新疆羌河流域農(nóng)耕區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

杜江巖 李林 曹阿楠 江攀和

摘要：通過(guò)測(cè)定新疆羌河流域農(nóng)耕區(qū)表層土壤中8項(xiàng)元素（鉻、汞、鎳、鉛、砷、銅、鋅、鎘）的含量，采用單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)研究區(qū)土壤質(zhì)量狀況。結(jié)果表明：8項(xiàng)指標(biāo)中鉻、汞、鉛、銅、鋅、鎘等6項(xiàng)均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值，土壤綜合污染級(jí)別屬于安全級(jí)別;羌河流域農(nóng)耕區(qū)整體環(huán)境質(zhì)量較好，農(nóng)耕區(qū)土壤主要污染物為鎳，其超標(biāo)率為0.7%;非農(nóng)業(yè)區(qū)土壤主要污染物為砷和鎳，其超標(biāo)率分別為0.7%和0.3%。新疆羌河流域農(nóng)耕區(qū)存在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，等級(jí)輕微。

關(guān)鍵詞：新疆羌河流域農(nóng)耕區(qū);土壤;環(huán)境質(zhì)量;單因子指數(shù)法

中圖分類號(hào)：X833? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境面臨很大壓力，土壤污染成為繼空氣、水體污染的又一重大環(huán)境問(wèn)題。土壤環(huán)境質(zhì)量狀況不僅關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且直接影響到農(nóng)產(chǎn)品安全和人體健康。因此開展土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查與評(píng)價(jià)對(duì)今后防治土壤污染及土壤環(huán)境保護(hù)具有十分重要的意義[1-2]。目前對(duì)于土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方面的研究主要集中在土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的理論、方法和指標(biāo)體系等方面。對(duì)土壤質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法與指標(biāo)的選取更加偏向于從生態(tài)系統(tǒng)功能的角度出發(fā)。前人對(duì)新疆維吾爾自治區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“新疆”）若羌縣土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方面的研究總體較少，本文采用目前應(yīng)用較為廣泛的單因子指數(shù)法和更加側(cè)重環(huán)境及生態(tài)效應(yīng)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)新疆若羌縣土壤環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。單因子指數(shù)法在貴州省興仁縣某典型煤礦區(qū)農(nóng)田[3]、天津市郊污灌區(qū)[4]、廣州市[5]等土壤染程度評(píng)價(jià)中得以廣泛應(yīng)用。我國(guó)中部某典型流域農(nóng)田土壤、臨安市雷竹林土壤、廣西某蔗田土壤等均基于潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)了重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。谷陽(yáng)光、陳勇等分別探討了我國(guó)省會(huì)城市和石河子市區(qū)的土壤重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)。評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)當(dāng)?shù)亟窈蠓乐瓮寥牢廴炯巴寥拉h(huán)境保護(hù)具有重要意義，同時(shí)為研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量綜合治理、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、保障農(nóng)產(chǎn)品安全等提供基礎(chǔ)依據(jù)。土壤質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)包括土壤養(yǎng)分地球化學(xué)評(píng)價(jià)、土壤環(huán)境地球化學(xué)評(píng)價(jià)等。本文僅依據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）選取鉻、汞、鎳、鉛、砷、銅、鋅、鎘等8項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行土壤環(huán)境地球化學(xué)評(píng)價(jià)。

1? ? 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

新疆羌河流域農(nóng)耕區(qū)位于新疆東南部，塔克拉瑪干大沙漠東南緣，阿爾金山北麓。縣域地處東經(jīng)86°45′～93°45′，北緯36°05′～41°23′，總面積20.23×104 km2。若羌縣屬暖溫帶大陸性荒漠干旱氣候，四季分明，光熱資源豐富，年平均日照時(shí)數(shù)3103.2 h;晝夜溫差大，降水稀少，蒸發(fā)量大，年平均溫度11.8 ℃，極端最高溫度43.6 ℃，極端最低氣溫-21.4 ℃，最大凍土深度96 cm，氣溫年較差36.0 ℃，氣溫日較差16.0 ℃，無(wú)霜期189～193天，年平均降水量36.78 mm，年平均蒸發(fā)量2107.2 mm;春夏季多大風(fēng)、浮塵和沙暴，全年盛行東北風(fēng)，最多風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)、東風(fēng)，年平均風(fēng)速2.7 m·s-1，極端最大風(fēng)速≥40 m·s-1，多年平均沙暴24.5天，浮塵天氣194天。研究區(qū)主要農(nóng)作物類型為糧食作物（小麥和玉米）、經(jīng)濟(jì)作物（棉花）、果類（西瓜、甜瓜和紅棗）。

