海東市樂都區(qū)耕地土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與安全利用分區(qū)

摘要：實(shí)施耕地分區(qū)分類管理，是合理高效利用土地資源、保護(hù)耕地的關(guān)鍵。基于現(xiàn)行土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)海東市樂都區(qū)耕地開展土壤重金屬污染評(píng)價(jià)，進(jìn)而提出安全利用等級(jí)劃分方案和管理策略。結(jié)果表明，研究區(qū)耕地處于低風(fēng)險(xiǎn)及以下水平，無中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

關(guān)鍵詞：耕地；土壤；重金屬；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；安全利用；海東市樂都區(qū)

中圖分類號(hào)：X820.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）01-00-03

Risk assessment and safe utilization zoning of heavy metals in Cultivated Land soil in Ledu District， Haidong City

Abstract： Implementing zoning and classification management of cultivated land is the key to rational and efficient utilization of land resources and protection of cultivated land. Based on the current soil environmental quality assessment standards， a soil heavy metal pollution assessment is conducted on cultivated land in Ledu district， Haidong city， and a safety utilization level classification scheme and management strategy are proposed. The results indicate that the cultivated land in the study area is at a low-risk or below level， with no areas of medium to high risk.

Keywords： cultivated land; soil; heavy metals; risk assessment; safe utilization; Ledu district， Haidong city

在人類社會(huì)的生存與發(fā)展中，土壤生態(tài)系統(tǒng)占據(jù)至關(guān)重要的地位，特別是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。近年來，隨著城市化及工業(yè)化進(jìn)程加快，土壤重金屬污染日益成為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。重金屬?gòu)V泛存在于地殼中，具有顯著毒性和難降解性，已成為全球土壤污染的元兇，引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注和深入研究。重金屬污染不僅可以通過土壤-植物-人類的食物鏈對(duì)特定人群造成潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，還可能通過與生物過程的交互作用，對(duì)土壤中的生物產(chǎn)生不利影響[1]。這不僅嚴(yán)重威脅土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡，也影響人體健康及食品安全。因此，確定土壤重金屬的空間分布及土壤健康狀態(tài)，并據(jù)此實(shí)施精準(zhǔn)的分級(jí)分區(qū)管理，對(duì)保證糧食安全和推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

青海省生態(tài)環(huán)境脆弱，耕地面積較小，但對(duì)于維護(hù)糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定具有重要作用[2]。根據(jù)第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查成果，青海省耕地面積為5 600 km2，僅占青海省土地面積的7.75%，但糧食產(chǎn)量連續(xù)15年超過百萬噸。海東市樂都區(qū)位于青海省東部，是海東市農(nóng)業(yè)大區(qū)，農(nóng)業(yè)資源豐富且氣候較為適宜，主要種植春小麥、洋芋和青稞等，是青海省較優(yōu)異的農(nóng)業(yè)種植區(qū)之一[3]。開展耕地土壤重金屬含量的基礎(chǔ)調(diào)查，并基于調(diào)查結(jié)果對(duì)耕地重金屬污染狀況進(jìn)行評(píng)估與區(qū)域劃分，可以為區(qū)域污染防治策略制定、糧食安全生產(chǎn)以及安全保障提供理論根據(jù)和科學(xué)支持。因此，以海東市樂都區(qū)為研究區(qū)，基于現(xiàn)行土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，開展土壤重金屬污染評(píng)價(jià)，進(jìn)而提出安全利用等級(jí)劃分方案和管理策略，促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 樣本采集和分析

采樣區(qū)為海東市樂都區(qū)全域，共選取總體均勻分布的91個(gè)采樣點(diǎn)，采用全球定位系統(tǒng)精確定位，現(xiàn)場(chǎng)記錄野外樣點(diǎn)信息。采樣過程中，用土鉆采集表面樣品（距地表0～20 cm），去除表面雜物和土壤中的礫石。采用五點(diǎn)取樣法取土，通過四分法將1 kg土樣裝入聚乙烯密封袋中，貼上標(biāo)簽和標(biāo)記，并送往陜西伊瑞康澤生物科技有限公司進(jìn)行檢測(cè)。

