矿区周边农田土壤重金属污染风险评价

　　摘要为了系统的评价矿区周边土壤⁃农作物⁃人体系统中重金属的污染风险，为矿区生态风险的分类治理和农作物安全生产提供科学依据，选择在重庆市黔江区金洞乡主要农耕区采集表层土壤样品321件、水稻和对应根系土样品30套，分析了土壤和水稻中重金属(Cd、Hg、Pb、As和Cr)的含量、土壤中有机质和Mn的含量及土壤pH，利用潜在生态风险指数法和人体健康风险评估模型进行重金属污染风险评价.结果表明，研究区土壤中Cd和Hg均存在一定程度的超标现象，土壤重金属含量受到成土母质、矿业活动及农业活动的影响.土壤总体潜在生态风险较小，主要以轻微污染为主，Cd和Hg存在点状的很强-极强的污染点位，是主要的土壤污染因子.水稻样品存在Cd和As的超标问题，水稻重金属含量主要受到土壤中重金属的含量、土壤pH、土壤有机质含量及土壤Mn含量的影响.通过食物摄入的暴露途径存在一定程度的非致癌风险，主要的贡献因子为As和Cd.可根据重金属污染在土壤⁃农作物⁃人体系统中的不同特点，进行污染分类管理、分类治理，以达到土地安全利用的目的.

　　关键词矿区;土壤;农作物;重金属;污染风险;人体健康风险.

　　黔江区位于重庆市东南部，属于典型的岩溶地貌区，土壤中重金属元素含量较高，此外，矿藏资源现已探明有铅锌矿、汞矿、铜矿、铁矿等散状分布在旗号岭山脉一带，可供开采时间约10年左右.丰富的矿产资源，可为国民经国家建设提供支撑，但由于矿山开采与冶炼造成的环境污染问题，也十分凸显.

　　土壤论文范例：土壤环境质量新标准评价应用误区探讨

　　研究表明，我国多地既有矿山分布区地质自然高背景造成的土壤中重金属异常，也有矿山开采引起的土壤、水体等环境介质中重金属的富集，尤其是富含Cd、Zn、Pb等重金属的硫化物矿床在开采过程中，因产生富含Cd等有害元素的酸性废水，会给周边农耕区土壤带来污染，严重地区还会出现农作物超标问题[1-5].

　　孙德尧等[6]对冀北某矿区周边耕地土壤重金属污染特征进行了评价，结果显示，受到采矿等人为因素的影响，土壤污染问题显著;陆泗进等[7]利用潜在生态风险指数法对云南会泽某铅锌矿周边农田进行了生态风险评估，发现46.3%的采样点处于强生态风险程度，15.6%的采样点处于很强的生态风险程度，土壤污染不容忽视;陈凤等[8]对锌冶炼区耕地土壤和农作物重金属污染状况进行了评价，结果表明，研究区强、很强的生态风险程度的采样点比例分别为35.2%和42.3%，土壤重金属污染问题严重，且稻米、玉米和小麦样品重金属富集明显，均存在一定程度的重金属超标现象;杨敏等[9]对石门雄黄矿周边重金属健康风险进行了评估发现，经手⁃口摄入，As会对儿童造成严重的非致癌健康威胁，陈怡先等[10]也得到了相似的结论.

　　可见矿业活动会造成周边农田土壤重金属的积累，对农作物的安全性和人体健康造成威胁[11].但是，以往的研究多将土壤、植物或人体单独作为研究对象进行生态风险评估，缺乏系统化研究，使得对矿区的污染风险不能达到真正的“摸清家底”，导致难以针对性的进行重金属污染防控.本研究以黔江区南部汞矿、铅锌矿区为研究对象，采用潜在生态风险指数法和人体健康风险评估模型，系统的对土壤⁃农作物⁃人体系统进行重金属污染评估，摸清污染现状，得到不同介质的主要污染因子，讨论其影响因素，以期为矿区生态风险的分类治理和农作物安全生产提供科学依据.

　　1材料与方法(MaterialsandMethods)

　　1.1研究区概况

　　研究区位于重庆市黔江区南部金洞乡，区内处于旗号岭和五湖岭两座南北走向的山脉之间，地势北高南低、山峦起伏、沟壑交错，全乡平均海拔750m左右，最高点为旗号岭(1540m)、五湖岭(1461m)、和尚堡(1145m)的3座山脉，最低点为峡脚(410m).气候特征属亚热带湿润季风气候区，水热条件较好，适宜于多种农作物的生长.有细沙河、金洞河横穿全境，流经6个行政村，最后注入黔江区阿蓬江.出 露地层为寒武系，岩性以灰岩为主，土壤类型以黄壤为主，紫色土次之.研究区东北部分布有汞矿和铅锌矿.

　　1.2样品采集与分析

　　在主要农耕区，采用1∶50000比例尺，采集0~20cm的表层土壤321件，另采集30件水稻样品及配套根系土.土壤样品在自然条件下阴干，在样品干燥过程中要经常揉搓样品，以免胶结，并去除土壤中的砾石以及植物根系.干燥后的样品在过筛前用木槌轻轻敲打，以便使土壤样品恢复至自然粒级状态.

