周 萍 文安邦 史忠林 嚴(yán)冬春 龍 翼

(中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所山地表生過程與生態(tài)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610041)

三峽庫區(qū)不同土地利用土壤重金屬分布特征與污染評(píng)價(jià)

周 萍 文安邦 史忠林 嚴(yán)冬春 龍 翼

(中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所山地表生過程與生態(tài)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610041)

為揭示不同土地利用方式土壤重金屬的含量、分布及污染特征，選取三峽庫區(qū)典型小流域不同土地利用方式:柑橘果園(CO)、林地(FL)、旱坡麥地(WD)、旱坡菜地(VD)、溫室大棚蔬菜地(VG)、水稻田(PL)作為研究對(duì)象，研究了不同土地利用方式土壤重金屬的含量變化、分布規(guī)律，并進(jìn)行污染評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，6種土地利用類型土壤重金屬元素Pb含量由大到小表現(xiàn)為:VG、CO、PL、VD、FL、WD，土壤重金屬元素Cr含量由大到小表現(xiàn)為: CO、VG、PL、VD、FL、WD，土壤重金屬元素Cu含量由大到小表現(xiàn)為:VG、VD、CO、PL、FL、WD，土壤重金屬元素Zn含量由大到小表現(xiàn)為:CO、VG、PL、WD、VD、FL，土壤重金屬元素Cd含量由大到小表現(xiàn)為:VG、CO、WD、PL、VD、FL。土壤重金屬Pb含量與Cr、Cu、Zn、Cd含量均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(p＜0.01)，Cr含量與Cu和Cd含量呈極顯著正相關(guān)(p＜0.01)，與Zn含量呈顯著正相關(guān)(p＜0.05)。6種土地利用類型土壤重金屬Pb、Cr、Cu、Zn、Cd的單項(xiàng)污染指數(shù)變化分別為0.06、0.14、0.15、0.14和1.70，綜合污染指數(shù)為0.91，污染等級(jí)為警戒線，污染水平屬于Ⅱ級(jí)，尚清潔，6種土地利用類型土壤重金屬的綜合污染指數(shù)由大到小表現(xiàn)為:VG、CO、VD、PL、WD、FL。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明，6種土地利用類型土壤的重金屬Pb、Cr、Cu和Zn均屬于輕度生態(tài)危害。土壤重金屬元素Cd在林地、旱坡麥地和水稻田土壤中屬于中度生態(tài)危害，而在柑橘果園、旱坡菜地和溫室大棚蔬菜地土壤中屬于較強(qiáng)生態(tài)危害。5種土壤重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)從大到小分別為:Cd、Pb、Cu、Cr、Zn。

三峽庫區(qū);土地利用類型;土壤重金屬;分布特征;污染評(píng)價(jià)

引言

土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，是與人類關(guān)系極為密切的環(huán)境介質(zhì)，也是人類賴以生存的主要自然資源之一［1］。它是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是環(huán)境中重金屬遷移轉(zhuǎn)化的主要介質(zhì)，既是重金屬聚集的匯，也是向其他系統(tǒng)遷移的源。近年來，隨著工業(yè)“三廢”的排放［2］、礦山開采、污水灌溉［3］、肥料和農(nóng)藥用量的增加、大氣沉降、土壤淋溶等，使得土壤重金屬污染問題越來越嚴(yán)重，土壤質(zhì)量不斷下降［4］。由于重金屬在土壤中一般不易隨徑流淋失，也不能被土壤微生物分解，加之生物體對(duì)重金屬的富集，使得重金屬通過食物鏈傳遞危害人類健康［5］。土壤的納污和自凈能力有限［6］，當(dāng)進(jìn)入土壤的污染物積累量超過土壤承受能力或其臨界值時(shí)，土壤會(huì)向外界環(huán)境輸出污染物，使其他環(huán)境要素受到污染，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)問題，并對(duì)人體健康和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定產(chǎn)生直接或間接危害［7］。

