張 瑋，羅春廣，王文果，遲延艷，張世平

(1.內(nèi)蒙古新創(chuàng)環(huán)境科技有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010000； 2.烏蘭浩特市環(huán)境衛(wèi)生管理處，內(nèi)蒙古烏蘭浩特 137400)

土壤是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，吸收了環(huán)境中大約 90%來(lái)自各方面的污染物[1]。但是隨著工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展，土壤環(huán)境污染問(wèn)題備受人們關(guān)注，重金屬污染具有隱蔽性、不可抗逆性和長(zhǎng)期性[2]，土壤中的重金屬能從土壤遷移到其他生態(tài)系統(tǒng)組成部分中，如地下水、植物等，并被作物吸收和富集[3-6]，最終通過(guò)食物鏈影響人類(lèi)健康[7-8]，從而影響生態(tài)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)與功能。因此，土壤重金屬污染是當(dāng)今世界性的環(huán)境污染問(wèn)題，目前已受到社會(huì)各行各業(yè)廣泛關(guān)注，客觀合理地評(píng)價(jià)土壤重金屬污染狀況對(duì)于改善土壤環(huán)境質(zhì)量和保障人類(lèi)的健康安全具有重要意義。重金屬污染評(píng)價(jià)方法較多，應(yīng)用于土壤重金屬污染評(píng)價(jià)的主要有單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和生態(tài)危害指數(shù)法[9-11]。筆者以?xún)?nèi)蒙古呼和浩特市武川縣某銀鉛礦為研究地點(diǎn)，以土壤重金屬污染的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)作為出發(fā)點(diǎn)，選用土壤中重金屬含量特征描述方法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法及生態(tài)危害評(píng)價(jià)指標(biāo)作為污染評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)研究區(qū)土壤重金屬污染水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)域概況呼和浩特市武川縣境內(nèi)部分礦山毗鄰大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)和呼和浩特市城區(qū)飲用水源地。銀鉛礦采選過(guò)程中會(huì)造成重金屬?gòu)U棄物的堆積、廢氣的擴(kuò)散以及含重金屬?gòu)U水的排放，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、食品安全和人類(lèi)健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅；尤其對(duì)大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)和呼和浩特市城區(qū)飲用水源地產(chǎn)生潛在危害。

1.2土樣采集

1.2.1布點(diǎn)原則。在礦區(qū)內(nèi)部及周邊采用系統(tǒng)隨機(jī)布點(diǎn)法采集土壤樣品，并采用GPS進(jìn)行樣點(diǎn)定位，樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。

1.2.2樣品的采集。土壤樣品采集于2016年8月。在2 m×2 m區(qū)域的4個(gè)頂點(diǎn)和中點(diǎn)分別取約1 kg耕層土壤(0～20 cm)樣品組成一個(gè)混合樣品，混勻后用四分法取約1.5 kg，共采集到93個(gè)混合樣品。取樣后立即密封，放在專(zhuān)用的樣品袋中，貼上標(biāo)簽，標(biāo)明取樣編號(hào)、深度，并詳細(xì)記錄取樣信息等。地表樣品經(jīng)室內(nèi)自然風(fēng)干，去除雜質(zhì)后，研磨過(guò)100目尼龍篩待用。

1.3樣品處理及方法將樣品風(fēng)干、混勻、除去其中的一些雜質(zhì)后粉碎，過(guò)100目篩備用。準(zhǔn)確稱(chēng)取土壤樣品0．2 g 置于50 mL聚四氟乙烯坩堝中，先用少量的高純水潤(rùn)濕樣品，然后向坩堝中加入l0 mL濃鹽酸，加熱至微沸并分解1 h，待蒸至近干時(shí)，取下稍冷，加入8 mL氫氟酸和l0滴高氯酸，繼續(xù)加熱消煮1 h，將溫度升至200 ℃后，繼續(xù)加熱分解，直至白煙冒盡后，用水吹洗，再加3～5滴高氯酸，蒸至無(wú)白煙冒出，加入3.5 mL 鹽酸及少量水，加熱浸取，然后冷卻，過(guò)濾定容后待用[12]。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)分布Fig.1 Location of sample sites in studied area

1.4測(cè)定指標(biāo)及方法土壤重金屬元素Zn、Pb、Cr和Cu含量采用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定，每個(gè)樣品均設(shè)定3次重復(fù)試驗(yàn)，最后取平均值。

1.5評(píng)價(jià)方法為了更準(zhǔn)確了解有色金屬礦山遺跡周?chē)寥乐亟饘俚奈廴厩闆r，擬選擇3種最常用的方法對(duì)研究區(qū)及周?chē)寥乐亟饘傥廴具M(jìn)行評(píng)價(jià)，分別為土壤中重金屬含量特征描述方法、Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法及生態(tài)危害評(píng)價(jià)指標(biāo)法。采用Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法可以確定污染區(qū)內(nèi)土壤重金屬可能存在的生態(tài)危害效應(yīng)和反映特定區(qū)域的特殊性，以當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸底鳛閰⒈戎?，?duì)所測(cè)污染區(qū)的不同土地類(lèi)型土壤重金屬潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.6數(shù)據(jù)處理應(yīng)用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。

