基于不同土地利用方式的土壤重金屬污染與潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)：以遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護(hù)和修復(fù)工程為例

李 楠 ，曹明杰 ，郝 喆 ，侯永莉 ，陳紅丹 ，張 穎

(1.遼寧大學(xué)環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽 110036；2.遼寧有色勘察研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110013)

0 引 言

為統(tǒng)籌推進(jìn)山水林田湖草沙綜合治理、系統(tǒng)治理和源頭治理，我國于2021年啟動(dòng)了第一批山水林田湖草沙一體化保護(hù)和修復(fù)項(xiàng)目，遼寧省申報(bào)的遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護(hù)和修復(fù)工程，在10個(gè)獲批的“山水項(xiàng)目”名單之中，項(xiàng)目資金52.1億元，其中中央資金20億元。渾太水系“山水項(xiàng)目”以統(tǒng)籌流域上、中和下游“山水林田湖草生命共同體”為主線，位于國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)，涉及“三區(qū)四帶”的東北森林帶和海岸帶。項(xiàng)目生態(tài)保護(hù)修復(fù)單元按上、中和下游流域劃分，修復(fù)區(qū)一體化監(jiān)測和評(píng)價(jià)是本項(xiàng)目的重要組成部分。依據(jù)修復(fù)區(qū)現(xiàn)場土壤環(huán)境調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)，本文對(duì)渾太流域上游段開展土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，為項(xiàng)目的進(jìn)一步實(shí)施提供可靠的本底數(shù)據(jù)和客觀依據(jù)。

區(qū)域土壤重金屬的研究主要集中在污染評(píng)價(jià)、空間分布和源解析等方面[1]。近年來，土壤重金屬污染評(píng)價(jià)受到國內(nèi)外學(xué)者的高度重視，研究方法主要包括地積累指數(shù)法、污染指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法、物元可拓模型、GIS與地統(tǒng)計(jì)分析法等。Marrugo-Negrete等利用污染因子、富集因子、地積累指數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)對(duì)哥倫比亞北部錫努河流域進(jìn)行土壤污染評(píng)價(jià)[2]。Wu等[3]通過計(jì)算地積累指數(shù)、污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)某電子產(chǎn)品生產(chǎn)基地周邊城市土壤污染水平，利用危害指數(shù)評(píng)估重金屬的存在對(duì)人類健康造成的風(fēng)險(xiǎn)。胡慶海等[4]采用富集因子法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)法對(duì)重金屬污染程度及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。趙杰等[5]利用物元可拓模型鄱陽湖區(qū)耕地土壤進(jìn)行重金屬污染評(píng)價(jià)。王輝等[6]、劉洋等[7]和滑小贊等[8]采用了單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對(duì)土壤重金屬進(jìn)行污染評(píng)價(jià)。陶美霞等[9]探討了GIS與地統(tǒng)計(jì)分析方法在土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方面的作用。劉碩等[10]通過地統(tǒng)計(jì)分析、主成分分析和加權(quán)平均綜合污染評(píng)價(jià)等方法評(píng)價(jià)了礦區(qū)的土壤重金屬污染情況。趙曉光等[11]利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)了不同土地利用類型下的土壤重金屬污染程度。施建飛等[12]將單因子污染指數(shù)、污染負(fù)荷指數(shù)、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指數(shù)相結(jié)合對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)。劉同等[13]利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)、多元統(tǒng)計(jì)和空間分析等方法，探究了山東省沂南縣東部地區(qū)8種重金屬的空間分布及可能來源。喬雯等[14]采用頻率直方圖、相關(guān)性分析和主成分分析等多種方法對(duì)土壤重金屬含量分布特征及來源進(jìn)行了分析。黃勇等[15]將空間分布分析、多元統(tǒng)計(jì)分析與受體模型相結(jié)合闡明了北京市延慶區(qū)土壤重金屬元素分布特征及潛在來源。杜古爾·衛(wèi)衛(wèi)等[16]使用絕對(duì)主成分一多元線性回歸受體模型(APCS-MLR)和反距離加權(quán)法分析了各污染源貢獻(xiàn)率和重金屬元素空間分布特征。Gao等[17]使用地質(zhì)累積指數(shù)法、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法和美國環(huán)保局健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，評(píng)估了貴州土壤中八種典型重金屬的風(fēng)險(xiǎn)。此外，Liu等[18]對(duì)我國礦區(qū)周邊土壤重金屬濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，得到鎘(Cd)和汞(Hg)是主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。

