飲用水水源地周邊土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與評價

摘 要：為探究岳陽鐵山水庫飲用水水源地周邊土壤環(huán)境質(zhì)量情況，以岳陽鐵山水庫集中式飲用水水源地周邊土壤為監(jiān)測對象，對采集土壤樣品中的pH值、陽離子交換量、有機質(zhì)含量及典型污染物進行了測定與分析。結(jié)果表明：該飲用水水源地周邊土壤中pH值、陽離子交換量及有機質(zhì)含量平均值存在一定差異，但變化范圍不大；單因子評價和綜合評價得出，當?shù)刂饕詿o機污染為主，除點位4未受到無機污染外，點位1、2、3、5均存在輕度的無機污染，但均不存在有機污染；主成分分析得出，土壤中污染物主要由3個主成分構(gòu)成，3個主成分累積貢獻率為100%，其中第一、二、三主成分貢獻率分別為39.145%、37.872%、22.984%；聚類分析發(fā)現(xiàn)，苯并[a]芘、六氯環(huán)己烷、滴滴涕、As、Hg和Cd可歸為一類，Ni、Cu可歸為一類，Pb、Cr、Zn各歸為一類。研究結(jié)果為保護岳陽鐵山水庫集中式飲用水水源地安全提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：岳陽鐵山水庫；飲用水水源地；土壤；環(huán)境質(zhì)量；評價

中圖分類號：X5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）06-0049-06

Monitor and Evaluation of Environmental Quality on the Surrounding Oil in the Drinking Water Source area of Yueyang Tieshan Reservoir

NIE Zi-meng，XU Yun-hai

（1. College of Resources and Environment， Shanxi Agricultural University， Taiyuan 030801， PRC； 2. College of Plant Protection，

Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC）

Abstract：In order to investigate the environmental quality of soil surrounding the drinking water source of Yueyang Tieshan Reservoir， this study chose the surrounding soil of the water source in centralized drinking water in Yueyang Tieshan Reservoir as the monitoring object. The pH value， cation exchange capacity， organic matter content and typical pollutants in soil samples were measured. The result shows that the average of pH value， cation exchange capacity， organic matter content have a little difference. According to the evaluation single factor and comprehensive factor， the inorganic pollution is the main type pollution at local. The result shows clearly that point 4 has not got the inorganic pollution， and point 1， 2， 3 and 5 have got slight inorganic pollution. But there is no organic pollution in each point. The analysis of principal component shows that soil pollutants are mainly composed of 3 principal components， and the cumulative contribution rate of 3 principal components is 100%， among which the first， second， third principal component contribution rates are 39.145%， 37.871% and 22.984%， respectively. The cluster analysis shows that benzo [a] pyrene， HCH， DDT， As， Hg and Cd can be classified as a class， Ni and Cu can be classified as a class， and Pb， Cr， Zn can be classified as a class. The result provides a theoretical basis for the protection of centralized drinking water source in Yueyang Tieshan Reservoir.

Key words： Yueyang Tieshan reservoir； drinking water source； soil； environmental quality； evaluation

水資源是人類生存和社會發(fā)展的基本條件，而飲用水的水質(zhì)優(yōu)劣則直接關(guān)系到群眾的身體健康和社會穩(wěn)定[1-3]。隨著中國工業(yè)化進程的加快和城市化水平的不斷提高，人們對水資源需求日益加大，但是隨之而來的環(huán)境污染問題也日益嚴重[4-5]。工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)等人類活動對飲用水水源地周邊土壤產(chǎn)生了嚴重的影響，如重金屬、苯并[a]芘、有機氯農(nóng)藥等污染物以干、濕沉降的形式聚集到水源地周邊土壤中，并在一定條件下遷移到水體和水生動物體內(nèi)，最終通過飲用水和食物鏈的傳遞及富集作用影響人類健康，對人類造成潛在安全問題[6-8]。

岳陽鐵山水庫飲用水水源地作為水利部公布的第三批59個全國重要飲用水水源地之一，為岳陽的城市供水、灌溉、防洪、攔沙和發(fā)電等提供了巨大的效益[9]。近年來，隨著鐵山水庫的開發(fā)建設(shè)及其周邊種養(yǎng)植業(yè)的發(fā)展，鐵山水庫周邊土壤環(huán)境也相應(yīng)受到了人為活動帶來的影響，目前，國內(nèi)外關(guān)于集中式飲用水水源地周邊土壤安全問題的研究較多[10-12]，但未見對岳陽市鐵山水庫飲用水水源地周邊土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測及評價的報道，因此，開展對岳陽市集中式飲用水水源地周邊土壤中典型污染物的監(jiān)測及其評價具有意義和價值。

