一江兩河流域年楚河段農(nóng)用地土壤重金屬污染風(fēng)險評價

摘 要：根據(jù)西藏自治區(qū)年楚河流域農(nóng)用地土壤 8 種重金屬的濃度特征及污染風(fēng)險研究可知，除鉛（Pb）外，其余重金屬的濃度均值都超過西藏自治區(qū)土壤重金屬背景值，但都沒有超過國家風(fēng)險篩選值。單因子污染指數(shù)和Nemero污染指數(shù)法分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)8種重金屬在輕度污染水平。Eri值分析表明，鉻（Cr）、砷（As）、銅（Cu）、鉛（Pb）和鋅（Zn）表現(xiàn)為輕度生態(tài)風(fēng)險，其余重金屬表現(xiàn)為中度以下風(fēng)險水平。RI值分析表明，研究區(qū)大部分采樣點處于中度風(fēng)險以下水平，生態(tài)風(fēng)險相對較低。

關(guān)鍵詞：農(nóng)用地；土壤；重金屬；年楚河

中圖分類號：X53；X826 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2023）03-141-3

0 引言

土壤質(zhì)量對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定及人類的健康影響極大［1］。近年來，隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展和高強度的人類活動，我國因重金屬污染而退化的土壤數(shù)量日益增多。而重金屬大多毒性及穩(wěn)定性較強，對土壤環(huán)境及人體健康危害巨大。因此，土壤重金屬污染成為大家都非常重視的問題［2］。

青藏高原地區(qū)人口少、城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進程緩慢，被認為是世界上污染最少和最干凈的地區(qū)之一［3］。而近期部分研究指出，青藏高原地區(qū)已出現(xiàn)重金屬污染。例如，Xiao等［4］研究青藏高原東部的貢嘎山苔蘚時，發(fā)現(xiàn)高濃度的鋅（Zn）、鍶（Sr）和鋇（Ba），通過源解析發(fā)現(xiàn)其來源主要與人為活動有關(guān)；Wu等［1］研究發(fā)現(xiàn)，青藏高原東北部地區(qū)已經(jīng)發(fā)生重金屬污染。現(xiàn)今，青藏高原重金屬污染已出現(xiàn)在不同的環(huán)境介質(zhì)中。然而，以往對青藏高原重金屬污染的研究多集中在水體、公路、非農(nóng)田土壤等方面，對于農(nóng)田土壤方面的研究較少。農(nóng)業(yè)是保障當(dāng)?shù)丶Z食安全和社會穩(wěn)定發(fā)展的重要基礎(chǔ)，因此，開展青藏高原農(nóng)田土壤重金屬污染風(fēng)險調(diào)查研究工作刻不容緩。

年楚河是雅魯藏布江中游最大的支流之一，也是青藏高原主要農(nóng)業(yè)區(qū)“一江兩河”地區(qū)的重要組成部分。年楚河流域內(nèi)土地肥沃，農(nóng)牧業(yè)發(fā)達，社會經(jīng)濟發(fā)展較快，具有獨特的研究價值。而目前學(xué)者對年楚河流域的研究主要集中于生物資源和水土保持等方面，對流域內(nèi)農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量的研究較少。因此，筆者針對該地區(qū)開展農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查，分析重金屬污染特征和生態(tài)風(fēng)險，以期為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和污染防控提供準確可靠的數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

年楚河流域（東經(jīng)88°35′～90°15′，北緯28°10′～29°20′）位于西藏自治區(qū)（以下簡稱西藏）南部，年楚河全長223 km，流域面積為11 121 km2。年楚河流域?qū)儆诟咴瓬貛О敫珊导撅L(fēng)氣候區(qū)，氣壓低、蒸發(fā)量大、相對濕度小等是該地區(qū)的氣候特點［5］。該流域年降水量在304～431 mm，光照充足，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展提供了優(yōu)越的自然條件。

1.2 樣品采集與測定

2020年9月，在年楚河流域農(nóng)用地（耕地、大棚）選擇31個采樣點，按照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166—2004）采集土壤樣品。用鐵鏟采集表層土壤樣品，將土壤樣品裝入聚乙烯袋后帶回實驗室，經(jīng)風(fēng)干后研磨過篩保存。利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ELANDRC-e）測定鉛（Pb）、銅（Cu）、鎳（Ni）和鎘（Cd）4種重金屬的濃度，利用波長色散X熒光光譜儀測定（Zn）和鉻（Cr）的濃度，利用AFS-820和AFS-830原子熒光光譜儀測定砷（As）和汞（Hg）的濃度。所有重金屬元素的濃度均為3次測定結(jié)果的平均值，標準偏差小于5%。

1.3 研究方法

1.3.1 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法。通常把單因子污染指數(shù)與Nemero污染指數(shù)法結(jié)合使用，以充分反映重金屬污染狀況。具體的計算公式為

[Pi=Ci/Si] （1）

[PN=（P2avg+P2max）/2] （2）

式（1）和式（2）中：Pi表示重金屬i的單因素污染指標，Ci表示重金屬i的實測值（mg/kg），Si表示重金屬i在西藏的背景值（mg/kg），PN表示某個樣點的Nemero污染指數(shù)，Pavg表示某個樣點的單因子污染指數(shù)總和的平均值，Pmax表示某個樣點重金屬Pi的最大值。一般來說，Pi≤1表示土壤沒有污染，Pi[gt;]1表示有一定的污染，數(shù)值越大表示產(chǎn)生的污染越嚴重。從Nemero污染指數(shù)來看，對其依據(jù)數(shù)值大小進行等級劃分：PN≤0.7時為安全級，0.7[lt;]PN≤1時為警戒級，1[lt;]PN≤2時為輕度污染級，2[lt;]PN≤3時為中污染級，PN[gt;]3為重污染級。