鑒于山水項(xiàng)目修復(fù)區(qū)域尺度大、自然地理環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，本文建立了相關(guān)性分析、單因子指數(shù)法、復(fù)合污染指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法與反距離權(quán)重插值法相結(jié)合的土壤環(huán)境評(píng)價(jià)體系，選取砷、汞、鎘、銅、鉛、鎳、鋅和鉻作為特征污染元素，針對(duì)農(nóng)用地和建設(shè)用地兩種土地利用類型進(jìn)行土壤樣品的采集及土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)?；谙嚓P(guān)性分析判別不同重金屬來源的異同性，借助于ArcGIS軟件，將單因子指數(shù)法與復(fù)合指數(shù)法相結(jié)合對(duì)渾太流域上游——撫順市土壤重金屬污染狀況進(jìn)行綜合評(píng)估，通過潛在生態(tài)危害指數(shù)，確定土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。建立的研究思路和體系可推廣應(yīng)用于含有大量監(jiān)測點(diǎn)且不同土地利用方式下的土壤環(huán)境評(píng)價(jià)工作中，為區(qū)域合理利用土壤資源以及土壤重金屬評(píng)估提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

渾太水系屬于遼河流域，包括渾河和太子河，在遼寧省內(nèi)流域總面積4.18萬 km2，流經(jīng)撫順、沈陽和盤錦等7市。其東起東北森林帶——撫順新賓縣和撫順西露天礦，終入渤海灣，對(duì)陸海統(tǒng)籌意義重大。遼河流域(渾太水系)山水林田湖草沙一體化保護(hù)和修復(fù)工程的實(shí)施區(qū)域?yàn)樯嫌螕犴樁?、中游遼陽段和下游盤錦段。土壤環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)僅針對(duì)工程實(shí)施區(qū)域，本次研究針對(duì)渾太流域上游的撫順市開展。撫順市土地總面積11271.03 km2，土地利用類型包含林地、耕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、水域及水利設(shè)施用地、草地、交通運(yùn)輸用地、園地以及其他用地。撫順市耕地?cái)?shù)量相對(duì)較少，呈條帶狀分布；土地利用類型以林地為主，集中分布在東部山區(qū)，城鄉(xiāng)建設(shè)用地空間分布呈山區(qū)地域特征，中心城區(qū)中城市用地與采礦用地交錯(cuò)分布。煤炭開采活動(dòng)對(duì)渾河流域上游撫順市的生態(tài)環(huán)境造成了不同程度的破壞，因而引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，本研究以撫順市“山水工程”土壤環(huán)境本底數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行土壤評(píng)價(jià)，為后續(xù)開展工程項(xiàng)目提供可靠的理論依據(jù)。研究區(qū)地理位置如圖1。

圖1 渾太流域水系分布圖(a)和撫順市行政區(qū)劃圖(b)Fig.1 Distribution map of Huntai River system (a)and zoning map of Fushun City administrative (b)

1.2 土壤監(jiān)測與評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.2.1 監(jiān)測點(diǎn)位與樣品采集

撫順市農(nóng)用地與建設(shè)用地面積比例為14.6:1.0，其中農(nóng)用地以旱地為主。項(xiàng)目選用1.5 km的網(wǎng)距網(wǎng)格布點(diǎn)，針對(duì)生態(tài)修復(fù)單元中涉及的農(nóng)用地、建設(shè)用地的地塊布設(shè)土壤監(jiān)測點(diǎn)，每地塊布設(shè)不少于3個(gè)點(diǎn)，農(nóng)用地土壤點(diǎn)位共布設(shè)55個(gè)，建設(shè)用地土壤點(diǎn)位共布設(shè)122個(gè)。研究區(qū)域土壤環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)位分布情況如圖2。

圖2 撫順市土壤環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)Fig.2 Soil environment monitoring sites in Fushun City

研究區(qū)域土環(huán)境監(jiān)測采樣工作于2022年3至4月進(jìn)行，通過GPS定位，采樣過程中根據(jù)采樣點(diǎn)周邊環(huán)境合理調(diào)整實(shí)際采樣位置，采用梅花點(diǎn)法采樣，以木鏟采集20 cm深的表層土壤，每個(gè)土壤樣點(diǎn)由5個(gè)取樣點(diǎn)混合而成。

1.2.2 樣品測定與評(píng)價(jià)指標(biāo)

