廣利濟河周邊農(nóng)田土壤重金屬污染及生態(tài)風險評價

劉文超，劉曦，溫思寒

1.河南理工大學資源環(huán)境學院；2.焦作市生態(tài)環(huán)境局

農(nóng)田土壤質(zhì)量對于保障糧食作物的安全意義重大，農(nóng)田土壤重金屬污染問題已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注[1]。焦作是國家糧食生產(chǎn)核心區(qū)重要城市，也是南水北調(diào)中線工程沿線的城市，糧食安全問題是促進生態(tài)文明的關(guān)鍵一步，農(nóng)田土壤質(zhì)量管控意義重大。關(guān)于焦作地區(qū)土壤重金屬污染方面，也有眾多的學者作了大量研究[2-4]，但關(guān)于焦作市農(nóng)田土壤重金屬污染方面的研究，大部分集中在礦區(qū)周圍的農(nóng)田土壤重金屬污染情況，而關(guān)于焦作市河流周邊農(nóng)田土壤重金屬污染情況尚未見諸于報道。本次研究選取廣利濟河焦作段周邊農(nóng)田土壤作為研究對象，對農(nóng)田土壤進行采樣分析，對研究區(qū)農(nóng)田土壤的重金屬污染現(xiàn)狀、生態(tài)環(huán)境風險和健康風險進行評價，以期為農(nóng)田的合理耕種和科學管理提供依據(jù)。

一、材料與方法

（一）研究區(qū)域概況

焦作市位于河南省西北部，112°32′～113°38′E與34°48′～35°30′N之間，地處黃河干流華北平原西北部，南臨黃河，北依太行，屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫15.9℃，年降水量562.7毫米，土壤主要為潮土。廣利濟河發(fā)源于河南省濟源市，引沁河水經(jīng)濟源、沁陽、溫縣和武陟后再匯入沁河并最終匯入黃河，主要用途為農(nóng)田灌溉。廣利濟河沿岸農(nóng)田作為基本農(nóng)田保護區(qū)，地勢由西北向東南傾斜，主要農(nóng)作物為小麥和玉米。

（二）布點及采樣方法

土壤樣品采集選擇沿廣利濟河兩岸2公里范圍內(nèi)正常種植的農(nóng)田，采用“梅花型”取樣法，取混合土樣約1公斤，裝入自封袋，送回實驗室待測，共布設(shè)23采樣點，采樣點位置如圖1所示。

圖1 采樣點分布示意圖

（三）評價方法

本文采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和Hakanson潛在生態(tài)風險指數(shù)法對研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀進行評價，評價標準值（Si）取《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB15618-2018）中給定的風險篩選值（以下簡稱：篩選值）。

二、結(jié)果與分析

（一）農(nóng)田土壤重金屬含量特征

研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的平均含量依次為74.97、28.90、118.85、163.32、15.14、4.02、26.36和0.05mg·kg-1；其含量的變化范圍依次為50.36-116.89、21.12-45.66、55.23-191.23、102.36-232.01、8.12-20.23、0.21-32.56、20.16-45.66和 0.04-0.07mg·kg-1。

與河南省土壤元素背景值對比顯示，所有采樣點Cd、Cu、Zn、Pb和Hg的含量均超過各自背景值，最大含量分別超過對應(yīng)背景值的倍數(shù)分別為438.95、8.71、2.86、1.33和1.03；部分采樣點Cr、Ni和As含量超過對應(yīng)背景值，其超出背景值的采樣點占比依次為：82.6%、69.6%和91.3%，最大含量超過對應(yīng)背景值的倍數(shù)分別為0.83、0.71和0.77。研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬含量除來自成土母質(zhì)外，還受到了人類活動的影響。

