內蒙古包頭市西南郊耕地土壤重金屬垂向分布特征及風險評價

［摘要］分析了包頭市南郊耕地土壤的兩個垂直剖面中重金屬Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的垂向分布特征，并采用地質累積指數法和潛在生態危害指數法進行風險評價。結果表明：（1）重金屬Hg、Cd、Pb、Zn含量隨著深度的增加，表現出遞減的趨勢，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，呈現曲線起伏較大，在BCP1剖面底部達到最高，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個別點質量濃度值超過了《農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB15618-2018）的農用地重金屬風險篩選值，累積較為嚴重；推測重金屬Hg、Cd、Pb、Zn來源于曾經的工廠排污，重金屬As、Ni、Cr、Cu來源于村民施用的農家肥，二者不具有同源性；（3）風險評價結果表明，Pb、Cd、Zn的地質累積指數的極大值（含異常值）與Cd、Pb、Hg的潛在生態危害指數的極大值（含異常值）均較高，Cd、Pb、Hg、Zn污染風險相對嚴重，研究區總體處于強生態風險。

［關鍵詞］耕地土壤；垂直剖面；重金屬；風險評價

重金屬污染是通過廢水、廢氣和固體廢物污染環境的，其主要特點為污染范圍廣、持續時間長、污染隱蔽性高、難以被降解。隨著農業集約化生產的發展以及城市化進程的推進，重金屬通過污水灌溉、大氣煙塵沉降、垃圾填埋處理等途徑進入土壤和水體，并通過食物鏈進入農產品，最終在人體中蓄積，不僅影響農產品質量安全，還危害人類健康。

包頭市位于呼包平原中東部，是內蒙古自治區的經濟中心之一，是中國境內以冶金、稀土、機械工業為主的綜合性工業城市，其在經濟飛速發展的同時，也給周邊土壤造成嚴重污染，帶來極大的潛在生態危害風險。

呼包平原為農耕區，其地貌不利于重金屬的遷移擴散，具有遷移速度幔、波及范圍較小、治理相對容易等特點。影響土壤重金屬垂向分布的因素很多，與成土母質和人為活動都有密切關系，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導致地下水受到污染。目前有關包頭市土壤重金屬污染的研究主要集中在對小面積農田、郊區、公園和工礦企業周邊土壤重金屬狀況的調查及簡單的污染評價方面[1-3]。

本次研究是在《內蒙古河套農業經濟區多目標區域地球化學調查》[4]項目1∶5萬異常查證工作選出的污染區范圍內，開展了1∶2000土壤垂直剖面測量工作。本研究以包頭市西南郊耕地作為研究對象，分析其土壤垂直剖面樣品的理化性質和８種重金屬（Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn）的分布特征，根據重金屬相關性分析結果判斷其之間的同源性，并利用地累積指數法和潛在生態危害指數法進行污染風險評價，以期為包頭市南郊土壤重金屬污染防治提供理論依據及指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于內蒙古自治區包頭市西南部老工業基地分布區，為20世紀60年代舊工業區，隸屬包頭市九原區；該區屬于黃河沖積平原區，地勢較平坦，植被發育；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氣候，春季干旱多風，夏季炎熱干燥，秋季冷熱不均，晝夜溫差大，冬季寒冷干燥；具有悠久的農業生產歷史，糧食作物以玉米為主，其次有小麥、高粱、谷子等，主要經濟作物有蔬菜、油料作物，畜牧業以飼養生豬、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個耕地土壤垂直剖面（圖1），剖面編號為BCP1～BCP13。經地質累積指數[5]計算，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的剖面（BCP1）和污染深度最深的剖面（BCP8）進行土壤重金屬污染風險評價。

采樣時觀察發現，土壤垂向上物質成分變化較小，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個樣品；BCP8采樣剖面深度160 cm（160 cm以下見地下水），共采集8個樣品；采集剖面土壤樣品時，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，樣品質量不低于1 kg。回到駐地后，將土壤樣品去除雜質，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，避免發生膠結，全部樣品過-20目粒級尼龍篩，然后將樣品混勻，裝入樣品袋送至實驗室，用于土壤重金屬、pH值的測定。

1.2 樣品分析與測定

本次樣品測試分析工作由自然資源部呼和浩特礦產資源監督檢測中心承擔。樣品測試分析采用等離子體質譜法、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個指標（元素）的測定。準確度和精密度控制采用測試分析國家一等標準物質方法進行控制。從表1可以看出，所有樣品報出率均為100%，滿足測試分析要求，樣品檢出限、準確度和精密度（λ）監控樣合格率統計均滿足《土地質量地球化學評價規范》（DZ/T 0295-2018）[6]規范要求。