建設(shè)用地監(jiān)測點(diǎn)主要測試內(nèi)容為《土地環(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)》(GB36600—2018)中的45項(xiàng)基本項(xiàng)目，包含重金屬、無機(jī)和有機(jī)45項(xiàng)；農(nóng)用地監(jiān)測點(diǎn)主要測試內(nèi)容為《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)》(GB15618—2018)中的鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鎳、鋅和苯并芘等11項(xiàng)測試指標(biāo)和pH值。評(píng)價(jià)僅針對(duì)重金屬進(jìn)行，故僅介紹相關(guān)重金屬及pH值的測定方法。土壤pH值測定采用電位法；砷和汞含量的測定參照HJ/T 680—2013，采用微波消解/原子熒光法；鎘和鉛含量的測定參照GB/T 17141—1997，采用石墨爐原子吸收分光光度法；鉻(六價(jià)鉻)含量的測定參照HJ 1082—2019，采用火焰原子吸收分光光度法；銅、鎳、鋅和鉻的測定參照HJ 491—2019，采用火焰原子吸收分光光度法。樣品測定采用了空白樣和平行樣，以及在測定過程中加入國家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品(GSS-8)進(jìn)行分析質(zhì)量控制，滿足質(zhì)量控制要求。

若存在某監(jiān)測指標(biāo)在所有監(jiān)測點(diǎn)位的數(shù)據(jù)皆低于檢出限，則該指標(biāo)不進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，建設(shè)用地中鉻(六價(jià)鉻)的含量均低于檢出限。故最終確定，農(nóng)用地重金屬評(píng)價(jià)特征污染元素為砷、汞、鎘、銅、鉛、鎳、鋅和鉻，建設(shè)用地重金屬評(píng)價(jià)特征污染元素為砷、汞、鎘、銅、鉛和鎳。

1.3 研究方法

1.3.1 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法是將土壤重金屬的實(shí)測值與標(biāo)準(zhǔn)值作比，根據(jù)比值的大小來確定是否存在污染及污染的程度[19]，是評(píng)價(jià)土壤重金屬污染常用的方法，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：Pi為單因子污染指數(shù)；Ai為土壤重金屬含量的實(shí)際值；Bi為土壤重金屬含量的標(biāo)準(zhǔn)值；當(dāng)Pi值小于1時(shí)，則表示土壤無污染，當(dāng)Pi值大于等于1時(shí)則表示土壤存在污染。農(nóng)用地采用《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)》(GB15618—2018)中依據(jù)pH值確定的風(fēng)險(xiǎn)篩選值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)用地采用《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)》(GB36600—2018)中的第二類用地篩選值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.2 復(fù)合指數(shù)法

單因子污染指數(shù)是復(fù)合污染指數(shù)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，通過ArcGIS對(duì)單因子評(píng)價(jià)結(jié)果賦值、疊加和插值，得到區(qū)域復(fù)合污染狀況，可獲取兩種結(jié)果：一是復(fù)合種類指數(shù)，二是復(fù)合等級(jí)指數(shù)[20]。

復(fù)合種類指數(shù)可確定研究區(qū)域是否受到污染，若受到污染，也可確定受到幾種元素污染，其計(jì)算公式如下：

(2)

式中：Ki為據(jù)單因子污染指數(shù)而定。若Pi< 1，則Ki為0，表示研究區(qū)域無污染；若Pi≥ 1，則Ki為1，表示研究區(qū)域含有污染；Pcti為復(fù)合種類指數(shù)，根據(jù)Ki的疊加情況，即可判定重金屬污染的種類數(shù)[21]。

復(fù)合等級(jí)指數(shù)是對(duì)研究區(qū)域所有重金屬單因子指數(shù)的定級(jí)值進(jìn)行篩選，將同一點(diǎn)位單因子指數(shù)定級(jí)值的最大值作為最終的評(píng)價(jià)結(jié)果，由此可判定區(qū)域受污染等級(jí)，計(jì)算公式如下。

Pcli=PiMAX

(3)

式中：Pcli為復(fù)合等級(jí)指數(shù)，PiMAX為同一點(diǎn)位所有評(píng)價(jià)重金屬單因子指數(shù)定級(jí)值的最大值。單因子指數(shù)定級(jí)值如表1[22]。

表1 單因子污染指數(shù)定級(jí)[22]

1.3.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)將重金屬引起的生態(tài)效應(yīng)與毒理學(xué)相結(jié)合，定量的對(duì)重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行級(jí)別劃分，其計(jì)算公式如下[23]：

(4)

(5)

表2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[24]