1.2 土壤重金屬污染評(píng)估

聚焦海東市樂都區(qū)耕地土壤重金屬污染狀況，基于國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)廣泛采用的評(píng)估方法，從單一重金屬的污染程度、高濃度污染物對(duì)土壤環(huán)境的顯著影響以及重金屬引發(fā)的生態(tài)、環(huán)境和毒性要素3個(gè)核心維度進(jìn)行綜合考慮，選取單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法以及潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)研究區(qū)耕地土壤重金屬污染情況及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，如式（1）、式（2）和式（3）所示。根據(jù)污染評(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，若內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)P綜＜0.7，則土壤處于清潔狀態(tài)；若0.7≤P綜＜1.0，則土壤處于尚清潔狀態(tài)；若1≤P綜＜2，則土壤處于輕度污染狀態(tài)；若2≤P綜＜3，則土壤處于中度污染狀態(tài)；若P綜≥3，則土壤處于重度污染狀態(tài)。若重金屬i的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Ei＜40，則土壤處于輕微風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；若40≤Ei＜80，則土壤處于中等風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；若80≤Ei＜160，則土壤處于較強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；若160≤Ei＜320，則土壤處于很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；若Ei≥320，則土壤處于極強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。若總潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)R＜80，則土壤處于輕微風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；若80≤R＜160，則土壤處于中等風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；若160≤R＜320，則土壤處于較強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；若R≥320，則土壤處于很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

式中：Pi為單因子污染指數(shù)；Ci為重金屬實(shí)測(cè)含量；Si為土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值，采用《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15616—2018）的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值；P綜為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；Piave為Pi的平均值；Pimax為Pi的最大值；R為總潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Ei為重金屬i的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Ti為重金屬i的毒性系數(shù)，表示各重金屬對(duì)生物的毒性反應(yīng)程度，Pb、Cd、Cr、As、Hg分別取5、30、2、10、40[4]。

1.3 安全利用等級(jí)劃分方案

在進(jìn)行耕地安全利用分區(qū)時(shí)，必須確保耕地安全利用分區(qū)的結(jié)果與農(nóng)用地安全利用的核心相吻合，既要加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管控，又要避免傳統(tǒng)的一刀切做法，從而最大限度地減少主觀影響。因此，通過污染評(píng)價(jià)得到無量綱的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，并分別劃分等級(jí)Di單（對(duì)應(yīng)單因子污染指數(shù)法）、D內(nèi)（對(duì)應(yīng)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法）和DR（對(duì)應(yīng)潛在生態(tài)危害指數(shù)法），基于統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)污染評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行排列組合，共得出100種可能的結(jié)果，據(jù)此進(jìn)行分類整合，將耕地安全利用等級(jí)劃分為5個(gè)[5]，如表1所示。

2 海東市樂都區(qū)耕地土壤重金屬現(xiàn)狀與分區(qū)

2.1 耕地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)耕地土壤中重金屬超標(biāo)現(xiàn)象，反距離加權(quán)插值法是較為合適的方法。該方法依據(jù)相近相似的原則，當(dāng)樣點(diǎn)分布均勻且覆蓋整個(gè)區(qū)域時(shí)，具有較高的插值精度。運(yùn)用反距離加權(quán)插值法獲取面狀信息，進(jìn)一步采用單因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估耕地土壤重金屬的超標(biāo)情況。

單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，從整體看，研究區(qū)污染程度較小，5種重金屬的單因子污染指數(shù)平均值從大到小分別為As（0.56）＞Cd（0.24）＞Pb（0.10）＞Cr（0.07）＞Hg（0.01），處于清潔狀態(tài)。從樣點(diǎn)來看，Cd、Pb、Cr和Hg四種重金屬的所有樣點(diǎn)均為清潔水平，其中As有5個(gè)樣點(diǎn)處于尚清潔水平，單因子污染指數(shù)最大值為0.79，分別位于李家鄉(xiāng)、馬營(yíng)鄉(xiāng)、雨潤(rùn)鎮(zhèn)和碾伯鎮(zhèn)的部分區(qū)域，這表明研究區(qū)可能存在局部點(diǎn)狀污染源。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，研究區(qū)有17個(gè)樣點(diǎn)處于清潔水平，64個(gè)樣點(diǎn)處于尚清潔水平，10個(gè)樣點(diǎn)處于輕度污染狀態(tài)，主要分布在研究區(qū)東部和中部。插值結(jié)果顯示，研究區(qū)耕地土壤重金屬含量整體處于輕微污染及以下狀態(tài)，輕微污染區(qū)域主要集中在李家鄉(xiāng)、馬營(yíng)鄉(xiāng)、雨潤(rùn)鎮(zhèn)和碾伯鎮(zhèn)的部分區(qū)域，與樣點(diǎn)污染空間分布一致。

