張阿龍，高瑞忠，張生，賈德彬，杜丹丹，秦子元，王喜喜

吉蘭泰鹽湖盆地土壤重金屬鉻、汞、砷分布的多方法評(píng)價(jià)*

張阿龍1，高瑞忠1，2?，張生1，2，賈德彬1，2，杜丹丹1，2，秦子元1，王喜喜3

（1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018；2. 內(nèi)蒙古水資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010018；3. Old Dominion University，Norfolk 23529）

選擇西北旱區(qū)吉蘭泰鹽湖盆地為研究對(duì)象，以隨機(jī)布點(diǎn)法對(duì)表土層（0～10 cm）、心土層（50 cm）、底土層（100 cm）的重金屬鉻（Cr）、汞（Hg）、砷（As）以及主要化學(xué)成分進(jìn)行空間采樣測(cè)定，揭示Cr、Hg、As的空間分布特征，研究確定其土壤環(huán)境背景值，并以此背景值為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，利用單因子污染指數(shù)、地累積指數(shù)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)、污染負(fù)荷指數(shù)等六種常用方法對(duì)表土進(jìn)行評(píng)價(jià)及對(duì)比分析。結(jié)果表明：鹽湖盆地表層土壤中Cr、Hg、As總體具有相似的空間分布特征；鹽湖盆地土壤Cr、Hg、As背景值分別為27.89 mg·kg–1、0.039 mg·kg–1、12.83 mg·kg–1，對(duì)比寧夏、新疆等相關(guān)地區(qū)，盆地Cr背景值較低，Hg背景值較高，As元素相近；以背景值為基準(zhǔn)進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，盆地表層土壤重金屬污染順序依次為Hg、Cr、As，簡(jiǎn)單指數(shù)法呈現(xiàn)Cr、Hg、As整體處于輕微污染狀態(tài)，Hg存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較Cr、As大，類似的，綜合指數(shù)法表明盆地整體上處于輕微污染狀態(tài)，綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大；單因子污染指數(shù)法的土壤污染等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果大于綜合污染指數(shù)法；三種綜合指數(shù)法均與三種簡(jiǎn)單指數(shù)法對(duì)Hg的評(píng)價(jià)結(jié)果具有顯著相關(guān)性，表明鹽湖盆地表層土壤中Cr、Hg、As形成受到成土母質(zhì)、天然水文地球化學(xué)作用和氣候特征條件等綜合作用的影響，局部受到人類活動(dòng)的擾動(dòng)。

土壤重金屬；空間分布；背景值；評(píng)價(jià)

土壤是與人類關(guān)系最為密切的一種環(huán)境要素，其表層或里面有生物棲息，是聯(lián)系有機(jī)界和無(wú)機(jī)界的中心環(huán)節(jié)[1]。土壤在環(huán)境系統(tǒng)中起著重要的穩(wěn)定與緩沖作用，能夠?qū)ξ廴疚镔|(zhì)進(jìn)行容納、緩沖和凈化，但同時(shí)也會(huì)間接通過(guò)水體、大氣、植物將污染物作用于人體，被人體吸收[2]。當(dāng)土壤中含有害物質(zhì)過(guò)多、超過(guò)土壤自凈能力時(shí)，就會(huì)引起土壤的組成、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，土壤微生物活動(dòng)受到抑制[3]，有害物質(zhì)或其分解產(chǎn)物在土壤中逐漸積累，達(dá)到危害人體健康的程度，或者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成危害[4]。土壤重金屬污染評(píng)價(jià)是土壤環(huán)境管理的基礎(chǔ)性工作也是土壤環(huán)境研究的和污染防治的重要基礎(chǔ)[5]，采用合理的污染評(píng)價(jià)方法，選取恰當(dāng)?shù)耐寥拉h(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，才能確定土壤環(huán)境容量，識(shí)別土壤重金屬污染狀況，滿足土壤環(huán)境管理和決策需要[6]。大多數(shù)學(xué)者將土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)與土壤污染評(píng)價(jià)割裂研究，難以保證評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)污染防治工作帶來(lái)困擾。