1.2 樣品采集與處理

2015年在新疆羌河流域農(nóng)耕區(qū)（采樣點(diǎn)控制面積為1344.95 km2）采用網(wǎng)格布點(diǎn)法共采集表層土壤樣點(diǎn)454個(gè)，采樣深度為0～20 cm。其中154個(gè)采樣點(diǎn)位于農(nóng)業(yè)區(qū)（耕地土壤點(diǎn)位占6.1%、林果地土壤點(diǎn)位占79.6%，其余為城鎮(zhèn)居民點(diǎn)、農(nóng)村居民點(diǎn)、河渠、工業(yè)區(qū)、未利用地等），按照取樣密度1點(diǎn)/km2（1 km×1 km）布設(shè);300個(gè)采樣點(diǎn)位于非農(nóng)業(yè)區(qū)（草地土壤點(diǎn)位占2.0%;其余為河渠、工業(yè)區(qū)、建筑用地、未利用地等，其中大部分采樣點(diǎn)位于未利用地），按照取樣密度1點(diǎn)/4 km2（2 km×2 km）布設(shè)。原始樣品重量大于1 kg，采好后，將布袋口系緊，外面套一層聚乙烯塑料袋，現(xiàn)場(chǎng)填寫采樣記錄卡并留注采樣標(biāo)記。樣品加工組負(fù)責(zé)填寫樣品標(biāo)簽、樣品晾曬、過(guò)篩、防雨防潮、裝箱、保管等。樣品分為送檢樣及備樣，其中送檢樣大于200 g，備樣大于600 g，送檢樣及備樣裝入塑料瓶，塑料瓶貼好標(biāo)簽。采樣點(diǎn)位見圖1。

1.3 檢測(cè)項(xiàng)目與分析方法

樣品檢測(cè)由國(guó)土資源部烏魯木齊礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心（新疆礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所）完成。檢測(cè)項(xiàng)目為鉻、汞、鎳、鉛、砷、銅、鋅、鎘等8項(xiàng)，采用地球化學(xué)勘查樣品分析方法，利用全譜直讀光譜法測(cè)定鎳、銅和鋅含量，檢測(cè)下限分別為0.744 mg·kg-1、0.952 mg·kg-1和0.644 mg·kg-1;利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鉛、鎘含量，檢測(cè)下限分別為0.65 mg·kg-1和0.002 mg·kg-1;利用波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜法測(cè)定鉻含量，檢測(cè)下限為3.505 mg·kg-1;利用非色散原子熒光光譜法測(cè)定砷含量，檢測(cè)下限為0.112 mg·kg-1;利用冷蒸氣汞非色散原子熒光光譜法測(cè)定汞含量，檢測(cè)下限為0.0005 mg·kg-1。

1.4 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（pH>7.5）。因前人對(duì)若羌縣土壤背景值研究較少，因此本次評(píng)價(jià)選取中國(guó)與新疆土壤背景值與評(píng)價(jià)結(jié)果相比較。各項(xiàng)目土壤背景值及環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表1。

土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)采用單因子指數(shù)法，計(jì)算公式為：Pi=Ci/Si，式中：Pi為土壤中污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù);Ci為污染物i的實(shí)測(cè)濃度（mg·kg-1）;Si為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值或參考值（mg·kg-1）。將土壤污染指數(shù)分為5個(gè)等級(jí)[21，22]：Ⅰ：安全級(jí)，Pi≤0.7;Ⅱ：警戒級(jí)，0.73.0。

1.5 土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

采用瑞典科學(xué)家Hakanson提出的一種根據(jù)重金屬性質(zhì)及環(huán)境行為特點(diǎn)評(píng)價(jià)沉積物中重金屬污染的方法——潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，該方法將土壤重金屬的含量、生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與毒理學(xué)建立聯(lián)系，計(jì)算公式為：Ri=ΣEri，Eri= Tri×Pi，式中：Ri為土壤第n個(gè)采樣點(diǎn)綜合因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);Eri為重金屬元素i的單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，Eri<40為輕微潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，40≤Eri<80為中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，80≤Eri<160為強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，160≤Eri<320為很強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，Eri≥320為極強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);Tri為重金屬i的毒性響應(yīng)系數(shù)，目前學(xué)者們一般直接用毒性系數(shù)代替毒性響應(yīng)系數(shù)，Hakanson給出的重金屬毒性系數(shù)為：汞=40>鎘=30>砷=10>鉛=銅=鎳=5>鉻=2>鋅=1;Pi為土壤重金屬元素i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。Ri<150為輕微潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，150≤Ri<300為中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，300≤Ri<600為強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，Ri≥600為很強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2? ? 結(jié)果與討論

2.1 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)454個(gè)土壤點(diǎn)位樣品的檢測(cè)結(jié)果分析，若羌縣農(nóng)業(yè)區(qū)及非農(nóng)業(yè)區(qū)各污染物指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果分別見表2和表3。8項(xiàng)指標(biāo)中鉻、汞、鉛、銅、鋅、鎘等6項(xiàng)均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，6項(xiàng)達(dá)標(biāo)率均為100.0%。454個(gè)采樣點(diǎn)中共有4個(gè)樣點(diǎn)存在超標(biāo)，超標(biāo)率為0.9%。

