广利济河周边农田土壤重金属污染及生态风险评价

刘文超，刘曦，温思寒

1.河南理工大学资源环境学院；2.焦作市生态环境局

农田土壤质量对于保障粮食作物的安全意义重大，农田土壤重金属污染问题已经引起了人们的广泛关注[1]。焦作是国家粮食生产核心区重要城市，也是南水北调中线工程沿线的城市，粮食安全问题是促进生态文明的关键一步，农田土壤质量管控意义重大。关于焦作地区土壤重金属污染方面，也有众多的学者作了大量研究[2-4]，但关于焦作市农田土壤重金属污染方面的研究，大部分集中在矿区周围的农田土壤重金属污染情况，而关于焦作市河流周边农田土壤重金属污染情况尚未见诸于报道。本次研究选取广利济河焦作段周边农田土壤作为研究对象，对农田土壤进行采样分析，对研究区农田土壤的重金属污染现状、生态环境风险和健康风险进行评价，以期为农田的合理耕种和科学管理提供依据。

一、材料与方法

（一）研究区域概况

焦作市位于河南省西北部，112°32′～113°38′E与34°48′～35°30′N之间，地处黄河干流华北平原西北部，南临黄河，北依太行，属暖温带大陆性季风气候，年平均气温15.9℃，年降水量562.7毫米，土壤主要为潮土。广利济河发源于河南省济源市，引沁河水经济源、沁阳、温县和武陟后再汇入沁河并最终汇入黄河，主要用途为农田灌溉。广利济河沿岸农田作为基本农田保护区，地势由西北向东南倾斜，主要农作物为小麦和玉米。

（二）布点及采样方法

土壤样品采集选择沿广利济河两岸2公里范围内正常种植的农田，采用“梅花型”取样法，取混合土样约1公斤，装入自封袋，送回实验室待测，共布设23采样点，采样点位置如图1所示。

图1 采样点分布示意图

（三）评价方法

本文采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法和Hakanson潜在生态风险指数法对研究区农田土壤重金属污染现状进行评价，评价标准值（Si）取《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）中给定的风险筛选值（以下简称：筛选值）。

二、结果与分析

（一）农田土壤重金属含量特征

研究区农田土壤重金属Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的平均含量依次为74.97、28.90、118.85、163.32、15.14、4.02、26.36和0.05mg·kg-1；其含量的变化范围依次为50.36-116.89、21.12-45.66、55.23-191.23、102.36-232.01、8.12-20.23、0.21-32.56、20.16-45.66和 0.04-0.07mg·kg-1。

与河南省土壤元素背景值对比显示，所有采样点Cd、Cu、Zn、Pb和Hg的含量均超过各自背景值，最大含量分别超过对应背景值的倍数分别为438.95、8.71、2.86、1.33和1.03；部分采样点Cr、Ni和As含量超过对应背景值，其超出背景值的采样点占比依次为：82.6%、69.6%和91.3%，最大含量超过对应背景值的倍数分别为0.83、0.71和0.77。研究区农田土壤重金属含量除来自成土母质外，还受到了人类活动的影响。

与风险筛选值和风险管控值进行对比分析显示，所有采样点Cr、Ni、As、Zn、Pb和Hg含量均未超过对应筛选值，部分采样点Cu含量超过筛选值，超标率为52.2%，最大超标倍数为0.91；Cd在研究区农田部分采样点的含量高于筛选值和管控值，其中超出筛选值的采样点占比为65.2%，最大超标倍数为107.52，超出管控值的采样点占比为17.4%，最大超标倍数为9.85；Cu和Cd超标点位主要有GS02、GS03、GS05、GS06、GS13、GS14、GS19和GS22，除此之外，Cu超标点位还有GS10、GS11、GS18和GS21，Cd超标点位还有GS01、GS04、GS07-GS09和GS17，对超标点位所在区域的农田土壤环境质量应引起关注，建议进行长期监测。

（二）农田土壤重金属污染评价

研究区农田土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的单因子污染指数变化范围依次为：0.25-0.58、0.21-0.46、0.55-1.91、0.41-0.93、0.27-0.67、0.70-108.52、0.17-0.38 和 0.01-0.03，综合污染指数的变化范围为0.58-77.38，Cr、Ni、As、Pb和Hg含量均处于清洁水平，34.8%的采样点Zn含量处于正在清洁水平，52.2%采样点Cu含量轻度污染水平；39.1%采样点Cd含量处于轻度污染水平，8.7%采样点Cd含量处于中度污染水平，21.7%采样点Cd含量处于重度污染水平。

（三）农田土壤重金属生态风险评价

研究区农田土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的单项潜在风险指数变化范围依次为：0.5-1.2、1.1-2.3、2.8-9.6、0.4-0.9、2.7-6.7、21.1-3255.6、0.9-1.9 和 0.6-1.2，Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb和Hg含量均处于轻微生态风险等级，17.4%采样点Cd含量处于极强生态风险等级。重金属综合潜在风险指数的变化范围为73.1-3151.0，部分采样点综合生态风险处于强生态风险等级，其中Cd所引起的生态风险贡献率为97.6%，应关注研究区综合生态风险达到强生态风险等级农田地块土壤中Cd所造成的生态环境风险。

三、结论

（1）研究区农田土壤中所有采样点Cr、Ni、As、Zn、Pb和Hg，含量均未超过对应筛选值，但Cd、Cu、Zn、Pb和Hg的含量均超过了对应的背景值，部分采样点中Cr、Ni和As的含量超过了对应背景值。52.2%采样点Cu含量超过筛选值，最大超标倍数为0.91；65.2%采样点Cd的含量高于筛选值，最大超标倍数为107.52，17.4%采样点中Cd的含量超出管控值，最大超标倍数为9.85；对超过筛选值和管控值的采样点所在农田地块的土壤环境质量应引起重。

（2）研究区农田土壤采样点各重金属单因子污染指数均值依次为：Cd＞Cu＞Zn＞As＞Cr＞Ni＞Pb＞Hg，Cr、Ni、As、Pb和Hg含量均处于清洁水平，34.8%的采样点Zn含量处于正在清洁水平，52.2%采样点Cu含量轻度污染水平；39.1%采样点Cd含量处于轻度污染水平，8.7%采样点Cd含量处于中度污染水平，21.7%采样点Cd含量处于重度污染水平，Cd是影响研究区农田土壤环境质量的主要污染因子。

（3）研究区农田土壤中重金属元素综合潜在生态风险指数平均值达到417.6，处于中强生态风险等级，其中GS03、GS05和GS06采样点重金属含量的综合生态风险水平达到强生态风险等级。研究区农田土壤中Cd的单项潜在生态风险指数平均值为402.0，达到极强生态风险等级，Cd所引起的生态风险贡献率为97.6%，是研究区农田土壤的主要污染因子。