烏伊嶺自然保護區(qū)土壤重金屬含量及其生態(tài)風(fēng)險評價

包瀅麗，萬魯河

(哈爾濱師范大學(xué))

0 引言

土壤生態(tài)狀況是評價自然保護區(qū)環(huán)境狀況和保護狀況的重要指標.伴隨著城市的發(fā)展、人類的活動，重金屬元素通過各種途徑進入土壤，對土壤環(huán)境質(zhì)量造成影響，甚至?xí)θ祟惤】翟斐捎绊慬1].

烏伊嶺屬于國家級濕地自然保護區(qū)，是中國高緯度有代表性、典型性和稀有性的林間濕地自然保護區(qū)，擁有中國北方完整的、具有代表性的森林沼澤、灌叢沼澤、草叢沼澤、浮毯沼澤等生態(tài)系統(tǒng)[2].

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江省東北部，小興安嶺頂峰東段，行政歸屬伊春市，地理坐標為48°33′～ 48°50′N，129°00′～129°28′E[3](如圖1所示).研究區(qū)以烏伊嶺國家自然保護區(qū)為研究對象，于2019年對區(qū)域內(nèi)代表性區(qū)域及周邊表層土壤進行采樣.烏伊嶺屬于國家級濕地自然保護區(qū)，是中國高緯度有代表性、典型性和稀有性的林間濕地自然保護區(qū)，擁有中國北方完整的、具有代表性的森林沼澤、灌叢沼澤、草叢沼澤、浮毯沼澤等生態(tài)系統(tǒng)[2].保護區(qū)內(nèi)既有罕見的植被，也有國家珍稀瀕危保護植物和一、二級保護動物，是珍貴的自然寶庫.

圖1 烏伊嶺區(qū)高程圖

1.2 土壤樣品的采集與測定

2019年7月綜合考察烏伊嶺地區(qū)的地理條件后，選取有代表性的樣點選取采樣點40個，采集樣品后將土樣放入樣品密封袋保存.在實驗室中將土樣自然風(fēng)干去除雜物，用研磨器磨碎過100目尼龍篩，依據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準(GB15618-2018)(中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部,2018)對樣品進行前處理，通過電感耦合等離子體質(zhì)譜法檢測樣品中重金屬鉻、銅、鋅、鎘、砷、鉛的含量[5].

1.3 評價方法

1.3.1 單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)法是反應(yīng)土壤中單個元素的污染程度的評價方法[6].方法如下：

Pi=Ci/Si

式中：Pi為重金屬i的單因子指數(shù)值，Ci為重金屬i的實際檢測值，Si為重金屬i的參照值，單因子指數(shù)法等級劃分指標見表1.

表1 單因子指數(shù)法等級劃分指標

1.3.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法是以單因子指數(shù)法為基礎(chǔ)，綜合多個影響因子的綜合環(huán)境評價方法[7].公式如下：

式中：Pn為重金屬i的綜合污染指數(shù)值，Pi為重金屬i的單因子指數(shù)平均值，Pi-max為重金屬i的單因子指數(shù)最大值，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法等級劃分指標見表2.

表2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法等級劃分指標

1.3.3 地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法是從環(huán)境地球化學(xué)的角度研究土壤及沉積物中重金屬污染程度的指標[7].公式如下：

式中：Igeo為重金屬i的地累積指數(shù)值，Ci為重金屬i的實際檢測值，1.5為修正指數(shù)是常數(shù)項，Bi為重金屬i的黑龍江省土壤背景值，地累積指數(shù)法等級劃分指標見表3.

表3 地累積指數(shù)法等級劃分指標

1.3.4 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是評價土壤中重金屬潛在生態(tài)危害的指標，側(cè)重于重金屬在土壤中的遷移與轉(zhuǎn)化，公式如下：

表4 潛在生態(tài)危害指數(shù)法等級劃分指標

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬含量統(tǒng)計性描述分析

該文在烏伊嶺自然保護區(qū)實地采樣點40個，分別包括pH、鉻、銅、鋅、鎘、砷、鉛重金屬元素的含量，通過SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行處理，表5為烏伊嶺土壤重金屬元素統(tǒng)計結(jié)果，其中土壤pH均值小于等于5.5，可根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準中農(nóng)用地土壤污染篩選值小于等于5.5的標準進行篩選.

從表5可以看出鉻的含量范圍在1.455～0.392 mg/kg，銅的含量范圍在0.096～0.038 mg/kg，鋅的含量范圍在0.272～0.10 1 mg/kg,砷的含量范圍在0.07～0.032 mg/kg，鎘的含量范圍在0.0056～0.0026 mg/kg，鉛的含量范圍在0.783～0.333 mg/kg，均未超過農(nóng)用地土壤污染篩選值范圍，表明研究區(qū)范圍內(nèi)未受重金屬污染困擾[8-10]，以黑龍江省土壤背景值為標準，研究區(qū)域亦無重金屬污染困擾.用變異系數(shù)C.V衡量各觀測值空間變異狀況，評價標準見表6,各重金屬元素變異系數(shù)從大到小排序為：Cr>Cu>As>Zn>Cd>Pb.從表6可以看出變異程度均處于中度變異，樣品中元素含量差異較小，說明該地區(qū)環(huán)境受外界影響處于情況正常范圍[10].鉻元素受到的干擾最大，變異系數(shù)為32.1%，鉛元素受到的干擾最小，變異系數(shù)為11.5%.