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量

研究區(qū)域農(nóng)用地55個(gè)樣品中土壤pH值在5.3～5.9之間，平均值為5.6，土壤重金屬含量如表3和表4。重金屬含量間存在較大的差異，各元素變化范圍情況依次為：砷，0.96×10-6～2.95×10-6(農(nóng)用地)、2.01×10-6～10.78×10-6(建設(shè)用地)；汞，0.002×10-6～0.02×10-6(農(nóng)用地)、0.02×10-6～0.09×10-6(建設(shè)用地)；鎘，0.005×10-6～0.3×10-6(農(nóng)用地)、0.01×10-6～19.3×10-6(建設(shè)用地)；銅，12×10-6～81×10-6(農(nóng)用地)、7×10-6～1152×10-6(建設(shè)用地)；鉛，2.5×10-6～33.2×10-6(農(nóng)用地)、40×10-6～911×10-6(建設(shè)用地)；鎳，1.5×10-6～111×10-6(農(nóng)用地)、103×10-6～315×10-6(建設(shè)用地)；鋅，35×10-6～352×10-6(農(nóng)用地)；鉻，102×10-6～1972×10-6(農(nóng)用地)?？梢钥闯觯r(nóng)用地中鎘和鎳變化幅度大，砷、鋅和鉻變化幅度?。唤ㄔO(shè)用地中鎘、銅和鉛變化幅度大，鎳變化幅度小。

表3 撫順市農(nóng)用地土壤重金屬含量(10-6)

表4 撫順市建設(shè)用地土壤重金屬含量(10-6)

變異系數(shù)可反映重金屬在研究區(qū)域內(nèi)分布的均勻情況，也可體現(xiàn)出人類活動(dòng)對(duì)于重金屬污染過程的干擾程度。各個(gè)重金屬元素的變異程度不同，其中農(nóng)用地中鎘和鎳變異程度最大，變異系數(shù)達(dá)到138.2%和121.4%，屬于強(qiáng)變異程度，其他各重金屬均屬于中等變異程度，鉻的變異系數(shù)最??；建設(shè)用地6種重金屬雖變異程度不同，但均屬于中等變異程度，其中鎘的變異系數(shù)最大，鎳的變異系數(shù)最小。由此分析，農(nóng)用地中鉻元素分布最均勻，各監(jiān)測點(diǎn)的鉻含量相差不大，鎘和鎳在研究區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)的含量相差很大，分布不均勻，受人類活動(dòng)干擾程度大，應(yīng)多加關(guān)注；建設(shè)用地中鎳元素分布最均勻，各監(jiān)測點(diǎn)鎳含量相差不大，鎘元素分布較不均勻，這與人類活動(dòng)施加的影響有關(guān)。

2.2 土壤重金屬相關(guān)性

采用SPSS中的Pearson相關(guān)系數(shù)分析土壤重金屬間的相關(guān)性，可通過相關(guān)性的高低判別重金屬來源是否相似[25]。由相關(guān)性分析結(jié)果(表5和6)可知，農(nóng)用地中砷與汞、鉛和鎳存在顯著正相關(guān)，汞與鎘、鉛和鎳存在顯著正相關(guān)，鎘與鋅存在顯著正相關(guān)，鉛與鎳存在顯著正相關(guān)，銅除與鋅呈顯著負(fù)相關(guān)，與其他重金屬不存在顯著關(guān)系，鉻除與鎘呈顯著負(fù)相關(guān)，與其他重金屬不存在顯著性關(guān)系。由此可知，砷、汞、鉛和鎳兩兩相關(guān)，汞與鎘、鎘與鋅間也存在協(xié)同作用，因此砷、汞、鉛、鎳、鎘和鋅可能有相似來源，銅和鉻的污染源與其他重金屬有所不同。

表5 撫順市農(nóng)用地土壤重金屬相關(guān)性

表6 撫順市建設(shè)用地土壤重金屬相關(guān)性

建設(shè)用地中砷與汞、鉛存在顯著正相關(guān)，汞除與砷顯著正相關(guān)，與其他重金屬不存在顯著關(guān)系，鎘與砷、鎳存在顯著負(fù)相關(guān)，與其他重金屬不存在顯著關(guān)系，銅與其他重金屬均不存在顯著關(guān)系，鉛與砷以外的其他重金屬不存在顯著關(guān)系，鎳與鎘以外的重金屬不存在顯著關(guān)系。由此分析可知，砷、汞和鉛可能有相似來源，鎘、銅和鎳可能來自不同污染源。

