三峽庫(kù)區(qū)消落帶土壤重金屬含量特征及污染評(píng)價(jià)

摘 要：以三峽庫(kù)區(qū)蓄水位從175m回落至163m后的云陽段消落帶土壤為研究對(duì)象，進(jìn)行重金屬Cu、Zn、Pb、Cd和Cr的含量與剖面分布特征及評(píng)價(jià)研究。結(jié)果表明：消落帶土壤Cu、Zn、Pb、Cd和Cr的含量分別為58.09mg/kg、108.93mg/kg、15.18mg/kg、0.46mg/kg和71.81mg/kg。重金屬剖面分布特征呈規(guī)律性變化：0～10cm土層Cu、Cr和Zn含量高于10～20cm土層，而在干濕交替處Zn、Cr含量卻表現(xiàn)為0～10cm土層低于10～20cm土層；Pb和Cd剖面分布特征均呈現(xiàn)出0～10cm土層含量低于10～20cm土層，而在干濕交替處呈相反趨勢(shì)。研究區(qū)不受Pb污染，而受Cd、Cu、Zn和Cr不同程度污染，尤以Cd污染最嚴(yán)重，甚至超出三峽庫(kù)區(qū)土壤背景值3倍以上。

關(guān)鍵詞：三峽庫(kù)區(qū)；消落帶；土壤重金屬含量；分布特征；污染評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào) X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）15-16-03

The Characteristics and Assessment of Heavy Metal Concentrations in Fluctuation Zone of Three Gorges Reservoir Area

Mo Fuxiao et al.

（School of River and Ocean Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China）

Abstract：This study was devoted to fluctuation zone of Three Gorges reservoir area in Yunyang and the concentrations of Cu，Zn，Pb，Cd and Cr were determined which ranged from 175m to 163m in water-level-fluctuating zone soils. The result indicated that the total concentrations of Cu，Zn，Pb，Cd and Cr were 58.09mg/kg，108.93mg/kg，15.18mg/kg，0.46mg/kg and 71.81mg/kg，respectively. The profile distribution characteristics of heavy metal content changed regularly：the content of Cu，Cr and Zn in surface soil is higher than that of in the deep soil，but the content of Cr and Zn in surface soil is lower than that of in the deep soil at the dry-wet alternation；Content characteristics of Pb and Cd was the same，emerged as the surface is less than deep and the surface is more than deep at the dry-wet alternation. The study area was contaminated by Cd，Cu，Zn and Cr in varying degrees，but far from the Pb pollution；however pollution of Cd was particularly serious，even beyond the background value more than three times.

Key words：Three Gorges reservoir area；Fluctuation zone；Heavy metal in soil；Characteristic；Pollution assessment

消落帶是因水庫(kù)調(diào)度引起的水位漲落而于庫(kù)區(qū)周圍形成的一段特殊區(qū)域。在人工調(diào)控下，三峽庫(kù)區(qū)水位的周期性漲落會(huì)在兩岸形成垂直落差30m、面積約348.9km2的消落帶。消落帶是水生生態(tài)系統(tǒng)與陸生生態(tài)系統(tǒng)的過渡地段，其土壤理化性質(zhì)及重金屬含量嚴(yán)重影響庫(kù)區(qū)水質(zhì)和周圍動(dòng)植物的生命活動(dòng)。消落帶土壤重金屬污染具有隱蔽性強(qiáng)、形態(tài)多變、無法被生物降解、容易在生物體內(nèi)累積等特點(diǎn)[1]，并能通過食物鏈在生物體內(nèi)不斷富集，最終將嚴(yán)重危害人類的健康[2-3]。筆者對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶云陽段不同高程、不同采樣深度土壤剖面的重金屬Cu、Zn、Pb、Cd和Cr含量與分布特征進(jìn)行分析和研究，進(jìn)一步評(píng)價(jià)該區(qū)土壤重金屬污染情況，以期為庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境治理和農(nóng)田可持續(xù)發(fā)展奠定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土樣采集及調(diào)查 2012年4月，在重慶市云陽縣境內(nèi)沿長(zhǎng)江主要次級(jí)河流的三峽庫(kù)區(qū)消落帶的荒地采集土樣。根據(jù)土地利用狀況及周圍環(huán)境情況布設(shè)采樣點(diǎn)[4]，選擇177m、175m、170m、165m和163m高程的5個(gè)采樣點(diǎn)分別采集0～10cm和10～20cm層次的土樣，每個(gè)土樣采集1kg，共10個(gè)土樣。163m水位是水土接壤處，處于干濕交替狀態(tài)；170m高程處有排水溝。土樣經(jīng)室內(nèi)自然陰干，除去碎石、植物根等雜物，經(jīng)四分法混合均勻后研磨過100目篩，裝入塑料自封袋編號(hào)備用[5]。

