礦區(qū)周邊農(nóng)田土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

　　摘要為了系統(tǒng)的評(píng)價(jià)礦區(qū)周邊土壤⁃農(nóng)作物⁃人體系統(tǒng)中重金屬的污染風(fēng)險(xiǎn)，為礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的分類治理和農(nóng)作物安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)，選擇在重慶市黔江區(qū)金洞鄉(xiāng)主要農(nóng)耕區(qū)采集表層土壤樣品321件、水稻和對(duì)應(yīng)根系土樣品30套，分析了土壤和水稻中重金屬(Cd、Hg、Pb、As和Cr)的含量、土壤中有機(jī)質(zhì)和Mn的含量及土壤pH，利用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型進(jìn)行重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).結(jié)果表明，研究區(qū)土壤中Cd和Hg均存在一定程度的超標(biāo)現(xiàn)象，土壤重金屬含量受到成土母質(zhì)、礦業(yè)活動(dòng)及農(nóng)業(yè)活動(dòng)的影響.土壤總體潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較小，主要以輕微污染為主，Cd和Hg存在點(diǎn)狀的很強(qiáng)-極強(qiáng)的污染點(diǎn)位，是主要的土壤污染因子.水稻樣品存在Cd和As的超標(biāo)問(wèn)題，水稻重金屬含量主要受到土壤中重金屬的含量、土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)含量及土壤Mn含量的影響.通過(guò)食物攝入的暴露途徑存在一定程度的非致癌風(fēng)險(xiǎn)，主要的貢獻(xiàn)因子為As和Cd.可根據(jù)重金屬污染在土壤⁃農(nóng)作物⁃人體系統(tǒng)中的不同特點(diǎn)，進(jìn)行污染分類管理、分類治理，以達(dá)到土地安全利用的目的.

　　關(guān)鍵詞礦區(qū);土壤;農(nóng)作物;重金屬;污染風(fēng)險(xiǎn);人體健康風(fēng)險(xiǎn).

　　黔江區(qū)位于重慶市東南部，屬于典型的巖溶地貌區(qū)，土壤中重金屬元素含量較高，此外，礦藏資源現(xiàn)已探明有鉛鋅礦、汞礦、銅礦、鐵礦等散狀分布在旗號(hào)嶺山脈一帶，可供開(kāi)采時(shí)間約10年左右.豐富的礦產(chǎn)資源，可為國(guó)民經(jīng)國(guó)家建設(shè)提供支撐，但由于礦山開(kāi)采與冶煉造成的環(huán)境污染問(wèn)題，也十分凸顯.

　　土壤論文范例：土壤環(huán)境質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)應(yīng)用誤區(qū)探討

　　研究表明，我國(guó)多地既有礦山分布區(qū)地質(zhì)自然高背景造成的土壤中重金屬異常，也有礦山開(kāi)采引起的土壤、水體等環(huán)境介質(zhì)中重金屬的富集，尤其是富含Cd、Zn、Pb等重金屬的硫化物礦床在開(kāi)采過(guò)程中，因產(chǎn)生富含Cd等有害元素的酸性廢水，會(huì)給周邊農(nóng)耕區(qū)土壤帶來(lái)污染，嚴(yán)重地區(qū)還會(huì)出現(xiàn)農(nóng)作物超標(biāo)問(wèn)題[1-5].

　　孫德堯等[6]對(duì)冀北某礦區(qū)周邊耕地土壤重金屬污染特征進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，受到采礦等人為因素的影響，土壤污染問(wèn)題顯著;陸泗進(jìn)等[7]利用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)云南會(huì)澤某鉛鋅礦周邊農(nóng)田進(jìn)行了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，發(fā)現(xiàn)46.3%的采樣點(diǎn)處于強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度，15.6%的采樣點(diǎn)處于很強(qiáng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度，土壤污染不容忽視;陳鳳等[8]對(duì)鋅冶煉區(qū)耕地土壤和農(nóng)作物重金屬污染狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，研究區(qū)強(qiáng)、很強(qiáng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度的采樣點(diǎn)比例分別為35.2%和42.3%，土壤重金屬污染問(wèn)題嚴(yán)重，且稻米、玉米和小麥樣品重金屬富集明顯，均存在一定程度的重金屬超標(biāo)現(xiàn)象;楊敏等[9]對(duì)石門雄黃礦周邊重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估發(fā)現(xiàn)，經(jīng)手⁃口攝入，As會(huì)對(duì)兒童造成嚴(yán)重的非致癌健康威脅，陳怡先等[10]也得到了相似的結(jié)論.