土壤重金屬污染已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。眾多學(xué)者采用不同的研究方法對(duì)流域[7-9]、城郊區(qū)[10-12]、工礦區(qū)[13-14]、農(nóng)田罐區(qū)[15-16]和自然保護(hù)區(qū)[17-18]土壤中的重金屬元素的來(lái)源、含量、分布和評(píng)價(jià)進(jìn)行了報(bào)道。但是旱區(qū)鹽湖盆地區(qū)的研究缺乏，且評(píng)價(jià)選用的標(biāo)準(zhǔn)[19]至今已23年，選用地區(qū)背景值[20]至今已28年，已不適應(yīng)當(dāng)前土壤環(huán)境管理的需求，從而導(dǎo)致對(duì)當(dāng)前土壤環(huán)境容量和土壤污染評(píng)價(jià)結(jié)果造成一定的偏差，且評(píng)價(jià)方法選取欠妥，評(píng)價(jià)過(guò)程中缺乏多種方法聯(lián)合運(yùn)用，很難達(dá)到預(yù)期的效果。

本研究針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)西北旱區(qū)吉蘭泰鹽湖盆地不同土層鉻（Cr）、汞（Hg）、砷（As）進(jìn)行測(cè)定分析，揭示空間分布特征，確定土壤環(huán)境背景值，對(duì)表土用六種方法進(jìn)行評(píng)價(jià)及對(duì)比分析，旨在為西北旱區(qū)鹽湖盆地流域積累環(huán)境要素基本數(shù)據(jù)、資料，為確定環(huán)境容量，制定土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)基本數(shù)據(jù)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中土壤環(huán)境保護(hù)、土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)、土壤污染治理、土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和土壤資源合理利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

吉蘭泰鹽湖盆地地處歐亞大陸腹地（38o50′～40o45′N，105°00′～106°40′E），面積20 025 km2，高程變化1 013～3 159 m（圖1），平均海拔高度為1 020 m。屬典型的大陸性干旱氣候，干旱少雨，冬寒夏熱，盆地西北部的巴音烏拉山和東南部賀蘭山由前震旦系區(qū)域變質(zhì)巖系和火成巖系構(gòu)成，盆地中心為第四紀(jì)更新統(tǒng)湖積物堆積，巴音烏拉山和賀蘭山山前為更新統(tǒng)洪積物分布[21]。盆地東北部被烏蘭布和沙漠所覆蓋，形成沙山、沙丘、沙壟和平沙等地貌景觀，植被稀少覆蓋度較低。盆地有五大地貌單元，即侵蝕地形地貌、剝蝕地形地貌、堆積地形地貌、風(fēng)成地形地貌和其他微地形地貌。

圖1 研究區(qū)地理位置及土壤采樣點(diǎn)圖

吉蘭泰鹽湖盆地主要行政區(qū)劃屬內(nèi)蒙古阿拉善盟吉蘭泰鎮(zhèn)，沙區(qū)外圍周邊交通情況較為發(fā)達(dá)，有包蘭鐵路、京藏高速公路、110國(guó)道、109國(guó)道、烏巴省級(jí)公路等，南部有烏—吉鐵路專用線[22]。區(qū)內(nèi)以吉蘭泰鹽湖鹽業(yè)及副產(chǎn)品工業(yè)為主，包括少量農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和商業(yè)等共存的多元化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，其中吉蘭泰鹽湖是我國(guó)重要的鹽業(yè)生產(chǎn)基地，在全國(guó)鹽業(yè)生產(chǎn)工業(yè)中具有舉足輕重的地位。

1.2 樣品采集與分析

考慮地形、土地利用類型、自然氣象要素等綜合因素，2016年7─8月以隨機(jī)布點(diǎn)法采樣，共40個(gè)采樣點(diǎn)（圖1）。每個(gè)土壤采樣點(diǎn)以手持GPS定位，分表土層（0～10 cm）、心土層（–50 cm）和底土層（–100 cm）3層采樣，每個(gè)樣品質(zhì)量約1 kg，共采集120個(gè)代表性樣品。裝入聚乙烯塑料袋。

土壤Hg和As通過(guò)北京普析通用PF6-2型雙道全自動(dòng)原子熒光光度計(jì)測(cè)定，檢出限分別為Hg< 0.001 μg·kg–1、As <0.01 μg·kg–1，精密度< 1.0%，測(cè)試線性范圍>103；Cr 通過(guò)日立Z-2700型石墨爐原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定，檢出限為0.004 mg·kg–1，精密度≤1.0%，樣品殘留≤10–5。每個(gè)樣品均采用3組平行實(shí)驗(yàn)，取均值作為樣品測(cè)定的最終量。

