三峽庫區城鎮消落區土壤重金屬污染特征分析

　　摘要：河岸地區對河道和土地之間的交界面具有重要的控制作用，對環境質量具有重要的影響。為明確城鎮消落區土壤重金屬污染及來源情況，選擇三峽庫區腹地忠縣-石柱境內 11 個城鎮消落帶為研究區，在不同海拔高程范圍內采集土壤樣品 88 份，分析測試 8 種重金屬含量;采用地累積指數法和潛在生態風險指數法評價重金屬污染現狀和潛在生態風險，并利用多元統計分析法進行潛在來源分析。結果表明：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，在各城鎮消落區的分布存在較大的不均衡性。重金屬As和Cd的地累積指數分別為1.28和1.22，整體屬中度污染，在部分城鎮達到重度污染，Cr 在全區為輕微度污染，其余元素未達到污染水平。元素 Cd 和 Hg 的生態風險指數分別為 115.66 和 47.43，分別處于較高和中等生態風險水平;研究區綜合潛在生態風險水平為中等，中游和下游部分城鎮的潛在生態風險水平較上游高。重金屬 Cu 和 Hg 主要為人為源，Ni 主要為自然源，As、Cd、Pb 和 Zn 受到較強的人類活動影響。研究結果可為城鎮消落帶土壤環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， 三峽生態環境監測 發表時間：2021-07-06

　　關鍵詞：水庫消落帶;重金屬;污染評價;生態風險;來源分析

　　土壤是生態系統的重要組成部分，是人類賴以生存的主要自然資源之一[1]。隨著城鎮化進程的不斷深入，土壤環境問題日益嚴重[2-3]。重金屬具有不易降解、易富集、毒性高和環境持久性強等特點[4]，土壤中重金屬長期排放，不僅會對土壤功能產生負面影響[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，甚至誘發各種疾病[6]。

　　三峽庫區是長江上游經濟帶和成渝經濟圈的重要組成部分，也是長江中下游地區的生態環境保護屏障和西部生態環境建設的重點。由于庫區每年周期性呈現“冬淹夏陸”的生境變化，形成大面積消落區;隨水文條件的改變，消落區累積的污染物向水體中釋放，成為三峽庫區污染的主要來源[7]。城鎮消落區是消落區范圍內人類活動最為頻繁的區域，承載著城市經濟發展、居民生產生活保障和生態環境保護等重要功能[8]。隨著城鎮人口的增長和工農業的迅速發展，該區域生態環境問題日益嚴峻，引起越來越多人的關注。

　　目前，關于三峽庫區城鎮消落區重金屬的研究主要集中在重慶主城區域及沿江區縣城區，一些學者就三峽庫區重慶主城消落區土壤重金屬的分布特征、不同水期差異、污染現狀或潛在生態風險進行了研究[9-11]，而對于除重慶主城區外的沿江城鎮消落區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忠縣石柱段城鎮消落區土壤重金屬含量及分布特征進行分析，了解重金屬不同高程及沿江上下游分布規律，并采用地累積指數[12]和 Hakanson 潛在生態風險指數[13]對土壤重金屬的污染現狀和潛在生態風險進行評價，最后利用多元統計分析方法解析消落區土壤重金屬來源。從而為三峽庫區城鎮消落區土壤環境質量保護和重金屬污染防治提供數據支持，為三峽庫區土地可持續利用和生態發展提供理論依據。

　　1 材料與方法

　　1.1 研究區概況

　　忠縣與石柱位于重慶市東北部，地處三峽庫區腹心地帶(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，沿途流經忠縣洋渡鎮、新生鎮、烏楊鎮、東溪鎮、白公街道、忠州街道、復興鎮、石寶鎮以及石柱縣沿溪鎮和西沱鎮共 11 個鄉鎮(街道)。研究區經濟以農業生產為主，同時，境內長江流域通暢的水域為航運交通提供了便利，帶動了工業和旅游業的發展。氣候類型為亞熱帶東南季風區山地氣候，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 個城鎮消落區作為研究對象，具體分布情況見圖 1。

　　1.2 土樣采集與處理

　　根據三峽庫區水位調度模式，于 2020 年 6 月采集消落區(145~155m、155~165m、165~175m)和近江河岸(175~200m)4 個高程區土壤樣品。每個采樣點在不同的高程范圍內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 采用等離子體質譜法進行測定，元素 Zn、Cr 和 Pb 采用 X 熒光法進行測定，元素 Hg 和 As 采用原子熒光法進行測定。標準樣品加標回收率為 96.7%~101.3%。土壤樣品準確度和精密度控制，采用分析國家一級標準物質進行。

　　1.4 土壤重金屬污染評價

　　采用德國學者Müller(1969)[12]提出的地累積指數法分析研究區土壤重金屬污染現狀。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定的校正系數。地累積指數的分級標準見表 1。

　　1.5 土壤重金屬潛在生態風險評價

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