表5 烏伊嶺土壤重金屬元素統(tǒng)計

表6 變異系數(shù)等級劃分指標

2.2 單因子指數(shù)法評價

單因子指數(shù)由實際檢測值與黑龍江省土壤背景值比值計算而來，計算結(jié)果見表7.鉻元素的單因子指數(shù)最大值為0.0249，均值為0.0095；銅元素的單因子指數(shù)最大值為0.0049，均值為0.0029；鋅元素的單因子指數(shù)最大值為0.004，均值為0.0027；砷元素的單因子指數(shù)最大值為0.0112，均值為0.0072；鎘元素的單因子指數(shù)最大值為0.0655，均值為0.0483；鉛元素的單因子指數(shù)最大值為0.0744，均值為0.053，單因子指數(shù)從大到小排序為Pb>Cd>Cr>As>Cu>Zn,6種元素的單因子指數(shù)均小于1，由此可知該區(qū)域環(huán)境保護良好，不受重金屬污染困擾.

表7 土壤重金屬單因子指數(shù)評價表

2.3 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評價

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法以單因子指數(shù)法結(jié)果為基礎(chǔ)計算得來，用來考量全部重金屬對土壤的綜合作用狀況，計算結(jié)果見表8.鉻元素的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)為0.019；銅元素的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)為0.004；鋅元素的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)為0.003；砷元素的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)為0.009；鎘元素的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)為0.058；鉛元素的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)為0.065，內(nèi)梅羅污染指數(shù)從大到小排序為Cd>Pb>Cr>As>Cu>Zn，6種元素的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均小于0.7,從評價指標上看，該區(qū)域安全無污染.

表8 土壤重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價表

2.4 地累積指數(shù)法評價

地累積指數(shù)法能反應(yīng)土壤中重金屬累計狀況，用以評價重金屬及沉積物累積對環(huán)境的影響程度，計算結(jié)果見表9.鉻元素的地累積指數(shù)為-7.31；銅元素的地累積指數(shù)為-9.03；鋅元素的地累積指數(shù)為-9.14；砷元素的地累積指數(shù)為-7.71；鎘元素的地累積指數(shù)為-4.95；鉛元素的地累積指數(shù)為-4.85，地累積指數(shù)從大到小排序為Pb>Cd>Cr>As>Cu>Zn,6種元素的地累積指數(shù)均小于0，從評價結(jié)果來看，該區(qū)域土壤無重金屬累積狀況.

表9 土壤重金屬地累積指數(shù)評價表

2.5 潛在生態(tài)危害指數(shù)評價

潛在生態(tài)危害指數(shù)法從重金屬的遷移轉(zhuǎn)化能力方面評價土壤潛在生態(tài)危害能力，結(jié)果見表10.鉻元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)值為0.0189；銅元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)值為0.0143；鋅元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)值為0.0027；砷元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)值為0.0719；鎘元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)值為1.4493；鉛元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)值為0.265，潛在生態(tài)危害指數(shù)從大到小排序為Cd>Pb>As>Cr>Cu>Zn,6種元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)均小于40，表示研究區(qū)域不受污染，潛在生態(tài)危害評級為低風(fēng)險.綜合來看，烏伊嶺地區(qū)綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)為1.8221，遠小于150，潛在生態(tài)危害評級亦為低風(fēng)險.鎘的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)明顯高于其他，在綜合指數(shù)中貢獻最大[11].

表10 土壤重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)評價表

3 結(jié)論

(1)研究區(qū)域內(nèi)重金屬含量均未超過農(nóng)用地土壤污染篩選值范圍，表明研究區(qū)范圍內(nèi)未受重金屬污染困擾，以黑龍江省土壤背景值為標準，研究區(qū)域亦無重金屬污染困擾.

(2)用變異系數(shù)C.V衡量各觀測值變異空間變異狀況，各重金屬元素變異系數(shù)從大到小排序為：Cr>Cu>As>Zn>Cd>Pb.變異程度均處于中度變異，說明該地區(qū)環(huán)境受外界影響處于情況正常范圍.

(3)通過單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、地累積指數(shù)評價法、潛在危害指數(shù)法四種方法，從單因子污染、綜合污染、累積污染、潛在危害4個方面評價烏伊嶺重金屬狀況，結(jié)果均為無污染.該區(qū)域環(huán)境保護良好，生態(tài)穩(wěn)定.

(4)實驗結(jié)果與劉玉清等學(xué)者的研究結(jié)果保持一致，小興安嶺地區(qū)土壤中重金屬含量大 多數(shù)都低于世界土壤的平均含量或在其范圍之內(nèi).