1.3 土壤背景值計(jì)算

區(qū)域土壤背景值指一定區(qū)域內(nèi)，遠(yuǎn)離工礦、城鎮(zhèn)和公路，無(wú)或無(wú)有過(guò)“三廢”污染影響的土壤中有毒物質(zhì)在某一保證率下的含量，其公式為[20，23]

1.4 評(píng)價(jià)方法

2 結(jié) 果

2.1 土壤中Cr 、Hg 、As 的空間分布

分析吉蘭泰鹽湖盆地表層土壤Cr、Hg、As的空間分布（圖2），土壤中Cr含量的高值區(qū)主要分布于吉蘭泰鹽湖盆地北部的烏蘭布和沙漠和巴音烏拉山地區(qū)，在鹽湖盆地的西南局部區(qū)域也出現(xiàn)Cr含量的高值區(qū)（圖2a），這種分布的主要原因?yàn)樯嫌伟鸵魹趵角饏^(qū)存在含Cr礦物，經(jīng)多年雨季溶解隨季節(jié)性河流順流而下，造成該區(qū)Cr含量的較高分布；Hg含量高值區(qū)主要位于吉蘭泰鹽湖盆地的西南低山丘陵地區(qū)（圖2b），且主要分布在圖格力高勒溝和沙爾布爾的溝附近區(qū)域，原因是地勢(shì)較高的上游低山臺(tái)地地區(qū)有含Hg礦物，經(jīng)過(guò)雨水沖刷被帶到溝中，多年水走鹽留的累積，形成研究區(qū)西南部Hg含量較高，且該區(qū)域被省道218穿過(guò)，車流量較大，尾氣中重金屬Hg污染較為嚴(yán)重，Hg排放到空氣中，經(jīng)大氣沉降和雨水沖刷到溝中，經(jīng)多年的累積，導(dǎo)致該區(qū)Hg濃度較高[26]；該區(qū)土壤As元素濃度較高區(qū)域主要分布在鹽湖西北部區(qū)域，這是多年蒸發(fā)濃縮導(dǎo)致（圖2c）?？傮w上，3種重金屬元素在吉蘭泰鹽湖盆地區(qū)呈現(xiàn)了明顯的斑塊分布特征，表明研究區(qū)表層土壤在天然水文地球化學(xué)作用下，可能局部受到生活垃圾排放、交通運(yùn)輸、工業(yè)排放和大氣沉降等的影響。

表1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議值

2.2 土壤背景值

對(duì)樣品的各分析數(shù)據(jù)做必要的檢驗(yàn)，剔除可疑污染土樣，以保證區(qū)域土壤環(huán)境背景值的真實(shí)性?？梢晌廴就翗映２捎闷骄导訕?biāo)準(zhǔn)差的方法[20，23-24]剔除，如采用平均值加二倍標(biāo)準(zhǔn)差的方法，對(duì)于1>+2的樣品視為可疑污染，予以剔除，該法對(duì)于成土母質(zhì)相對(duì)均一的地區(qū)適用，而且簡(jiǎn)單[23]。將其污染點(diǎn)剔除后再計(jì)算，得到更為精確的背景值，對(duì)該區(qū)污染狀況進(jìn)行較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

鹽湖盆地位于內(nèi)蒙古西部的阿拉善盟，南鄰寧夏，西鄰新疆，西南與甘肅接壤，通過(guò)對(duì)比分析，可以看出，研究區(qū)Cr背景值較低，Hg背景值較高，As元素與區(qū)域甘肅最為接近（表3）。

2.3 土壤Cr 、Hg 、As 污染評(píng)價(jià)

單因子污染指數(shù)法表明，表層土壤Hg污染（77.5%）大于Cr污染（47.5%）大于As污染（55%），且Cr 、Hg 的評(píng)價(jià)結(jié)果中均出現(xiàn)中度污染，分別為5%、12.5%，As均處于輕微及以下污染狀態(tài)；地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，表層土壤Hg污染（60%）大于As污染（15%）大于Cr污染（7.5%），且Hg 的評(píng)價(jià)結(jié)果中出現(xiàn)中度和強(qiáng)度污染，分別為10%、25%；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法可以看出，該區(qū)表層土壤Hg污染（77.5%）大于Cr污染（0%）和As污染（0%），且Hg 的評(píng)價(jià)結(jié)果中出現(xiàn)極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為22.5%，強(qiáng)度及以上分險(xiǎn)為55%，Cr、As均處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)（表4）。

