（P＜0.001），其他各流域之間差異不顯著；As在江曲流域含量最高，且與子曲流域無(wú)顯著差異，但與其他流域有顯著差異；Cu在巴塘流域和通天河小流域含量基本相同，并同其他流域存在顯著差異（P＜0.001）。

2.3土壤重金屬相關(guān)性與來(lái)源分析

表1　本研究的E和RI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與H?kanson分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的比較Tab1e 1 ComParison of E and RI standards of H?kanson and this PaPer for different eco1ogica1 risk 1eve1s of heavy meta1s

表2　玉樹(shù)縣土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)特征Tab1e 2 Statistics of heavy meta1 concentrations at dePth 0～20 cm soi1 in Yushu County

目前的研究表明，多元統(tǒng)計(jì)是有效地判斷相同來(lái)源的重金屬的重要方法，在土壤重金屬的研究中得到了廣泛的應(yīng)用［35］。相同來(lái)源的重金屬在含量上具有一定的相關(guān)性［36］，因此可利用相關(guān)分析來(lái)識(shí)別相同來(lái)源的重金屬。經(jīng)過(guò)顯著性檢驗(yàn)后的相關(guān)系數(shù)根據(jù)大小劃分為弱相關(guān)（|r|＜0.3）、中等相關(guān)（0.3≤|r|＜0.5）和強(qiáng)相關(guān)（|r|≥0.5）。對(duì)玉樹(shù)縣土壤重金屬含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明（表4），Zn與Pb、Mn、Cr、Cd通過(guò)極顯著性檢驗(yàn)（P＜0.001），相關(guān)系數(shù)分別為0.710、0.600、0.613、0.682，為強(qiáng)相關(guān)性；Pb與As、Cd相關(guān)系數(shù)分別為0.507、0.493，達(dá)到極顯著水平（P＜0.001），為強(qiáng)相關(guān)性；Cu與Cr為強(qiáng)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.537，通過(guò)極顯著性檢驗(yàn)。As、Mn與Cd，Pb、Cr與Mn，達(dá)到了中等相關(guān)，而As與Cu、As與Cr、Cu與Cd之間的相關(guān)性不顯著。

圖2　流域間的重金屬含量差異（平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差）Figure 2 Difference of heavy meta1 content in different watersheds（mean±SE）

表3　流域?qū)χ亟饘儆绊懙姆讲罘治鯰ab1e 3 ANOVA for effects of watershed on soi1 heavy meta1s

對(duì)正態(tài)化后的數(shù)據(jù)做KMO和Bart1ett球形度檢驗(yàn)表明，變換后的數(shù)據(jù)適合做因子分析，因重金屬含量數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一（均為mg·kg-1），數(shù)據(jù)取值范圍同在一個(gè)級(jí)別之內(nèi)，所以因子分析時(shí)采取主成分-協(xié)方差矩陣提取方法進(jìn)行分析。分析結(jié)果（圖3）表明，8種重金屬因子分析提取出了3個(gè)因子，累積貢獻(xiàn)率高達(dá)99.70%，分別可解釋方差的73.67%、25.09%和0.93%。PC3雖然解釋的方差貢獻(xiàn)率較少，但Mn在其上有較高的載荷，因此將因子3也進(jìn)行提取（圖3）。結(jié)合相關(guān)分析與主成分分析可知，As、Pb、Zn和Cd同源，Hg、Cu和Cr同源，Mn具有獨(dú)自的來(lái)源。由圖3可知，在PC1上As、Pb、Zn和Cd有較高的載荷，林燕萍等［35］的研究表明該類(lèi)元素來(lái)源主要與成土因素有關(guān)，因此PC1為成土因子；在第二主成分上Hg、Cu和Cr載荷較高，且具有較高的相關(guān)性，趙慶齡等［37］綜述前人的成果表明該類(lèi)元素來(lái)源與人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)，因此PC2為人為因子；在PC3上Mn具有較高的載荷，段永蕙等［38］的研究表明Mn的含量與氣候條件有著密切的聯(lián)系，因此PC3為氣候因子。

2.4土壤重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

表4　玉樹(shù)縣表層土壤重金屬的相關(guān)關(guān)系矩陣Tab1e 4 Corre1ation matrix of heavy meta1s in 0～20 cm soi1 in Yushu county

表5　玉樹(shù)縣土壤重金屬地累積指數(shù)評(píng)價(jià)Tab1e 5 Igeoof soi1 heavy meta1s in Yushu county

表6　玉樹(shù)縣土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（Eir）和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）評(píng)價(jià)（平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差）Tab1e 6 Potentia1 eco1ogica1 risk coefficients（Eri）and risk indices（RI）of soi1 heavy meta1s in Yushu county（mean±SE）

