三峡库区消落区土壤重金属污染状况评价

三峡库区消落区土壤重金属污染状况评价

0优化消落带土壤条件三峡是一个在世界上著名的水资源保护项目。水库建成后,实行冬季蓄水夏季放水排沙的“蓄清排浑”运行方案,在每年汛期(5—9月)内,水库保持145m运行,讯末(10月)开始蓄水,到12月水位升至175m,然后水位又逐渐回落,次年4月底降到145m。这样,在库区两岸会形成2条平行,垂直落差达30m,面积约为348.9km2的消落带。消落带是指因水库调度引起的水位涨落,而于库区周围形成一段特殊区域,包括临时淹没回水区的全部土地和经常回水区的上层部分。汛期是消落带陆地的出露时期,与库区夏季的光热雨资源集中期基本同步,能满足水稻、玉米等喜温作物对光热水的需求,因此消落带土地资源具有较高生产潜力。重金属污染具有形态多变、容易在生物体内累积、无法被生物降解、隐蔽性强等特点,并可能通过食物链不断在生物体内富集,而最终危害人类的健康。近年来,国内外学者对消落带重金属污染状况的研究甚少,而对不同垂直高程土壤重金属污染状况的研究还鲜有报道。因此,笔者研究了三峡库区消落带的不同垂直高程土壤重金属含量及污染状况,旨在为三峡库区消落区土壤生产无公害农产品提供基础资料和理论依据。1材料和方法1.1采样点布设和样品采集本研究于2008年在巴东、巫山、奉节、云阳、万州、忠县、丰都、涪陵、长寿等9个区县,沿长江干流和主要次级河流的消落带3个垂直高程(下部:145~155m、中部:155~165m、上部:165~175m)的农业土壤、林地、果园、移民搬迁后的荒地上进行。采样点布设主要依据土壤类型、土地利用状况及周围环境情况等,按一定的比例设置采样点。按干流和支流流经区、县(市)河段的长短及面积确定采样点位数,总计布点225个。采集表层土,采样深度为0~20cm。采集的土样在自然条件下风干,除去植物根须、碎石等杂物,经四分法混合均匀后,研磨过100目筛,装入保鲜袋贴上标签保存备用。样品采集区域见图1。1.2分析方法的确定主要监测项目为Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As等7项指标。分析方法均按照土壤环境监测技术规范(HJ-T166—2004)规定的分析方法:Cu、Zn、Cr采用火焰原子吸收分光光度法;Pb、Cd采用KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法;Hg采用冷原子吸收法;As采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法。1.3土壤水分标准笔者采用国家土壤环境质量标准(GB15618—1995)规定的二级标准对库区土壤进行评价。二级标准主要适用于一般农业土壤、林地、果园、牧场等,土壤质量基本上对植物和环境不造成污染和危害,是保障农业生产,维护人体健康的限制值。评价参数为Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As。土壤环境质量标准见表1。1.4重金属污染评价方法目前,土壤中重金属污染评价方法较多。其中,单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法是国内评价土壤、大气、水和河流沉积物重金属污染的常用方法。因此,本研究采用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数法进行评价1.4.1污染物污染程度计算单因子污染指数是逐一计算出土壤中各污染物的污染指数,从而确定每项污染物的污染程度。见计算公式(1)。式中:Pi—i污染物的单因子污染指数;Ci—i污染物的实际测量值;Si—i污染物的评价标准。1.4.2内梅罗综合污染指数法,其所选的执法人员则认为,对于土壤中重金属复合污染,土壤中重金属复合污染,土壤中重金属复合污染,土壤中重金属复合污染,土壤中重金属复合污染,土壤中重金属复合污染,土壤总体水分析所需1/2单因子污染指数仅能对某一种重金属污染进行评价,而土壤重金属污染往往是多种重金属的复合污染,因此如果是重金属复合污染时,要采用内梅罗综合污染指数法。见计算公式(2)。式中:P综—内梅罗综合污染指数;(Ci/Ci,0)2max=P2i,max—土壤中所有污染物污染指数的最大值的平方;n—土壤中参与评价的污染物种类数。1.5对作物生长发育的危害单因子污染指数评价标准:若Pi≤1时,说明土壤重金属含量没有超标,作物生长发育正常,对人体健康没有危害;若Pi>1时,说明土壤重金属含量超标,对作物生长发育有影响,进而会危害人体健康。内梅罗综合污染指数评价标准见表2。2结果与分析2.1重金属含量分布三峡水库消落区9个区县的3个不同垂直高程的土壤以中性土壤为主,pH为5.74~7.98,均值为7.55。根据全国第2次土壤普查对土壤有机质划分的等级标准,三峡水库消落区土壤的有机质含量均值为19.34,在10~20之间,处于较缺的程度,总体偏低。统计结果见表3。三峡水库消落区9个区县的3个不同垂直高程的土壤表层Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As含量均值分别为27.54、33.63、73.51、0.393、43.82、0.079、20.06mg/kg。三峡库区9个区县上部消落区的Cu最高值为巴东47.67mg/kg,最低值为云阳11.37mg/kg。