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，5種重金屬的Ei平均值從大到小為Cd（7.26）＞As（5.55）＞Hg（0.50）＞Pb（0.49）＞Cr（0.14），均處于輕微風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。同時(shí)，研究區(qū)整體的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為8.13～20.47，處于輕微風(fēng)險(xiǎn)水平。

總體而言，研究區(qū)內(nèi)As的輕微超標(biāo)情況較為突出，且As超標(biāo)點(diǎn)位及圖斑的空間分布與內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)的空間分布具有良好的空間一致性，這說明污染評(píng)價(jià)方法的科學(xué)性。

2.2 海東市樂都區(qū)耕地土壤重金屬安全利用分區(qū)及管理策略

耕地安全利用分區(qū)表明，研究區(qū)無中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，這表明耕地土壤健康狀況整體良好。其中，安全利用區(qū)的耕地面積為39.34 km2，占比為9.39%，主要分布在瞿曇鎮(zhèn)、共和鄉(xiāng)、蒲臺(tái)鄉(xiāng)、洪水鎮(zhèn)和高廟鎮(zhèn)，該區(qū)域應(yīng)采取優(yōu)先重點(diǎn)保護(hù)措施，嚴(yán)防新增污染，維持安全狀態(tài)。基本安全區(qū)的耕地面積為347.42 km2，占比為82.97%，均勻分布研究區(qū)的大部分區(qū)域，該區(qū)域采取優(yōu)先級(jí)的保護(hù)措施，嚴(yán)格管控污染物的進(jìn)入，監(jiān)測(cè)污染變化態(tài)勢(shì)，改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，以保障農(nóng)用地的安全使用。低風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控區(qū)的耕地面積為31.99 km2，占比為7.64%，集中在李家鄉(xiāng)、馬營(yíng)鄉(xiāng)及雨潤(rùn)鎮(zhèn)、碾伯鎮(zhèn)的小部分區(qū)域，與As的污染評(píng)價(jià)結(jié)果一致，這充分證明耕地安全利用分區(qū)思路與方法的科學(xué)合理性。因此，該區(qū)整體上實(shí)施綜合監(jiān)控策略，對(duì)污染物排放實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)進(jìn)行土壤修復(fù)與治理，嚴(yán)格限制污染物輸入，力求從根本上遏制污染，清除潛在風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

污染評(píng)估結(jié)果顯示，研究區(qū)整體上處于尚清潔水平，其中As呈現(xiàn)出局部點(diǎn)狀污染，主要集中在李家鄉(xiāng)和馬營(yíng)鄉(xiāng)的部分區(qū)域。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)一步指出，該區(qū)域整體面臨輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，但土壤健康狀況依然保持良好。根據(jù)分區(qū)結(jié)果，研究區(qū)主要被劃分為安全利用區(qū)、基本安全利用區(qū)以及低風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控區(qū)，未出現(xiàn)中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警區(qū)或高風(fēng)險(xiǎn)限制區(qū)，分區(qū)結(jié)果與污染評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有良好的一致性。因此，研究區(qū)未來的耕地管理策略應(yīng)聚焦于兩大方向。一是對(duì)已污染的區(qū)域?qū)嵤┘行迯?fù)與治理措施；二是對(duì)尚未受污染的區(qū)域加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防與控制，確保糧食生產(chǎn)和生態(tài)安全，進(jìn)而推動(dòng)該區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

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