內蒙古包頭市西南郊耕地土壤重金屬垂向分布特征及風險評價

［摘要］分析了包頭市南郊耕地土壤的兩個垂直剖面中重金屬Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的垂向分布特征，并采用地質累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進行風險評價。結果表明：（1）重金屬Hg、Cd、Pb、Zn含量隨著深度的增加，表現(xiàn)出遞減的趨勢，底部含量低于包頭市土壤重金屬背景值；重金屬As、Ni、Cr、Cu含量隨著深度的增加，呈現(xiàn)曲線起伏較大，在BCP1剖面底部達到最高，高于包頭市土壤重金屬背景值，在BCP8剖面底部低于包頭市土壤重金屬背景值；（2）Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn質量濃度平均值分別為0.414 mg/kg、0.027 mg/kg、6.992 mg/kg、144.44 mg/kg、54.36 mg/kg、18.66 mg/kg、21.193 mg/kg、293.72 mg/kg，Cd、Pb和Zn個別點質量濃度值超過了《農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB15618-2018）的農用地重金屬風險篩選值，累積較為嚴重；推測重金屬Hg、Cd、Pb、Zn來源于曾經的工廠排污，重金屬As、Ni、Cr、Cu來源于村民施用的農家肥，二者不具有同源性；（3）風險評價結果表明，Pb、Cd、Zn的地質累積指數(shù)的極大值（含異常值）與Cd、Pb、Hg的潛在生態(tài)危害指數(shù)的極大值（含異常值）均較高，Cd、Pb、Hg、Zn污染風險相對嚴重，研究區(qū)總體處于強生態(tài)風險。

［關鍵詞］耕地土壤；垂直剖面；重金屬；風險評價

重金屬污染是通過廢水、廢氣和固體廢物污染環(huán)境的，其主要特點為污染范圍廣、持續(xù)時間長、污染隱蔽性高、難以被降解。隨著農業(yè)集約化生產的發(fā)展以及城市化進程的推進，重金屬通過污水灌溉、大氣煙塵沉降、垃圾填埋處理等途徑進入土壤和水體，并通過食物鏈進入農產品，最終在人體中蓄積，不僅影響農產品質量安全，還危害人類健康。

包頭市位于呼包平原中東部，是內蒙古自治區(qū)的經濟中心之一，是中國境內以冶金、稀土、機械工業(yè)為主的綜合性工業(yè)城市，其在經濟飛速發(fā)展的同時，也給周邊土壤造成嚴重污染，帶來極大的潛在生態(tài)危害風險。

呼包平原為農耕區(qū)，其地貌不利于重金屬的遷移擴散，具有遷移速度幔、波及范圍較小、治理相對容易等特點。影響土壤重金屬垂向分布的因素很多，與成土母質和人為活動都有密切關系，而且包頭市南郊地下水資源豐富，土壤中的重金屬垂向遷移可能會導致地下水受到污染。目前有關包頭市土壤重金屬污染的研究主要集中在對小面積農田、郊區(qū)、公園和工礦企業(yè)周邊土壤重金屬狀況的調查及簡單的污染評價方面[1-3]。

本次研究是在《內蒙古河套農業(yè)經濟區(qū)多目標區(qū)域地球化學調查》[4]項目1∶5萬異常查證工作選出的污染區(qū)范圍內，開展了1∶2000土壤垂直剖面測量工作。本研究以包頭市西南郊耕地作為研究對象，分析其土壤垂直剖面樣品的理化性質和８種重金屬（Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn）的分布特征，根據(jù)重金屬相關性分析結果判斷其之間的同源性，并利用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進行污染風險評價，以期為包頭市南郊土壤重金屬污染防治提供理論依據(jù)及指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內蒙古自治區(qū)包頭市西南部老工業(yè)基地分布區(qū)，為20世紀60年代舊工業(yè)區(qū)，隸屬包頭市九原區(qū)；該區(qū)屬于黃河沖積平原區(qū)，地勢較平坦，植被發(fā)育；位于南繞城與包茂高速之間，南距有黃河2 km，東距昆都侖河500 m；屬溫帶半干旱大陸性季風氣候，春季干旱多風，夏季炎熱干燥，秋季冷熱不均，晝夜溫差大，冬季寒冷干燥；具有悠久的農業(yè)生產歷史，糧食作物以玉米為主，其次有小麥、高粱、谷子等，主要經濟作物有蔬菜、油料作物，畜牧業(yè)以飼養(yǎng)生豬、羊、牛為主。

1.1.1 樣品采集與處理

包頭市西南郊共采集了13個耕地土壤垂直剖面（圖1），剖面編號為BCP1～BCP13。經地質累積指數(shù)[5]計算，未受到重金屬污染的僅有3條垂直剖面（BCP4、BCP10、BCP11），本文選擇受到重金屬污染程度最強的剖面（BCP1）和污染深度最深的剖面（BCP8）進行土壤重金屬污染風險評價。

采樣時觀察發(fā)現(xiàn)，土壤垂向上物質成分變化較小，由地表向下每20 cm采集1件垂直土壤剖面樣品，控制深度160 cm，樣品重量1 kg；BCP1采樣剖面深度140 cm（140 cm以下見地下水），共采集7個樣品；BCP8采樣剖面深度160 cm（160 cm以下見地下水），共采集8個樣品；采集剖面土壤樣品時，先用不銹鋼鏟挖掘至底層，然后用木鏟將與不銹鋼鏟接觸部分的土壤去掉，按20 cm采樣間距，采集土壤裝入布樣袋中，樣品質量不低于1 kg。回到駐地后，將土壤樣品去除雜質，置于牛皮紙上，在自然條件下陰干，一邊晾干，一邊用木槌輕輕敲打、破碎，避免發(fā)生膠結，全部樣品過-20目粒級尼龍篩，然后將樣品混勻，裝入樣品袋送至實驗室，用于土壤重金屬、pH值的測定。

1.2 樣品分析與測定

本次樣品測試分析工作由自然資源部呼和浩特礦產資源監(jiān)督檢測中心承擔。樣品測試分析采用等離子體質譜法、原子熒光光譜法、X熒光光譜法和離子選擇性電極法（ISE）等方法組合的配套方案，完成了9個指標（元素）的測定。準確度和精密度控制采用測試分析國家一等標準物質方法進行控制。從表1可以看出，所有樣品報出率均為100%，滿足測試分析要求，樣品檢出限、準確度和精密度（λ）監(jiān)控樣合格率統(tǒng)計均滿足《土地質量地球化學評價規(guī)范》（DZ/T 0295-2018）[6]規(guī)范要求。