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        廣利濟(jì)河周邊農(nóng)田土壤重金屬污染及生態(tài)風(fēng)險評價

        2021-06-29 08:39:24劉文超劉曦溫思寒
        區(qū)域治理 2021年4期
        關(guān)鍵詞:倍數(shù)農(nóng)田重金屬

        劉文超,劉曦,溫思寒

        1.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院;2.焦作市生態(tài)環(huán)境局

        農(nóng)田土壤質(zhì)量對于保障糧食作物的安全意義重大,農(nóng)田土壤重金屬污染問題已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注[1]。焦作是國家糧食生產(chǎn)核心區(qū)重要城市,也是南水北調(diào)中線工程沿線的城市,糧食安全問題是促進(jìn)生態(tài)文明的關(guān)鍵一步,農(nóng)田土壤質(zhì)量管控意義重大。關(guān)于焦作地區(qū)土壤重金屬污染方面,也有眾多的學(xué)者作了大量研究[2-4],但關(guān)于焦作市農(nóng)田土壤重金屬污染方面的研究,大部分集中在礦區(qū)周圍的農(nóng)田土壤重金屬污染情況,而關(guān)于焦作市河流周邊農(nóng)田土壤重金屬污染情況尚未見諸于報道。本次研究選取廣利濟(jì)河焦作段周邊農(nóng)田土壤作為研究對象,對農(nóng)田土壤進(jìn)行采樣分析,對研究區(qū)農(nóng)田土壤的重金屬污染現(xiàn)狀、生態(tài)環(huán)境風(fēng)險和健康風(fēng)險進(jìn)行評價,以期為農(nóng)田的合理耕種和科學(xué)管理提供依據(jù)。

        一、材料與方法

        (一)研究區(qū)域概況

        焦作市位于河南省西北部,112°32′~113°38′E與34°48′~35°30′N之間,地處黃河干流華北平原西北部,南臨黃河,北依太行,屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫15.9℃,年降水量562.7毫米,土壤主要為潮土。廣利濟(jì)河發(fā)源于河南省濟(jì)源市,引沁河水經(jīng)濟(jì)源、沁陽、溫縣和武陟后再匯入沁河并最終匯入黃河,主要用途為農(nóng)田灌溉。廣利濟(jì)河沿岸農(nóng)田作為基本農(nóng)田保護(hù)區(qū),地勢由西北向東南傾斜,主要農(nóng)作物為小麥和玉米。

        (二)布點(diǎn)及采樣方法

        土壤樣品采集選擇沿廣利濟(jì)河兩岸2公里范圍內(nèi)正常種植的農(nóng)田,采用“梅花型”取樣法,取混合土樣約1公斤,裝入自封袋,送回實(shí)驗(yàn)室待測,共布設(shè)23采樣點(diǎn),采樣點(diǎn)位置如圖1所示。

        圖1 采樣點(diǎn)分布示意圖

        (三)評價方法

        本文采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法對研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行評價,評價標(biāo)準(zhǔn)值(Si)取《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018)中給定的風(fēng)險篩選值(以下簡稱:篩選值)。

        二、結(jié)果與分析

        (一)農(nóng)田土壤重金屬含量特征

        研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的平均含量依次為74.97、28.90、118.85、163.32、15.14、4.02、26.36和0.05mg·kg-1;其含量的變化范圍依次為50.36-116.89、21.12-45.66、55.23-191.23、102.36-232.01、8.12-20.23、0.21-32.56、20.16-45.66和 0.04-0.07mg·kg-1。

        與河南省土壤元素背景值對比顯示,所有采樣點(diǎn)Cd、Cu、Zn、Pb和Hg的含量均超過各自背景值,最大含量分別超過對應(yīng)背景值的倍數(shù)分別為438.95、8.71、2.86、1.33和1.03;部分采樣點(diǎn)Cr、Ni和As含量超過對應(yīng)背景值,其超出背景值的采樣點(diǎn)占比依次為:82.6%、69.6%和91.3%,最大含量超過對應(yīng)背景值的倍數(shù)分別為0.83、0.71和0.77。研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬含量除來自成土母質(zhì)外,還受到了人類活動的影響。