2.3 單因子指數(shù)評(píng)價(jià)

研究區(qū)域內(nèi)農(nóng)用地共有采樣點(diǎn)位55個(gè)，建設(shè)用地共有采樣點(diǎn)位122個(gè)，通過公式(1)計(jì)算采樣點(diǎn)各重金屬的單因子指數(shù)，整理結(jié)果如表7。由各重金屬元素的含量范圍可知，農(nóng)用地中不含有砷、汞和鉛污染，建設(shè)用地中除存在鉛污染外，不存在其他污染指標(biāo)。進(jìn)一步對(duì)單個(gè)污染元素進(jìn)行了可視化分析。

表7 撫順市土壤重金屬單因子指數(shù)

鉛、銅、鋅、鎘、鉻和鎳存在污染區(qū)域，污染分布情況如圖3。其中鉛警戒面積7816.59 hm2，輕度污染面積2520.39 hm2；銅警戒面積90801.08 hm2，輕度污染面積838.75 hm2；鋅警戒面積47000.79 hm2，輕度污染面積806.63 hm2；鎘警戒面積10.84 hm2，輕度污染面積1.49 hm2；鉻警戒面積236026.40 hm2，輕度污染面積64344.72 hm2；鎳警戒面積178.65 hm2，輕度污染面積54.70 hm2。重金屬污染面積排序?yàn)椋恒t>鉛>銅>鋅>鎳>鎘。鉻污染分布在農(nóng)用地中，污染面積最大，鉛污染分布在建設(shè)用地中，污染面積在鉻之后。由此可知，研究區(qū)域應(yīng)控制農(nóng)用地中重金屬鉻的含量以及建設(shè)用地中重金屬鉛的含量。綜合來看，重金屬污染主要存在于研究區(qū)域的西部和東南部，存在重金屬復(fù)合污染情況。

圖3 撫順市土壤代表性重金屬元素污染空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of heavy metal pollution of soils in Fushun City

2.4 復(fù)合指數(shù)法評(píng)價(jià)

2.4.1 復(fù)合種類指數(shù)評(píng)價(jià)

通過單因子指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)污染監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行賦值、疊加，在ArcGIS中通過反距離權(quán)重法實(shí)現(xiàn)復(fù)合污染種類的可視化，結(jié)果如圖4。研究區(qū)域內(nèi)復(fù)合污染種類存在Ⅰ類(無污染)、Ⅱ類(單一元素污染)、Ⅲ類(雙元素污染)和Ⅳ類(三元素污染)。復(fù)合污染主要存在于研究區(qū)域的東南部以及西部區(qū)域。從行政區(qū)來看，除順城區(qū)和望花區(qū)以外其他行政區(qū)均存在重金屬污染現(xiàn)象，其中新?lián)釁^(qū)和清原滿族自治縣均為單元素污染；新賓滿族自治縣為單元素污染和雙元素污染；東洲區(qū)和撫順縣單元素污染、雙元素污染和三元素污染均存在。

圖4 撫順市土壤重金屬復(fù)合污染種類空間分布Fig.4 Spatial distribution of heavy metal composite pollutiontypes of soils in Fushun City

對(duì)復(fù)合種類結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表8。其中Ⅰ類區(qū)域?yàn)?919412.02 hm2，占研究區(qū)面積91.83%；Ⅱ類區(qū)域?yàn)?50156.83 hm2，占研究區(qū)面積的7.18%，主要為銅、鉛、鋅和鉻的單元素污染，分布在建設(shè)用地和農(nóng)用地；Ⅲ類區(qū)域?yàn)?0471.83 hm2，占研究區(qū)面積的0.98%，有4種污染情況，分別為銅和鉻、鋅和鉻、鎳和鉻以及銅和鎳的雙元素復(fù)合污染，分布在農(nóng)用地；Ⅳ類區(qū)域?yàn)?2.12 hm2，占研究區(qū)面積的0.01%，主要為鉻、銅和鎘的三元素復(fù)合污染，分布在農(nóng)用地。

表8 撫順市土壤重金屬復(fù)合污染元素統(tǒng)計(jì)

2.4.2 復(fù)合等級(jí)指數(shù)評(píng)價(jià)