Pb最高值为长寿44.48mg/kg,最低值为巫山30.33mg/kg。Zn最高值为长寿113.42mg/kg,,最低值为奉节60.11mg/kg。Cd最高值为奉节0.677mg/kg,最低值为巴东0.291mg/kg。Cr最高值为忠县52.74mg/kg,最低值为奉节30.64mg/kg。Hg最高值为巴东0.175mg/kg,最低值为云阳0.023mg/kg,。As最高值为丰都33.83mg/kg,最低值为忠县12.78mg/kg。三峡库区9个区县中部消落区的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr最高值均出现在长寿,分别为42.95、47.07、119.83、0.531、63.36mg/kg,最低值则略有不同,其中Cu、Cr出现在云阳,As、Pb、Cd均出现在万州,Hg出现在忠县,Zn出现在奉节。三峡库区9个区县下部消落区的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg最高值均出现在长寿,分别为80.14,60.15、136.46、0.635、55.32、0.167mg/kg,最低值则有差异,其中Cu、Hg、As均出现在云阳,Pb、Cd均出现在万州,Zn出现在奉节,Cr出现在丰都。总体来说,三峡库区消落区9个区县的3个不同垂直高程的土壤重金属含量普遍上部偏高,随着与污染区距离的增加,其重金属含量呈现降低的趋势,这可能由于上部离城区比较近,人类活动频繁,工厂企业较多,土壤受人类活动干扰严重。土壤重金属含量的因素还受成土母质、气候条件、土壤中的氧化还原电位、土壤pH、地质条件等因素的影响。长寿除Hg、As含量,其余重金属含量普遍高于其他地区,这可能是因为长寿工业园区较多,并建有全市最大的电镀工业基地,排放的废水、废气、废渣中的重金属进入土壤。总体看来,各地区的重金属含量均在2级标准以内。2.2不同垂直高度的地土壤污染水平2.2.1土壤重金属污染等级表4列出了三峡库区(消落区)上部土壤重金属污染评价指数。根据单因子污染指数,Pi表现为Cd>As>Cu>Zn>Cr>Hg>Pb。其中,Cd、As虽污染程度最为严重,但处于警戒线之内,尚未受到污染,Hg、Pb污染程度相对轻微一些。巴东、万州、奉节、巫山、忠县、云阳、丰都、涪陵、长寿的Pi均小于0.7,处于安全状态,污染水平为清洁。根据内梅罗综合污染指数可以看出,三峡库区(消落区)上部土壤重金属多因子综合污染指数为0.81,表明三峡库区(消落区)上部土壤重金属污染等级处于警戒级,但尚清洁,未受到污染。其中,云阳、长寿土壤重金属污染等级为安全,污染水平为清洁。巴东、奉节、巫山、忠县、丰都土壤重金属污染等级为警戒线,污染水平为尚清洁,未受到污染。涪陵土壤重金属污染等级为轻度污染,土壤重金属超过土壤背景值,作物开始污染。2.2.2土壤重金属污染等级表5列出了三峡库区(消落区)中部土壤重金属污染评价指数。根据单因子污染指数,Pi表现为As>Cd>Zn>Cu>Cr>Hg>Pb。其中,As、Cd污染程度最为严重,Hg、Pb污染程度相对轻微一些。巴东、万州、奉节、巫山、忠县、云阳、丰都、涪陵、长寿均处于安全级,污染水平为清洁。根据内梅罗综合污染指数可以看出,三峡库区(消落区)中部土壤重金属多因子综合污染指数为0.71,表明三峡库区(消落区)中部土壤重金属污染等级处于警戒级,但尚清洁,未受到污染。其中,万州、忠县、云阳、丰都土壤重金属污染等级为安全,污染水平为清洁。巴东、奉节、巫山、长寿土壤重金属污染等级为警戒线,污染水平为尚清洁,未受到污染。涪陵土壤重金属污染等级为轻度污染,土壤重金属超过土壤背景值,作物开始污染,应当引起一定的重视。2.2.3土壤重金属污染等级表6列出了三峡库区(消落区)下部土壤重金属污染评价指数。根据单因子污染指数,Pi表现为As>Cd>Cu>Zn>Cr>Hg>Pb。其中,As、Cd污染程度最为严重,Hg、Pb污染程度相对轻微一些。巴东、万州、奉节、巫山、忠县、云阳、丰都、涪陵、长寿Pi均处于安全状态,污染水平为清洁。根据内梅罗综合污染指数可以看出,三峡库区(消落区)下部土壤重金属多因子综合污染指数为0.64,表明三峡库区(消落区)下部土壤重金属污染等级处于安全级,污染水平为清洁。其中,万州、云阳、丰都土壤重金属污染等级为安全,污染水平为清洁。巴东、万州、奉节、巫山、忠县、长寿土壤重金属污染等级为警戒线,污染水平为尚清洁,未受到污染。涪陵土壤重金属污染物超过背景值,等级为轻度污染。3土壤重金属污染程度(1)从三峡库区9个区县(消落区)3个不同垂直高程土壤的重金属含量及分布特征分析,从长寿到巴东,即从库区的上游到下游,重金属含量普遍呈下降的趋势。云阳、奉节、万州重金属含量较其他地区低,而长寿除Hg、As含量,其余重金属含量普遍高于其他地区,均超过国家环境质量1级标准,达到2级标准。(2)单因子污染指数表明,三峡库区9个区县(消落区)3个不同垂直高程土壤重金属污染主要以As、Cd为主,Hg、Pb污染程度相对轻微。消落区上部土壤重金属As在巴东、巫山、丰都为轻度污染,Cd在涪陵、奉节、忠县为轻度污染。中部土壤重金属As在巴东、奉节为轻度污染,Cd在涪陵为轻度污染。下部土壤重金属As在巴东、巫山、忠县、长寿为轻度污染,Cd在涪陵、长寿为轻度污染。(3)内梅罗综合污染指数评价结果表明,三峡库区9个区县(消落区)中,除涪陵的3个不同垂直高程土壤重金属超过背景值,处于轻度