瀘州市飲用水水源地周邊土壤重金屬污染狀況評(píng)估

侯雪燕，唐永洪

（四川省瀘州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 瀘州 616000）

地球陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)—土壤[1]，承受著環(huán)境中90%的各種污染物[2]。重金屬作為土壤無(wú)機(jī)污染物中最為突出的污染因子，其原因在于土壤中的重金屬易積累且難分解，其主要積累層在表層土壤，即土壤耕作層，深層土壤受污染的情況較少[3-4]。

土壤中重金屬元素的含量將對(duì)土壤的理化性質(zhì)、土壤養(yǎng)分的有效吸態(tài)、土壤中微生物的數(shù)量及活性等產(chǎn)生明顯影響，并且土壤中重金屬元素能通過(guò)各種途徑遷移到其他生態(tài)系統(tǒng)中，污染農(nóng)作物、空氣和水，導(dǎo)致生活環(huán)境的質(zhì)量下降，從而威脅人類的生存和發(fā)展[5-7]。而飲用水水源地陸域土壤環(huán)境質(zhì)量狀況對(duì)飲用水水質(zhì)產(chǎn)生直接或間接的影響[8]，因此分析和研究飲用水水源地陸域土壤重金屬污染狀況顯得尤為重要。

目前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有形成統(tǒng)一的方法來(lái)對(duì)土壤中重金屬元素的污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，但應(yīng)用較多的有污染指數(shù)法[9]、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法[10]、地積累指數(shù)法[11-12]、改進(jìn)的地積累指數(shù)法[13]和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[14-15]等。此外還有基于人體健康風(fēng)險(xiǎn)[16-17]及GIS技術(shù)[18]的評(píng)價(jià)方法等。這些評(píng)價(jià)方法因所使用的參數(shù)不同，導(dǎo)致對(duì)研究結(jié)果存在差異，同時(shí)都有各自優(yōu)缺點(diǎn)。因此，為能夠更合理、準(zhǔn)確及切合實(shí)際的評(píng)價(jià)土壤中重金屬污染狀況，需將多種評(píng)價(jià)方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)。

本文采用單項(xiàng)及內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法以及地積累指數(shù)法對(duì)瀘州飲用水水源地保護(hù)區(qū)陸域土壤污染狀況進(jìn)行評(píng)估，以期了解和掌握飲用水水源地保護(hù)區(qū)陸域土壤重金屬污染水平，為防控飲用水水源地保護(hù)區(qū)陸域土壤中重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

以瀘州市集中式飲用水水源地（河流型）保護(hù)區(qū)陸域范圍內(nèi)土壤作為研究對(duì)象，選取具有代表性的采樣點(diǎn)（如圖1所示），采集表層（0～20 cm）土壤作為樣本，均為混合樣，共采集27個(gè)樣品，待實(shí)驗(yàn)室分析。樣品采集區(qū)地處四川盆地南部低山丘陵區(qū)，屬四川盆地準(zhǔn)南亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，具有氣溫較高，四季分明的特點(diǎn)。多年平均氣溫在17.5到18.3 ℃，降水量為1 161 mm[8]。且四川盆地南部低山丘陵區(qū)土壤種類豐富，以中偏酸性土壤居多，土壤主要為紫色土和黃壤[8]。

圖1 采樣點(diǎn)位圖

土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干-剔除雜物-粗磨-瑪瑙研缽細(xì)磨后，采用四分法取適量細(xì)磨樣過(guò)10目及100目篩，過(guò)篩后的土壤樣品裝瓶貼簽，分別用于土壤pH值及土壤重金屬含量分析。

1.2 土壤環(huán)境背景值、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)方法

由于缺少研究區(qū)土壤重金屬元素環(huán)境背景值的相關(guān)研究，本文選用中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社于1990年出版的《中國(guó)土壤元素背景值》中，四川省土壤環(huán)境背景值中的調(diào)查數(shù)據(jù)[20]作為本文研究重金屬元素的土壤環(huán)境背景值。采用2018年頒布的GB15618《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》和GB36600《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)篩選值，并采用單項(xiàng)及內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法以及地積累指數(shù)法對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)[9-15]，得到瀘州市飲用水水源地陸域范圍內(nèi)土壤環(huán)境中重金屬的污染情況、污染因子以及存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量分析

對(duì)土壤中重金屬元素的含量及土壤的pH值進(jìn)行分析，并統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，詳見表1。結(jié)果表明，研究區(qū)土壤pH值在4.22～8.61之間波動(dòng)，土壤中重金屬元素Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni含量的平均值分別為0.37、0.22、6.41、41.4、95.8、36.8、31.1。

