吉林省松原油田井場周邊農(nóng)田土壤重金屬含量特征及生態(tài)風險評價

李景新,田忠寶,萬政鈺,陳文英,許芳銘

(1.吉林省環(huán)境科學研究院,吉林長春 130012;2.遼源市輻射固體廢物管理站,吉林遼源 136200;3.北京師范大學地理學部,北京 100088)

土壤不僅是植物生長的重要條件，更是人類賴以生存的根本。隨著社會的發(fā)展，工業(yè)“三廢”、農(nóng)業(yè)廢棄物的大量增加，致使土壤受到不同程度的破壞，土壤中的重金屬通過食物鏈在人體中累積，危害人群健康[1-2]。因而，對農(nóng)田土壤重金屬含量水平與生態(tài)風險的研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。油田開發(fā)給經(jīng)濟帶來巨大推動力的同時，在石油的開發(fā)和生產(chǎn)過程中，井場附近的落地原油和生產(chǎn)活動對井場周圍的農(nóng)田土壤會造成一定程度的污染[3]。選取吉林省松原地區(qū)油田采油井附近農(nóng)田土壤為研究區(qū)域，分析重金屬含量現(xiàn)狀，評價潛在生態(tài)風險特征及其影響因素，可為該地區(qū)農(nóng)田土壤污染防治提供基礎數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況及分析方法

1.1研究區(qū)概況松原市位于我國吉林省中西部(123°6′～126°11′E，43°59′～45°32′N)，全市幅員面積2.20萬km2，為吉林省第三大地級市。松原市屬于溫帶大陸性季風氣候，春季干燥多風，夏季溫熱多雨，秋季涼爽早霜，冬季寒冷干燥。多年平均降水量為400～500 mm，年蒸發(fā)量為1 600～2 000 mm。吉林油田位于松原市中西部地區(qū)，共有18個油田區(qū)塊，年生產(chǎn)原油650萬t以上，是我國東北地區(qū)重要的石油開采與加工企業(yè)。

1.2樣品采集與分析

1.2.1樣品采集。利用GPS 定位，依據(jù)NY/T 5335—2006《無公害食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量調(diào)查規(guī)范》和NY/T 5295—2004 《無公害食品產(chǎn)地環(huán)境評價準則》，2015年10月在松原市乾安縣小率字井附近的采油井周邊采集有代表性的25個0～20 cm 表層土壤樣品(圖1)。按4分法取樣并裝入聚乙烯塑料袋中，帶回實驗室，自然風干。

1.2.2樣品處理與分析方法。土壤樣品自然風干，每個樣品去除動植物殘體及石塊后用瑪瑙研缽研磨并過0.15 mm尼龍篩。前處理過程需保證土壤樣品不接觸任何金屬物質(zhì)，以避免交叉污染。土壤樣品采用三酸(HNO3、HF、HClO4)消解，樣品中的Pb采用火焰原子吸收光譜法測定， As、Hg采用原子熒光光譜法測定，pH采用玻璃電極法測定。

1.2.3質(zhì)量控制。選用GBW07405(GSS-5)作為標準參考物質(zhì)進行重金屬分析的質(zhì)量控制。同時，進行空白試驗和重復測試以確保分析的準確度和精密度，3種重金屬的回收率都在90%～110%。

1.3評價方法依據(jù)土壤背景值[4]，采用Muller地累積指數(shù)法、Hakanson潛在生態(tài)風險指數(shù)法[5]對土壤重金屬累積狀況與生態(tài)風險進行分析。采用Pearson相關(guān)分析與回歸分析法進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1土壤重金屬含量特征由表1可知，Pb、Hg和As含量范圍分別為1.250～10.470、0.010～0.320和14.520～28.300 mg/kg；平均含量分別為6.392 8、0.079 1和23.305 1 mg/kg，分別為土壤背景值的0.33、2.20和2.39倍，表明Hg和As在土壤中累積較明顯。變異系數(shù)可代表污染物分布的均勻程度和受人為影響程度。當變異系數(shù)大于1.0時，屬于強變異；介于0.1和1.0之間的屬于中等變異；小于0.1的屬于弱變異。變異系數(shù)越大，元素在土壤中的含量分布越不平均，說明受人類活動影響越大。Pb、Hg和As的變異系數(shù)分別為0.445 8、1.196 8和0.159 0，Hg屬于強變異水平，Pb和As屬于中等變異，表明Hg含量受人類活動影響較大。

