钱秀芳 鞠永昕
芜湖市环境监测中心站 241001
芜湖市生态环境科学研究所（市固体废物监管中心）241001
摘要
采集分析了芜湖市饮用水源地的土壤重金属Cd、As、Zn、Pb、Cu、Hg、Ni、Cr，对其来源进行解析，并结合地质累积指数和潜在生态危害指数进行风险评价。结果表明，8种重金属的浓度均值均超过了芜湖市土壤背景值，表明该水源地土壤存在一定的人为源重金属干扰。Cd、Hg、Ni、As来源归因于工业源，Cu、Cr归因于农业源，Zn、Pb归因于交通源。风险评价结果表明，芜湖市水源地土壤存在一定的重金属污染风险，污染频率最高、强度最大的重金属是Cd。
关键词：饮用水源地；土壤重金属；源解析；风险评价
引言
人类活动排放的重金属因其具有隐蔽性强、持续时间长、降解困难、生物毒害大等特点，已对土壤产生了不可忽视的直接或间接影响。饮用水源地土壤亦不可避免地受到重金属影响。饮用水源地土壤作为密切连接水陆生态系统的特殊区域，由于水陆交互作用，重金属可从土壤迁移到水生态系统中，进而影响饮用水水质，因此研究其重金属污染状况尤为重要。目前，国内外对土壤重金属污染状况已有较多研究，但较少涉及饮用水源地土壤。
芜湖市水源地周边的土壤环境质量状况不仅反映其生态状况，直接关系到农产品的安全，也直接影响着饮用水的安全和人体健康。本研究在芜湖市饮用水源地，依据《土壤环境监测技术规范》选取重点项目中的重金属（As、Zn、Pb、Cd、Cu、Hg、Ni、Cr）进行分析，揭示研究区域污染特征、来源和风险水平，以期为水源地土壤环境保护提供科学指导。
1方 法
1.1研究区域概括：
芜湖市位于安徽省东南部，地处长江下游沿江平原丘陵区，30o19′-31o34′N，ll7o40′-118o44′E，总面积5987平方公里。本项目选取目前在用的15个主要集中式生活饮用水源地进行周边土壤环境现状调查，涵盖市区7个集中式饮用水水源地，南陵县8个集中式饮用水水源地，繁昌区3个集中式饮用水水源地，湾沚区2个集中式饮用水水源地，无为市15个集中式饮用水水源地。
1.2样品采集
以HJ／T166-2004为指导，根据水源地地形地貌、土壤类型和土地利用情况，采用综合放射布点法在芜湖市饮用水源地距离河岸100m的范围内采集土壤样品，共采得15个表层土壤样品。每个点用梅花形布点法或蛇形布点法采集5个分样混合，再用四分法取约1kg的土壤装于250mL玻璃瓶中，压实并贴上标签。
1.3样品分析
土壤样品风干后用四分法取压碎样，过孔径0.25 mm(20目)尼龙筛的粗磨样。研磨到全部过孔径0.15 mm（100目）筛的细磨样用于土壤重金属分析。Cd、As、Zn、Pb、Cu、Hg、Ni、Cr8种重金属采用HJ／T166—2004中的第一方法进行分析，其中Cd、Pb选择石墨炉原子吸收分光光度法，As选择二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法。实验所需试剂均为分析纯或优级纯，所用水为超纯水。每批样品均带测质控平行双样,在测定的精密度合格的前提下,质控样测定值均落在质控样保证值(在95%的置信水平)范围之内，结果符合要求。
1.5土壤重金属风险评价方法
1.5.1地质累积指数方法
地质累积指数根据土壤元素含量的增加程度来判断外源输入对土壤元素含量的影响，进而判断土壤受污染程度，计算公式见式（1）
式（1）
（1）式中：I geo为地质累积指数；Ci为重金属i的质量浓度，mg／kg；Bi为重金属i的背景质量浓度，mg／kg，本研究中使用广东省土壤背景值。地质累积指数共分为7级，≤0为无污染，＞0～1为轻度污染，＞1～2为轻中度污染，＞2～3为中度污染，＞3～4为中强度污染，＞4～5为强度污染，＞5～10为极强度污染。
1.5.2生态风险评价方法
潜在生态危害指数法是广泛应用于土壤重金属生态风险评价的方法。该方法不但考虑了土壤重金属含量，还综合考虑了重金属毒性以及重金属的区域背景值，体现了生物有效性及地理空间差异等特点，是综合反映重金属对生态环境影响潜力的指标，计算公式见式（2）和式（3）。
式（2）
式（3）
式中：Ei为重金属i的潜在生态危害指数；T i为重金属i的毒性系数，Hg、Cd、As、Pb、Cu、Ni、Cr和Zn的T i分别为40、30、10、5、5、5、2、1；RI为多种重金属的综合潜在生态危害指数。
对于单一重金属而言，Ei＜40的潜在生态危害程度为轻微，40≤Ei＜80为中度，80≤Ei＜160为强，160≤Ei＜320为很强，Ei≥320为极强；对于多种重金属而言，RI＜150的潜在生态危害程度为轻微，150≤RI＜300为中度，300≤RI＜600为强，RI≥600为很强。