土地利用指土地的使用狀況或土地的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)屬性［8］。土地利用類型是人類在改造利用土地進(jìn)行生產(chǎn)和建設(shè)過程中所形成的各種具有不同利用方向和特點(diǎn)的土地利用類別。在人類活動(dòng)過程中，土地利用類型不斷發(fā)生著變化。近年來，有關(guān)土壤重金屬積累對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響研究較多，李麗霞等［9］研究表明管理模式能明顯改變重金屬在土壤中的遷移與累積，肖思思等［10］對(duì)縣域耕地土壤重金屬污染進(jìn)行了評(píng)價(jià)并分析其影響，CHEN等［11］對(duì)北京市城市公園表層土壤的重金屬污染進(jìn)行了評(píng)價(jià)，已有研究多側(cè)重于土壤重金屬的污染方面，而將土地利用方式與土壤重金屬元素分布特征聯(lián)系起來的研究還較缺乏。土地利用的多樣性使得不同剖面中重金屬元素分布和遷移的不規(guī)律性增加，重金屬的遷移和累積問題也日益突出［12］。特別是對(duì)三峽庫區(qū)這類生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，不適當(dāng)?shù)耐恋乩梅绞郊巴恋乩没顒?dòng)使得土壤重金屬的污染負(fù)荷加重，直接導(dǎo)致了土壤侵蝕及重金屬隨地表徑流的流失，從而對(duì)流域水體環(huán)境產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致三峽庫區(qū)水質(zhì)及水資源發(fā)生變化，對(duì)庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等產(chǎn)生巨大影響。三峽庫區(qū)農(nóng)業(yè)土壤是重要的蔬菜、糧果和中藥材的生產(chǎn)用地，庫區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重地影響著當(dāng)?shù)鼐用竦氖称钒踩蜕眢w健康，也間接地影響著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展［13］。

本文開展三峽庫區(qū)不同土地利用類型重金屬元素在土壤中的分布特征研究，并對(duì)各重金屬的污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為保護(hù)農(nóng)業(yè)環(huán)境，保障農(nóng)產(chǎn)品安全，減緩和預(yù)防土壤污染提供參考。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于重慶市忠縣三峽庫區(qū)水土保持與環(huán)境研究站(107°3'～108°14'E、30°03'～30°35'N)附近。海拔高度117～1 680 m，屬亞熱帶東南季風(fēng)區(qū)山地氣候，年降水量1 100～1 400mm，多集中在4—10月份，占全年的70%以上，年日照時(shí)數(shù)1 327 h，太陽總輻射量 347 kJ/m2，無霜期 340 d，年均氣溫18.2℃，大于等于10℃的年積溫5 891.4℃，相對(duì)濕度80%。該區(qū)巖層為侏羅系沙溪廟組砂巖、粉砂巖和泥巖，主要土壤類型為中性紫色土，該區(qū)域主要種植作物為玉米、紅薯、黃豆和柑橘等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇和樣品采集

在踏查典型流域的基礎(chǔ)上，于2015年5月中旬根據(jù)典型性和代表性原則選擇試驗(yàn)站附近新政村石盤丘小流域內(nèi)柑橘果園(CO)、林地(FL)、旱坡麥地(WD)、旱坡菜地(VD)、溫室大棚蔬菜地(VG)、水稻田(PL)6種土地利用類型作為采樣地，采用蛇形布點(diǎn)法在每個(gè)樣地采集5個(gè)點(diǎn)的土壤樣品混勻，四分法取樣裝袋。采集土樣為表層土，采集深度0～20 cm。同時(shí)記錄樣品所在的坡度、坡向等信息，采集的土樣去除植物根、砂礫，自然風(fēng)干，研磨過100目尼龍篩，混合均勻備用。

1.2.2 重金屬含量測(cè)定

不同土地利用類型土壤的Pb、Cr、Cu、Zn、Cd等重金屬元素含量采用美國Perkin Elmer公司生產(chǎn)的NexION300X型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3 重金屬污染評(píng)價(jià)

采用GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中二級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1)和國家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 391—2013《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(表2)對(duì)流域內(nèi)6種土地利用類型土壤重金屬進(jìn)行污染評(píng)價(jià)。

表1 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值Tab．1 Soil environment quality standard values mg/kg

表2 土壤中各項(xiàng)污染物的限值Tab．2 Lim it values of soil pollutants mg/kg

單因子污染指數(shù)法環(huán)境質(zhì)量指數(shù)計(jì)算式為

式中 Pi——土壤污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

Ci——土壤污染物i的實(shí)測(cè)值，mg/kg Si——土壤污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，mg/kg

當(dāng)Pi≤1時(shí)，表明無重金屬i累積(污染);當(dāng)Pi＞1時(shí)，表明重金屬i累積(污染)，Pi值越大，累積(污染)越嚴(yán)重。

綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法:綜合指數(shù)的算法有多種，常采用內(nèi)梅羅(Nemerow)綜合污染指數(shù)法計(jì)算。內(nèi)梅羅指數(shù)反映各污染物對(duì)土壤的作用，同時(shí)突出高濃度污染物對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響。評(píng)價(jià)公式為

