西藏拉薩達(dá)孜區(qū)沿拉薩河兩側(cè)農(nóng)用地土壤重金屬空間分布與土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

袁宏　趙利　王茂麗

摘要[目的]研究西藏拉薩達(dá)孜區(qū)沿拉薩河兩側(cè)農(nóng)用地土壤中重金屬的含量與分布。[方法]采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和Kriging空間插值方法，研究土壤8種重金屬空間分布特征；采用單因子指數(shù)和加權(quán)內(nèi)梅羅指數(shù)評價(jià)方法，進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)。[結(jié)果]研究區(qū)少數(shù)區(qū)域存在As和Cu 2種重金屬污染問題，其余6種重金屬（Hg、Cd、Cr、Pb、Ni和Zn）均表現(xiàn)為未污染狀態(tài)。[結(jié)論] 研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量較好，但局部土壤As污染處于重度污染水平，應(yīng)引起重視。

關(guān)鍵詞農(nóng)用地；重金屬；單因子指數(shù)法；內(nèi)梅羅指數(shù)法

中圖分類號X833文獻(xiàn)標(biāo)識碼

A文章編號0517-6611（2018）28-0117-04

Spatial Distribution of Soil Heavy Metals and Environmental Quality Assessment in Farmland along the Lhasa River in Dazi Area of Lhasa， Tibet

YUAN Hong1， ZHAO Li1， WANG Maoli2 et al

（1.Sichuan Institute of Nuclear Geology， Chengdu， Sichuan 610061； 2.Tibet Autonomous Region Geological and Mineral Exploration and Development Bureau， Lhasa， Tibet 851400）

Abstract[Objective]Taking the Dazi area of Lhasa City as the research area， the spatial distribution and environmental quality assessment of soil heavy metals in farmland along the Lhasa River were discussed.[Method]By using data statistics and Kriging spatial interpolation， the spatial distribution characteristics of 8 heavy metals in soil were studied， and the evaluation method of soil environmental quality was completed by using single factor index method and weighted Nemerow index method.[Result]There were two kinds of heavy metal （As and Cu） pollution problems in a few areas of the study area， and the remaining six kinds of heavy metal （Hg， Cd， Cr， Pb， Ni and Zn） showed no pollution.[Conclusion]The overall soil environmental quality of the research area is well，however，as pollution of local soil is at a heavy pollution level， which should be taken seriously.

Key wordsFarmland；Heavy metal；Single factor index method；Nemerow index method

土壤是作物賴以生存的母體，土壤中各種污染物含量或殘留物的高低及受污染程度直接影響作物的質(zhì)量和食用安全，而這直接關(guān)系到人們的身體健康[1]。有關(guān)土壤重金屬的研究受到越來越多學(xué)者的關(guān)注[2-4]。筆者運(yùn)用surfer軟件進(jìn)行Kriging插值分析，探討西藏拉薩達(dá)孜區(qū)沿拉薩河兩側(cè)農(nóng)

用地土壤重金屬空間分布特征及土壤

質(zhì)量評價(jià)，旨在為土壤環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于西藏自治區(qū)中南部、拉薩河中游，為拉薩市達(dá)孜區(qū)拉薩河兩側(cè)主要的農(nóng)用地區(qū)域（圖1）。

1.2樣品采集

根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166—2004）和《土地質(zhì)量地球化學(xué)評估技術(shù)要求（試行）》（DD 2008-06）等標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，結(jié)合研究區(qū)地形地貌、土地利用情況等因素，采用隨機(jī)布點(diǎn)法對工作區(qū)進(jìn)行布點(diǎn)，共設(shè)置土壤采樣點(diǎn)位36個(gè)（圖1中紅點(diǎn)）。

每個(gè)點(diǎn)位采集表層土壤樣1個(gè)，采樣深度0～30 cm。每一個(gè)采樣點(diǎn)用GPS記錄坐標(biāo)、高程，現(xiàn)場填寫采樣記錄表、拍照和樣品裝袋編號。采樣時(shí)將土壤表面覆蓋的植被等雜物清除，采用木鏟自上而下刮取土壤。為增強(qiáng)取樣的代表性，以取樣點(diǎn)為中心按5點(diǎn)混合4分法取樣，每個(gè)土壤樣品采集量約2 kg。

