新疆羌河流域农耕区土壤环境质量现状评价

杜江岩 李林 曹阿楠 江攀和

摘要：通过测定新疆羌河流域农耕区表层土壤中8项元素（铬、汞、镍、铅、砷、铜、锌、镉）的含量，采用单因子指数法评价研究区土壤质量状况。结果表明：8项指标中铬、汞、铅、铜、锌、镉等6项均低于国家标准限值，土壤综合污染级别属于安全级别;羌河流域农耕区整体环境质量较好，农耕区土壤主要污染物为镍，其超标率为0.7%;非农业区土壤主要污染物为砷和镍，其超标率分别为0.7%和0.3%。新疆羌河流域农耕区存在生态风险，等级轻微。

关键词：新疆羌河流域农耕区;土壤;环境质量;单因子指数法

中图分类号：X833          文献标识码：A

近年来，随着我国社会经济的发展，生态环境面临很大压力，土壤污染成为继空气、水体污染的又一重大环境问题。土壤环境质量状况不仅关系到国民经济发展，而且直接影响到农产品安全和人体健康。因此开展土壤环境质量现状调查与评价对今后防治土壤污染及土壤环境保护具有十分重要的意义[1-2]。目前对于土壤环境质量评价方面的研究主要集中在土壤质量评价的理论、方法和指标体系等方面。对土壤质量进行评价的方法与指标的选取更加偏向于从生态系统功能的角度出发。前人对新疆维吾尔自治区（以下简称“新疆”）若羌县土壤环境质量评价方面的研究总体较少，本文采用目前应用较为广泛的单因子指数法和更加侧重环境及生态效应的潜在生态风险指数法对新疆若羌县土壤环境质量状况进行评价。单因子指数法在贵州省兴仁县某典型煤矿区农田[3]、天津市郊污灌区[4]、广州市[5]等土壤染程度评价中得以广泛应用。我国中部某典型流域农田土壤、临安市雷竹林土壤、广西某蔗田土壤等均基于潜在生态风险指数法评价了重金属的潜在生态风险。谷阳光、陈勇等分别探讨了我国省会城市和石河子市区的土壤重金属健康风险。评价结果对当地今后防治土壤污染及土壤环境保护具有重要意义，同时为研究区土壤环境质量综合治理、农业产业结构调整、保障农产品安全等提供基础依据。土壤质量地球化学评价包括土壤养分地球化学评价、土壤环境地球化学评价等。本文仅依据《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）选取铬、汞、镍、铅、砷、铜、锌、镉等8項指标进行土壤环境地球化学评价。

1    材料与方法

1.1 研究区概况

新疆羌河流域农耕区位于新疆东南部，塔克拉玛干大沙漠东南缘，阿尔金山北麓。县域地处东经86°45′～93°45′，北纬36°05′～41°23′，总面积20.23×104 km2。若羌县属暖温带大陆性荒漠干旱气候，四季分明，光热资源丰富，年平均日照时数3103.2 h;昼夜温差大，降水稀少，蒸发量大，年平均温度11.8 ℃，极端最高温度43.6 ℃，极端最低气温-21.4 ℃，最大冻土深度96 cm，气温年较差36.0 ℃，气温日较差16.0 ℃，无霜期189～193天，年平均降水量36.78 mm，年平均蒸发量2107.2 mm;春夏季多大风、浮尘和沙暴，全年盛行东北风，最多风向为东北风、东风，年平均风速2.7 m·s-1，极端最大风速≥40 m·s-1，多年平均沙暴24.5天，浮尘天气194天。研究区主要农作物类型为粮食作物（小麦和玉米）、经济作物（棉花）、果类（西瓜、甜瓜和红枣）。

1.2 样品采集与处理

2015年在新疆羌河流域农耕区（采样点控制面积为1344.95 km2）采用网格布点法共采集表层土壤样点454个，采样深度为0～20 cm。其中154个采样点位于农业区（耕地土壤点位占6.1%、林果地土壤点位占79.6%，其余为城镇居民点、农村居民点、河渠、工业区、未利用地等），按照取样密度1点/km2（1 km×1 km）布设;300个采样点位于非农业区（草地土壤点位占2.0%;其余为河渠、工业区、建筑用地、未利用地等，其中大部分采样点位于未利用地），按照取样密度1点/4 km2（2 km×2 km）布设。原始样品重量大于1 kg，采好后，将布袋口系紧，外面套一层聚乙烯塑料袋，现场填写采样记录卡并留注采样标记。样品加工组负责填写样品标签、样品晾晒、过筛、防雨防潮、装箱、保管等。样品分为送检样及备样，其中送检样大于200 g，备样大于600 g，送检样及备样装入塑料瓶，塑料瓶贴好标签。采样点位见图1。

1.3 检测项目与分析方法

样品检测由国土资源部乌鲁木齐矿产资源监督检测中心（新疆矿产实验研究所）完成。检测项目为铬、汞、镍、铅、砷、铜、锌、镉等8项，采用地球化学勘查样品分析方法，利用全谱直读光谱法测定镍、铜和锌含量，检测下限分别为0.744 mg·kg-1、0.952 mg·kg-1和0.644 mg·kg-1;利用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铅、镉含量，检测下限分别为0.65 mg·kg-1和0.002 mg·kg-1;利用波长色散X射线荧光光谱法测定铬含量，检测下限为3.505 mg·kg-1;利用非色散原子荧光光谱法测定砷含量，检测下限为0.112 mg·kg-1;利用冷蒸气汞非色散原子荧光光谱法测定汞含量，检测下限为0.0005 mg·kg-1。