式中 Pcom——污染物綜合指數(shù)

(Ci/Si)max——土壤重金屬元素污染指數(shù)最大值

(Ci/Si)ave——各污染物中污染指數(shù)的算數(shù)平均值

根據(jù)《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)綱要(試行)》規(guī)定，土壤污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)如表3所示。

表3 土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab．3 Assessment standard of Nemerow pollution index for soil quality

1.2.4 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法是將污染物與其生物毒性、生態(tài)危害有機(jī)結(jié)合對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法［14］。潛在生態(tài)危害指數(shù)法是瑞典科學(xué)家HAKANSON提出的，采用等價(jià)屬性指數(shù)分級(jí)法評(píng)價(jià)，反映某一特定環(huán)境中各種污染物的影響和多種污染物綜合影響，定量劃分潛在生態(tài)危害的程度［15］。潛在生態(tài)危害指數(shù)是待評(píng)價(jià)重金屬的單項(xiàng)潛在生態(tài)危害系數(shù)之和，其值取決于待評(píng)價(jià)重金屬的個(gè)數(shù)和潛在生態(tài)危害系數(shù)［16］。

HAKANSON提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法［17］計(jì)算公式為

式中 RI——多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)

Ci——土壤中重金屬的實(shí)測(cè)含量

n——重金屬種類

HAKANSON給出的5種重金屬Pb、Cr、Cu、Zn、Cd的毒性響應(yīng)系數(shù)分別為5、2、5、1和30［17］。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)綜合反映了土壤中Pb、Cr、Cu、Zn、Cd 5種中間數(shù)的污染水平及潛在生態(tài)危害性(表4)。

表4 HAKANSON潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab．4 Potential ecological risk assessmentindices by HAKANSON

1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用單因素方差分析(ANOVA)檢驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)在SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用類型土壤重金屬含量分布特征

不同土地利用方式使得土壤的理化特征和微生物性質(zhì)都會(huì)發(fā)生一定的變化，進(jìn)而影響土壤重金屬元素的遷移和分布特征。對(duì)采集的不同土地利用類型土壤樣品進(jìn)行重金屬含量分析，研究結(jié)果表明，6種不同土地利用類型土壤重金屬元素Pb含量由大到小表現(xiàn)為:VG、CO、PL、VD、FL、WD，土壤重金屬元素Cr含量由大到小表現(xiàn)為:CO、VG、PL、VD、FL、WD，土壤重金屬元素Cu含量由大到小表現(xiàn)為: VG、VD、CO、PL、FL、WD，土壤重金屬元素Zn含量由大到小表現(xiàn)為:CO、VG、PL、WD、VD、FL，土壤重金屬元素Cd含量由大到小表現(xiàn)為:VG、CO、WD、PL、VD、FL。其中，溫室大棚蔬菜地的重金屬元素Pb、Cu、Cd在6種土地利用類型中含量最高，其次為柑橘果園。而柑橘果園土壤中Cr、Zn含量最高，其次為溫室大棚蔬菜地。這主要是因?yàn)檫@2種土地利用類型施用大量含重金屬元素的肥料和殺蟲劑，使得重金屬元素在這2種土地利用類型中不斷富積所致。旱坡菜地的Pb、Cr、Cu含量也較旱坡麥地、水稻田和林地的Pb、Cr、Cu含量高，這與張民等［18］研究的長(zhǎng)年種植蔬菜區(qū)土壤表現(xiàn)出不同程度的重金屬累積現(xiàn)象，菜園土壤隨種菜歷史的延長(zhǎng)，熟化程度增加，重金屬元素Cr、Pb等含量有明顯增高趨勢(shì)的結(jié)論相一致。林地土壤樣地地處坡面頂部，受人為干擾較少，因此各項(xiàng)重金屬含量均較低。水稻田位于坡面中下部，由于受到侵蝕、徑流沖刷泥沙中攜帶的重金屬在水稻田會(huì)出現(xiàn)富積，使得重金屬含量在6種土地利用類型中僅次于柑橘果園和溫室大棚蔬菜地的重金屬含量。6種土地利用類型的5類重金屬含量多重比較結(jié)果見圖1。

圖1 三峽庫區(qū)不同土地利用類型土壤重金屬含量分布特征Fig．1 Distribution characteristics of soil heavymetals contents of different land use types in Three Gorges Reservoir region