地累積指數(shù)評(píng)價(jià)（表5）顯示，As、Cu、Pb、Zn、Cr和 Mn在玉樹(shù)縣內(nèi)為無(wú)污染或輕度污染，沒(méi)有偏重度級(jí)別及以上程度的污染；Cd有3.77%處于中度污染；Hg 有83.01%為輕度污染或無(wú)污染，13.2%為偏中度污染，3.77%為中度污染，這些污染主要出現(xiàn)在巴塘流域與子曲流域。表6顯示在玉樹(shù)縣及各流域內(nèi)Hg和Cd的單污染物危害風(fēng)險(xiǎn)最大，Hg除在隆寶灘自然保護(hù)區(qū)為中等風(fēng)險(xiǎn)，在其他流域均達(dá)到較強(qiáng)危害；Cd除在江曲流域?yàn)檩^強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)外，其他流域內(nèi)均為中等風(fēng)險(xiǎn)。由圖4可知，Cd的生態(tài)危害主要分布在江曲流域的小蘇莽鄉(xiāng)附近；依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)內(nèi)91.5%的樣點(diǎn)為Hg元素中等危害或較強(qiáng)危害，僅2.8%為輕微危害，另5.7%為很強(qiáng)危害與極強(qiáng)危害，同時(shí)由圖4可以看出很強(qiáng)危害和極強(qiáng)危害樣點(diǎn)均分布在國(guó)道214沿線上人口聚集的歇武鎮(zhèn)、結(jié)古鎮(zhèn)和下拉秀鄉(xiāng)等地段，與地累積指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果相一致。由此可見(jiàn)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)Hg的分布有很大的影響。綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)表明，除江曲流域?qū)儆趶?qiáng)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以外，其他流域均處于中等風(fēng)險(xiǎn)。

圖4　Cd、Hg元素和RI的空間分布Figure 4 SPatia1 distributions of Cd，Hg，and RI

3　討論

三江源區(qū)不僅維系著中國(guó)和周邊國(guó)家的生態(tài)環(huán)境安全，是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)屏障，也是自然生態(tài)系統(tǒng)最敏感、生態(tài)環(huán)境十分脆弱的地區(qū)［8］。三江源地區(qū)生態(tài)環(huán)境以中度脆弱區(qū)為主，所占面積比例為45.76%，另有25.57%為重度與極重脆弱區(qū)域，這些區(qū)域集中分布在地形復(fù)雜的裸地、低植被覆蓋地帶及人口、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)壓力較大的東北部地區(qū)［22］。玉樹(shù)縣雖地處三江源區(qū)南部，但地形復(fù)雜，山地眾多，隨著玉樹(shù)災(zāi)后重建的進(jìn)行，其人口迅速增加，經(jīng)濟(jì)、交通發(fā)展迅速，因此玉樹(shù)縣也是三江源生態(tài)重度脆弱的區(qū)域，可作為三江源的代表區(qū)域。

玉樹(shù)縣土壤重金屬分析表明該區(qū)域重金屬含量均超過(guò)背景值，屬于中等潛在風(fēng)險(xiǎn)，其中單元素Hg的潛在危害最為嚴(yán)重，且均分布在國(guó)道214沿線上人口聚居的城鎮(zhèn)。馮玲等［39］對(duì)三江源區(qū)玉樹(shù)縣和瑪多縣土壤Hg含量分布特征的研究表明，玉樹(shù)縣土壤Hg含量與玉樹(shù)縣二三產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)、城鎮(zhèn)化水平高有關(guān)。王立輝等［40］研究表明，隨著城市化進(jìn)程的加劇，城市產(chǎn)生了大量的含Hg固體廢棄物，包括溫度計(jì)、血壓計(jì)、電池、熒光燈泡以及一些廢棄電子產(chǎn)品，這些廢棄物中的Hg侵入土壤，從而導(dǎo)致城鎮(zhèn)周?chē)寥涝馐蹾g的污染。因此，人口聚集區(qū)Hg的含量較高，風(fēng)險(xiǎn)較大，今后應(yīng)加強(qiáng)Hg源的控制和生活垃圾的分類(lèi)處理。

研究表明，江曲流域的土壤重金屬Pb、Zn和Cd均極顯著地高于其他流域，且超出國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，富集度較高。很多研究［10，34，41］表明，土壤重金屬來(lái)源于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、汽車(chē)尾氣排放和成土等因素，然而該區(qū)域內(nèi)人口稀少，交通不便，沒(méi)有現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)和工業(yè)分布，這些來(lái)源均難以解釋江曲流域重金屬異常的原因。分析認(rèn)為：首先，該區(qū)域沒(méi)有現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)和過(guò)度的人為干擾，基本能排除自然因素以外的其他來(lái)源；另外，來(lái)源分析已經(jīng)表明Pb、Zn和Cd含量高主要與成土因素有關(guān)。相關(guān)資料和已有研究［42-43］表明，該區(qū)域位于三江北段成礦帶和玉樹(shù)地區(qū)中咱-中甸陸塊，在該區(qū)域內(nèi)Pb、Zn和Cd為異常元素，富集較高；同時(shí)盛產(chǎn)Fe、Pb、Zn、Cu等多金屬的趙卡隆礦床就位于江曲流域［44］。由此可見(jiàn)江曲流域重金屬異常可能是由于其所處位置為成礦地段，從而表現(xiàn)出重金屬整體偏高的現(xiàn)象。因此在該區(qū)域內(nèi)未來(lái)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)。