　　样品晾干后用尼龙筛，截取2mm(10目)粒级，充分混匀后，利用四分法取样品500g，装瓶.水稻样品在无污染、无扬尘、通风的条件下自然风干后，脱粒，送至实验室进一步处理.各类样品分析测试由重庆市地质矿产测试中心完成.

　　土壤样品采用分析国家一级标准物质(GSS⁃4、GSS⁃7、GSS⁃8、GSS⁃9、GSS⁃12、GSS⁃17、GSS⁃21)的方法进行准确度(相对误差，RE检验).随机抽样分析(数量为每批次试样数的20%—30%)进行精密度检验.农作物每一批样品插入同类型标准物质1—2个与样品同时分析，并计算单个样品单次测试值的相对误差，要求相对误差≤30%.精密度控制：采用重复分析的方法控制样品分析的精密度，每件样品进行重复分析，双份分析的相对双差≤30%.样品分析测试结果符合《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T0295—2016)[12]要求，数据质量可靠。

　　1.3土壤重金属污染风险评价

　　潜在生态风险指数法是由Hakanson提出的，主要应用于土壤和沉积物中重金属的污染生态风险评价，该方法将土壤或沉积物中重金属等污染物的含量、生态环境效应及其毒理学特征结合在了一起，不仅可以反映土壤或沉积物中污染物的污染程度，也可以反映其可能造成的生态风险程度，被广泛应用于土壤及沉积物的污染风险评价[13⁃14]。

　　1.4人体健康风险评估

　　农田土壤中的重金属可以通过多种暴露途径被人体摄入从而引起人体健康风险，最主要的为土壤⁃作物⁃食物暴露.本研究通过参考美国环保署提出的重金属剂量⁃反应模型，计算研究区成人的非致癌风险值，非致癌风险通过计算As、Cd、Hg、Pb、Cr等5种重金属的日摄入量评估。

　　2结果与讨论(ResultsandDiscussion)

　　2.1土壤重金属含量及空间变异特征

　　统计研究区采集的321件表层土壤中重金属的含量及pH，基于文献[16]给出的土壤污染风险筛选值统计土壤超标点位，结果见表3.土壤中Cd、Hg、Pb、As及Cr的平均含量分别为0.45、0.32、51.31、13.04、75.27mg·kg-1，超标率分别为48.91%、4.36%、0.93%、0.86%和0，变异系数分别为1.52、5.79、3.92、0.95和0.17.可以看出研究区土壤Cd的超标率较高，其次是Hg、Pb和As.土壤Cd、Hg、Pb及As的变异系数均较高，说明其含量在空间上分布不均匀[22].

　　土壤pH值的变化范围为4.42~8.37，中酸性土壤占比为81.31%，碱性土壤占比18.69%，土壤以中酸性为主.对土壤重金属含量进行正态分布检验，原始数据不符合正态分布特征，经自然对数变换后，基本符合正态分布[23].利用GS+9.0软件进行半方差函数分析.

　　土壤Cd、Hg、Pb、As及Cr的块金系数分别为0.510、0.536、0.469、0.184及0.429，说明土壤As主要受到结构性因素影响，土壤Cd、Hg、Pb及Cr受到结构性因素和随机性因素的共同影响[24].土壤Cd、Hg、Pb、As及Cr的变程分别为7.50、5.80、4.64、5.35、14.34km，超过该范围则空间自相关性消失[25].

　　3结论(Conclusion)

　　(1)研究区土壤中Cd和Hg均存在一定程度的超标，超标率分别为48.91%和4.36%.土壤As、Cd及Cr可能受到成土母质的影响，土壤Hg和Pb可能受到矿业活动的影响，此外，农业活动也会造成土壤As、Cd和Pb等重金属的输入.

　　(2)土壤整体潜在生态风险较小，主要以轻微污染为主，其中Cd和Hg对总生态风险的贡献率分别为59.9%和28.7%，是主要的污染因子.由于采矿等活动，使得研究区存在点状的Cd及Hg很强⁃极强的污染点位.

　　(3)研究区水稻样品Cd和As的超标率分别为8.8%和1.6%，其余重金属不存在超标现象.重金属的生物有效性主要受到土壤中重金属的含量、土壤pH、土壤有机质含量及土壤Mn含量等因素的影响.研究区土壤以中酸性为主，这可能是水稻重金属超标的主要原因之一.

　　(4)研究区人体健康总风险指数值大于1的比例为44.8%，说明研究区通过食物摄入的暴露途径存在一定程度的健康风险，主要的贡献因子为As和Cd.可根据重金属污染在土壤⁃农作物⁃人体系统中的不同特点，进行污染分类管理、分类治理，以达到土地安全利用的目的.

　　参考文献(References)

　　[1]于靖靖，师华定，王明浩，等.湘江子流域重点污染企业影响区土壤重金属镉污染源识别[J].环境科学研究，2020，33(4)：1013⁃1020.

　　作者：邓海1，2王锐1，2严明书1，2周皎1，2贾中民1梁绍标1，2鲍丽然1，2罗宇洁1，2杜静3∗∗

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