單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)的Cr、As上限均在輕微污染內(nèi)，但Cr存在5%的異常值屬于中度污染，Hg上限屬于中度污染，且所占比例為12.5%，Cr、Hg、As上四分位數(shù)、中值均在輕微污染內(nèi)，下四分位數(shù)均為未污染狀態(tài)且Cr、Hg、As未污染狀態(tài)；地累積指數(shù)法Cr、As上限均在未污染狀態(tài)，且所占比例分別為92.5%、85%，Hg上限屬于中度，且所占比例之和為10%，Hg上四分位數(shù)均在輕微污染內(nèi)，且所占比例之和為25%，Cr、Hg、As中值、下四分位數(shù)均處于未污染內(nèi)且所占比例為分別為92.5%、85%、40%；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果中Cr、As上限均在輕微污染狀態(tài)，Hg上限屬于極強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，且所占比例為22.5%，上四分位數(shù)在很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)，且所占比例為7.5%（表4，圖4）。三種方法相互對(duì)比，相互驗(yàn)證可看出該區(qū)表土存在污染，Cr、Hg、As整體處于輕微污染狀態(tài)，但Hg存在較大的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，且Hg的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大于Cr和As，應(yīng)引起相關(guān)部門(mén)重視。

圖3 Q-Q圖正態(tài)檢驗(yàn)

表2 研究區(qū)土壤Cr、Hg、As含量剔除后的統(tǒng)計(jì)值

表3 世界范圍和我國(guó)、以及其他相近地區(qū)的Cr、Hg、As背景值

表4 簡(jiǎn)單指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和污染負(fù)荷指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果（表5）顯示，污染程度依次為潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均處于強(qiáng)度及以下污染水平，強(qiáng)度污染占22.5%，中度污染占12.5%，其他65%均處于輕微污染水平；內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)中，處于中度污染占5%，90%的取樣點(diǎn)處于輕微污染狀態(tài)，2.5%的取樣點(diǎn)處于尚清潔污染狀態(tài)；污染負(fù)荷指數(shù)法評(píng)價(jià)中，存在中度污染占5%，其他均處于輕微及以下。

綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果（圖5）可看出，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)法大于內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法大于污染負(fù)荷指數(shù)法；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)法的結(jié)果整體上處于中度及以下風(fēng)險(xiǎn)，上限處于強(qiáng)度污染水平，上四分位數(shù)處于中度污染水平，中值處于輕微污染水平；內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法整體上處于輕微污染，綜合污染指數(shù)上限處于中度污染水平，上四分位數(shù)、中值和下四分位數(shù)均處于輕微污染水平，下線處于無(wú)污染水平；污染負(fù)荷指數(shù)法整體上處于輕微污染，綜合污染指數(shù)上限處于中度污染水平，上四分位數(shù)與中值均處于輕微污染水平，下四分位數(shù)處于無(wú)污染水平；三種方法相互對(duì)比，相互驗(yàn)證可看出該區(qū)表土已存在污染，綜合污染整體上處于輕微污染狀態(tài)，但綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大。

圖4 簡(jiǎn)單指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

表5 綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

圖5 綜合污染指數(shù)箱線圖

如果多種評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果間顯著相關(guān)，表明這些評(píng)價(jià)方法具有可比性[27-28]。單因子指數(shù)法、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果具有顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.80（=0.01）以上；單因子指數(shù)法和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果具有高度一致性和相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.94以上，但兩者的污染評(píng)價(jià)等級(jí)均低于或等于地累積指數(shù)法，這可能與地累積指數(shù)法的非線性算法及參比算法有關(guān)；綜合指數(shù)法中潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.65（=0.01）以上；三種綜合指數(shù)法均與三種簡(jiǎn)單指數(shù)法對(duì)Hg的評(píng)價(jià)結(jié)果具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.53（=0.01）以上，而與Cr、As均無(wú)顯著相關(guān)性，這說(shuō)明該區(qū)土壤三種重金屬中Hg 的污染明顯（表6）。

表6 不同方法評(píng)價(jià)結(jié)果的相關(guān)分析

注：“**”0.01水平顯著相關(guān)，“*”0.05水平顯著相關(guān)，樣本數(shù)40 Note：The“**”0.01 level was significantly correlated，and the“*”0.05 level was significantly correlated with a sample size of 40

