三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)消落區(qū)土壤重金屬污染特征分析

　　摘要：河岸地區(qū)對河道和土地之間的交界面具有重要的控制作用，對環(huán)境質(zhì)量具有重要的影響。為明確城鎮(zhèn)消落區(qū)土壤重金屬污染及來源情況，選擇三峽庫區(qū)腹地忠縣-石柱境內(nèi) 11 個城鎮(zhèn)消落帶為研究區(qū)，在不同海拔高程范圍內(nèi)采集土壤樣品 88 份，分析測試 8 種重金屬含量;采用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法評價重金屬污染現(xiàn)狀和潛在生態(tài)風(fēng)險，并利用多元統(tǒng)計分析法進(jìn)行潛在來源分析。結(jié)果表明：除 Cu 和 Hg 以外，其余元素的平均含量均高于三峽庫區(qū)背景值。元素 Zn、Cr 和 Cd 的平均含量隨高程升高而顯著降低，其余元素含量隨高程變化不明顯。沿江而下各重金屬含量波動較大，在各城鎮(zhèn)消落區(qū)的分布存在較大的不均衡性。重金屬As和Cd的地累積指數(shù)分別為1.28和1.22，整體屬中度污染，在部分城鎮(zhèn)達(dá)到重度污染，Cr 在全區(qū)為輕微度污染，其余元素未達(dá)到污染水平。元素 Cd 和 Hg 的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分別為 115.66 和 47.43，分別處于較高和中等生態(tài)風(fēng)險水平;研究區(qū)綜合潛在生態(tài)風(fēng)險水平為中等，中游和下游部分城鎮(zhèn)的潛在生態(tài)風(fēng)險水平較上游高。重金屬 Cu 和 Hg 主要為人為源，Ni 主要為自然源，As、Cd、Pb 和 Zn 受到較強(qiáng)的人類活動影響。研究結(jié)果可為城鎮(zhèn)消落帶土壤環(huán)境問題的解決提供一定的參考。

　　本文源自寧登豪; 鄧洪平; 李文巧; 左有為; 張家輝; 曾彧蓮; 梁思蓓， 三峽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測 發(fā)表時間：2021-07-06

　　關(guān)鍵詞：水庫消落帶;重金屬;污染評價;生態(tài)風(fēng)險;來源分析

　　土壤是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是人類賴以生存的主要自然資源之一[1]。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷深入，土壤環(huán)境問題日益嚴(yán)重[2-3]。重金屬具有不易降解、易富集、毒性高和環(huán)境持久性強(qiáng)等特點[4]，土壤中重金屬長期排放，不僅會對土壤功能產(chǎn)生負(fù)面影響[5]，也將通過人體直接接觸、食物鏈及浮沉對人類造成潛在威脅，甚至誘發(fā)各種疾病[6]。

　　三峽庫區(qū)是長江上游經(jīng)濟(jì)帶和成渝經(jīng)濟(jì)圈的重要組成部分，也是長江中下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)屏障和西部生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重點。由于庫區(qū)每年周期性呈現(xiàn)“冬淹夏陸”的生境變化，形成大面積消落區(qū);隨水文條件的改變，消落區(qū)累積的污染物向水體中釋放，成為三峽庫區(qū)污染的主要來源[7]。城鎮(zhèn)消落區(qū)是消落區(qū)范圍內(nèi)人類活動最為頻繁的區(qū)域，承載著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、居民生產(chǎn)生活保障和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等重要功能[8]。隨著城鎮(zhèn)人口的增長和工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，該區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，引起越來越多人的關(guān)注。