        與風(fēng)險篩選值和風(fēng)險管控值進(jìn)行對比分析顯示,所有采樣點(diǎn)Cr、Ni、As、Zn、Pb和Hg含量均未超過對應(yīng)篩選值,部分采樣點(diǎn)Cu含量超過篩選值,超標(biāo)率為52.2%,最大超標(biāo)倍數(shù)為0.91;Cd在研究區(qū)農(nóng)田部分采樣點(diǎn)的含量高于篩選值和管控值,其中超出篩選值的采樣點(diǎn)占比為65.2%,最大超標(biāo)倍數(shù)為107.52,超出管控值的采樣點(diǎn)占比為17.4%,最大超標(biāo)倍數(shù)為9.85;Cu和Cd超標(biāo)點(diǎn)位主要有GS02、GS03、GS05、GS06、GS13、GS14、GS19和GS22,除此之外,Cu超標(biāo)點(diǎn)位還有GS10、GS11、GS18和GS21,Cd超標(biāo)點(diǎn)位還有GS01、GS04、GS07-GS09和GS17,對超標(biāo)點(diǎn)位所在區(qū)域的農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量應(yīng)引起關(guān)注,建議進(jìn)行長期監(jiān)測。

        (二)農(nóng)田土壤重金屬污染評價

        研究區(qū)農(nóng)田土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的單因子污染指數(shù)變化范圍依次為:0.25-0.58、0.21-0.46、0.55-1.91、0.41-0.93、0.27-0.67、0.70-108.52、0.17-0.38 和 0.01-0.03,綜合污染指數(shù)的變化范圍為0.58-77.38,Cr、Ni、As、Pb和Hg含量均處于清潔水平,34.8%的采樣點(diǎn)Zn含量處于正在清潔水平,52.2%采樣點(diǎn)Cu含量輕度污染水平;39.1%采樣點(diǎn)Cd含量處于輕度污染水平,8.7%采樣點(diǎn)Cd含量處于中度污染水平,21.7%采樣點(diǎn)Cd含量處于重度污染水平。

        (三)農(nóng)田土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險評價

        研究區(qū)農(nóng)田土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的單項(xiàng)潛在風(fēng)險指數(shù)變化范圍依次為:0.5-1.2、1.1-2.3、2.8-9.6、0.4-0.9、2.7-6.7、21.1-3255.6、0.9-1.9 和 0.6-1.2,Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb和Hg含量均處于輕微生態(tài)風(fēng)險等級,17.4%采樣點(diǎn)Cd含量處于極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險等級。重金屬綜合潛在風(fēng)險指數(shù)的變化范圍為73.1-3151.0,部分采樣點(diǎn)綜合生態(tài)風(fēng)險處于強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險等級,其中Cd所引起的生態(tài)風(fēng)險貢獻(xiàn)率為97.6%,應(yīng)關(guān)注研究區(qū)綜合生態(tài)風(fēng)險達(dá)到強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險等級農(nóng)田地塊土壤中Cd所造成的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險。

        三、結(jié)論

        (1)研究區(qū)農(nóng)田土壤中所有采樣點(diǎn)Cr、Ni、As、Zn、Pb和Hg,含量均未超過對應(yīng)篩選值,但Cd、Cu、Zn、Pb和Hg的含量均超過了對應(yīng)的背景值,部分采樣點(diǎn)中Cr、Ni和As的含量超過了對應(yīng)背景值。52.2%采樣點(diǎn)Cu含量超過篩選值,最大超標(biāo)倍數(shù)為0.91;65.2%采樣點(diǎn)Cd的含量高于篩選值,最大超標(biāo)倍數(shù)為107.52,17.4%采樣點(diǎn)中Cd的含量超出管控值,最大超標(biāo)倍數(shù)為9.85;對超過篩選值和管控值的采樣點(diǎn)所在農(nóng)田地塊的土壤環(huán)境質(zhì)量應(yīng)引起重。

        (2)研究區(qū)農(nóng)田土壤采樣點(diǎn)各重金屬單因子污染指數(shù)均值依次為:Cd>Cu>Zn>As>Cr>Ni>Pb>Hg,Cr、Ni、As、Pb和Hg含量均處于清潔水平,34.8%的采樣點(diǎn)Zn含量處于正在清潔水平,52.2%采樣點(diǎn)Cu含量輕度污染水平;39.1%采樣點(diǎn)Cd含量處于輕度污染水平,8.7%采樣點(diǎn)Cd含量處于中度污染水平,21.7%采樣點(diǎn)Cd含量處于重度污染水平,Cd是影響研究區(qū)農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量的主要污染因子。

        (3)研究區(qū)農(nóng)田土壤中重金屬元素綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)平均值達(dá)到417.6,處于中強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險等級,其中GS03、GS05和GS06采樣點(diǎn)重金屬含量的綜合生態(tài)風(fēng)險水平達(dá)到強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險等級。研究區(qū)農(nóng)田土壤中Cd的單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)平均值為402.0,達(dá)到極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險等級,Cd所引起的生態(tài)風(fēng)險貢獻(xiàn)率為97.6%,是研究區(qū)農(nóng)田土壤的主要污染因子。

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