筆者通過對岳陽市鐵山水庫飲用水水源地周邊土壤進行環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測，利用化學分析法及測試法對土壤樣品的pH值、陽離子交換量、有機質(zhì)含量及Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、苯并[a]芘和有機氯農(nóng)藥等污染物含量進行了測定。結(jié)合環(huán)境毒理學、環(huán)境化學等理論及相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析等對相關(guān)數(shù)據(jù)進行了處理，探究了該集中式飲用水水源地周邊土壤中的污染物含量及污染水平，以期為岳陽鐵山水庫飲用水水源地周邊土壤的環(huán)境治理提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點布設(shè)及樣品采集

在岳陽市鐵山水庫飲用水水源地陸域一級保護區(qū)分別布設(shè)5個土壤采樣點（見圖1），采集0～20 cm表層土壤，每份土壤樣品采樣量為2 kg。

1.2 樣品處理及測定

1.2.1 風干樣品的制備 在風干室將土樣置于風干盤中，除去土壤中混雜的磚瓦石塊、石灰結(jié)核、根莖及動植物殘體等，攤成2～3 cm的薄層，常翻動。當土壤為半干狀態(tài)時，用木棍壓碎土樣，置陰涼處自然風干。粗磨后，將過2 mm篩的樣品全部置于無色聚乙烯薄膜上，充分攪拌、混合直至均勻，用四分法棄取，分別稱取兩份500.0 g的樣品，其中一份可直接用于土壤pH值、陽離子交換量等的分析，另一份進行細磨。手工研磨土樣，過孔徑0.15 mm（100目）的尼龍篩，四分法棄取，分別稱取3份土壤樣品各5.0 g，裝瓶備用。

1.2.2 新鮮樣品的制備 為分析測定揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機污染物，采集新鮮土樣，置于4℃暗處冷藏，并在7 d內(nèi)進行前處理，40 d之內(nèi)完成分析。

1.2.3 分析測試方法 檢測項目執(zhí)行《關(guān)于印發(fā)〈2011年全國土壤環(huán)境質(zhì)量例行監(jiān)測工作方案的通知〉》（總站生字〔2011〕161號），未列入項目的監(jiān)測方法參照2006年國家環(huán)?？偩帧度珖寥牢廴緺顩r調(diào)查樣品分析測試技術(shù)規(guī)定》（見表1）。

1.3 評價方法

土壤樣品監(jiān)測結(jié)果按照每個采樣點取3個平行樣做算術(shù)平均，監(jiān)測結(jié)果采用土壤單項污染指數(shù)進行單因子評價和內(nèi)梅羅污染指數(shù)進行綜合評價。土壤單項污染指數(shù)計算及單因子評價方法參考《全國土壤污染狀況調(diào)查技術(shù)規(guī)范》中土壤環(huán)境質(zhì)量評價分級，內(nèi)梅羅污染指數(shù)的計算及土壤污染程度分級評價參照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166—2004）中評價方法。

1.3.1 土壤環(huán)境質(zhì)量評價標準值 土壤環(huán)境質(zhì)量評價標準執(zhí)行《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB15618—1995）一級標準，對于GB15618未包含的評價標準執(zhí)行《全國土壤污染狀況評價技術(shù)規(guī)定》（環(huán)發(fā)〔2008〕39號），有機氯農(nóng)藥評價標準參照《加拿大土壤環(huán)境質(zhì)量標準農(nóng)用地標準值》[13]。

1.3.2 土壤單因子評價法 土壤單項污染指數(shù)用以下公式計算。

式中，Pip為土壤單項污染指數(shù)，Ci為土壤污染物實測濃度，Sip為土壤污染物評價標準。根據(jù)Pip的大小將土壤污染程度劃分為5級（見表2）。

1.3.3 土壤綜合評價法 內(nèi)梅羅污染指數(shù)用以下公式計算。

式中：Pz為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，Pimax為污染物i的單因子污染指數(shù)中的最大值，Pave為污染物i的單因子污染指數(shù)平均值，根據(jù)Pz的大小，將土壤污染程度劃分為5級（見表3）。

1.4 統(tǒng)計分析

采用SPSS 20.0和Excel進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，對飲用水水源地周邊土壤中各種污染物的監(jiān)測值進行相關(guān)性分析、主成分分析及聚類分析等[16-17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水源地周邊土壤中pH值、陽離子交換量及有機質(zhì)含量監(jiān)測結(jié)果