與風險篩選值和風險管控值進行對比分析顯示，所有采樣點Cr、Ni、As、Zn、Pb和Hg含量均未超過對應(yīng)篩選值，部分采樣點Cu含量超過篩選值，超標率為52.2%，最大超標倍數(shù)為0.91；Cd在研究區(qū)農(nóng)田部分采樣點的含量高于篩選值和管控值，其中超出篩選值的采樣點占比為65.2%，最大超標倍數(shù)為107.52，超出管控值的采樣點占比為17.4%，最大超標倍數(shù)為9.85；Cu和Cd超標點位主要有GS02、GS03、GS05、GS06、GS13、GS14、GS19和GS22，除此之外，Cu超標點位還有GS10、GS11、GS18和GS21，Cd超標點位還有GS01、GS04、GS07-GS09和GS17，對超標點位所在區(qū)域的農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量應(yīng)引起關(guān)注，建議進行長期監(jiān)測。

（二）農(nóng)田土壤重金屬污染評價

研究區(qū)農(nóng)田土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的單因子污染指數(shù)變化范圍依次為：0.25-0.58、0.21-0.46、0.55-1.91、0.41-0.93、0.27-0.67、0.70-108.52、0.17-0.38 和 0.01-0.03，綜合污染指數(shù)的變化范圍為0.58-77.38，Cr、Ni、As、Pb和Hg含量均處于清潔水平，34.8%的采樣點Zn含量處于正在清潔水平，52.2%采樣點Cu含量輕度污染水平；39.1%采樣點Cd含量處于輕度污染水平，8.7%采樣點Cd含量處于中度污染水平，21.7%采樣點Cd含量處于重度污染水平。

（三）農(nóng)田土壤重金屬生態(tài)風險評價

研究區(qū)農(nóng)田土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的單項潛在風險指數(shù)變化范圍依次為：0.5-1.2、1.1-2.3、2.8-9.6、0.4-0.9、2.7-6.7、21.1-3255.6、0.9-1.9 和 0.6-1.2，Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb和Hg含量均處于輕微生態(tài)風險等級，17.4%采樣點Cd含量處于極強生態(tài)風險等級。重金屬綜合潛在風險指數(shù)的變化范圍為73.1-3151.0，部分采樣點綜合生態(tài)風險處于強生態(tài)風險等級，其中Cd所引起的生態(tài)風險貢獻率為97.6%，應(yīng)關(guān)注研究區(qū)綜合生態(tài)風險達到強生態(tài)風險等級農(nóng)田地塊土壤中Cd所造成的生態(tài)環(huán)境風險。

三、結(jié)論

（1）研究區(qū)農(nóng)田土壤中所有采樣點Cr、Ni、As、Zn、Pb和Hg，含量均未超過對應(yīng)篩選值，但Cd、Cu、Zn、Pb和Hg的含量均超過了對應(yīng)的背景值，部分采樣點中Cr、Ni和As的含量超過了對應(yīng)背景值。52.2%采樣點Cu含量超過篩選值，最大超標倍數(shù)為0.91；65.2%采樣點Cd的含量高于篩選值，最大超標倍數(shù)為107.52，17.4%采樣點中Cd的含量超出管控值，最大超標倍數(shù)為9.85；對超過篩選值和管控值的采樣點所在農(nóng)田地塊的土壤環(huán)境質(zhì)量應(yīng)引起重。

（2）研究區(qū)農(nóng)田土壤采樣點各重金屬單因子污染指數(shù)均值依次為：Cd＞Cu＞Zn＞As＞Cr＞Ni＞Pb＞Hg，Cr、Ni、As、Pb和Hg含量均處于清潔水平，34.8%的采樣點Zn含量處于正在清潔水平，52.2%采樣點Cu含量輕度污染水平；39.1%采樣點Cd含量處于輕度污染水平，8.7%采樣點Cd含量處于中度污染水平，21.7%采樣點Cd含量處于重度污染水平，Cd是影響研究區(qū)農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量的主要污染因子。

（3）研究區(qū)農(nóng)田土壤中重金屬元素綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)平均值達到417.6，處于中強生態(tài)風險等級，其中GS03、GS05和GS06采樣點重金屬含量的綜合生態(tài)風險水平達到強生態(tài)風險等級。研究區(qū)農(nóng)田土壤中Cd的單項潛在生態(tài)風險指數(shù)平均值為402.0，達到極強生態(tài)風險等級，Cd所引起的生態(tài)風險貢獻率為97.6%，是研究區(qū)農(nóng)田土壤的主要污染因子。