表1 土壤重金屬含量特征

2 結(jié)果與分析

2.1土壤中重金屬含量特征描述變異系數(shù)是衡量資料中各觀測(cè)值變異程度的統(tǒng)計(jì)量，可以反映總體樣本中各采樣點(diǎn)的變異程度。該研究中Cr變異系數(shù)相對(duì)較小，小于1，說(shuō)明這種元素在礦區(qū)的空間分布差異較小，受采礦活動(dòng)的影響較?。籔b、Cu、Zn的變異系數(shù)較大，分別為1.52、1.32、1.42，說(shuō)明這3種元素在空間上的分布有較大的差異，受采礦活動(dòng)干擾較大。該結(jié)果也與該礦區(qū)開(kāi)采的主要礦種為銀、鉛、鋅一致，說(shuō)明該礦區(qū)的土壤受到人類(lèi)活動(dòng)干擾確實(shí)較強(qiáng)烈。

2.2土壤中重金屬污染評(píng)價(jià)選用中華人民共和國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，污染指數(shù)以三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)值是土壤中重金屬污染物的最高允許量，三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要適用林地土壤及污染物容量較大的高背景值土壤和礦產(chǎn)附近等地的農(nóng)田土壤(蔬菜地除外) 。三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是農(nóng)林生產(chǎn)和植物正常生長(zhǎng)的土壤臨界值。該研究采用污染指數(shù)法評(píng)價(jià)土壤重金屬污染程度采用的標(biāo)準(zhǔn)分別是Cr 300 mg/kg、Pb 500 mg/kg、Zn 500 mg/kg、Cu 400 mg/kg。

根據(jù)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)(Ei)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，Ei<40時(shí)，為輕度生態(tài)危害；40≤Ei<80時(shí)，為中等生態(tài)危害；80≤Ei<160時(shí)，為強(qiáng)度生態(tài)危害； 160≤Ei<320時(shí)，為很強(qiáng)生態(tài)危害；Ei≥320時(shí)，為極度生態(tài)危害。重金屬潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，其中Cr的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)最大，4個(gè)采樣點(diǎn)的平均值為36.64，屬于輕微危險(xiǎn)的程度，雖然Cr的含量很大，但由于其毒性系數(shù)較小，所以計(jì)算出來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)并不大。其他元素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均較小，不存在潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。4個(gè)采樣點(diǎn)的綜合潛在風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較小，均不超過(guò)90。

從表2各個(gè)金屬生態(tài)危害評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)分析得出，該區(qū)附近土壤重金屬Cr的污染程度都屬于輕微污染，沒(méi)有達(dá)到污染的程度。土壤重金屬Zn的污染程度也屬于輕微污染，只在少數(shù)采樣點(diǎn)達(dá)到了中度污染的程度，在少數(shù)采樣點(diǎn)達(dá)到了強(qiáng)的污染程度。土壤重金屬Cu在采樣點(diǎn)73表現(xiàn)為強(qiáng)的污染，其他采樣點(diǎn)屬于輕微的污染程度。土壤重金屬 Pb在部分采樣地點(diǎn)的濃度已達(dá)到重度污染的程度，即使在少數(shù)污染指數(shù)最小的地方也達(dá)到了輕微污染的程度。

表2 各個(gè)金屬生態(tài)危害評(píng)價(jià)指標(biāo)

3 結(jié)論與討論

土壤重金屬污染問(wèn)題一直是一個(gè)環(huán)境污染的熱點(diǎn)問(wèn)題，土壤重金屬的污染影響著土壤環(huán)境質(zhì)量，因此客觀合理地評(píng)價(jià)土壤重金屬污染狀況對(duì)于改善土壤環(huán)境質(zhì)量和保障人類(lèi)的健康安全具有重要意義。該研究以土壤重金屬污染的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)作為出發(fā)點(diǎn)，選用土壤中重金屬含量特征描述方法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法及生態(tài)危害評(píng)價(jià)指標(biāo)作為污染評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而對(duì)研究區(qū)土壤重金屬污染水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)分析可以看出重金屬元素在調(diào)查區(qū)域空間上的分布有較大的差異，說(shuō)明土壤不同元素重金屬污染程度不一，受到了外界采礦活動(dòng)的影響，此結(jié)果也與該礦區(qū)開(kāi)采的主要礦種一致，說(shuō)明該礦區(qū)的土壤受到人類(lèi)活動(dòng)干擾確實(shí)較強(qiáng)烈。