3 討 論

吉蘭泰鹽湖盆地土壤中普遍含有Cr、Hg、As，其含量、時(shí)空分布變化基本符合旱區(qū)盆地物理化學(xué)特征天然形成規(guī)律，但存在局部髙值區(qū)域可能與人類活動(dòng)影響、天然特征與氣候或水文地球化學(xué)演化規(guī)律相關(guān)，如24～18 cal ka BP到5.5 cal ka BP時(shí)期，吉蘭泰湖區(qū)所在這一季風(fēng)邊緣區(qū)域氣候干旱，期間受到天然水文地球化學(xué)作用和古氣候特征條件的影響，干旱加劇，湖泊開(kāi)始不斷萎縮，各種化學(xué)成分不斷沉積，鹽度不斷升高和富集[29-30]，Cr、Hg、As也因此含量增高。鹽湖盆地常年蒸發(fā)強(qiáng)烈、干旱少雨，地下水埋深較淺區(qū)域，地下水通過(guò)毛細(xì)作用不斷向地表運(yùn)移，在地表高溫蒸發(fā)條件下，各種化學(xué)成分開(kāi)始濃縮并富集在表層土壤中，造成土壤Cr、Hg、As局部偏高。土壤化學(xué)組成深受成土母質(zhì)影響，西北巴音烏拉山主要為棕紅色、褐紅色砂質(zhì)泥巖等，東南賀蘭山主要為灰綠～灰黑色混合質(zhì)角閃斜長(zhǎng)片麻巖等，盆地內(nèi)主要為石英、斜長(zhǎng)石等[21-22]，不同巖石礦物化學(xué)組成及含量差別顯著，造成土壤中Cr、Hg、As含量差異較大；大量燃燒化石燃料、過(guò)量使用化肥等人類活動(dòng)也是導(dǎo)致土壤中Cr、Hg、As含量懸殊的重要原因之一。因此，鹽湖盆地土壤中Cr 、Hg 、As含量差異及空間分布特征受到成土母質(zhì)、天然水文地球化學(xué)作用、氣候特征條件和人類活動(dòng)等綜合作用的影響。

吉蘭泰鹽湖盆地土壤中Cr 、Hg 、As 總體具有相似的空間分布特征，這與高瑞忠[31]等對(duì)吉蘭泰鹽湖盆地地下水中Cr6+、Hg、As的高值區(qū)分布相似，表明該區(qū)域土壤與地下水化學(xué)特征具有一定聯(lián)系。本研究率定的土壤重金屬元素背景值與中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站《中國(guó)土壤元素背景值》中內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、寧夏等相近地區(qū)土壤背景值相比，整體含量Cr相對(duì)較低，Hg相對(duì)較高，As與之相近。單因子指數(shù)法、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均在0.80以上，這與周長(zhǎng)松[27]、謝志宜[28]等的研究結(jié)果一致，但生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)法由于引用毒性響應(yīng)系數(shù)，致使評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性較差。多種方法評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比分析表明鹽湖盆地土壤重金屬污染依次為Hg、Cr、As，綜合指數(shù)法得出該區(qū)表土存在污染，綜合污染整體上處于輕微污染狀態(tài)，且綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大，盡管依據(jù)環(huán)境背景值進(jìn)行評(píng)價(jià)顯示盆地存在污染分布區(qū)域，但張阿龍等[26]對(duì)吉蘭泰鹽湖盆地土壤Cr、Hg、As污染負(fù)荷特征與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究表明，該區(qū)Cr、Hg、As污染對(duì)人體健康不造成危害，屬于人體可耐受風(fēng)險(xiǎn)。不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)測(cè)值復(fù)雜交叉，致使不同方法評(píng)價(jià)結(jié)果存在差異，故實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)適當(dāng)選用。盆地東北沙漠區(qū)域布點(diǎn)相對(duì)較少，對(duì)研究造成一定程度的影響，想要細(xì)致的掌握該區(qū)地土壤重金屬污染分布狀態(tài)和詳細(xì)的污染來(lái)源，需在后續(xù)研究中，增加采樣密度，進(jìn)行分區(qū)（農(nóng)業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、沙漠牧區(qū)）小尺度的詳細(xì)研究，以揭示該區(qū)土壤重金屬空間變異性，以及沙地土壤重金屬評(píng)價(jià)與污染源查找的研究。