圖1 乾安油田小率字村周邊采樣點分布Fig.1 Farmland sample distribution around oil production wells in Xiaoshuaizi Village ,Qian’an County

表1 乾安油田采油井周邊農(nóng)田土壤重金屬含量

2.2污染程度分析由表2可知，Pb的地累積指數(shù)介于-4.542 3～-1.481 0，均為無污染狀態(tài)。Hg的地累積指數(shù)介于-2.433 0～2.567 0，16%的地累積指數(shù)介于0～1，為輕度污染狀態(tài)；4.00%地累積指數(shù)介于1～2，為中度污染狀態(tài)；16%為中度—重污染狀態(tài)，其余為無污染。As的地累積指數(shù)介于-0.013 0～0.949 3，96%為輕度污染狀態(tài)，最大值為0.949 3，接近中度污染。

表2 Muller地累積指數(shù)分級體系

2.3潛在生態(tài)風險評價由表3可知，Pb潛在生態(tài)風險指數(shù)全部介于0.32～17.65，處于輕度生態(tài)風險級別，說明吉林省油田周邊農(nóng)田土壤中Pb污染沒有形成明顯的生態(tài)風險。Hg潛在生態(tài)風險指數(shù)在11.11～355.56，48%處于輕度風險級別，28%處于中度風險級別，4%處于強生態(tài)風險級別，12%處于很強生態(tài)風險級別，8%處于極強生態(tài)風險級別。油田周邊農(nóng)田土壤中Hg污染具有較高的潛在風險，對其土壤生態(tài)環(huán)境已經(jīng)形成嚴重潛在威脅。As潛在生態(tài)風險指數(shù)在14.87～28.96，全部處于輕生態(tài)風險級別。潛在風險級別由高到低為Hg、As、Pb。主要是因為Hg的毒性響應系數(shù)較其他污染物高很多。

表3 潛在生態(tài)風險評價分級特征

2.4土壤重金屬含量與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系土壤中有機質(zhì)(OM)含量與pH對As、Hg等重金屬在土壤中的吸收與滯

留起著重要的作用[6]。表4為土壤重金屬與pH、OM間Pearson相關(guān)分析，由表4可知，采油井周邊農(nóng)田土壤Pb與pH、有機質(zhì)含量呈弱負相關(guān)關(guān)系；Hg、As與pH呈正相關(guān)關(guān)系，與有機質(zhì)含量呈負相關(guān)關(guān)系。表明土壤OM的吸附解析作用可顯著影響As、Hg在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化及其含量水平；由于研究區(qū)土壤pH均為堿性，因而隨著pH的降低會促進土壤對重金屬的保持能力降低，重金屬含量減少。

表4 土壤重金屬與pH、OM間Pearson相關(guān)分析

注：*在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；**在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)

Note:*stands for significant correlation at 0.05 level (double sides);**stands for significant correlation at 0.01 level (double sides)

3 結(jié)論

油田采油井周邊農(nóng)田土壤重金屬Pb、Hg和As平均含量分別為6.392 8、0.079 1和23.305 1 mg/kg，為土壤背景值的0.33、2.20和2.39倍，表明Hg和As在土壤中累積較明顯，Hg為強變異水平，含量受人類活動影響較大。重金屬含量地累積指數(shù)分布特征表明Hg的地累積指數(shù)介于-2.433 0～2.567 0，4%為中度污染狀態(tài)，16%為中度—重污染狀態(tài)，Pb和As基本處于無污染狀態(tài)。

潛在生態(tài)風險評價表明重金屬潛在風險級別由高到低為Hg、As、Pb，Hg有12%處于很強生態(tài)風險級別，8%處于極強生態(tài)風險級別，主要是因為Hg在土壤中累積明顯，而且毒性響應系數(shù)較其他污染物高。土壤重金屬含量受土壤pH、OM含量的影響明顯。

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