一江两河流域年楚河段农用地土壤重金属污染风险评价

摘 要：根据西藏自治区年楚河流域农用地土壤 8 种重金属的浓度特征及污染风险研究可知，除铅（Pb）外，其余重金属的浓度均值都超过西藏自治区土壤重金属背景值，但都没有超过国家风险筛选值。单因子污染指数和Nemero污染指数法分析发现，研究区8种重金属在轻度污染水平。Eri值分析表明，铬（Cr）、砷（As）、铜（Cu）、铅（Pb）和锌（Zn）表现为轻度生态风险，其余重金属表现为中度以下风险水平。RI值分析表明，研究区大部分采样点处于中度风险以下水平，生态风险相对较低。

关键词：农用地；土壤；重金属；年楚河

中图分类号：X53；X826 文献标志码：A 文章编号：1674-7909（2023）03-141-3

0 引言

土壤质量对生态系统的稳定及人类的健康影响极大［1］。近年来，随着社会经济的高速发展和高强度的人类活动，我国因重金属污染而退化的土壤数量日益增多。而重金属大多毒性及稳定性较强，对土壤环境及人体健康危害巨大。因此，土壤重金属污染成为大家都非常重视的问题［2］。

青藏高原地区人口少、城镇化和工业化进程缓慢，被认为是世界上污染最少和最干净的地区之一［3］。而近期部分研究指出，青藏高原地区已出现重金属污染。例如，Xiao等［4］研究青藏高原东部的贡嘎山苔藓时，发现高浓度的锌（Zn）、锶（Sr）和钡（Ba），通过源解析发现其来源主要与人为活动有关；Wu等［1］研究发现，青藏高原东北部地区已经发生重金属污染。现今，青藏高原重金属污染已出现在不同的环境介质中。然而，以往对青藏高原重金属污染的研究多集中在水体、公路、非农田土壤等方面，对于农田土壤方面的研究较少。农业是保障当地粮食安全和社会稳定发展的重要基础，因此，开展青藏高原农田土壤重金属污染风险调查研究工作刻不容缓。

年楚河是雅鲁藏布江中游最大的支流之一，也是青藏高原主要农业区“一江两河”地区的重要组成部分。年楚河流域内土地肥沃，农牧业发达，社会经济发展较快，具有独特的研究价值。而目前学者对年楚河流域的研究主要集中于生物资源和水土保持等方面，对流域内农用地土壤环境质量的研究较少。因此，笔者针对该地区开展农用地土壤环境质量调查，分析重金属污染特征和生态风险，以期为当地的农业生产和污染防控提供准确可靠的数据支撑和理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 研究区域概况

年楚河流域（东经88°35′～90°15′，北纬28°10′～29°20′）位于西藏自治区（以下简称西藏）南部，年楚河全长223 km，流域面积为11 121 km2。年楚河流域属于高原温带半干旱季风气候区，气压低、蒸发量大、相对湿度小等是该地区的气候特点［5］。该流域年降水量在304～431 mm，光照充足，为当地农业发展提供了优越的自然条件。

1.2 样品采集与测定

2020年9月，在年楚河流域农用地（耕地、大棚）选择31个采样点，按照《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166—2004）采集土壤样品。用铁铲采集表层土壤样品，将土壤样品装入聚乙烯袋后带回实验室，经风干后研磨过筛保存。利用电感耦合等离子体质谱仪（ELANDRC-e）测定铅（Pb）、铜（Cu）、镍（Ni）和镉（Cd）4种重金属的浓度，利用波长色散X荧光光谱仪测定（Zn）和铬（Cr）的浓度，利用AFS-820和AFS-830原子荧光光谱仪测定砷（As）和汞（Hg）的浓度。所有重金属元素的浓度均为3次测定结果的平均值，标准偏差小于5%。

1.3 研究方法

1.3.1 内梅罗污染指数法。通常把单因子污染指数与Nemero污染指数法结合使用，以充分反映重金属污染状况。具体的计算公式为

[Pi=Ci/Si] （1）

[PN=（P2avg+P2max）/2] （2）

式（1）和式（2）中：Pi表示重金属i的单因素污染指标，Ci表示重金属i的实测值（mg/kg），Si表示重金属i在西藏的背景值（mg/kg），PN表示某个样点的Nemero污染指数，Pavg表示某个样点的单因子污染指数总和的平均值，Pmax表示某个样点重金属Pi的最大值。一般来说，Pi≤1表示土壤没有污染，Pi[>]1表示有一定的污染，数值越大表示产生的污染越严重。从Nemero污染指数来看，对其依据数值大小进行等级划分：PN≤0.7时为安全级，0.7[<]PN≤1时为警戒级，1[<]PN≤2时为轻度污染级，2[<]PN≤3时为中污染级，PN[>]3为重污染级。