4 結(jié) 果

鹽湖盆地表層土壤中Cr 、Hg 、As 總體具有相似的空間分布特征，Cr、Hg、As背景值分別為27.89 mg·kg–1、0.039 mg·kg–1、12.83 mg·kg–1，其形成受到成土母質(zhì)、天然水文地球化學(xué)作用和氣候特征條件等綜合作用的影響，局部受到人類活動(dòng)的擾動(dòng)，單因子污染指數(shù)法、綜合指數(shù)法Cr、Hg、As整體處于輕微污染狀態(tài)，Hg較Cr、As存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大，且單因子污染指數(shù)法的土壤污染等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果大于綜合污染指數(shù)法。本研究的背景值、評(píng)價(jià)思路與成果對(duì)西北旱區(qū)鹽湖盆地流域確定環(huán)境容量、生態(tài)研究、開(kāi)展區(qū)域環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有一定的參考價(jià)值。

［1］ Chen J Z，Chen J，Xie X J，et al．Soll pollution and its environmental impact. Soils，2003，35（4）：298—303. [陳晶中，陳杰，謝學(xué)儉，等. 土壤污染及其環(huán)境效應(yīng). 土壤，2003，35（4）：298—303.]

［2］ Guo W，Sun W H，Zhao R X，et al. Characteristic and evaluation of soil pollution by heavy metal in different functional zones of hohhot. Environmental Science，2013，34（4）：1561—1567. [郭偉，孫文惠，趙仁鑫，等. 呼和浩特市不同功能區(qū)土壤重金屬污染特征及評(píng)價(jià). 環(huán)境科學(xué)，2013，34（4）：1561—1567.]

［3］ Hong J P. Soil pollution and prevention. Beijing：China Agricultural Press，2011. [洪堅(jiān)平. 土壤污染與防治. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2011.]

［4］ Dai B，Lü J S，Zhan J C，et al. Assessment of sources，spatial distribution and ecological risk of heavy metals in soils in a typical industry-based city of Shandong Province，Eastern China. Environmental Science，2015，36（2）：507—515. [戴彬，呂建樹(shù)，戰(zhàn)金成，等. 山東省典型工業(yè)城市土壤重金屬來(lái)源、空間分布及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 環(huán)境科學(xué)，2015，36（2）：507— 515.]

［5］ Zhou H，Zeng M，Zhou X，et al. Assessment of heavy metal contamination and bioaccumulation in soybean plants from mining and smelting areas of southern Hunan Province，China. Society of Environmental Toxicology and Chemistry 2013，32（12）：2719—2727.

［6］ Qi J Y，Zhang H L，Li X P，et al. Concentration，spatial distribution，and risk assessment of soil heave metals in a Zn-Pb mine district in southern China. Environmental Monitoring and Assessment，2016，188（7）：413.

［7］ Zhang Y X，Song B，Chen T B，et al. Spatial distribution study and pollution assessment of Pb in soils in the Xijiang River drainage of Guangxi. Environmental Science，2018，39（5）：2446—2455. [張?jiān)葡迹尾?，陳同斌，? 廣西西江流域土壤鉛空間分布與污染評(píng)價(jià). 環(huán)境科學(xué)，2018，39（5）：2446—2455.]

［8］ Lui C，Song B，Zhang Y X，et al. Spatial variability and contamination of Arsenic in soils of Xijiang River Basin. Environmental Science，2018，39（2）：899—908. [劉暢，宋波，張?jiān)葡?，? 西江流域土壤砷含量空間變異與污染評(píng)價(jià). 環(huán)境科學(xué)，2018，39（2）：899—908.]

［9］ Song B，Yang Z J，Zhang Y X，et al. Accumulation of Cd and its risks in the soils of the Xijiang River drainage Basin in Guangxi. Environmental Science，2018，39（4）：1888—1900. [宋波，楊子杰，張?jiān)葡迹? 廣西西江流域土壤鎘含量特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估. 環(huán)境科學(xué)，2018，39（4）：1888—1900.]

［10］ Zheng Q Z，Wang C D，Wang S H，et al. Spatial variation of soil heavy metals in Lin’an city and its potential risk evaluation. Environmental Science，2018，39（6）：2875— 2883. [鄭睛之，王楚棟，王詩(shī)涵，等. 典型小城市土壤重金屬空間異質(zhì)性及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)：以臨安市為例. 環(huán)境科學(xué)，2018，39（6）：2875—2883.]