2.2 不同土地利用類型重金屬元素間相關(guān)性分析

由于造成土壤污染的污染源中重金屬元素共存于同一土壤樣品中，導(dǎo)致重金屬元素含量存在一定的相關(guān)性。對(duì)不同土地利用類型的各土壤重金屬元素含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，這5種重金屬元素之間均存在相關(guān)關(guān)系(表5)。Pb含量與Cr、Cu、Zn、Cd含量均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(p＜0.01)，Cr含量與Cu和Cd含量呈極顯著正相關(guān)(p＜0.01)，與Zn含量呈顯著正相關(guān)(p＜0.05)。

表5 不同土地利用類型土壤重金屬元素間的相關(guān)系數(shù)Tab．5 Correlation coefficients of soil heavy metals of different land use types

2.3 各項(xiàng)重金屬元素污染評(píng)價(jià)

分別采用單項(xiàng)污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法對(duì)庫區(qū)6種不同土地利用類型土壤的重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)可以體現(xiàn)每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的污染狀況，單項(xiàng)污染指數(shù)小表明污染物污染程度較輕，指數(shù)大表明污染物污染程度較重［19］。單項(xiàng)污染指數(shù)越高，對(duì)綜合污染指數(shù)的貢獻(xiàn)率和影響越大。綜合污染指數(shù)全面反映各污染物對(duì)土壤污染的不同程度，并且充分考慮高濃度物質(zhì)對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，是單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)法的綜合和改進(jìn)。三峽庫區(qū)6種土地利用類型的土壤pH值均在5～7之間，選取GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中二級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及NY/T 391—2013《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算得到的單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)如表6所示。

表6 不同土地利用類型土壤重金屬污染評(píng)價(jià)Tab．6 Pollution evaluation of soil heavy metals of different land use types

三峽庫區(qū)6種土地利用類型土壤重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)法研究結(jié)果表明，柑橘果園土壤的Pb、Cr、Cu、Zn、Cd的單項(xiàng)污染指數(shù)分別為 0.06、0.14、0.15、0.14和1.70。綜合污染指數(shù)為0.91，污染等級(jí)為警戒線，污染水平屬于Ⅱ級(jí)，尚清潔。旱坡菜地和溫室大棚蔬菜地的土壤重金屬綜合污染指數(shù)分別為0.88和0.93，污染等級(jí)為警戒線，污染水平屬于Ⅱ級(jí)，尚清潔。其他3種土地利用類型林地、旱坡麥地和水稻田土壤的重金屬綜合污染指數(shù)分別為0.55、0.66和0.68，污染等級(jí)為安全，污染水平屬于Ⅰ級(jí)，清潔。由綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果可知，6種土地利用類型土壤重金屬的綜合污染指數(shù)由大到小表現(xiàn)為:VG、CO、VD、PL、WD、FL，其中林地的污染指數(shù)最小。

2.4 不同土地利用類型土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

運(yùn)用HAKANSON提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)三峽庫區(qū)6種土地利用類型的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(表7)。研究區(qū)內(nèi)6種土地利用類型土壤重金屬Pb、Cr、Cu和Zn的單因子潛在生態(tài)危害系數(shù)均小于40，均屬于輕度生態(tài)危害。林地、旱坡麥地和水稻田土壤中重金屬元素Cd的單因子潛在生態(tài)危害系數(shù)介于40～80之間，屬于中度生態(tài)危害，而在柑橘果園、旱坡菜地和溫室大棚蔬菜地土壤中重金屬Cd的單因子潛在生態(tài)危害系數(shù)介于80～ 160之間，屬于較強(qiáng)生態(tài)危害。其中溫室大棚蔬菜地土壤中重金屬Cd的單因子潛在生態(tài)危害系數(shù)最高。

表7 不同土地利用類型土壤重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)和危害指數(shù)Tab．7 Potential ecological hazard coefficient and potential ecological risk index of soil heavy metals of different land use types

潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI)綜合反映土壤中Pb、Cr、Cu、Zn、Cd 5種重金屬的污染水平及潛在生態(tài)危害性。6種土地利用類型5種土壤重金屬的多因子潛在生態(tài)危害指數(shù)(RI)均小于150，土壤潛在生態(tài)危害屬輕度生態(tài)危害，其由大到小表現(xiàn)為:VG、CO、VD、WD、PL、FL?？傮w上，潛在生態(tài)危害系數(shù)從大到小分別為:Cd、Pb、Cu、Cr、Zn。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高的元素是Cd，反映了重金屬元素Cd對(duì)生態(tài)毒性高于其他元素。其次是Pb、Cu、Cr和Zn，潛在生態(tài)危害系數(shù)相對(duì)較大，污染程度也較高。