　　可見(jiàn)礦業(yè)活動(dòng)會(huì)造成周邊農(nóng)田土壤重金屬的積累，對(duì)農(nóng)作物的安全性和人體健康造成威脅[11].但是，以往的研究多將土壤、植物或人體單獨(dú)作為研究對(duì)象進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，缺乏系統(tǒng)化研究，使得對(duì)礦區(qū)的污染風(fēng)險(xiǎn)不能達(dá)到真正的“摸清家底”，導(dǎo)致難以針對(duì)性的進(jìn)行重金屬污染防控.本研究以黔江區(qū)南部汞礦、鉛鋅礦區(qū)為研究對(duì)象，采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，系統(tǒng)的對(duì)土壤⁃農(nóng)作物⁃人體系統(tǒng)進(jìn)行重金屬污染評(píng)估，摸清污染現(xiàn)狀，得到不同介質(zhì)的主要污染因子，討論其影響因素，以期為礦區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的分類治理和農(nóng)作物安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù).

　　1材料與方法(MaterialsandMethods)

　　1.1研究區(qū)概況

　　研究區(qū)位于重慶市黔江區(qū)南部金洞鄉(xiāng)，區(qū)內(nèi)處于旗號(hào)嶺和五湖嶺兩座南北走向的山脈之間，地勢(shì)北高南低、山巒起伏、溝壑交錯(cuò)，全鄉(xiāng)平均海拔750m左右，最高點(diǎn)為旗號(hào)嶺(1540m)、五湖嶺(1461m)、和尚堡(1145m)的3座山脈，最低點(diǎn)為峽腳(410m).氣候特征屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，水熱條件較好，適宜于多種農(nóng)作物的生長(zhǎng).有細(xì)沙河、金洞河橫穿全境，流經(jīng)6個(gè)行政村，最后注入黔江區(qū)阿蓬江.出 露地層為寒武系，巖性以灰?guī)r為主，土壤類型以黃壤為主，紫色土次之.研究區(qū)東北部分布有汞礦和鉛鋅礦.

　　1.2樣品采集與分析

　　在主要農(nóng)耕區(qū)，采用1∶50000比例尺，采集0~20cm的表層土壤321件，另采集30件水稻樣品及配套根系土.土壤樣品在自然條件下陰干，在樣品干燥過(guò)程中要經(jīng)常揉搓樣品，以免膠結(jié)，并去除土壤中的礫石以及植物根系.干燥后的樣品在過(guò)篩前用木槌輕輕敲打，以便使土壤樣品恢復(fù)至自然粒級(jí)狀態(tài).

　　樣品晾干后用尼龍篩，截取2mm(10目)粒級(jí)，充分混勻后，利用四分法取樣品500g，裝瓶.水稻樣品在無(wú)污染、無(wú)揚(yáng)塵、通風(fēng)的條件下自然風(fēng)干后，脫粒，送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步處理.各類樣品分析測(cè)試由重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)測(cè)試中心完成.

　　土壤樣品采用分析國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GSS⁃4、GSS⁃7、GSS⁃8、GSS⁃9、GSS⁃12、GSS⁃17、GSS⁃21)的方法進(jìn)行準(zhǔn)確度(相對(duì)誤差，RE檢驗(yàn)).隨機(jī)抽樣分析(數(shù)量為每批次試樣數(shù)的20%—30%)進(jìn)行精密度檢驗(yàn).農(nóng)作物每一批樣品插入同類型標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1—2個(gè)與樣品同時(shí)分析，并計(jì)算單個(gè)樣品單次測(cè)試值的相對(duì)誤差，要求相對(duì)誤差≤30%.精密度控制：采用重復(fù)分析的方法控制樣品分析的精密度，每件樣品進(jìn)行重復(fù)分析，雙份分析的相對(duì)雙差≤30%.樣品分析測(cè)試結(jié)果符合《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T0295—2016)[12]要求，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。

　　1.3土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

　　潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是由Hakanson提出的，主要應(yīng)用于土壤和沉積物中重金屬的污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，該方法將土壤或沉積物中重金屬等污染物的含量、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)及其毒理學(xué)特征結(jié)合在了一起，不僅可以反映土壤或沉積物中污染物的污染程度，也可以反映其可能造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度，被廣泛應(yīng)用于土壤及沉積物的污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[13⁃14]。