1.2 測(cè)定指標(biāo)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與分析方法 主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為Cu、Zn、Pb、Cd、Cr 5項(xiàng)指標(biāo)。分析方法均按照土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（HJ-T166—2004）規(guī)定的分析方法測(cè)定Cu、Zn、Pb、Cd和Cr[6]：Cu、Zn、Cr采用火焰原子吸收分光光度法；Pb、Cd采用石墨爐原子吸收分光光度法。；pH值采用便攜式土壤pH計(jì)（IQ150-美國(guó)）測(cè)定。研究區(qū)10個(gè)土樣pH為5.23～5.80，均值為5.56。

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法 選用國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618—1995）自然背景和三峽庫(kù)區(qū)土壤背景值[7]做參照值（見表1）對(duì)庫(kù)區(qū)Cu、Zn、Pb、Cd和Cr進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（mg/kg）

[重金屬＼Cu＼Zn＼Pb＼ Cd＼Cr＼自然背景＼35＼100＼35＼0.20＼90＼三峽庫(kù)區(qū)背景值＼25.00＼69.88＼23.88＼0.134＼78.03＼]

采用單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)土壤重金屬污染情況。單因子污染指數(shù)計(jì)算公式如下：

Pi =ρi / si

其中：Pi為土壤污染物i的污染指數(shù)；ρi、si為污染物i的實(shí)測(cè)和參照濃度（mg/kg）。

Pi≤1，土壤重金屬含量未超標(biāo)，不影響作物生長(zhǎng)發(fā)育和人體健康；Pi>1，土壤重金屬含量超標(biāo)，危害作物生長(zhǎng)發(fā)育和人體健康。

2 結(jié)果與分析

2.1 消落帶研究區(qū)內(nèi)各采樣點(diǎn)土壤的pH、重金屬含量 消落帶研究區(qū)內(nèi)10個(gè)不同高程采樣點(diǎn)土壤均偏酸性，pH為5.23～5.80，均值為5.56，土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 各采樣點(diǎn)重金屬含量（mg/kg）

[編號(hào)＼Cu＼Zn＼Pb＼Cd＼Cr＼177m（0～10）＼82.7＼193.8＼14.2＼0.45＼80.3＼177m（10～20）＼54.8＼60.2＼17.3＼0.47＼64.4＼175m（0～10）＼50.9＼98.1＼15.5＼0.46＼85.9＼175m（10～20）＼47.3＼46.4＼17.9＼0.55＼40.0＼170m（0～10）＼72.8＼97.6＼10.6＼0.40＼95.0＼170m（10-20）＼74.9＼142.3＼12.9＼0.41＼74.4＼165m（0～10）＼47.5＼109.2＼15.6＼0.54＼62.7＼165m（10～20）＼26.3＼54.6＼16.0＼0.51＼70.7＼163m（0～10）＼67.8＼138.8＼19.1＼0.49＼47.8＼163m（10～20）＼55.9＼148.3＼13.1＼0.33＼96.9＼]

