典型流域农田土壤重金属污染特征及生态风险评价，本文主要内容关键词为：重金属论文,农田论文,流域论文,土壤论文,特征论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
随着工业发展和农用化学物质种类及数量的增加，农田土壤环境污染日益严重，污染面积逐年扩大。由于重金属具有不易降解、易富集等特征[1]，土壤重金属污染所带来的环境问题日益受到人们的重视，已经成为国际环境土壤学研究的热点[2]。
目前，国内对于土壤重金属污染的研究主要集中于资源开发、城市化进程加速和规模化养殖等导致的污染及其带来的环境及人体健康风险方面[3-7]，大多局限于对现存污染源的研究。历史污染源由于被闲置或搬迁易于被忽视和遗忘，因此，国内对由历史污染源污染引起的生态风险及人群健康风险研究较少，少量研究主要集中在污灌区[8-10]。为此，笔者以原有工业污染较严重的某流域为研究区，分析了研究区土壤中各重金属元素的含量及分布特征，并利用地累积指数法和潜在生态危害指数法对当地土壤污染状况和潜在生态风险值进行评价，以了解历史工业污染与农田土壤潜在生态风险之间的相关性，为人类的生产和生活安全提供保障。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区位于我国中部，地理位置优越，区内物产资源丰富。20世纪90年代初期，研究区印染和造纸等重污染工业企业发展迅速，由于企业规模小，相应的“三废”处理配套设施不完善，区内环境受到严重污染，过境河流一度鱼虾绝迹。近年来，当地政府逐步加大了对区内企业的环境督查力度，对区内污染严重的印染和造纸等企业陆续实施关闭或搬迁措施，目前研究区内无重金属污染企业。
1.2 样品的采集
于2009年7月在位于研究区内6个自然村的农田土壤中采样，各采样点的位置如图1所示。根据《土壤环境监测技术规范》的相关要求，采用对角线布点法采取0～20 cm的表层土壤，去除土壤中的砾石和根系等杂物后，混合均匀，采用四分法取1kg装入样品袋，运回实验室进行检测。
图1 各采样点位置
Fig.1 Sketch map showing the location of sampling points
1.3 样品的处理与分析
根据《土壤环境监测技术规范》要求，将运回的土壤样品风干、过筛成制备样。分别采用高压密封罐消解法和微波消解法对土壤制备样进行消解，消解液中各重金属元素的含量采用ICP－MS（电感耦合等离子体质谱仪）进行检测。
1.4 生态风险评价方法
生态风险评价是指确定人为活动或不利事情对生态环境产生危害或对生物个体、种群及生态系统产生不利影响的可能性分析过程[11]。常用的重金属污染生态风险评价方法主要有地累积指数法和潜在生态风险指数法。地累积指数法在评价过程中主要考虑元素的富集作用，适用于评价单一元素的污染状况；而潜在生态风险指数法更侧重于多元素的协同作用，同时考虑了各重金属元素的毒性，适用于评价区域环境的潜在生态风险。
1.4.1 地累积指数法
2 结果与讨论
2.1 土壤中重金属的污染特征分析
查阅《中国土壤元素背景值》可知[23]，研究区土壤中w（Hg），w（Cr），w（Cd），w（As），w（Pb），w（Cu），w（Zn）和w（Mn）的背景值分别为0.034，63.8，0.074，11.4，19.6，19.7，60.1和579 mg／kg，表3为研究区土壤中8种重金属元素的质量分数及富集倍数（F）。
由表3可知，研究区农田受到一定程度的重金属污染，除采样点4和6的土壤样品中w（Hg）较低外，其余土壤中8种重金属的质量分数均高于背景值，存在不同程度的富集和污染。元素Cd的富集系数最高，各采样点土壤中w（Cd）为0.982～1.668mg／kg，研究区平均富集系数为16.00；其次为As，Zn和Cu，平均富集系数分别为3.01，1.73和1.71。研究区8种元素的富集程度排序为Cd＞As＞Zn＞Cu＞Pb＞Cr＞Hg＞Mn。
通过实地考察，结合研究区2009年污染源普查更新数据资料，区内目前暂无重金属污染企业，可以判定研究区农田土壤重金属含量超过当地背景值是由于历史污染源造成的。
2.2 地累积指数法评价
研究区农田表层土壤中各元素的地累积指数计算结果如表4所示。
分析表4，结合地累积指数法污染程度及风险分级标准可知：①对元素Hg，Mn，Cr和Pb：除采样点1的农田土壤中Cr和Pb存在轻度污染外，其余各采样点土壤环境中四元素均未形成污染，其生态风险级别为0级。②对元素Cd，As，Cu和Zn：各采样点农田土壤中均存在一定程度的污染。其中，元素Cd污染最严重，污染程度为强污染；研究区平均地累积指数为3.42，风险级别为4级；其次是As，Cu和Zn，平均污染程度分别为中等污染，轻度污染，轻度－中等污染，风险级别分别2级，1级，1级。采样区8种重金属元素的风险级别依次为Cd＞As＞Zn＞Cu＞Pb＞Cr＞Hg＞Mn。
2.3 潜在生态风险指数法评价
研究区农田表层土壤中各元素的单项潜在生态风险指数（
）和总潜在生态风险指数（RI）见表5。
由表5可知，研究区重金属污染的潜在生态风险级别为C级（危害程度强），各元素的生态危害程度依次为Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb＞Cr＞Zn＞Mn。
从单元素角度分析可知：Cd的潜在生态危害最强，6个采样点的风险级别均达到D级，生态危害程度极强；其次是Hg，其在采样点1，2，3和4的生态危害为中等程度，在采样点5和6为程度轻微。其余6种重金属元素的生态危害程度均为轻微。
从多元素角度综合分析可知：研究区重金属污染的潜在生态风险值很高，采样点1和2的生态危害程度均达到极强，其余采样村的生态危害程度均为强。
2.4 评价结果的比较和讨论
潜在生态风险指数法评价结果为：研究区生态风险级别为C级，生态危害程度为强，各元素的风险级别依次为Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb＞Cr＞Zn＞Mn；地累积指数法评价结果为Cd＞As＞Zn＞Cu＞Pb＞Cr＞Hg＞Mn。
比较分析可知，2种评价方法均认为研究区农田土壤中元素Cd污染的生态风险值最高，Mn的生态风险值最低，对其他6种元素的生态风险评价结果不同，可能是由评价方法的自身特点决定。潜在生态风险指数法在评价过程中由于考虑了各重金属元素的毒性，更侧重于从生物和人的角度进行评价；而地累积指数法在评价过程中主要考虑元素相对于自然本底值的富集性，更侧重于从自然角度评价；因此在评价过程中，应根据评价目的的差异选择不同的评价方法。
农田土壤是各类农作物的生长基质，是生物和人类生存的重要载体；由于其特殊性，在进行生态风险评价时应充分考虑重金属污染物的毒性效应，因而潜在生态风险指数法更适合该研究。
3 结论
a.除采样点4和6的w（Hg）较低外，研究区农田土壤中8种重金属元素均存在一定程度的富集和污染，污染强度为Cd＞As＞Zn＞Cu＞Pb＞Cr＞Hg＞Mn。初步分析表明是由于历史污染源造成的。
b.研究区农田土壤重金属污染的潜在生态风险级别为C级，表现为强生态风险程度，其中Cd的贡献率最高，其次为Hg，As，cu，Pb，Cr，Zn和Mn。由此可见，因历史污染源造成的生态风险仍应引起相关部门的高度重视。
c.重金属污染具有持久性和滞后性等特征，因此，在今后的研究中应加强对旧重金属污染场地的风险评价研究。
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