3 討論

已有土壤重金屬含量及分布特征的研究多側(cè)重于有污染源或人為影響較重的地區(qū)，而本研究選取三峽庫區(qū)庫中地區(qū)典型小流域內(nèi)6種土地利用類型土壤的重金屬含量特征進(jìn)行研究，本區(qū)域無主要重金屬污染源的輸入，除人工耕作擾動(dòng)外，無其他較大外源干擾，因此土壤母質(zhì)、大氣的干濕沉降、農(nóng)業(yè)灌溉、施肥、噴灑農(nóng)藥和除草劑、生活垃圾是流域不同土地利用類型土壤重金屬的主要來源［20］。柑橘果園、溫室大棚蔬菜地及旱坡菜地較多施用Zn肥和含Zn農(nóng)藥(如代森鋅、福美鋅)可能是土壤重金屬Zn的主要來源。某些畜禽糞便中Zn含量可達(dá)100～207mg/kg，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥也可能導(dǎo)致土壤重金屬Zn含量提高5% ～30%［15］。

三峽庫區(qū)坡耕地面積占耕地面積70%以上，坡度較大，一般在20°以上，陡坡地坡度大，重金屬易流失，向下搬運(yùn)。本研究所選取的林地由于受人為干擾較少，因此，林地土壤重金屬的輸入較少。而其他土地利用類型，特別是柑橘果園、溫室大棚蔬菜地和旱坡菜地，由于大量人為活動(dòng)的干擾及施用農(nóng)藥、化肥、殺蟲劑等，使得土壤重金屬輸入量增加?；省⒂袡C(jī)肥和農(nóng)藥是土壤中重金屬元素Cr、Cu、Cd、Zn、Pb的重要來源。施用肥料的質(zhì)量和數(shù)量是影響不同利用方式下土壤重金屬含量的主要因素。因此，在土地利用過程中，注重管理方式優(yōu)化，施用優(yōu)質(zhì)的化肥、有機(jī)肥和農(nóng)藥，將會(huì)大大減少重金屬在土壤中的累積速率。而水稻田多位于坡面中下部，由于土壤重金屬自坡面上部向下，伴隨徑流、侵蝕泥沙搬運(yùn)和沉積到地勢(shì)相對(duì)較平緩的水稻田。因此，水稻田土壤的重金屬來源相對(duì)增加，各類土壤重金屬出現(xiàn)不同程度的累積現(xiàn)象。影響土壤重金屬含量的因素很多，如成土母質(zhì)、氣候條件、土壤中的氧化還原電位、pH值控制著土壤重金屬的活性，受地質(zhì)條件的作用，進(jìn)而影響重金屬的遷移、分布和累積［21］。

由于重金屬不能被土壤微生物所降解，因而在土壤中不斷積累，土壤一旦遭受重金屬污染，則很難予以徹底消除。同時(shí)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、采礦等因素導(dǎo)致土壤重金屬含量急劇增加也備受關(guān)注［22］。此外，土壤重金屬對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境及人體健康等均有較大影響［23］。本研究結(jié)果表明，三峽庫區(qū)不同土地利用類型土壤重金屬污染屬于輕微型污染，但土壤重金屬Cd污染需引起重視。除Cd外，其他重金屬元素也顯示出一定的富集特征，但不如Cd富集顯著。查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，二疊系地層為三峽庫區(qū)周邊的一個(gè)重要地層，該地層出露的黑色巖系可能具有較高的重金屬元素含量，而此地質(zhì)體的自然風(fēng)化釋放，極有可能是三峽庫區(qū)Cd異常乃至整個(gè)長(zhǎng)江流域沿江Cd異常的一個(gè)重要自然源［24］。結(jié)合巖石樣品的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)三峽庫區(qū)土壤中Cd等重金屬元素的含量分布特征與研究區(qū)巖石表現(xiàn)出很好的地球化學(xué)繼承性，巖石中Cd的平均含量相對(duì)世界頁巖及我國東部泥巖顯著富集［25］。

4 結(jié)論

(1)三峽庫區(qū)5種重金屬元素間均存在相關(guān)關(guān)系。Pb含量與Cr、Cu、Zn、Cd含量均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(p＜0.01)，Cr含量與Cu和Cd含量呈極顯著正相關(guān)(p＜0.01)，與Zn含量呈顯著正相關(guān)(p＜0.05)。