基于單因子指數(shù)通過公式(3)獲得各監(jiān)測點(diǎn)的復(fù)合等級(jí)指數(shù)，再進(jìn)行空間插值獲得整個(gè)研究區(qū)域的復(fù)合等級(jí)狀況，如圖5所示。流域復(fù)合污染等級(jí)分為3級(jí)：清潔、警戒和輕度污染。其中清潔區(qū)域1712760.48 hm2，占評(píng)價(jià)區(qū)域面積的81.9%；警戒區(qū)域331764.53 hm2，占評(píng)價(jià)區(qū)域面積的15.9%；輕度污染區(qū)域47148.16 hm2，占評(píng)價(jià)區(qū)域面積的2.2%。警戒和輕度污染等級(jí)主要分布在撫順市的新賓滿族自治縣、東洲區(qū)和撫順縣。復(fù)合污染等級(jí)整體處于較低水平，有81.9%的區(qū)域未受到污染，土壤環(huán)境質(zhì)量較好。

圖5 撫順市土壤重金屬復(fù)合污染等級(jí)空間分布Fig.5 Spatial distribution of heavy metal composite pollution levels of soils in Fushun City

2.5 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

建設(shè)用地和農(nóng)用地的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分析結(jié)果見表9。建設(shè)用地中單一重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值由小到大依次為：砷<汞<銅<鎳<鉛<鎘；農(nóng)用地中單一重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值由小到大依次為：汞<砷<鋅<鉛<鎳<鉻<銅<鎘。根據(jù)單因素重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判別，均為輕微危害等級(jí)。建設(shè)用地的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在2.13～15.23之間，農(nóng)用地的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在5.79～41.99之間，根據(jù)綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判別，屬于輕微生態(tài)危害?？傮w來看，研究區(qū)域土壤存在輕微的重金屬生態(tài)危害，鎘元素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平要明顯高于其他重金屬；鎘元素雖污染點(diǎn)位較少，但由于其具有較高的毒性系數(shù)，對(duì)研究區(qū)域土壤環(huán)境依然具有較大的生態(tài)威脅。研究區(qū)域鎘污染分布在農(nóng)用地中，因此鎘污染主要源于農(nóng)業(yè)灌溉以及農(nóng)藥、化肥和塑料薄膜的使用，應(yīng)密切關(guān)注和監(jiān)測污染區(qū)周邊金屬鎘的分布以及含量，保證土壤環(huán)境質(zhì)量安全。

表9 撫順市土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及危害程度

3 結(jié) 論

(1)農(nóng)用地中鎘和鎳屬強(qiáng)變異，其他重金屬均屬為中等變異，鉻變異系數(shù)最小；建設(shè)用地中重金屬均為中等變異，其中鎘變異系數(shù)最大，鎳變異系數(shù)最小。農(nóng)用地中砷、汞、鉛、鎳、鎘和鋅有相似污染源，銅和鉻的污染源與其他重金屬不同；建設(shè)用地中砷、汞和鉛有相似污染源，鎘、銅和鎳來自不同污染源。

(2)農(nóng)用地中含有鎘、銅、鎳、鋅和鉻污染，建設(shè)用地中僅存在鉛污染，重金屬污染面積排序?yàn)殂t>鉛>銅>鋅>鎳>鎘；復(fù)合污染種類存在Ⅰ類(無污染)、Ⅱ類(單一元素污染)、Ⅲ類(雙元素污染)和Ⅳ類(三元素污染)，面積排序?yàn)棰耦?Ⅱ類>Ⅲ類>Ⅳ類；復(fù)合污染等級(jí)分為3級(jí)，清潔、警戒和輕度污染，面積排序?yàn)榍鍧?警戒>輕度污染。重金屬污染主要存在于研究區(qū)域的東南部和西部。

(3)建設(shè)用地和農(nóng)用地單一重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均值由小到大依次為砷<汞<銅<鎳<鉛<鎘，汞<砷<鋅<鉛<鎳<鉻<銅<鎘，均為輕微危害等級(jí)；建設(shè)用地的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在2.13～15.23之間，農(nóng)用地的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在5.79～41.99之間，均屬于輕微生態(tài)危害。

(4)渾太流域上游撫順市土壤環(huán)境質(zhì)量整體較好，但應(yīng)控制農(nóng)用地污染區(qū)域中重金屬鉻的含量以及建設(shè)用地污染區(qū)域中重金屬鉛的含量，同時(shí)也應(yīng)密切關(guān)注和監(jiān)測生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高的金屬鎘的分布以及含量，保證研究區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量安全。

致謝：審稿人和編輯部提出了寶貴的意見和建議，使文章得以完善，在此一并致以誠摯的謝意。