1.3研究方法

在衛(wèi)星圖下載工具中，根據(jù)衛(wèi)星圖影像用折線圈定西藏拉薩達(dá)孜區(qū)沿拉薩河兩側(cè)的主要農(nóng)用地作為研究區(qū)范圍，并提取研究區(qū)范圍經(jīng)緯度坐標(biāo)，用研究區(qū)范圍坐標(biāo)在surfer軟件中生成邊界文件（*.bln）；利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用surfer軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)格化并用邊界文件進(jìn)行白化，最后用surfer軟件進(jìn)行Kriging插值分析。

2結(jié)果與分析

2.1描述性統(tǒng)計(jì)

由表1可知，8種重金屬As、Hg、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn平均含量分別為24.5、0.058、0.17、51.0、24.0、31.5、22.2和75.3 mg/kg。與土壤環(huán)境背景值相比，As、Hg、Cd、Cu、Pb和Zn的平均值均大于背景值，Cr和Ni的平均值小于背景值。變異系數(shù)表現(xiàn)為Hg（0.967）>Cu（0.482）>As（0.347）>Cd（0.326）>Zn（0.160）>Pb（0.130）>Ni（0.120）>Cr（0.100），表現(xiàn)為中等變異性。變異系數(shù)越大，說明元素在土壤中的含量分布越不均勻，受人類活動(dòng)影響越大。

根據(jù)2016年發(fā)布的《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（三次征求意見稿）》，研究區(qū)土壤存在As、Cu 2種重金屬超標(biāo)問題，其中以As超標(biāo)最為嚴(yán)重，達(dá)樣品總量的22.2%。As含量最大達(dá)63.2 mg/kg，該樣品pH 8.78、陽離子交換量3.16，對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值為12.5 mg/kg，最大值超標(biāo)約4倍。Cu超標(biāo)，含量為83.7 mg/kg，該樣品標(biāo)準(zhǔn)限值為50.0 mg/kg，超標(biāo)67.4%（圖2）。

2.2重金屬空間分布利用surfer軟件進(jìn)行Kriging插值網(wǎng)格化并繪制平面等值圖，結(jié)果見圖3。由圖3可知，

研究區(qū)內(nèi)As的分布大致呈北向南降低的趨勢，As含量較高的區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)正南部的達(dá)孜城區(qū)向南區(qū)域和研究區(qū)西部的比西地區(qū)，As含量在30 mg/kg以上，其他大部分區(qū)域均在24 mg/kg以下。研究區(qū)內(nèi)Cd的分布大致呈西向東降低的趨勢，Cd含量較高的區(qū)域主要為研究區(qū)西部的比西地區(qū)，Cd含量在0.2 mg/kg以上，其他大部分區(qū)域均在0.15 mg/kg以下。研究區(qū)內(nèi)Cr變異系數(shù)最小，分布無明顯特征，在研究區(qū)內(nèi)分布較廣泛，大部分區(qū)域在47 mg/kg以上。研究區(qū)內(nèi)Cu的分布較集中，Cu含量較高的區(qū)域主要為研究區(qū)正南部的達(dá)孜城區(qū)向南區(qū)域，Cu含量在35 mg/kg以上，其他區(qū)域均在30 mg/kg以下。研究區(qū)內(nèi)Hg的分布較集中，Hg含量較高的區(qū)域主要為研究區(qū)中部的達(dá)孜城區(qū)向北邦堆鄉(xiāng)附近區(qū)域，Hg含量均在0.16 mg/kg以上，其他區(qū)域均較低，大部分在0.1 mg/kg以下。研究區(qū)內(nèi)Ni的分布較廣泛，大部分區(qū)域均在19.5 mg/kg以上，Ni含量較低的區(qū)域主要為研究區(qū)東部的達(dá)孜城區(qū)向東拉薩河谷地。研究區(qū)內(nèi)Pb的分布大致呈西向東增大的趨勢，Pb含量較高的區(qū)域主要為研究區(qū)西部的比西和朗熱地區(qū)，Pb含量在31 mg/kg以上。研究區(qū)內(nèi)Zn的分布大致呈西向東降低的趨勢，Zn含量較高的區(qū)域主要為研究區(qū)西部的比西地區(qū)和研究區(qū)中部的達(dá)孜城區(qū)附近區(qū)域，Zn含量在80 mg/kg 以上。

2.3土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)[5]

2.3.1單因子指數(shù)法。

依據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)劃（二次征求意見稿）》，采用單因子指數(shù)法進(jìn)行評價(jià)。單因子指數(shù)法是以標(biāo)準(zhǔn)值作為參照，對重金屬元素的污染程度進(jìn)行評價(jià)的方法，計(jì)算公式：Pi=Ci/Si