(2)6種土地利用類型土壤重金屬Pb、Cr、Cu、Zn、Cd的單項(xiàng)污染指數(shù)為0.06、0.14、0.15、0.14和1.70，綜合污染指數(shù)為0.91，污染等級(jí)為警戒線，污染水平屬于Ⅱ級(jí)，尚清潔。6種土地利用類型土壤重金屬的綜合污染指數(shù)由大到小表現(xiàn)為:VG、CO、VD、PL、WD、FL，其中林地的污染指數(shù)最小。

(3)6種土地利用類型的5種土壤重金屬潛在生態(tài)危害屬輕度生態(tài)危害，潛在生態(tài)危害指數(shù)由大到小表現(xiàn)為:VG、CO、VD、WD、PL、FL。總體上，5種土壤重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)由大到小表現(xiàn)為: Cd、Pb、Cu、Cr、Zn。

1 鄭袁明，陳同斌，陳煌，等．北京市不同土地利用方式下土壤鉛的積累［J］．地理學(xué)報(bào)，2005，60(5):791－797．ZHENG Yuanming，CHEN Tongbin，CHENHuang，etal．Lead accumulation in soils under different land use types in Beijing City［J］．Acta Geographica Sinica，2005，60(5):791－797．(in Chinese)

2 趙其國，周炳中，楊浩，等．江蘇省環(huán)境質(zhì)量與農(nóng)業(yè)安全問題研究［J］．土壤，2002，34(1):1－8．ZHAO Qiguo，ZHOU Bingzhong，YANG Hao，et al．Environment quality and agricultural safety of Jiangsu Province［J］．Soils，2002，34(1):1－8．(in Chinese)

3 龐妍，同延安，梁連友，等．污灌農(nóng)田土壤-作物體系重金屬污染評(píng)價(jià)［J/OL］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015，46(1):148－154．http:∥www．j-csam．org/jcsam/ch/reader/view_abstract．a(chǎn)spx?flag=1＆file_no=20150122＆journal_id=jcsam．DOI:10．6041/j．issn．1000-1298．2015．01．022．PANG Yan，TONG Yan'an，LIANG Lianyou，et al．Assessment of heavymental pollution in soil crop system on sewage irrigated farmland［J/OL］．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2015，46(1):148－154．(in Chinese)

4 KRISHNA A K，GIVIL PK．Heavymetal contamination of soil around Pali Industrial Area，Rajasthan，India［J］．Environmental Geology，2004，47(1):38－44．

5 鄭海龍，陳杰，鄧文靖，等．城市邊緣帶土壤重金屬空間變異及其污染評(píng)價(jià)［J］．土壤學(xué)報(bào)，2006，43(1):39－45．ZHENG Hailong，CHEN Jie，DENG Wenjing，et al．Spatial analysis and pollution assessment of soil heavy metals in the steel industry areas of Nanjing periurban zone［J］．Acta Pedologica Sinica，2006，43(1):39－45．(in Chinese)

6 廖海軍．北京市密云水庫上游土壤重金屬污染調(diào)查評(píng)價(jià)［J］．中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2007，2(8):23－26．LIAO Haijun．Pollution evaluation of soil heavy metals in the upper Miyun reservoir of Beijing City［J］．Environmental Protection Industry of China，2007，2(8):23－26．(in Chinese)

7 WU G，KANG H，ZHANG X，et al．A critical review on the bio-removal of hazardous heavy metals from contaminated soils: issues，PLogress，eco-environmental concerns and opportunities［J］．Journal of Hazardous Materials，2010，174(1－3):1－8．

8 TURNER B L，SKOLE D，SANDERSON S，et al．Land use and land cover change science research plan［R］．IGBPReport and HDPReport，1995:102－106．

9 李麗霞，郝明德，薛曉輝，等．黃土高原溝壑區(qū)蘋果園土壤重金屬含量特征研究［J］．水土保持學(xué)報(bào)，2007，21(6):65－69．LILixia，HAO Mingde，XUE Xiaohui，et al．Research on soil heavy metal contents of apple orchard in gully region of Loess Plateau［J］．Journal of Soil and Water Conservation，2007，21(6):65－69．(in Chinese)