鐵山水庫飲用水水源地周邊5個采樣點位土壤中pH值、陽離子交換量及有機質(zhì)含量監(jiān)測結(jié)果如表4所示，由表4可知，點位1～5的pH值平均范圍為5.29～5.44，說明該區(qū)域土壤偏酸性；5個點位陽離子交換量平均值范圍為9.88～12.03 cmol/L，有機質(zhì)含量平均值范圍為1.28～2.17 g/kg。綜上可知，鐵山水庫飲用水水源地周邊5個采樣點位土壤的pH值、陽離子交換量及有機質(zhì)含量雖存在一定差異，但變化范圍不大。楊秀敏等[18]研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH值、陽離子交換量等對土壤中重金屬形態(tài)存在明顯的影響，因此土壤理化性質(zhì)的差異對土壤健康風險評價結(jié)果、風險評估精度及制訂修復(fù)決策具有重要意義。

2.2 水源地周邊土壤中典型污染物監(jiān)測結(jié)果

鐵山水庫飲用水水源地周邊5個采樣點位土壤中污染物監(jiān)測結(jié)果如表5所示。由表5可知，5個采樣點位土壤中Cd、Hg、As、Cr、Ni、六氯環(huán)己烷、滴滴涕及苯并[a]芘等污染物含量均未超過國家一級標準限值，但點位1、2、4、5土壤中Pb含量、點位1、4、5土壤中Cu含量及點位1、5土壤中Zn含量均超過國家一級標準。

5個采樣點位土壤中Pb含量超標點位為80%、Cu含量超標點位為60%、Zn含量超標點位為40%；土壤中Cd、Hg、As、Cr、Ni、六氯環(huán)己烷、滴滴涕及苯并[a]芘均未超標。因此，鐵山生活飲用水地表水源地周邊土壤中Pb、Cu、Zn的污染應(yīng)引起當?shù)刂匾暋?/p>

2.3 水源地周邊土壤污染指數(shù)評價

鐵山水庫飲用水水源地周邊5個采樣點位土壤中有機無機綜合污染指數(shù)如表6所示。由表6可知，5個采樣點位的土壤除點位4處于清潔水平外，其他4個點位土壤均受到了輕微污染。5個點位土壤中的有機無機綜合污染指數(shù)平均值雖處于尚清潔水平，但是已經(jīng)達到了警戒限，鐵山水庫飲用水屬于湖庫形飲用水源地，作為半自然半人工水體，流動性差、水體停留時間長，與天然濕地生態(tài)系統(tǒng)相比，穩(wěn)定性差且脆弱性明顯，更容易受到人類活動的影響，水源地周邊土壤中的典型污染物在雨水沖刷及人為影響下容易匯入水體中，并在湖庫水生態(tài)環(huán)境中通過吸附、解吸、沉淀、生物吸收等反應(yīng)在水一沉積物一生物體內(nèi)進行復(fù)雜的遷移、轉(zhuǎn)化過程，并且能通過食物鏈循環(huán)在生物體內(nèi)富集，威脅人體健康[19-20]，因此對水源地周邊土壤典型污染物進行治理十分必要。

此外，通過表6中數(shù)據(jù)可知，鐵山生活飲用水地表水源地周邊土壤主要以無機污染為主，除點位4沒有受到無機污染，點位1、2、3、5都存在輕度的無機污染，但5個點位均不存在有機污染，按無機有機綜合值進行評價，5個點位的評價等級為：點位1、2、3、5輕度污染，點位4清潔（安全），平均值尚清潔（警戒限）。因此，在治理當?shù)厮吹刂苓呁寥赖湫臀廴疚飼r因注意區(qū)分對待。

2.4 水源地周邊采樣點位及污染物之間相關(guān)性分析

2.4.1 水源地周邊土壤各監(jiān)測點位之間相關(guān)性分析 由表7可知，除點位2與點位3在P=0.05水平上顯著正相關(guān)以外，其他點位兩兩之間均在P=0.01水平上極顯著正相關(guān)。以上結(jié)果說明，水源地周邊各采樣點位之間存在一定的影響。

2.4.2 水源地周邊土壤中污染物相關(guān)性分析 由表8可知，Cd與As、Cr與滴滴涕在P=0.05水平上顯著負相關(guān)，Cd與六氯環(huán)己烷、Hg與Cu、Cr與Cu、Zn與Ni、Zn與苯并[a]芘、Ni與苯并[a]芘、六氯環(huán)己烷與滴滴涕在P=0.05水平上顯著正相關(guān)，Pb與六氯環(huán)己烷、Cr與Ni在P=0.01水平上極顯著正相關(guān)。以上結(jié)果表明，水源地周邊土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、六氯環(huán)己烷、滴滴涕、苯并[a]芘等污染物相互之間存在一定的聯(lián)系。