表1 土壤重金屬含量及pH值（mg·kg-1）

2.2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法及單項(xiàng)污染指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果

采用內(nèi)梅羅及單項(xiàng)污染指數(shù)法對(duì)土壤中重金屬元素的含量進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見圖2。單項(xiàng)污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，G05號(hào)、S02號(hào)、S04號(hào)、W05號(hào)、W08號(hào)點(diǎn)位周圍區(qū)域內(nèi)重金屬鎘元素屬于輕微污染水平，其余點(diǎn)位區(qū)域?qū)儆谇鍧崰顟B(tài)。

圖2 單項(xiàng)污染指數(shù)及內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，G05號(hào)、S02號(hào)、W04號(hào)、W05號(hào)、W08號(hào)、W10號(hào)點(diǎn)位區(qū)域附近土壤中重金屬元素的污染狀況屬于尚清潔水平，但已屬于警戒狀態(tài)，S04號(hào)位區(qū)域附近土壤中重金屬元素的污染狀況屬于輕度污染水平，其余點(diǎn)位區(qū)域?qū)儆谇鍧嵥健?/p>

2.3 地積累指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果

選用地積累指數(shù)對(duì)研究區(qū)土壤中重金屬元素進(jìn)行分析，并統(tǒng)計(jì)分級(jí)頻率，結(jié)果見表2。從表2分析結(jié)果可得到：飲用水水源地陸域土壤樣品中Se、Pb、Cr、Cu和Ni的污染頻率均為0%，Cd及Hg的污染頻率分別為92.59%、11.11%，其中33.33%的Cd受到了輕度污染，55.55%的Cd和11.11%的Hg受到了偏中等污染，3.71%的Cd受到了中等污染。

表2 地積累指數(shù)分級(jí)頻率分布表（%）

2.4 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果

為得到研究區(qū)相應(yīng)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，選用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法分析土壤中重金屬元素的含量，并分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，詳見圖3。從圖3可得到：研究區(qū)土壤樣品中重金屬元素Cd輕微、中等、較強(qiáng)、強(qiáng)、極強(qiáng)生態(tài)危害的百分比分別為：3.70%、33.34%、59.26%、3.70%、0%，重金屬元素Hg輕微、中等、較強(qiáng)、強(qiáng)、極強(qiáng)生態(tài)危害的百分比分別為：77.78%、11.11%、11.11%、0%、0%。研究區(qū)土壤樣品中所有重金屬元素的潛在生態(tài)危害綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果顯示，輕微、中等、較強(qiáng)、強(qiáng)、極強(qiáng)生態(tài)危害的百分比分別為：59.26%、37.04%、3.70%、0%、0%，整體處于較強(qiáng)及以下潛在生態(tài)危害水平。

圖3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分級(jí)頻率分布圖（%）

在研究區(qū)土壤樣品中重金屬元素Se、Pb、Cr、Cu和Ni都是輕微污染，潛在生態(tài)危害較??；重金屬元素Cd和Hg的污染較重，重金屬元素Cd屬于強(qiáng)及以下污染，Hg屬于較強(qiáng)及以下污染，潛在生態(tài)危害性均較大。

以上評(píng)價(jià)結(jié)果表明：研究區(qū)土壤中重金屬元素Se、Pb、Cr、Cu和Ni對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響較小，Cd和Hg對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響較大；重金屬元素Cd是研究區(qū)土壤重金屬中最明顯的致險(xiǎn)因子，其次是Hg。

3 結(jié)論

（1）G05號(hào)、S02號(hào)、S04號(hào)、W05號(hào)、W08號(hào)周圍相關(guān)區(qū)域內(nèi)重金屬鎘元素為輕微污染，其余點(diǎn)位區(qū)域?qū)儆谇鍧嵥健?/p>

（2）G05號(hào)、S02號(hào)、W04號(hào)、W05號(hào)、W08號(hào)、W10號(hào)點(diǎn)位區(qū)域附近土壤中重金屬元素的污染狀況屬于尚清潔水平，但已屬于警戒狀態(tài)，S04號(hào)點(diǎn)位區(qū)域附近土壤中重金屬元素的污染狀況屬于輕度污染水平，其余點(diǎn)位區(qū)域?qū)儆谇鍧嵥健?/p>

（3）飲用水水源地陸域范圍內(nèi)土壤存在一定程度上的重金屬鎘、汞元素污染，最明顯致險(xiǎn)因子是重金屬元素鎘，其次是汞，而其他重金屬元素對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響較小。