2.2 重金屬剖面分布特征

2.2.1 Cu 圖1顯示，177m至163m各高程Cu含量在0～20cm土層中隨土層加深而降低，這與土壤有機(jī)質(zhì)含量最高有關(guān)[8]，有機(jī)質(zhì)的吸附作用使0～10cm的Cu含量高于10～20cm。170m高程0～10cm和10～20cm的Cu含量均較高，這與排水溝促使重金屬Cu在此積累有關(guān)。

圖1 Cu的剖面分布

2.2.2 Zn 圖2顯示，170m和163m高程處分別是排水溝和水土接壤處，二者的Zn含量表現(xiàn)出0～10cm低于10～20cm，消落帶土壤中重金屬Zn的含量與庫(kù)區(qū)土壤被水體淹沒時(shí)間的長(zhǎng)度相關(guān)，淹沒時(shí)間越長(zhǎng)消落帶土壤表層中重金屬Zn向庫(kù)區(qū)水體遷移的量越多[10]。Zn在177m、175m和165m高程消落帶土壤0～10cm的含量比10～20cm的含量高。而且Zn在177m表層處出現(xiàn)最大值，這與農(nóng)業(yè)活動(dòng)中施用Zn肥和含Zn農(nóng)藥相關(guān)[9]。

圖2 Zn的剖面分布

2.2.3 Pb 圖3顯示，170m和163m高程處分別是排水溝和水土接壤處，二者的Pb含量表現(xiàn)出0～10cm高于10～20cm，這是Pb在水土接壤處沉積、擴(kuò)散、吸附所致。Pb在177m、175m和165m高程消落帶土壤0～10cm的含量比10～20cm的含量低，因?yàn)镻b在重力作用下隨水向土壤深層遷移、也可隨地表徑流移動(dòng)，從而可以在消落帶土壤深層積累[11]。Pb的剖面分布特征與Zn剛好呈相反的狀態(tài)。

圖3 Pb的剖面分布

2.2.4 Cd 由圖4可知，177m至163m各高程Cd含量在0～20cm土層中隨土層加深而降低，與Cu的剖面分布特征相同，這是由于Cd在庫(kù)區(qū)消落帶表層土壤中的可提取態(tài)含量較高[12]。在排水溝和水土接壤處Cd的平均含量均低于其他高程Cd的含量，說明Cd在淹沒狀態(tài)下不易沉積在土壤中。

圖4 Cd的剖面分布

2.2.5 Cr 由圖5可知，177m至163m各高程Cr含量在0～20cm土層中隨土層加深而降低，與Cu、Cd剖面分布特征相同，因?yàn)镃r在土壤中主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在[12]，能較穩(wěn)定的存在于原生礦物晶格中，而且在土壤中較穩(wěn)定[13]。而且土壤的吸附作用和Cr以強(qiáng)結(jié)合能力吸附在土壤中的鐵、錳氧化物上，向表層遷移、富集[14]。

圖5 Cr的剖面分布

2.3 重金屬污染程度評(píng)價(jià) 由表2可以看出，采取國(guó)家自然背景和庫(kù)區(qū)背景數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，單因子污染指數(shù)Pi：Cd>Cu>Zn>Cr>Pb。其中，Cd、Cu污染程度最為嚴(yán)重，Zn、Cr污染程度相對(duì)輕一些，評(píng)價(jià)區(qū)域土壤未受到重金屬Pb的影響?？傮w上，研究區(qū)域受到重金屬Cd、Cu、Zn、Cr不同程度的污染。研究區(qū)內(nèi)全部都受到重金屬Cd、Cu的嚴(yán)重影響，大多數(shù)地方受到重金屬Zn的污染，大多數(shù)地方不受Cr污染。研究區(qū)內(nèi)以Cd污染尤為嚴(yán)重，甚至超出三峽庫(kù)區(qū)土壤背景值3倍以上。Cd元素是三峽庫(kù)區(qū)土壤污染較嚴(yán)重的元素，在上游重慶工業(yè)發(fā)達(dá)的主城區(qū)較下游Cd污染嚴(yán)重，屬“工業(yè)污染因子”[12]。在水體作用下，位于庫(kù)區(qū)下游的云陽縣土壤亦受到上游水體的影響，呈現(xiàn)出以重金屬Cd污染最為嚴(yán)重的現(xiàn)象。相關(guān)學(xué)者研究表明，三峽庫(kù)區(qū)消落帶土壤重金屬污染以Cd污染最為嚴(yán)重[15-16]。

