三峡库区城镇消落区土壤重金属污染特征分析

　　摘要：河岸地区对河道和土地之间的交界面具有重要的控制作用，对环境质量具有重要的影响。为明确城镇消落区土壤重金属污染及来源情况，选择三峡库区腹地忠县-石柱境内 11 个城镇消落带为研究区，在不同海拔高程范围内采集土壤样品 88 份，分析测试 8 种重金属含量;采用地累积指数法和潜在生态风险指数法评价重金属污染现状和潜在生态风险，并利用多元统计分析法进行潜在来源分析。结果表明：除 Cu 和 Hg 以外，其余元素的平均含量均高于三峡库区背景值。元素 Zn、Cr 和 Cd 的平均含量随高程升高而显著降低，其余元素含量随高程变化不明显。沿江而下各重金属含量波动较大，在各城镇消落区的分布存在较大的不均衡性。重金属As和Cd的地累积指数分别为1.28和1.22，整体属中度污染，在部分城镇达到重度污染，Cr 在全区为轻微度污染，其余元素未达到污染水平。元素 Cd 和 Hg 的生态风险指数分别为 115.66 和 47.43，分别处于较高和中等生态风险水平;研究区综合潜在生态风险水平为中等，中游和下游部分城镇的潜在生态风险水平较上游高。重金属 Cu 和 Hg 主要为人为源，Ni 主要为自然源，As、Cd、Pb 和 Zn 受到较强的人类活动影响。研究结果可为城镇消落带土壤环境问题的解决提供一定的参考。

　　本文源自宁登豪; 邓洪平; 李文巧; 左有为; 张家辉; 曾彧莲; 梁思蓓， 三峡生态环境监测 发表时间：2021-07-06

　　关键词：水库消落带;重金属;污染评价;生态风险;来源分析

　　土壤是生态系统的重要组成部分，是人类赖以生存的主要自然资源之一[1]。随着城镇化进程的不断深入，土壤环境问题日益严重[2-3]。重金属具有不易降解、易富集、毒性高和环境持久性强等特点[4]，土壤中重金属长期排放，不仅会对土壤功能产生负面影响[5]，也将通过人体直接接触、食物链及浮沉对人类造成潜在威胁，甚至诱发各种疾病[6]。

　　三峡库区是长江上游经济带和成渝经济圈的重要组成部分，也是长江中下游地区的生态环境保护屏障和西部生态环境建设的重点。由于库区每年周期性呈现“冬淹夏陆”的生境变化，形成大面积消落区;随水文条件的改变，消落区累积的污染物向水体中释放，成为三峡库区污染的主要来源[7]。城镇消落区是消落区范围内人类活动最为频繁的区域，承载着城市经济发展、居民生产生活保障和生态环境保护等重要功能[8]。随着城镇人口的增长和工农业的迅速发展，该区域生态环境问题日益严峻，引起越来越多人的关注。

　　目前，关于三峡库区城镇消落区重金属的研究主要集中在重庆主城区域及沿江区县城区，一些学者就三峡库区重庆主城消落区土壤重金属的分布特征、不同水期差异、污染现状或潜在生态风险进行了研究[9-11]，而对于除重庆主城区外的沿江城镇消落区不同水淹高程的重金属分布特征、变化趋势、污染评价及来源分析的研究相对缺乏。本研究通过对三峡库区忠县石柱段城镇消落区土壤重金属含量及分布特征进行分析，了解重金属不同高程及沿江上下游分布规律，并采用地累积指数[12]和 Hakanson 潜在生态风险指数[13]对土壤重金属的污染现状和潜在生态风险进行评价，最后利用多元统计分析方法解析消落区土壤重金属来源。从而为三峡库区城镇消落区土壤环境质量保护和重金属污染防治提供数据支持，为三峡库区土地可持续利用和生态发展提供理论依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 研究区概况

　　忠县与石柱位于重庆市东北部，地处三峡库区腹心地带(107°32'17″~108°34'43″ E， 29°38'48″~30°35'45″ N)，长江自西南向东北将两县分隔，沿途流经忠县洋渡镇、新生镇、乌杨镇、东溪镇、白公街道、忠州街道、复兴镇、石宝镇以及石柱县沿溪镇和西沱镇共 11 个乡镇(街道)。研究区经济以农业生产为主，同时，境内长江流域通畅的水域为航运交通提供了便利，带动了工业和旅游业的发展。气候类型为亚热带东南季风区山地气候，冬暖夏凉，降水充足，年平均气温 18.2 ℃，年降水量 1200 mm，多集中在 6—8 月汛期，相对湿度 80%[14]。本文以 11 个城镇消落区作为研究对象，具体分布情况见图 1。

　　1.2 土样采集与处理

　　根据三峡库区水位调度模式，于 2020 年 6 月采集消落区(145~155m、155~165m、165~175m)和近江河岸(175~200m)4 个高程区土壤样品。每个采样点在不同的高程范围内采用多点混合取样法采集 0~20 cm 表层土壤，最终采集土样 88 份。采集的各分样点土壤掰碎，挑出杂物并充分混合后，四分法留取 1.0~1.5 kg，于自然条件下风干并磨碎过筛，截取 2mm(10 目)粒级的样品 ≥500g 备用。

　　1.3 土壤样品测定

　　土壤样品经过消解后，分析测试各重金属含量。其中，元素 Cu、Ni、Cd 采用等离子体质谱法进行测定，元素 Zn、Cr 和 Pb 采用 X 荧光法进行测定，元素 Hg 和 As 采用原子荧光法进行测定。标准样品加标回收率为 96.7%~101.3%。土壤样品准确度和精密度控制，采用分析国家一级标准物质进行。

　　1.4 土壤重金属污染评价

　　采用德国学者Müller(1969)[12]提出的地累积指数法分析研究区土壤重金属污染现状。其计算公式如下：

　　式中：Cn 为土壤中元素 n 的实测值;Bn 为土壤重金属的背景值，本文采用三峡库区土壤重金属背景值[15];k =1.5，为考虑到成岩作用可能会引起的背景值变动而设定的校正系数。地累积指数的分级标准见表 1。

　　1.5 土壤重金属潜在生态风险评价

　　潜在生态风险指数最初由 Hakanson(1980)[13]提出，并广泛用于评估由重金属引起的潜在生态风险。其计算公式如下：