1.3.2 潜在生态风险指数法。潜在生态风险指数法是通过考虑重金属的毒害作用和环境效应，分析单个重金属的环境危害和多个重金属的复合环境危害。其计算公式为

[RI=i=1nEir=i=1nTir×Ci/Si] （3）

式（3）中：Tri表示目标物的毒性系数［6］，Eri表示重金属i的生态风险指数，RI表示采样点重金属的综合生态风险指数，其分级情况如表1所示。

1.4 数据分析

基于重金属的测定浓度，利用Excel软件分析重金属浓度的标准差、变异系数和重金属样点超标率，通过软件公式中的STDEV函数计算研究区重金属的标准差；通过标准差与平均值的比值计算出重金属的变异系数（CV）；通过重金属的平均浓度与西藏土壤背景值的相对大小，获得重金属样点超标率。对于污染风险评价，先分别计算出重金属的单因子指数、内梅罗指数和潜在生态风险指数，再分析三者数值范围，并按照污染等级进行分级，计算采样点各级所占百分比，以此得出污染风险程度。

2 试验结果与分析

2.1 土壤重金属浓度特征

此试验的土壤重金属浓度特征分析结果汇于表2。由表2可知，Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg的平均浓度分别为38.26、24.66、93.15、167.25、136.57、0.12、21.81、0.05 mg/kg，均未超过国家对于土壤重金属污染所规定的限值。而相对于西藏土壤背景值，除Pb外，Cu、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg的浓度平均值分别是背景值的1.75、1.26、2.16、4.25、1.52、1.17、1.93倍。从变异系数来看，Ni超标率达到了100%，表现为强变异性；Cr和Hg表现为高度变异；Cd和As表现为中等变异；Cu、Pb和Zn表现为低变异，表明人类活动对三者的影响不大。

2.2 重金属污染风险评价

2.2.1 内梅罗污染指数评价。利用内梅罗污染指数评价方法计算8种重金属的Pi值和PN值，并基于分级标准测算采样点污染等级的百分比，结果如表3所示。从Pi值来看，8种重金属都有一定程度的污染，Cr、Ni和Hg在部分地区出现重度污染，其中Hg的污染相对较严重。研究区有16.13%的采样点出现了Hg重度污染，22.58%的采样点表现为Hg中度污染，45.16%的采样点表现为Hg轻度污染；Pb在90.32%的采样点表现为清洁状态；Cu、Zn和Cd在研究区表现为轻度污染，个别点位出现了中度污染，影响较小；Ni在研究区点位中多是轻度污染；67.74%的采样点表现为Cr轻度污染，19.36%的采样点受到了Cr重度污染。经内梅罗污染指数分析发现，研究区PN值为1.33～16.54，平均值为3.73；轻度污染的采样点占比为41.94%，中度污染的采样点占比为35.48%，重度污染的采样点比为22.58%。综上所述，年楚河流域农用地土壤受到了重金属的影响，但整体污染程度较小低，多为轻度污染。

2.2.2 潜在生态风险评价。利用潜在生态风险指数评价方法计算8种重金属的Eri值和RI值，并基于分级标准测算采样点污染等级的百分比，结果如表4所示。从Eri值可以看出，农用地土壤中Cu、Pb、Zn、Cr和As的轻度生态风险占比达到了100%，生态风险较小；Ni表现为轻度生态风险，9.68%的采样点生态风险相对较重；67.74%的采样点出现了Cd中度风险，3.23%的采样点出现Cd较重风险；Hg的风险较高，分别有45.16%、35.48的采样点出现了中度、较重风险，3.23%的采样点出现了重度生态风险。从RI值来看，研究区域RI值表现为轻度生态风险的采样点占比为45.16%，表现为中度风险的采样点占比为48.39%。

3 结论与讨论

笔者对一江两河流域年楚河段农用地土壤进行了8种重金属的浓度分析及污染评价。结果表明，除Pb外，其他重金属浓度均值均超过西藏土壤重金属背景值，但与相关国家标准中的风险筛选值相比，8种重金属都没有超过标准。Nemero污染指数法评价结果表明，土壤中8种重金属多表现出轻度污染状态，对环境的影响较小。潜在生态风险指数法分析结果表明，Cu、Pb、Zn、Cr和As均表现为轻度生态风险，其他重金属表现为中度以下风险水平。RI值分析结果表明，研究区大部分采样地土壤重金属污染处于中度风险以下水平，生态风险相对较低。

参考文献：

［1］WU J，LU J，LI L，et al. Pollution，ecological-health risks，and sources of heavy metals in soil of the northeastern Qinghai-Tibet Plateau［J］.Chemosphere，2018（201）：234-242.

［2］CHEN T，LIU X，LI X，et al. Heavy metal sources identification and sampling uncertainty analysis in a field-scale vegetable soil of Hangzhou，China［J］.Environmental Pollution，2008（3）：1003-1010.

［3］LI L，WU J，LU J，et al. Distribution，pollution，bioaccumulation，and ecological risks of trace elements in soils of the northeastern Qinghai-Tibet Plateau［J］.Ecotoxicology and Environmental Safety，2018（166）：345-353.

［4］XIAO J，HAN X X，SUN S Q，et al. Heavy metals in different moss species in alpine ecosystems of Mountain Gongga，China：Geochemical characteristics and controlling factors［J］.Environmental pollution，2021（272）：115991-116000.

［5］夏传清，刘志荣，刘焕珍.浅析年楚河流域水文特性［J］.东北水利水电，2001（2）：29-30.

［6］LARS H. An ecological risk index for aquatic pollution control.a sedimentological approach［J］.Water Research，1980（8）：975-1001.