　　1.4人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

　　農(nóng)田土壤中的重金屬可以通過(guò)多種暴露途徑被人體攝入從而引起人體健康風(fēng)險(xiǎn)，最主要的為土壤⁃作物⁃食物暴露.本研究通過(guò)參考美國(guó)環(huán)保署提出的重金屬劑量⁃反應(yīng)模型，計(jì)算研究區(qū)成人的非致癌風(fēng)險(xiǎn)值，非致癌風(fēng)險(xiǎn)通過(guò)計(jì)算As、Cd、Hg、Pb、Cr等5種重金屬的日攝入量評(píng)估。

　　2結(jié)果與討論(ResultsandDiscussion)

　　2.1土壤重金屬含量及空間變異特征

　　統(tǒng)計(jì)研究區(qū)采集的321件表層土壤中重金屬的含量及pH，基于文獻(xiàn)[16]給出的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值統(tǒng)計(jì)土壤超標(biāo)點(diǎn)位，結(jié)果見(jiàn)表3.土壤中Cd、Hg、Pb、As及Cr的平均含量分別為0.45、0.32、51.31、13.04、75.27mg·kg-1，超標(biāo)率分別為48.91%、4.36%、0.93%、0.86%和0，變異系數(shù)分別為1.52、5.79、3.92、0.95和0.17.可以看出研究區(qū)土壤Cd的超標(biāo)率較高，其次是Hg、Pb和As.土壤Cd、Hg、Pb及As的變異系數(shù)均較高，說(shuō)明其含量在空間上分布不均勻[22].

　　土壤pH值的變化范圍為4.42~8.37，中酸性土壤占比為81.31%，堿性土壤占比18.69%，土壤以中酸性為主.對(duì)土壤重金屬含量進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，原始數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布特征，經(jīng)自然對(duì)數(shù)變換后，基本符合正態(tài)分布[23].利用GS+9.0軟件進(jìn)行半方差函數(shù)分析.

　　土壤Cd、Hg、Pb、As及Cr的塊金系數(shù)分別為0.510、0.536、0.469、0.184及0.429，說(shuō)明土壤As主要受到結(jié)構(gòu)性因素影響，土壤Cd、Hg、Pb及Cr受到結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素的共同影響[24].土壤Cd、Hg、Pb、As及Cr的變程分別為7.50、5.80、4.64、5.35、14.34km，超過(guò)該范圍則空間自相關(guān)性消失[25].

　　3結(jié)論(Conclusion)

　　(1)研究區(qū)土壤中Cd和Hg均存在一定程度的超標(biāo)，超標(biāo)率分別為48.91%和4.36%.土壤As、Cd及Cr可能受到成土母質(zhì)的影響，土壤Hg和Pb可能受到礦業(yè)活動(dòng)的影響，此外，農(nóng)業(yè)活動(dòng)也會(huì)造成土壤As、Cd和Pb等重金屬的輸入.

　　(2)土壤整體潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較小，主要以輕微污染為主，其中Cd和Hg對(duì)總生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率分別為59.9%和28.7%，是主要的污染因子.由于采礦等活動(dòng)，使得研究區(qū)存在點(diǎn)狀的Cd及Hg很強(qiáng)⁃極強(qiáng)的污染點(diǎn)位.

　　(3)研究區(qū)水稻樣品Cd和As的超標(biāo)率分別為8.8%和1.6%，其余重金屬不存在超標(biāo)現(xiàn)象.重金屬的生物有效性主要受到土壤中重金屬的含量、土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)含量及土壤Mn含量等因素的影響.研究區(qū)土壤以中酸性為主，這可能是水稻重金屬超標(biāo)的主要原因之一.

　　(4)研究區(qū)人體健康總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值大于1的比例為44.8%，說(shuō)明研究區(qū)通過(guò)食物攝入的暴露途徑存在一定程度的健康風(fēng)險(xiǎn)，主要的貢獻(xiàn)因子為As和Cd.可根據(jù)重金屬污染在土壤⁃農(nóng)作物⁃人體系統(tǒng)中的不同特點(diǎn)，進(jìn)行污染分類管理、分類治理，以達(dá)到土地安全利用的目的.

　　參考文獻(xiàn)(References)

　　[1]于靖靖，師華定，王明浩，等.湘江子流域重點(diǎn)污染企業(yè)影響區(qū)土壤重金屬鎘污染源識(shí)別[J].環(huán)境科學(xué)研究，2020，33(4)：1013⁃1020.

　　作者：鄧海1，2王銳1，2嚴(yán)明書(shū)1，2周皎1，2賈中民1梁紹標(biāo)1，2鮑麗然1，2羅宇潔1，2杜靜3∗∗

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