廣利濟河周邊農田土壤重金屬污染及生態風險評價

劉文超，劉曦，溫思寒

1.河南理工大學資源環境學院；2.焦作市生態環境局

農田土壤質量對于保障糧食作物的安全意義重大，農田土壤重金屬污染問題已經引起了人們的廣泛關注[1]。焦作是國家糧食生產核心區重要城市，也是南水北調中線工程沿線的城市，糧食安全問題是促進生態文明的關鍵一步，農田土壤質量管控意義重大。關于焦作地區土壤重金屬污染方面，也有眾多的學者作了大量研究[2-4]，但關于焦作市農田土壤重金屬污染方面的研究，大部分集中在礦區周圍的農田土壤重金屬污染情況，而關于焦作市河流周邊農田土壤重金屬污染情況尚未見諸于報道。本次研究選取廣利濟河焦作段周邊農田土壤作為研究對象，對農田土壤進行采樣分析，對研究區農田土壤的重金屬污染現狀、生態環境風險和健康風險進行評價，以期為農田的合理耕種和科學管理提供依據。

一、材料與方法

（一）研究區域概況

焦作市位于河南省西北部，112°32′～113°38′E與34°48′～35°30′N之間，地處黃河干流華北平原西北部，南臨黃河，北依太行，屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫15.9℃，年降水量562.7毫米，土壤主要為潮土。廣利濟河發源于河南省濟源市，引沁河水經濟源、沁陽、溫縣和武陟后再匯入沁河并最終匯入黃河，主要用途為農田灌溉。廣利濟河沿岸農田作為基本農田保護區，地勢由西北向東南傾斜，主要農作物為小麥和玉米。

（二）布點及采樣方法

土壤樣品采集選擇沿廣利濟河兩岸2公里范圍內正常種植的農田，采用“梅花型”取樣法，取混合土樣約1公斤，裝入自封袋，送回實驗室待測，共布設23采樣點，采樣點位置如圖1所示。

圖1 采樣點分布示意圖

（三）評價方法

本文采用單因子污染指數法、內梅羅綜合污染指數法和Hakanson潛在生態風險指數法對研究區農田土壤重金屬污染現狀進行評價，評價標準值（Si）取《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB15618-2018）中給定的風險篩選值（以下簡稱：篩選值）。

二、結果與分析

（一）農田土壤重金屬含量特征

研究區農田土壤重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的平均含量依次為74.97、28.90、118.85、163.32、15.14、4.02、26.36和0.05mg·kg-1；其含量的變化范圍依次為50.36-116.89、21.12-45.66、55.23-191.23、102.36-232.01、8.12-20.23、0.21-32.56、20.16-45.66和 0.04-0.07mg·kg-1。

與河南省土壤元素背景值對比顯示，所有采樣點Cd、Cu、Zn、Pb和Hg的含量均超過各自背景值，最大含量分別超過對應背景值的倍數分別為438.95、8.71、2.86、1.33和1.03；部分采樣點Cr、Ni和As含量超過對應背景值，其超出背景值的采樣點占比依次為：82.6%、69.6%和91.3%，最大含量超過對應背景值的倍數分別為0.83、0.71和0.77。研究區農田土壤重金屬含量除來自成土母質外，還受到了人類活動的影響。

與風險篩選值和風險管控值進行對比分析顯示，所有采樣點Cr、Ni、As、Zn、Pb和Hg含量均未超過對應篩選值，部分采樣點Cu含量超過篩選值，超標率為52.2%，最大超標倍數為0.91；Cd在研究區農田部分采樣點的含量高于篩選值和管控值，其中超出篩選值的采樣點占比為65.2%，最大超標倍數為107.52，超出管控值的采樣點占比為17.4%，最大超標倍數為9.85；Cu和Cd超標點位主要有GS02、GS03、GS05、GS06、GS13、GS14、GS19和GS22，除此之外，Cu超標點位還有GS10、GS11、GS18和GS21，Cd超標點位還有GS01、GS04、GS07-GS09和GS17，對超標點位所在區域的農田土壤環境質量應引起關注，建議進行長期監測。

（二）農田土壤重金屬污染評價

研究區農田土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的單因子污染指數變化范圍依次為：0.25-0.58、0.21-0.46、0.55-1.91、0.41-0.93、0.27-0.67、0.70-108.52、0.17-0.38 和 0.01-0.03，綜合污染指數的變化范圍為0.58-77.38，Cr、Ni、As、Pb和Hg含量均處于清潔水平，34.8%的采樣點Zn含量處于正在清潔水平，52.2%采樣點Cu含量輕度污染水平；39.1%采樣點Cd含量處于輕度污染水平，8.7%采樣點Cd含量處于中度污染水平，21.7%采樣點Cd含量處于重度污染水平。

（三）農田土壤重金屬生態風險評價

研究區農田土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的單項潛在風險指數變化范圍依次為：0.5-1.2、1.1-2.3、2.8-9.6、0.4-0.9、2.7-6.7、21.1-3255.6、0.9-1.9 和 0.6-1.2，Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb和Hg含量均處于輕微生態風險等級，17.4%采樣點Cd含量處于極強生態風險等級。重金屬綜合潛在風險指數的變化范圍為73.1-3151.0，部分采樣點綜合生態風險處于強生態風險等級，其中Cd所引起的生態風險貢獻率為97.6%，應關注研究區綜合生態風險達到強生態風險等級農田地塊土壤中Cd所造成的生態環境風險。

三、結論

（1）研究區農田土壤中所有采樣點Cr、Ni、As、Zn、Pb和Hg，含量均未超過對應篩選值，但Cd、Cu、Zn、Pb和Hg的含量均超過了對應的背景值，部分采樣點中Cr、Ni和As的含量超過了對應背景值。52.2%采樣點Cu含量超過篩選值，最大超標倍數為0.91；65.2%采樣點Cd的含量高于篩選值，最大超標倍數為107.52，17.4%采樣點中Cd的含量超出管控值，最大超標倍數為9.85；對超過篩選值和管控值的采樣點所在農田地塊的土壤環境質量應引起重。

（2）研究區農田土壤采樣點各重金屬單因子污染指數均值依次為：Cd＞Cu＞Zn＞As＞Cr＞Ni＞Pb＞Hg，Cr、Ni、As、Pb和Hg含量均處于清潔水平，34.8%的采樣點Zn含量處于正在清潔水平，52.2%采樣點Cu含量輕度污染水平；39.1%采樣點Cd含量處于輕度污染水平，8.7%采樣點Cd含量處于中度污染水平，21.7%采樣點Cd含量處于重度污染水平，Cd是影響研究區農田土壤環境質量的主要污染因子。

（3）研究區農田土壤中重金屬元素綜合潛在生態風險指數平均值達到417.6，處于中強生態風險等級，其中GS03、GS05和GS06采樣點重金屬含量的綜合生態風險水平達到強生態風險等級。研究區農田土壤中Cd的單項潛在生態風險指數平均值為402.0，達到極強生態風險等級，Cd所引起的生態風險貢獻率為97.6%，是研究區農田土壤的主要污染因子。