1.4 土壤环境质量评价方法

评价标准采用《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）二级标准（pH>7.5）。因前人对若羌县土壤背景值研究较少，因此本次评价选取中国与新疆土壤背景值与评价结果相比较。各项目土壤背景值及环境质量标准见表1。

土壤环境质量评价采用单因子指数法，计算公式为：Pi=Ci/Si，式中：Pi为土壤中污染物i的环境质量指数;Ci为污染物i的实测浓度（mg·kg-1）;Si为污染物i的评价标准值或参考值（mg·kg-1）。将土壤污染指数分为5个等级[21，22]：Ⅰ：安全级，Pi≤0.7;Ⅱ：警戒级，0.73.0。

1.5 土壤潜在生态风险评价方法

采用瑞典科學家Hakanson提出的一种根据重金属性质及环境行为特点评价沉积物中重金属污染的方法——潜在生态风险指数法，该方法将土壤重金属的含量、生态效应、环境效应与毒理学建立联系，计算公式为：Ri=ΣEri，Eri= Tri×Pi，式中：Ri为土壤第n个采样点综合因子潜在生态风险指数;Eri为重金属元素i的单因子潜在生态风险指数，Eri<40为轻微潜在生态风险，40≤Eri<80为中等潜在生态风险，80≤Eri<160为强潜在生态风险，160≤Eri<320为很强潜在生态风险，Eri≥320为极强潜在生态风险;Tri为重金属i的毒性响应系数，目前学者们一般直接用毒性系数代替毒性响应系数，Hakanson给出的重金属毒性系数为：汞=40>镉=30>砷=10>铅=铜=镍=5>铬=2>锌=1;Pi为土壤重金属元素i的环境质量指数。Ri<150为轻微潜在生态风险，150≤Ri<300为中等潜在生态风险，300≤Ri<600为强潜在生态风险，Ri≥600为很强潜在生态风险。

2    结果与讨论

2.1 土壤环境质量评价结果

对454个土壤点位样品的检测结果分析，若羌县农业区及非农业区各污染物指标评价结果分别见表2和表3。8项指标中铬、汞、铅、铜、锌、镉等6项均在标准范围内，6项达标率均为100.0%。454个采样点中共有4个样点存在超标，超标率为0.9%。

新疆羌河流域农耕区土壤154个采样点中铬、汞、铅、砷、铜、锌、镉无污染;只有1个镍超标样点（N3），超标率为0.7%，污染程度达到警戒限;非农业区土壤300个采样点中有1个镍超标样点（F171），2个砷超标样点（F149和F174），超标率分别为0.3%和0.7%，污染程度均达到警戒限，其余元素含量均处于安全级别，表明土壤总体未受到这8种元素污染。从表2和表3可以看出：若羌县土壤中8项指标平均值均为农业区高于非农业区。非农业区土壤中8项指标平均值均未超过新疆土壤背景值，表现出较好的土壤环境质量，农业区土壤中铬的平均值为新疆土壤背景值的1.09倍，镉的平均值为新疆土壤背景值的1.08倍，表明其累积现象显著，受到人类活动影响。

从土地利用类型来看，研究区林果地土壤点位超标率为0.9%，覆盖面积为100公顷（1500亩），耕地土壤和草地土壤均无超标点。2014年4月环境保护部、国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》和2015年6月中国地质调查局发布的《中国耕地地球化学调查报告》显示，全国土壤总点位超标率是16.1%，耕地、林地和草地土壤点位超标率分别为19.4%、10.0%和10.4%。重金属中—重度污染或超标的点位占2.5%，覆盖面积232.53万公顷（3488万亩）;轻微—轻度污染或超标的点位占5.7%，覆盖面积526.60万公顷（7899万亩）。由此得出若羌县土壤质量优于全国水平。

2.2 土壤潜在生态风险评价结果

8种重金属均属于轻微生态风险（Ri<150），其中，农业区8种重金属元素潜在生态风险平均值大小顺序为：镉>砷>镍>铜>汞>铬>铅>锌，非农业区顺序为：砷>镉>镍>铜>汞>铬>铅>锌。

采用单因子污染指数表征土壤受污染程度时，农业区土壤仅受到镍污染，污染程度为警戒限，非农业区土壤受到镍和砷污染，污染程度均为警戒限;采用单因子潜在生态风险指数表征土壤潜在生态风险时，农业区土壤镉和砷的潜在生态风险高于镍，而非农业区土壤镉的潜在生态风险高于镍。

3    结论

3.1 通过采样分析，对若羌县土壤污染现状有了初步认识。

结果表明，土壤中的铬、汞、镍、铅、砷、铜、锌、镉等8项指标平均值均为农业区高于非农业区。农业区土壤中铬和镉的平均值超过了新疆土壤背景值;非农业区土壤中8项指标平均值均未超过新疆土壤背景值，农业区土壤主要污染物为镍，其超标率为0.7%;非农业区土壤主要污染物为砷和镍，其超标率别为0.7%和0.3%。

3.2 初步评价了新疆羌河流域农耕区土壤环境质量

根据《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）二级标准（pH>7.5）评价得出，新疆羌河流域农耕区土壤环境质量较好，土壤综合污染级别属于安全级别，土壤潜在生态风险程度均属于轻微生态风险，新疆羌河流域农耕区土壤质量优于全国水平。

参考文献

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[2] 颜安，王泽，盛建东，等.干旱区绿洲农田耕作层土壤有机碳空间变异特征分析[J].新疆农业大学学报，2014，37（3）：246-249.

[3] 庞文品，秦樊鑫，吕亚超，等.贵州兴仁煤矿区农田土壤重金属化学形态及风险评估[J].应用生态学报，2016，27（5）：1468-1478.

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