4　結(jié)論

（1）玉樹(shù)縣As元素和Cd元素的平均含量高于國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，兩者具有輕微的富集現(xiàn)象；其他元素（Cu、Pb、Zn、Mn、Cr、Hg）的平均含量均低于國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。8種元素平均含量均超過(guò)青海省1990年背景值。

（2）玉樹(shù)縣5個(gè)小流域中，江曲流域重金屬As、Pb、Zn、Cr和Cd的含量平均值均高于其他流域，這與該地區(qū)位于多金屬成礦帶上有關(guān)；隆寶灘自然保護(hù)區(qū)的土壤重金屬含量較低，土壤環(huán)境質(zhì)量好于其他流域。

（3）玉樹(shù)縣土壤重金屬As、Pb、Zn和Cd主要與成土因素有關(guān)，Hg、Cu和Cr受人類(lèi)活動(dòng)影響較大，Mn來(lái)源于氣候的影響。

（4）單個(gè)重金屬元素中Cd和Hg的危害最大，尤其是Hg已出現(xiàn)很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)和極強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，這些風(fēng)險(xiǎn)均分布在國(guó)道214沿線人口聚集的城鎮(zhèn)和地段。

（5）重金屬危害和綜合潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，玉樹(shù)縣除江曲流域?qū)儆趶?qiáng)風(fēng)險(xiǎn)外，其他流域均屬于中等風(fēng)險(xiǎn)。

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Assessment of potential ecological risk for soil heavy metals in Sanjiang Source Region：A case study of Yushu County，Qinghai Province

HE Lin-hua，GAO Xiao-hong*
（The Key Laboratory for Qinghai-Tibet P1ateau Environment and Resources of Education Ministry，Schoo1 of Life Sciences and GeograPhy，Qinghai Province Key Laboratory of Physica1 GeograPhy and Environment Process，Qinghai Norma1 University，Xining 810008，China）

Abstract：The Sanjiang Source Region is the sources of Yangtze River，Ye11ow River and Lancang River，and Yushu County，Qinghai，is a tyPica1 area of this region. An investigation was conducted to eva1uate Potentia1 eco1ogica1 risks of heavy meta1s in soi1s in Yushu County. A tota1 of 121 soi1 samP1es were co11ected. Geo-accumu1ation index and Potentia1 eco1ogica1 risk index were used to eva1uate the eco1ogica1 risk of heavy meta1 Po11ution. Resu1ts indicated that content of heavy meta1s in soi1s was higher than the background va1ues of soi1 heavy meta1s in Qinghai Province in 1990，with As，Cd and Hg showing significant enrichments and Cd and As exceeding the nationa1 standards of soi1 environmenta1 qua1ity. This indicated that the enrichments of some soi1 heavy meta1s in Sanjiang Source Region since the 1990＇s. Source ana1ysis showed that soi1 As，Pb，Zn and Cd in Yushu county were derived from soi1 forming factors；whi1e Hg，Cu，and Cr main1y came fromhuman activities. Manganese was inf1uenced by c1imate factors. Soi1 Cd and Hg showed the greatest Potentia1 eco1ogica1 risk，esPecia11y Hg. These risks were main1y distributed in the towns or areas a1ong the nationa1 highway 214，which was c1ose1y re1ated to human activities. Of a11 watersheds，Jiangqu River watershed had very high eco1ogica1 risk of soi1 heavy meta1s，whi1e the others were medium risk. Overa11，heavy meta1s in Yushu county soi1s had changed great1y，and the Protection of the eco1ogica1 environment in Yushu County shou1d be strengthened，with sPecia1 attention Paid to contro1 over Hg sources in the dense1y PoPu1ated areas.

Keywords：soi1 heavy meta1；geo-accumu1ation index；Potentia1 eco1ogica1 risk assessment；Yushu County；Sanjiang Source Region

中圖分類(lèi)號(hào)：X820.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-2043（2016）06-1071-10 doi∶10.11654/jaes.2016.06.008

收稿日期：2015-11-08

基金項(xiàng)目：青海省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2011-Z-903）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40861022）；青海省“人才小高地”建設(shè)項(xiàng)目（2015）；青海省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)：青海省自然地理與環(huán)境過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（2014-Z-Y24，2015-Z-Y01）；青海師范大學(xué)校創(chuàng)新基金項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：何林華（1988—），男，四川南充人，碩士研究生，從事遙感與GIS應(yīng)用研究。E-mai1：he1inhua93@163.com

*通信作者：高小紅E-mai1：xiaohonggao226@163.com