新疆羌河流域農(nóng)耕區(qū)土壤154個(gè)采樣點(diǎn)中鉻、汞、鉛、砷、銅、鋅、鎘無(wú)污染;只有1個(gè)鎳超標(biāo)樣點(diǎn)（N3），超標(biāo)率為0.7%，污染程度達(dá)到警戒限;非農(nóng)業(yè)區(qū)土壤300個(gè)采樣點(diǎn)中有1個(gè)鎳超標(biāo)樣點(diǎn)（F171），2個(gè)砷超標(biāo)樣點(diǎn)（F149和F174），超標(biāo)率分別為0.3%和0.7%，污染程度均達(dá)到警戒限，其余元素含量均處于安全級(jí)別，表明土壤總體未受到這8種元素污染。從表2和表3可以看出：若羌縣土壤中8項(xiàng)指標(biāo)平均值均為農(nóng)業(yè)區(qū)高于非農(nóng)業(yè)區(qū)。非農(nóng)業(yè)區(qū)土壤中8項(xiàng)指標(biāo)平均值均未超過(guò)新疆土壤背景值，表現(xiàn)出較好的土壤環(huán)境質(zhì)量，農(nóng)業(yè)區(qū)土壤中鉻的平均值為新疆土壤背景值的1.09倍，鎘的平均值為新疆土壤背景值的1.08倍，表明其累積現(xiàn)象顯著，受到人類活動(dòng)影響。

從土地利用類型來(lái)看，研究區(qū)林果地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為0.9%，覆蓋面積為100公頃（1500畝），耕地土壤和草地土壤均無(wú)超標(biāo)點(diǎn)。2014年4月環(huán)境保護(hù)部、國(guó)土資源部發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》和2015年6月中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布的《中國(guó)耕地地球化學(xué)調(diào)查報(bào)告》顯示，全國(guó)土壤總點(diǎn)位超標(biāo)率是16.1%，耕地、林地和草地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率分別為19.4%、10.0%和10.4%。重金屬中—重度污染或超標(biāo)的點(diǎn)位占2.5%，覆蓋面積232.53萬(wàn)公頃（3488萬(wàn)畝）;輕微—輕度污染或超標(biāo)的點(diǎn)位占5.7%，覆蓋面積526.60萬(wàn)公頃（7899萬(wàn)畝）。由此得出若羌縣土壤質(zhì)量?jī)?yōu)于全國(guó)水平。

2.2 土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

8種重金屬均屬于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（Ri<150），其中，農(nóng)業(yè)區(qū)8種重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)平均值大小順序?yàn)椋烘k>砷>鎳>銅>汞>鉻>鉛>鋅，非農(nóng)業(yè)區(qū)順序?yàn)椋荷?鎘>鎳>銅>汞>鉻>鉛>鋅。

采用單因子污染指數(shù)表征土壤受污染程度時(shí)，農(nóng)業(yè)區(qū)土壤僅受到鎳污染，污染程度為警戒限，非農(nóng)業(yè)區(qū)土壤受到鎳和砷污染，污染程度均為警戒限;采用單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)表征土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，農(nóng)業(yè)區(qū)土壤鎘和砷的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高于鎳，而非農(nóng)業(yè)區(qū)土壤鎘的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高于鎳。

3? ? 結(jié)論

3.1 通過(guò)采樣分析，對(duì)若羌縣土壤污染現(xiàn)狀有了初步認(rèn)識(shí)。

結(jié)果表明，土壤中的鉻、汞、鎳、鉛、砷、銅、鋅、鎘等8項(xiàng)指標(biāo)平均值均為農(nóng)業(yè)區(qū)高于非農(nóng)業(yè)區(qū)。農(nóng)業(yè)區(qū)土壤中鉻和鎘的平均值超過(guò)了新疆土壤背景值;非農(nóng)業(yè)區(qū)土壤中8項(xiàng)指標(biāo)平均值均未超過(guò)新疆土壤背景值，農(nóng)業(yè)區(qū)土壤主要污染物為鎳，其超標(biāo)率為0.7%;非農(nóng)業(yè)區(qū)土壤主要污染物為砷和鎳，其超標(biāo)率別為0.7%和0.3%。

3.2 初步評(píng)價(jià)了新疆羌河流域農(nóng)耕區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（pH>7.5）評(píng)價(jià)得出，新疆羌河流域農(nóng)耕區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量較好，土壤綜合污染級(jí)別屬于安全級(jí)別，土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度均屬于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，新疆羌河流域農(nóng)耕區(qū)土壤質(zhì)量?jī)?yōu)于全國(guó)水平。

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