式中，Pi為土壤中重金屬i的污染指數(shù)，Ci為重金屬含量實(shí)測值，Si為標(biāo)準(zhǔn)值。

標(biāo)準(zhǔn)值選用《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（三次征求意見稿）》中的標(biāo)準(zhǔn)臨界值。單因子指數(shù)評價(jià)分為5級：未污染、輕微污染、輕度污染、中度污染和重度污染（表2）。

研究區(qū)土壤重金屬不同污染級別點(diǎn)位數(shù)占總點(diǎn)位數(shù)的百分?jǐn)?shù)見圖4。由圖4可知，研究區(qū)存在2種重金屬（As和Cu）的污染問題，其中，As重度污染占比2.8%，輕微污染占比19.4%，未污染占比77.8%；Cu輕微污染占比2.8%，未污染占比97.2%。其余6種重金屬（Hg、Cd、Cr、Pb、Ni和Zn）均表現(xiàn)為未污染狀態(tài)。8種重金屬的單因子指數(shù)空間分布見圖5。由圖5可知，重金屬污染區(qū)域主要存在于研究區(qū)正南部的達(dá)孜城區(qū)向南區(qū)域和研究區(qū)西部的比西地區(qū)。

2.3.2內(nèi)梅羅指數(shù)法。

內(nèi)梅羅指數(shù)法是評價(jià)土壤重金屬污染運(yùn)用最為廣泛的一種方法，它是在單因子指數(shù)法的基礎(chǔ)上，計(jì)算出綜合污染指數(shù)，然后根據(jù)指數(shù)的分級標(biāo)準(zhǔn)，評價(jià)土壤重金屬污染情況。計(jì)算公式：P綜合=（Pi）2+（Pimax）22

式中，Pi為單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值，Pimax為單項(xiàng)污染指數(shù)的最大值。

內(nèi)梅羅指數(shù)采用《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T166—2004）5級標(biāo)準(zhǔn)[6]，分別為安全、警戒線、輕度污染、中度污染和重度污染（表3）。

考慮到不同重金屬對土壤環(huán)境、生態(tài)環(huán)境的影響不同，采用加權(quán)計(jì)算法求平均值更為合適[7-9]。pi的計(jì)算方法：

pi=ni=1wipini=1wi

式中，權(quán)重w的確立是按照重金屬對環(huán)境的影響程度，將環(huán)境研究中人們比較關(guān)注的微量元素分成3類，因一類、二類、三類微量元素環(huán)境重要性逐漸下降，分別賦值為3、2、1作為權(quán)重。8種土壤重金屬的類別和權(quán)重見表4。

研究區(qū)土壤重金屬不同污染級別點(diǎn)位統(tǒng)計(jì)見圖6，內(nèi)梅羅指數(shù)空間分布見圖7。

由圖6、7可知，研究區(qū)土壤大部分處于安全水平，點(diǎn)位數(shù)占比為72.2%，有少部分地區(qū)處于警戒線和輕度污染水平，極小塊區(qū)域處于重度污染水平，主要污染問題存在于研究區(qū)正南部的達(dá)孜城區(qū)向南區(qū)域和研究區(qū)西部的比西地區(qū)，與單因子指數(shù)法結(jié)果一致。

3結(jié)論

該研究采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、Kriging插值分析研究西藏拉薩達(dá)孜區(qū)沿拉薩河兩側(cè)農(nóng)用地土壤重金屬空間分布特征，結(jié)果表明，研究區(qū)As分布大致呈北向南降低的趨勢，Cd和Zn的分布大致呈西向東降低的趨勢，Cr和Ni廣泛分布無明顯特征，Cu和Hg的分布較集中，Pb的分布大致呈西向東增大的趨勢。在空間分析的基礎(chǔ)上，采用單因子指數(shù)和改進(jìn)的加權(quán)內(nèi)梅羅指數(shù)進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量分析，結(jié)果表明，研究區(qū)整體土壤環(huán)境質(zhì)量較好，僅少數(shù)區(qū)域存在As和Cu污染的問題，局部As污染處于重度污染水平。

參考文獻(xiàn)

[1]

董來啟，韓春建，吳克寧，等.鄭州市土壤重金屬空間分布特征及其影響因素定量研究[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，39（8）：64-68.

[2] 趙偉.重慶耕地土壤重金屬Hg、Cr含量的空間變異性研究[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，38（11）：72-76.

[3] 付巧玲.河南省幾個(gè)重點(diǎn)城市蔬菜基地的土壤重金屬狀況調(diào)查[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，37（4）：64-66.