表2 研究區(qū)重金屬污染指數(shù)（Pi）

[編號(hào)＼ Cu ＼ Zn ＼ Pb ＼ Cd ＼ Cr ＼自然背景值＼庫(kù)區(qū)＼自然背景值＼庫(kù)區(qū)＼自然背景值＼庫(kù)區(qū)＼自然背景值＼庫(kù)區(qū)＼自然背景值＼庫(kù)區(qū)＼177m（0～10）＼2.36＼3.31＼1.94 ＼2.77 ＼0.41 ＼0.59 ＼2.35 ＼3.51 ＼0.89 ＼1.03 ＼177m（10～20）＼1.57＼2.19＼0.60 ＼0.86 ＼0.49 ＼0.72 ＼2.25 ＼3.36 ＼0.72 ＼0.83 ＼175m（0～10）＼1.45＼2.04＼0.98 ＼1.40 ＼0.44 ＼0.65 ＼2.75 ＼4.10 ＼0.95 ＼1.10 ＼175m（10～20）＼1.35＼1.89＼0.46 ＼0.66 ＼0.51 ＼0.75 ＼2.30 ＼3.43 ＼0.44 ＼0.51 ＼170m（0～10）＼2.14＼3.00＼0.98 ＼1.40 ＼0.45 ＼0.65 ＼2.10 ＼3.13 ＼1.06 ＼1.22 ＼170m（10～20）＼2.08＼2.91＼1.42 ＼2.04 ＼0.37 ＼0.54 ＼1.95 ＼2.91 ＼0.83 ＼0.95 ＼165m（0～10）＼1.36＼1.90＼1.09 ＼1.56 ＼0.30 ＼0.44 ＼2.70 ＼4.03 ＼0.79 ＼0.91 ＼165m（10～20）＼0.75＼1.05＼0.55 ＼0.78 ＼0.46 ＼0.67 ＼2.55 ＼3.81 ＼0.70 ＼0.80 ＼163m（0～10）＼1.94＼2.71＼1.39 ＼1.99 ＼0.55 ＼0.80 ＼2.45 ＼3.66 ＼1.08 ＼1.24 ＼163m（10～20）＼1.60＼2.24＼1.48 ＼2.12 ＼0.37 ＼0.55 ＼1.65 ＼2.46 ＼0.53 ＼0.61 ＼平均值＼1.66 ＼2.32 ＼1.09 ＼1.56 ＼0.44 ＼0.64 ＼2.31 ＼3.44 ＼0.80 ＼0.92 ＼]

3 小結(jié)

（1）研究區(qū)消落帶土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd和Cr的含量分別為58.09mg/kg、108.93mg/kg、15.18mg/kg、0.46mg/kg和71.81mg/kg。

（2）不同高程和不同采樣深度的土壤重金屬含量差異較大。由于土壤的截留作用，總體上表層土壤重金屬Cu、Cr、Zn含量高于深層土壤，在干濕交替處出現(xiàn)表層Zn、Cr含量低于深層含量，這是由于淹沒時(shí)間越長(zhǎng)消落帶土壤表層中重金屬Zn向庫(kù)區(qū)水體遷移的量越多，呈現(xiàn)出表層含量低于深層含量，即干濕交替有利于Zn、Cr的解析。

