內(nèi)蒙古包頭市西南郊耕地土壤重金屬垂向分布特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

［摘要］分析了包頭市南郊耕地土壤的兩個(gè)垂直剖面中重金屬Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的垂向分布特征，并采用地質(zhì)累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：（1）重金屬Hg、Cd、Pb、Zn含量隨著深度的增加，表現(xiàn)出遞減的趨勢(shì)，底部含量低于包頭市土壤重金屬背景值；重金屬As、Ni、Cr、Cu含量隨著深度的增加，呈現(xiàn)曲線起伏較大，在BCP1剖面底部達(dá)到最高，高于包頭市土壤重金屬背景值，在BCP8剖面底部低于包頭市土壤重金屬背景值；（2）Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn質(zhì)量濃度平均值分別為0.414 mg/kg、0.027 mg/kg、6.992 mg/kg、144.44 mg/kg、54.36 mg/kg、18.66 mg/kg、21.193 mg/kg、293.72 mg/kg，Cd、Pb和Zn個(gè)別點(diǎn)質(zhì)量濃度值超過(guò)了《農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB15618-2018）的農(nóng)用地重金屬風(fēng)險(xiǎn)篩選值，累積較為嚴(yán)重；推測(cè)重金屬Hg、Cd、Pb、Zn來(lái)源于曾經(jīng)的工廠排污，重金屬As、Ni、Cr、Cu來(lái)源于村民施用的農(nóng)家肥，二者不具有同源性；（3）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Pb、Cd、Zn的地質(zhì)累積指數(shù)的極大值（含異常值）與Cd、Pb、Hg的潛在生態(tài)危害指數(shù)的極大值（含異常值）均較高，Cd、Pb、Hg、Zn污染風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)嚴(yán)重，研究區(qū)總體處于強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

［關(guān)鍵詞］耕地土壤；垂直剖面；重金屬；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

重金屬污染是通過(guò)廢水、廢氣和固體廢物污染環(huán)境的，其主要特點(diǎn)為污染范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、污染隱蔽性高、難以被降解。隨著農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)的發(fā)展以及城市化進(jìn)程的推進(jìn)，重金屬通過(guò)污水灌溉、大氣煙塵沉降、垃圾填埋處理等途徑進(jìn)入土壤和水體，并通過(guò)食物鏈進(jìn)入農(nóng)產(chǎn)品，最終在人體中蓄積，不僅影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，還危害人類健康。

包頭市位于呼包平原中東部，是內(nèi)蒙古自治區(qū)的經(jīng)濟(jì)中心之一，是中國(guó)境內(nèi)以冶金、稀土、機(jī)械工業(yè)為主的綜合性工業(yè)城市，其在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)，也給周邊土壤造成嚴(yán)重污染，帶來(lái)極大的潛在生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)。

呼包平原為農(nóng)耕區(qū)，其地貌不利于重金屬的遷移擴(kuò)散，具有遷移速度幔、波及范圍較小、治理相對(duì)容易等特點(diǎn)。影響土壤重金屬垂向分布的因素很多，與成土母質(zhì)和人為活動(dòng)都有密切關(guān)系，而且包頭市南郊地下水資源豐富，土壤中的重金屬垂向遷移可能會(huì)導(dǎo)致地下水受到污染。目前有關(guān)包頭市土壤重金屬污染的研究主要集中在對(duì)小面積農(nóng)田、郊區(qū)、公園和工礦企業(yè)周邊土壤重金屬狀況的調(diào)查及簡(jiǎn)單的污染評(píng)價(jià)方面[1-3]。

本次研究是在《內(nèi)蒙古河套農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查》[4]項(xiàng)目1∶5萬(wàn)異常查證工作選出的污染區(qū)范圍內(nèi)，開展了1∶2000土壤垂直剖面測(cè)量工作。本研究以包頭市西南郊耕地作為研究對(duì)象，分析其土壤垂直剖面樣品的理化性質(zhì)和８種重金屬（Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn）的分布特征，根據(jù)重金屬相關(guān)性分析結(jié)果判斷其之間的同源性，并利用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以期為包頭市南郊土壤重金屬污染防治提供理論依據(jù)及指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市西南部老工業(yè)基地分布區(qū)，為20世紀(jì)60年代舊工業(yè)區(qū)，隸屬包頭市九原區(qū)；該區(qū)屬于黃河沖積平原區(qū)，地勢(shì)較平坦，植被發(fā)育；位于南繞城與包茂高速之間，南距有黃河2 km，東距昆都侖河500 m；屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱干燥，秋季冷熱不均，晝夜溫差大，冬季寒冷干燥；具有悠久的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)歷史，糧食作物以玉米為主，其次有小麥、高粱、谷子等，主要經(jīng)濟(jì)作物有蔬菜、油料作物，畜牧業(yè)以飼養(yǎng)生豬、羊、牛為主。

1.1.1 樣品采集與處理

包頭市西南郊共采集了13個(gè)耕地土壤垂直剖面（圖1），剖面編號(hào)為BCP1～BCP13。經(jīng)地質(zhì)累積指數(shù)[5]計(jì)算，未受到重金屬污染的僅有3條垂直剖面（BCP4、BCP10、BCP11），本文選擇受到重金屬污染程度最強(qiáng)的剖面（BCP1）和污染深度最深的剖面（BCP8）進(jìn)行土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

采樣時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)，土壤垂向上物質(zhì)成分變化較小，由地表向下每20 cm采集1件垂直土壤剖面樣品，控制深度160 cm，樣品重量1 kg；BCP1采樣剖面深度140 cm（140 cm以下見地下水），共采集7個(gè)樣品；BCP8采樣剖面深度160 cm（160 cm以下見地下水），共采集8個(gè)樣品；采集剖面土壤樣品時(shí)，先用不銹鋼鏟挖掘至底層，然后用木鏟將與不銹鋼鏟接觸部分的土壤去掉，按20 cm采樣間距，采集土壤裝入布樣袋中，樣品質(zhì)量不低于1 kg。回到駐地后，將土壤樣品去除雜質(zhì)，置于牛皮紙上，在自然條件下陰干，一邊晾干，一邊用木槌輕輕敲打、破碎，避免發(fā)生膠結(jié)，全部樣品過(guò)-20目粒級(jí)尼龍篩，然后將樣品混勻，裝入樣品袋送至實(shí)驗(yàn)室，用于土壤重金屬、pH值的測(cè)定。

1.2 樣品分析與測(cè)定

本次樣品測(cè)試分析工作由自然資源部呼和浩特礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心承擔(dān)。樣品測(cè)試分析采用等離子體質(zhì)譜法、原子熒光光譜法、X熒光光譜法和離子選擇性電極法（ISE）等方法組合的配套方案，完成了9個(gè)指標(biāo)（元素）的測(cè)定。準(zhǔn)確度和精密度控制采用測(cè)試分析國(guó)家一等標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)方法進(jìn)行控制。從表1可以看出，所有樣品報(bào)出率均為100%，滿足測(cè)試分析要求，樣品檢出限、準(zhǔn)確度和精密度（λ）監(jiān)控樣合格率統(tǒng)計(jì)均滿足《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T 0295-2018）[6]規(guī)范要求。