10 肖思思，黃賢金，彭補(bǔ)拙，等．經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)縣域耕地土壤重金屬污染評(píng)價(jià)及其影響因素分析——以江蘇省昆山市為例［J］．長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2007，16(5):674－679．XIAO Sisi，HUANG Xianjin，PENG Buzhuo，et al．Analysis of heavymental pollution and assessment of its environmental effect in developed areas［J］．Resource and Environment in the Yangtze Basin，2007，16(5):674－679．(in Chinese)

11 CHEN Tongbin，ZHENG Yuanming，LEIMei，et al．Assessment of heavy metal pollution in surface soils of urban parks in Beijing，China［J］．Chemosphere，2005，60:542－551．

12 謝娟，成玉祥，王莉平，等．某金礦區(qū)不同品種蔬菜中重金屬分析及評(píng)價(jià)［J］．地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)，2008，30(4):425－428．XIE Juan，CHENGYuxiang，WANG Liping，etal．Analyses and evaluation of heavymetals in vegetable samples from a gold field［J］．Journal of Earth Sciences and Environment，2008，30(4):425－428．(in Chinese)

13 喻菲，張成，張晟，等．三峽水庫消落區(qū)土壤重金屬含量及分布特征［J］．西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，28(1):165－168．YU Fei，ZHANG Cheng，ZHANG Sheng，et al．Contents and distribution of heavy metals in the draw-down zone of the Three Gorges Reservoir area［J］．Journal of Southwest Agricultural University:Natural Science，2006，28(1):165－168．(in Chinese)

14 HAMED M M．Probabilistic sensitivity analysis of public health risk assessment from contaminated soil［J］．Journal of Soil Contamination，1999，8(3):285－306．

15 鐘曉蘭，周生路，趙其國．長(zhǎng)江三角洲地區(qū)土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)——以江蘇太倉市為例［J］．地理科學(xué)，2007，27(3):396－400．ZHONG Xiaolan，ZHOU Shenglu，ZHAO Qiguo．Spatial characteristics and potential ecological risk of soil heavy metals contamination in the Yangtze River delta—a case study of Taicang City，Jiangsu Province［J］．Scientia Geographica Sinica，2007，27(3):396－400．(in Chinese)

16 任華麗，崔保山，白軍紅，等．哈尼梯田濕地核心區(qū)水稻土重金屬分布與潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28(4): 1625－1633．REN Huali，CUIBaoshan，BAIJunhong，et al．Distribution of heavymetal in paddy soil of Hani terrace core zone and assessment its potential ecological risk［J］．Acta Ecologica Sinica，2008，28(4):1625－1633．(in Chinese)

17 HAKANSON L．An ecological risk index for aquatic pollution control:a sediment ecological approach［J］．Water Research，1980，14:975－1001．

18 張民，馬麗，李文慶．我國菜園土壤的資源特點(diǎn)與持續(xù)利用［J］．山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，30(4):317－322．ZHANG Min，MA Li，LIWenqing．Characteristics and sustainable utilization of vegetable cultivated soil resources in China［J］．Journal of Shandong Agricultural University，1999，30(4):317－322．(in Chinese)

19 鄭國璋，岳樂平．洛川蘋果園地土壤重金屬污染調(diào)查與評(píng)價(jià)［J］．土壤通報(bào)，2008，39(2):402－405．ZHENG Guozhang，YUE Leping．Investigation and assessment on heavy metals pollution of soil in Luochuan apple orchard［J］．Chinese Journal of Soil Science，2008，39(2):402－405．(in Chinese)

20 方鳳滿，王起超．土壤汞污染研究進(jìn)展［J］．土壤與環(huán)境，2000，9(4):326－329．FANG Fengman，WANG Qichao．A review on the studies on mercury pollution of soil［J］．Soil and Environmental Sciences，2000，9(4):326－329．(in Chinese)

21 NAIM S，OZCAN H K，DEMIR G，et al．Determination of heavy metal concentrations in street dusts in Istanbul E-5 high way［J］．Environment Internation，2003，29:979－985．

22 SASTRE J，RAURET G，VIDAL M．Effect of the cationic composition of sorption solution on the quantification of sorptiondesorption parameters of heavymetals in soils［J］．Environment Pollution，2006，140(2):322－339．

23 SHIW，BISCHOFFM，TURCO R，et al．Long-term effects of chromium and lead upon the activity of soilmicrobial communities［J］．Apply Soil Ecology，2002，21(2):169－177．

24 成杭新，楊忠芳，奚小環(huán)，等．長(zhǎng)江流域沿江鎘異常示蹤與追源的戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)［J］．第四紀(jì)研究，2005，25(3):285－291．CHENG Hangxin，YANG Zhongfang，XI Xiaohuan，et al．Strategy and tactics for tracing and source tracking of Cd anomalies along the Changjiang River Basin［J］．Quaternary Sciences，2005，25(3):285－291．(in Chinese)