（3）研究區(qū)土壤重金屬Pb、Cd含量的剖面分布特征相同，都呈現(xiàn)出表層土壤含量低于深層土壤，而在干濕交替處出現(xiàn)表層含量高于深層含量，表層土壤Pb、Cd的含量低于深層土壤是因?yàn)樵谥亓ψ饔孟码S水向土壤深層遷移。而163m高程處所含重金屬Pb、Cd為土壤表層比深層的含量高，是由于Pb在水土接壤處的表層沉積、吸附所致和Cd在消落帶表層土壤中的可提取態(tài)含量較高相關(guān)。

（4）單因子污染指數(shù)表明，研究區(qū)域受到重金屬Cd、Cu、Zn、Cr不同程度的污染，而不受Pb污染。研究區(qū)內(nèi)全部都受到重金屬Cd、Cu的嚴(yán)重影響，大多數(shù)地方受到重金屬Zn的污染，大多數(shù)地方不受Cr污染。研究區(qū)內(nèi)以Cd污染尤為嚴(yán)重，甚至超出三峽庫(kù)區(qū)土壤背景值3倍以上。

參考文獻(xiàn)

[1]洪堅(jiān)平.土壤污染與防治[M].第二版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2005：40-41.

[2]Sastre J，Rauret G，Vidal M. Effect of the cationic composition of sorption solution on the quantification of sorption 2 desorption parameters of heavy metals in soils[J]. Environ Pollut，2006，140（2）：322-339.

[3]Shi W，Bischoff M，Turco R，et al .Long2term effects of chromium and lead upon the activity of soil microbial communities[J].Appl Soil Ecol，2002，21：169-177.

[4]喻菲，張成，張晟，等.三峽水庫(kù)消落區(qū)土壤重金屬含量及分布特征[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，28（1）：165-168.

[5]陳玉娟，溫琰茂，柴世偉.珠江三角洲農(nóng)業(yè)土壤重金屬含量特征研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，2005，18（3）：75-77.

[6]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.HJ/T166—2004.土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2004：22.

[7]唐將，鐘遠(yuǎn)平，王力.三峽庫(kù)區(qū)土壤重金屬背景值研究[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，16（4）：848-852.

[8]廉玲，張曉園，袁曉莉.有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤吸附重金屬的影響[J].大連民族學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，14（1）：1-2.

[9]陳瑞生，黃玉凱，高興齋，等.河流重金屬污染研究[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.1988.

[10]王曉陽，傅瓦利，張蕾，等.三峽庫(kù)區(qū)消落帶土壤重金屬Zn的形態(tài)分布特征及其影響因素[J].地球與環(huán)境，2011，39（1）：85-90.

[11]王圖錦，胡學(xué)斌，吉芳英，等.三峽庫(kù)區(qū)淹沒區(qū)土壤重金屬形態(tài)分布及其對(duì)水質(zhì)影響[J].環(huán)境科學(xué)研究，2010，23（2）：158-164.

[12]葉琛，李思悅，張全發(fā).三峽庫(kù)區(qū)消落區(qū)表層土壤重金屬污染評(píng)價(jià)及源解析[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，19（1）：146-149.

[13]趙興敏，董德明，花修藝，等.重金屬污染區(qū)域農(nóng)田土壤中Pb，Cd，Cr，As 的含量和形態(tài)分布[J].http：//www.paper.edu.cn.

[14]裴廷權(quán)，王里奧，包亮，等.三峽庫(kù)區(qū)小江流域土壤重金屬的分布特征與評(píng)價(jià)分析[J].土壤通報(bào)，2010，41（1）：206-211.

[15]張艷敏，劉海，魏世強(qiáng)，等.三峽庫(kù)區(qū)消落帶不同垂直高程土壤重金屬污染調(diào)查與評(píng)價(jià)[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（8）：317-322.

[16]黎莉莉，張晟，劉景紅，等.三峽庫(kù)區(qū)消落區(qū)土壤重金屬污染調(diào)查與評(píng)價(jià)[J].水土保持學(xué)報(bào)，2005，19（4）：128-130.

（責(zé)編：陶學(xué)軍）