吉林省松原油田井场周边农田土壤重金属含量特征及生态风险评价

李景新,田忠宝,万政钰,陈文英,许芳铭

(1.吉林省环境科学研究院,吉林长春 130012;2.辽源市辐射固体废物管理站,吉林辽源 136200;3.北京师范大学地理学部,北京 100088)

土壤不仅是植物生长的重要条件，更是人类赖以生存的根本。随着社会的发展，工业“三废”、农业废弃物的大量增加，致使土壤受到不同程度的破坏，土壤中的重金属通过食物链在人体中累积，危害人群健康[1-2]。因而，对农田土壤重金属含量水平与生态风险的研究具有十分重要的现实意义。油田开发给经济带来巨大推动力的同时，在石油的开发和生产过程中，井场附近的落地原油和生产活动对井场周围的农田土壤会造成一定程度的污染[3]。选取吉林省松原地区油田采油井附近农田土壤为研究区域，分析重金属含量现状，评价潜在生态风险特征及其影响因素，可为该地区农田土壤污染防治提供基础数据支撑。

1 研究区概况及分析方法

1.1研究区概况松原市位于我国吉林省中西部(123°6′～126°11′E，43°59′～45°32′N)，全市幅员面积2.20万km2，为吉林省第三大地级市。松原市属于温带大陆性季风气候，春季干燥多风，夏季温热多雨，秋季凉爽早霜，冬季寒冷干燥。多年平均降水量为400～500 mm，年蒸发量为1 600～2 000 mm。吉林油田位于松原市中西部地区，共有18个油田区块，年生产原油650万t以上，是我国东北地区重要的石油开采与加工企业。

1.2样品采集与分析

1.2.1样品采集。利用GPS 定位，依据NY/T 5335—2006《无公害食品产地环境质量调查规范》和NY/T 5295—2004 《无公害食品产地环境评价准则》，2015年10月在松原市乾安县小率字井附近的采油井周边采集有代表性的25个0～20 cm 表层土壤样品(图1)。按4分法取样并装入聚乙烯塑料袋中，带回实验室，自然风干。

1.2.2样品处理与分析方法。土壤样品自然风干，每个样品去除动植物残体及石块后用玛瑙研钵研磨并过0.15 mm尼龙筛。前处理过程需保证土壤样品不接触任何金属物质，以避免交叉污染。土壤样品采用三酸(HNO3、HF、HClO4)消解，样品中的Pb采用火焰原子吸收光谱法测定， As、Hg采用原子荧光光谱法测定，pH采用玻璃电极法测定。

1.2.3质量控制。选用GBW07405(GSS-5)作为标准参考物质进行重金属分析的质量控制。同时，进行空白试验和重复测试以确保分析的准确度和精密度，3种重金属的回收率都在90%～110%。

1.3评价方法依据土壤背景值[4]，采用Muller地累积指数法、Hakanson潜在生态风险指数法[5]对土壤重金属累积状况与生态风险进行分析。采用Pearson相关分析与回归分析法进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1土壤重金属含量特征由表1可知，Pb、Hg和As含量范围分别为1.250～10.470、0.010～0.320和14.520～28.300 mg/kg；平均含量分别为6.392 8、0.079 1和23.305 1 mg/kg，分别为土壤背景值的0.33、2.20和2.39倍，表明Hg和As在土壤中累积较明显。变异系数可代表污染物分布的均匀程度和受人为影响程度。当变异系数大于1.0时，属于强变异；介于0.1和1.0之间的属于中等变异；小于0.1的属于弱变异。变异系数越大，元素在土壤中的含量分布越不平均，说明受人类活动影响越大。Pb、Hg和As的变异系数分别为0.445 8、1.196 8和0.159 0，Hg属于强变异水平，Pb和As属于中等变异，表明Hg含量受人类活动影响较大。

图1 乾安油田小率字村周边采样点分布Fig.1 Farmland sample distribution around oil production wells in Xiaoshuaizi Village ,Qian’an County

表1 乾安油田采油井周边农田土壤重金属含量

2.2污染程度分析由表2可知，Pb的地累积指数介于-4.542 3～-1.481 0，均为无污染状态。Hg的地累积指数介于-2.433 0～2.567 0，16%的地累积指数介于0～1，为轻度污染状态；4.00%地累积指数介于1～2，为中度污染状态；16%为中度—重污染状态，其余为无污染。As的地累积指数介于-0.013 0～0.949 3，96%为轻度污染状态，最大值为0.949 3，接近中度污染。

表2 Muller地累积指数分级体系

2.3潜在生态风险评价由表3可知，Pb潜在生态风险指数全部介于0.32～17.65，处于轻度生态风险级别，说明吉林省油田周边农田土壤中Pb污染没有形成明显的生态风险。Hg潜在生态风险指数在11.11～355.56，48%处于轻度风险级别，28%处于中度风险级别，4%处于强生态风险级别，12%处于很强生态风险级别，8%处于极强生态风险级别。油田周边农田土壤中Hg污染具有较高的潜在风险，对其土壤生态环境已经形成严重潜在威胁。As潜在生态风险指数在14.87～28.96，全部处于轻生态风险级别。潜在风险级别由高到低为Hg、As、Pb。主要是因为Hg的毒性响应系数较其他污染物高很多。

表3 潜在生态风险评价分级特征

2.4土壤重金属含量与土壤理化性质的关系土壤中有机质(OM)含量与pH对As、Hg等重金属在土壤中的吸收与滞

留起着重要的作用[6]。表4为土壤重金属与pH、OM间Pearson相关分析，由表4可知，采油井周边农田土壤Pb与pH、有机质含量呈弱负相关关系；Hg、As与pH呈正相关关系，与有机质含量呈负相关关系。表明土壤OM的吸附解析作用可显著影响As、Hg在土壤中的迁移转化及其含量水平；由于研究区土壤pH均为碱性，因而随着pH的降低会促进土壤对重金属的保持能力降低，重金属含量减少。

表4 土壤重金属与pH、OM间Pearson相关分析

注：*在0.05水平(双侧)上显著相关；**在0.01水平(双侧)上显著相关

Note:*stands for significant correlation at 0.05 level (double sides);**stands for significant correlation at 0.01 level (double sides)

3 结论

油田采油井周边农田土壤重金属Pb、Hg和As平均含量分别为6.392 8、0.079 1和23.305 1 mg/kg，为土壤背景值的0.33、2.20和2.39倍，表明Hg和As在土壤中累积较明显，Hg为强变异水平，含量受人类活动影响较大。重金属含量地累积指数分布特征表明Hg的地累积指数介于-2.433 0～2.567 0，4%为中度污染状态，16%为中度—重污染状态，Pb和As基本处于无污染状态。

潜在生态风险评价表明重金属潜在风险级别由高到低为Hg、As、Pb，Hg有12%处于很强生态风险级别，8%处于极强生态风险级别，主要是因为Hg在土壤中累积明显，而且毒性响应系数较其他污染物高。土壤重金属含量受土壤pH、OM含量的影响明显。

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[6] 曹会聪,王金达,张学林.吉林黑土中Cd、Pb、As的空间分布及潜在生态风险[J].中国环境科学, 2007,27(1):89-92.