表1 生态风险评价认定
项 强度
轻微 轻微 强 很强 极强
Ei Ei＜40 40≤Ei＜80 80≤Ei＜160 160≤Ei＜320 Ei≥320
RI RI＜150 150≤RI＜300 300≤RI＜600 RI≥600
2结果与讨论
2.1土壤重金属污染特征
与广东省土壤背景值相比，各重金属浓度均值均超过了背景值，超过的倍数大小表现为Cd＞As＞Zn＞Cu＞Pb＞Hg＞Ni＞Cr。由此说明，该水源地土壤存在一定的人为源重金属干扰，有一定的环境风险。Pb的CV最大，为104.62％，其次Cu、Cd、Hg的CV也较大，分别达到84.63％、72.89％、70.59％，说明Pb、Cu、Cd、Hg在空间分布上存在较大的差异，表明受人为源干扰的可能性较大。
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2.2土壤重金属来源分析
通过水源地周边环境的实地调查发现，研究区周边有丰富的交通网，北侧存在工业园区，南侧有以“桑基鱼塘”为主要生产方式的农渔业基地。因此，初步判断，该水源地土壤重金属来源主要包括工业源、农业源、交通源。用SPSS软件对水源地土壤中重金属进行层次聚类。第Ⅰ类为Cd、Hg、Ni、As。研究表明，Cd、Hg、Ni、As多来源于工业废水，通常以地表径流或污水灌溉的形式进入土壤。研究区周边存在工业园区，因此第Ⅰ类重金属可能来源于工业源。第Ⅱ类为Cu、Cr。研究表明，水产养殖的饵料投放会造成Cu污染；土壤Cr与农业施肥有关。研究区周边存在大面积“桑基鱼塘”，不可避免地会有肥料、农药和饵料等进入水源地土壤，因此第Ⅱ类重金属可能来源于农业源。第Ⅲ类为Zn、Pb。研究表明，Zn多通过烟尘、扬尘等颗粒物以干、湿沉降的方式进入土壤；土壤中Pb的积聚与交通业密切相关。因此，第Ⅲ类重金属可能来源于交通源。
2.3土壤重金属风险评价
2.3.1地质累积指数
各重金属平均地质累积指数计算结果为Cd＞As＞Zn＞Cu＞Pb＞Hg＞Ni＞Cr。Cu、Cr、Ni、Zn、Pb、Cd、As、Hg等8种重金属均存在不同频率的污染，其污染频率分别为733.3％、66.7％、60.00％、73.33％、73.33％、93.33％、80.00％、60.00％。其中，Cu、Cr、Ni、Zn、Pb、As、Hg受轻度污染的频率分别为13.33％、6.67％、600.0％、66.67％、26.67％、6.67％、400.0％；Cu、Zn、Pb、Cd、As、Hg受轻中度污染的频率分别53.33％、66.7％、400.0％、133.3％、333.3％、20.00％；Cd、As受中度污染的频率分别为6.67％、40.00％；Cu、Pb、Cd受中强度污染的频率分别为6.67％、66.7％、133.3％；Cd受强度和极强度污染的频率分别为133.3％、466.7％。总体而言，研究区域受Cd污染频率最高，强度最大。
2.3.2生态风险研究
从单一重金属的潜在生态危害指数均值看，各重金属的生态风险大小为Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb＞Ni＞Zn＞Cr。其中，Cd表现出极强生态危害，Hg表现出强生态危害，这两种重金属的生态危害较强，可能与它们的背景值低和毒性系数大有关。RI均值为13846.0，表明研究区土壤重金属总体存在很强的潜在生态危害。Cr、Ni、Zn均为轻微生态危害；Cu、Pb、As除轻微生态危害外，中度生态危害的频率分别达到6.67％、66.7％、66.67％；而Hg的强和极强生态危害的频率分别达到33.33％、20.00％；Cd的极强生态危害的频率达到了86.67％。由此可见，研究区域受到Cd污染导致的生态风险最严重。
3结论与建议
（1）研究芜湖市饮用水源地土壤与严格的广东省土壤背景值相比，超过的倍数大小表现为Cd＞As＞Zn＞Cu＞Pb＞Hg＞Ni＞Cr，表明该水源地土壤受到了一定的人为源重金属干扰。
（2）Cd、Hg、Ni、As来源归因于工业源，Cu、Cr归因于农业源，Zn、Pb归因于交通源。
（3）地质累积指数和潜在生态危害指数评价均表明，该水源地土壤存在一定的重金属污染风险，污染频率最高、强度最大的重金属是Cd。
（4）为保障芜湖市饮用水源地饮用水安全，建议加强周边工业污染源的监控、阻隔，禁止水源地周边进行水产养殖，合理建造绿化带以隔绝交通源污染。
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