　　目前，關(guān)于三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)消落區(qū)重金屬的研究主要集中在重慶主城區(qū)域及沿江區(qū)縣城區(qū)，一些學(xué)者就三峽庫區(qū)重慶主城消落區(qū)土壤重金屬的分布特征、不同水期差異、污染現(xiàn)狀或潛在生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行了研究[9-11]，而對于除重慶主城區(qū)外的沿江城鎮(zhèn)消落區(qū)不同水淹高程的重金屬分布特征、變化趨勢、污染評價及來源分析的研究相對缺乏。本研究通過對三峽庫區(qū)忠縣石柱段城鎮(zhèn)消落區(qū)土壤重金屬含量及分布特征進(jìn)行分析，了解重金屬不同高程及沿江上下游分布規(guī)律，并采用地累積指數(shù)[12]和 Hakanson 潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)[13]對土壤重金屬的污染現(xiàn)狀和潛在生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評價，最后利用多元統(tǒng)計分析方法解析消落區(qū)土壤重金屬來源。從而為三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)消落區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量保護(hù)和重金屬污染防治提供數(shù)據(jù)支持，為三峽庫區(qū)土地可持續(xù)利用和生態(tài)發(fā)展提供理論依據(jù)。

　　1 材料與方法

　　1.1 研究區(qū)概況

　　忠縣與石柱位于重慶市東北部，地處三峽庫區(qū)腹心地帶(107°32'17″~108°34'43″ E， 29°38'48″~30°35'45″ N)，長江自西南向東北將兩縣分隔，沿途流經(jīng)忠縣洋渡鎮(zhèn)、新生鎮(zhèn)、烏楊鎮(zhèn)、東溪鎮(zhèn)、白公街道、忠州街道、復(fù)興鎮(zhèn)、石寶鎮(zhèn)以及石柱縣沿溪鎮(zhèn)和西沱鎮(zhèn)共 11 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)。研究區(qū)經(jīng)濟(jì)以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，同時，境內(nèi)長江流域通暢的水域為航運交通提供了便利，帶動了工業(yè)和旅游業(yè)的發(fā)展。氣候類型為亞熱帶東南季風(fēng)區(qū)山地氣候，冬暖夏涼，降水充足，年平均氣溫 18.2 ℃，年降水量 1200 mm，多集中在 6—8 月汛期，相對濕度 80%[14]。本文以 11 個城鎮(zhèn)消落區(qū)作為研究對象，具體分布情況見圖 1。

　　1.2 土樣采集與處理

　　根據(jù)三峽庫區(qū)水位調(diào)度模式，于 2020 年 6 月采集消落區(qū)(145~155m、155~165m、165~175m)和近江河岸(175~200m)4 個高程區(qū)土壤樣品。每個采樣點在不同的高程范圍內(nèi)采用多點混合取樣法采集 0~20 cm 表層土壤，最終采集土樣 88 份。采集的各分樣點土壤掰碎，挑出雜物并充分混合后，四分法留取 1.0~1.5 kg，于自然條件下風(fēng)干并磨碎過篩，截取 2mm(10 目)粒級的樣品 ≥500g 備用。

　　1.3 土壤樣品測定

　　土壤樣品經(jīng)過消解后，分析測試各重金屬含量。其中，元素 Cu、Ni、Cd 采用等離子體質(zhì)譜法進(jìn)行測定，元素 Zn、Cr 和 Pb 采用 X 熒光法進(jìn)行測定，元素 Hg 和 As 采用原子熒光法進(jìn)行測定。標(biāo)準(zhǔn)樣品加標(biāo)回收率為 96.7%~101.3%。土壤樣品準(zhǔn)確度和精密度控制，采用分析國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行。

　　1.4 土壤重金屬污染評價

　　采用德國學(xué)者M(jìn)üller(1969)[12]提出的地累積指數(shù)法分析研究區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀。其計算公式如下：

　　式中：Cn 為土壤中元素 n 的實測值;Bn 為土壤重金屬的背景值，本文采用三峽庫區(qū)土壤重金屬背景值[15];k =1.5，為考慮到成巖作用可能會引起的背景值變動而設(shè)定的校正系數(shù)。地累積指數(shù)的分級標(biāo)準(zhǔn)見表 1。

　　1.5 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價

　　潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)最初由 Hakanson(1980)[13]提出，并廣泛用于評估由重金屬引起的潛在生態(tài)風(fēng)險。其計算公式如下：