25 遲清華，鄢明才．應(yīng)用地球化學(xué)元素豐度數(shù)據(jù)手冊(cè)［M］．北京:地質(zhì)出版社，2007:45－55．

26 趙新儒，特拉津·那斯?fàn)?，程永毅，等．伊犁河流域土壤重金屬環(huán)境地球化學(xué)基線研究及污染評(píng)價(jià)［J］．環(huán)境科學(xué)，2014，35(6):2392－2400．ZHAO Xinru，TELAJIN Nasier，CHENG Yongyi，et al．Environmental geochemical baseline of heavy metals in soils of the Ili River Basin and pollution evaluation［J］．Environmental Science，2014，35(6):2392－2400．(in Chinese)

27 邵學(xué)新，吳明，蔣科毅．西溪濕地土壤重金屬分布特征及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］．濕地科學(xué)，2007，9(3):253－259．SHAO Xuexin，WU Ming，JIANG Keyi．Distribution and ecological risk assessment of heavy metal elements in soils of Xixi wetland［J］．Wetland Science，2007，9(3):253－259．(in Chinese)

Distribution Characteristics and Pollution Evaluation of Soil Heavy Metals of Different Land Use Types in Three Gorges Reservoir Region

ZHOU Ping WEN Anbang SHIZhonglin YAN Dongchun LONG Yi
(The Key Laboratory of Mountain Surface Processes and Ecological Regulation，Institute of Mountain Hazards and Environment，Chinese Academy of Sciences and Ministry ofWater Resources，Chengdu 610041，China)

Aimed to reveal the distribution characteristics of different land use types，six land use types were chosen，including citrus orchard(CO)，forest land(FL)，wheat dry land(WD)，vegetable dry land(VD)，vegetable greenhouse land(VG)and paddy land(PL)as the research objectives in the typical watershed in Three Gorges Reservoir region．The contents and distribution characteristics and pollution evaluation were all analyzed，the results showed that the order of Pb contents changed from high to low were VG，CO，PL，VD，F(xiàn)L and WD，the Cr contents changed from high to low were CO，VG，PL，VD，F(xiàn)L and WD，the Cu contents changed from high to low were VG，VD，CO，PL，F(xiàn)L and WD，the Zn contents changed from high to low were CO，VG，PL，WD，VD and FL and the Cd contents changed from high to low were VG，CO，WD，PL，VD and FL．Meanwhile，there existed obviously positive correlation between Pb content and Cr，Cu，Zn and Cd contents(p＜0.01)，there also existed obviously positive correlation between Cr content and Cu，Cd contents(p＜0.01)and there existed positive correlation between Cr content and Zn content(p＜0.05)．The estimation of single pollution index of these five soil heavy metals，i．e．，Pb，Cr，Cu，Zn，Cd contents of the six land use typeschanged from high to low were 0.06，0.14，0.15，0.14 and 1.70．And the comprehensive pollution index was 0.91，the pollution degree belonged to guard line and the pollution level was theⅡ level—relative clean．Meanwhile，the order of the six land use type of soil heavy metals changed from high to low were VG，CO，VD，PL，WD and FL．The results of the potential ecological risk index indicated that the soil heavymetals Pb，Cr，Cu and Zn belonged to light ecological risk．However，the soil heavymetal of Cd belonged to middle ecological risk in the forest land，dry land of wheat and paddy land，Cd belonged to a bit strong ecological risk in the citrus orchard，vegetable dry land and vegetable greenhouse land．And the potential ecological risk index of these five soil heavymetals changed from high to low were Cd，Pb，Cu，Cr and Zn．

Three Gorges Reservoir region; land use types; soil heavy metals; distribution characteristics;pollution evaluation

X53;X131

A

1000-1298(2017)07-0207-07

2016-11-09

2016-12-20

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0402301)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41671286)和中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(STS)項(xiàng)目(KFJ-SW-STS-175、KFJ-EW-STS-008)

周萍(1981—)，女，副研究員，博士，主要從事坡耕地土壤侵蝕與水土保持研究，E-mail:zp09@imde．a(chǎn)c．cn

文安邦(1964—)，男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事土壤侵蝕與水土保持研究，E-mail:wabang@imde．a(chǎn)c．cn

10．6041/j．issn．1000-1298．2017．07．026