1.3.2 潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法。潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法是通過考慮重金屬的毒害作用和環(huán)境效應(yīng)，分析單個重金屬的環(huán)境危害和多個重金屬的復(fù)合環(huán)境危害。其計算公式為

[RI=i=1nEir=i=1nTir×Ci/Si] （3）

式（3）中：Tri表示目標物的毒性系數(shù)［6］，Eri表示重金屬i的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，RI表示采樣點重金屬的綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，其分級情況如表1所示。

1.4 數(shù)據(jù)分析

基于重金屬的測定濃度，利用Excel軟件分析重金屬濃度的標準差、變異系數(shù)和重金屬樣點超標率，通過軟件公式中的STDEV函數(shù)計算研究區(qū)重金屬的標準差；通過標準差與平均值的比值計算出重金屬的變異系數(shù)（CV）；通過重金屬的平均濃度與西藏土壤背景值的相對大小，獲得重金屬樣點超標率。對于污染風(fēng)險評價，先分別計算出重金屬的單因子指數(shù)、內(nèi)梅羅指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，再分析三者數(shù)值范圍，并按照污染等級進行分級，計算采樣點各級所占百分比，以此得出污染風(fēng)險程度。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬濃度特征

此試驗的土壤重金屬濃度特征分析結(jié)果匯于表2。由表2可知，Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg的平均濃度分別為38.26、24.66、93.15、167.25、136.57、0.12、21.81、0.05 mg/kg，均未超過國家對于土壤重金屬污染所規(guī)定的限值。而相對于西藏土壤背景值，除Pb外，Cu、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg的濃度平均值分別是背景值的1.75、1.26、2.16、4.25、1.52、1.17、1.93倍。從變異系數(shù)來看，Ni超標率達到了100%，表現(xiàn)為強變異性；Cr和Hg表現(xiàn)為高度變異；Cd和As表現(xiàn)為中等變異；Cu、Pb和Zn表現(xiàn)為低變異，表明人類活動對三者的影響不大。

2.2 重金屬污染風(fēng)險評價

2.2.1 內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價。利用內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價方法計算8種重金屬的Pi值和PN值，并基于分級標準測算采樣點污染等級的百分比，結(jié)果如表3所示。從Pi值來看，8種重金屬都有一定程度的污染，Cr、Ni和Hg在部分地區(qū)出現(xiàn)重度污染，其中Hg的污染相對較嚴重。研究區(qū)有16.13%的采樣點出現(xiàn)了Hg重度污染，22.58%的采樣點表現(xiàn)為Hg中度污染，45.16%的采樣點表現(xiàn)為Hg輕度污染；Pb在90.32%的采樣點表現(xiàn)為清潔狀態(tài)；Cu、Zn和Cd在研究區(qū)表現(xiàn)為輕度污染，個別點位出現(xiàn)了中度污染，影響較小；Ni在研究區(qū)點位中多是輕度污染；67.74%的采樣點表現(xiàn)為Cr輕度污染，19.36%的采樣點受到了Cr重度污染。經(jīng)內(nèi)梅羅污染指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)PN值為1.33～16.54，平均值為3.73；輕度污染的采樣點占比為41.94%，中度污染的采樣點占比為35.48%，重度污染的采樣點比為22.58%。綜上所述，年楚河流域農(nóng)用地土壤受到了重金屬的影響，但整體污染程度較小低，多為輕度污染。

2.2.2 潛在生態(tài)風(fēng)險評價。利用潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價方法計算8種重金屬的Eri值和RI值，并基于分級標準測算采樣點污染等級的百分比，結(jié)果如表4所示。從Eri值可以看出，農(nóng)用地土壤中Cu、Pb、Zn、Cr和As的輕度生態(tài)風(fēng)險占比達到了100%，生態(tài)風(fēng)險較小；Ni表現(xiàn)為輕度生態(tài)風(fēng)險，9.68%的采樣點生態(tài)風(fēng)險相對較重；67.74%的采樣點出現(xiàn)了Cd中度風(fēng)險，3.23%的采樣點出現(xiàn)Cd較重風(fēng)險；Hg的風(fēng)險較高，分別有45.16%、35.48的采樣點出現(xiàn)了中度、較重風(fēng)險，3.23%的采樣點出現(xiàn)了重度生態(tài)風(fēng)險。從RI值來看，研究區(qū)域RI值表現(xiàn)為輕度生態(tài)風(fēng)險的采樣點占比為45.16%，表現(xiàn)為中度風(fēng)險的采樣點占比為48.39%。

3 結(jié)論與討論

筆者對一江兩河流域年楚河段農(nóng)用地土壤進行了8種重金屬的濃度分析及污染評價。結(jié)果表明，除Pb外，其他重金屬濃度均值均超過西藏土壤重金屬背景值，但與相關(guān)國家標準中的風(fēng)險篩選值相比，8種重金屬都沒有超過標準。Nemero污染指數(shù)法評價結(jié)果表明，土壤中8種重金屬多表現(xiàn)出輕度污染狀態(tài)，對環(huán)境的影響較小。潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法分析結(jié)果表明，Cu、Pb、Zn、Cr和As均表現(xiàn)為輕度生態(tài)風(fēng)險，其他重金屬表現(xiàn)為中度以下風(fēng)險水平。RI值分析結(jié)果表明，研究區(qū)大部分采樣地土壤重金屬污染處于中度風(fēng)險以下水平，生態(tài)風(fēng)險相對較低。

參考文獻：

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