2.5 水源地周邊土壤中污染物主成分分析

由表9和圖2可知，土壤中污染物主要有3個主成分，3個主成分累積貢獻率為100%，其中第一主成分貢獻率為39.145%、第二主成分的貢獻率為37.872%、第三主成分的貢獻率為22.984%。結(jié)合主成分相關(guān)系數(shù)（見表10）可知，第一主成分包含的信息量最大，主要代表為Cr、Cu、Ni、滴滴涕、苯并[a]芘，其權(quán)重系數(shù)分別為0.996、0.866、0.957；第二主成分的主要代表為Cd、As、Pb、Zn、六氯環(huán)己烷，其權(quán)重系數(shù)分別為0.919、-0.891、0.821、0.654、0.856；第三主成分的主要代表為Hg，其權(quán)重系數(shù)為0.778。

2.6 水源地周邊土壤中典型污染物聚類分析

利用SPSS 20.0軟件對鐵山水庫飲用水水源地周邊各采樣點位土壤中11種污染物進行聚類分析，將數(shù)據(jù)標準化到（0，1）范圍，對距離的測度方法選擇歐氏距離法（European Distance），以離差平方和法

（Ward’smethod）進行變量（Q型）聚類[21]，得到的聚類過程如表11所示。從表11可知，聚類過程共有9階，在第1階，集群1與集群2的距離最近，系數(shù)小于0.121，因此，首先聚成一個類型，其余集群依次類推。

鐵山水庫飲用水水源地周邊各采樣點位土壤中主要污染的聚類樹形圖如圖3所示。由圖3可知，11種化合物可大致歸為5類，具體如下：苯并[a]芘、六氯環(huán)己烷、滴滴涕、As、Hg、Cd可歸為一類，Ni、Cu可歸為一類，Pb、Cr、Zn各歸為一類。

通過對鐵山水庫飲用水源地周邊環(huán)境進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水源地作為保護區(qū)，污染控制措施較為嚴格，并無工業(yè)生產(chǎn)及排污情況，但存在一定規(guī)模的農(nóng)業(yè)區(qū)和人類活動，因此可以推測，水源地污染物主要由農(nóng)業(yè)活動、生活污水排放、支流帶入、大氣沉降及成土母質(zhì)等造成的。結(jié)合相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水源地周邊土壤中苯并[a]芘、六氯環(huán)己烷、滴滴涕、Cd、Hg和As等主要來自于農(nóng)田施用的化肥、農(nóng)藥、生活污水排放及大氣沉降等，而Pb、Zn、Cr、Ni、Cu等主要來自于生活污水排放、支流帶入、大氣沉降及成土母質(zhì)。

3 結(jié) 論

（1）鐵山水庫飲用水水源地周邊5個采樣點位土壤中pH值、陽離子交換量及有機質(zhì)含量平均值存在一定差異，平均值變化范圍分別為5.29～5.44、9.88～12.03 cmol/L和1.28～2.17 g/kg，但變化范圍不大。

（2）5個采樣點位土壤中Cd、Hg、As、Cr、Ni、六氯環(huán)己烷、滴滴涕及苯并[a]芘等污染物含量均未超過國家一級標準限值，但點位1、2、4、5土壤中Pb含量，點位1、4、5土壤中Cu含量及點位1、5土壤中Zn含量均超過國家一級標準。水源地周邊土壤主要以無機污染為主，除點位4土壤未受到無機污染外，點位1、2、3、5土壤均存在輕度的無機污染，但5個點位土壤均不存在有機污染。

（3）水源地周邊各采樣點位之間存在一定的影響。水源地周邊土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、六氯環(huán)己烷、滴滴涕和苯并[a]芘等污染物相互之間存在一定的聯(lián)系。

（4）水源地周邊土壤中的污染物由三大主成分構(gòu)成，第一主成分為Cr、Cu、Ni、滴滴涕和苯并[a]芘，貢獻率為39.145%；第二主成分為Cd、As、Pb、Zn、六氯環(huán)己烷，貢獻率為37.872%，第三主成分為Hg，貢獻率為22.984%，三大主成分累計貢獻率達到100%，是構(gòu)成監(jiān)測點位污染問題的主要成分。

（5）土壤中污染物聚類分析發(fā)現(xiàn)，各監(jiān)測點位土壤中Cd、Hg、As等11種污染物大致歸為5類，苯并[a]芘、六氯環(huán)己烷、滴滴涕、As、Hg、Cd可歸為一類，Ni、Cu可歸為一類，Pb、Cr、Zn各歸為一類。

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（責任編輯：肖彥資）