［11］ Zhang W C，Lü S L，Liu D Y，et al. Distribution characteristics of heavy metals in the street dusts in Xuanwei and their health risk assessment. Environmental Science，2015，36（5）：1810—1817. [張文超，呂森林，劉丁彧，等. 宣威街道塵中重金屬的分布特征及其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.環(huán)境科學(xué)，2015，36（5）：1810—1817.]

［12］ Dai J R，Pang X G，Song J H，et al. A study of geochemical characteristics and ecological risk of elements in soil of urban and suburban areas of Zibo City，Shandong Province. Geology in China，2018，45（3）：617—627. [代杰瑞，龐緒貴，宋建華，等. 山東淄博城市和近郊土壤元素地球化學(xué)特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究. 中國(guó)地質(zhì)，2018，45（3）：617— 627.]

［13］ Liu W，Yang J J，Wang J，et al. Contamination assessment and sources analysis of soil heavy metals in opencast mine of East Junggar Basin in Xinjiang. Environmental Science，2016，37（5）：1938—1945. [劉巍，楊建軍，汪君，等. 準(zhǔn)東煤田露天礦區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及來(lái)源分析. 環(huán)境科學(xué)，2016，37（5）：1938—1945.]

［14］ Guo Y ，Li Y B，Xue S G，et al. Risk analysis of heavy metal contamination in farmland soil around a bauxite residue disposal area in Guangxi. Environmental Science，2018，39（7）：3349—3357. [郭穎，李玉冰，薛生國(guó)，等. 廣西某赤泥堆場(chǎng)周邊土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn). 環(huán)境科學(xué)，2018，39（7）：3349—3357.]

［15］ Xu M M，Liu A F，Shi R G，et al. Characteristics of heavy metals pollution of farmland and the leaching effect of rainfall in Tianjin. Environmental Science，2018，39（3）：1095—1101. [許萌萌，劉愛(ài)風(fēng)，師榮光，等. 天津農(nóng)田重金屬污染特征分析及降雨瀝浸探究. 環(huán)境科學(xué)，2018，39（3）：1095—1101.]

［16］ Wang Y J，Ou M H. Contents and distribution of soil nutrients and heavy metal elements in farmlands of Xuzhou. Acta Pedologica Sinica，2017，54（6）：1438—1450. [王玉軍，歐名豪. 徐州農(nóng)田土壤養(yǎng)分和重金屬含量與分布研究. 土壤學(xué)報(bào)，2017，54（6）：1438—1450.]

［17］ Li S L，Jin Y H，Wang D，et al. Assessment of contamination and spatial distribution of Zn and Pb in roadside soils of Changbai Mountain Nature Reserve. Chinese Journal of Soil Science，2012，43（2）：477—483. [李善龍，金永煥，王鐸，等. 長(zhǎng)白山自然保護(hù)區(qū)道路影響域土壤Zn和Pb分布及污染分析. 土壤通報(bào)，2012，43（2）：477—483.]

［18］ Tan X A，Wang P，Wang Q，et al. Evaluation on heavy metals’ contamination in the soils of wetlands in Dashanbao Black-necked Crane National Nature Reserve. Wetland Science，2016，14（6）：916—922. [譚小愛(ài)，王平，王倩，等. 大山包黑頸鶴國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)濕地土壤重金屬污染評(píng)價(jià). 濕地科學(xué)，2016，14（6）：916— 922.]

［19］ State Environmental Protection Administration，State Bureau of Technical Supervision. GB15618–1995 Soil environmental quality standards. Beijing：China Standards Press，1995. [國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局. GB15618–1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn). 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.]

［20］ China Environmental Monitoring Station. Background value of soil elements in China. Beijing：Science Press，1990. [中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站.中國(guó)土壤元素背景值. 北京：科學(xué)出版社，1990.]

［21］ Yu Z T，Liu X Q，Wang Y，et al. Evolution of Jilantai Salt Lake，Inner Mongolia in the lat 13.8 ka. Journal of Lake Sciences，2012，24（4）：629—636. [于志同，劉興起，王永，等. 13.8ka以來(lái)內(nèi)蒙古吉蘭泰鹽湖的演化過(guò)程. 湖泊科學(xué)，2012，24（4）：629—636.]

［22］ Gao R Z，Zhang A L，Zhang S，et al. Spatial distribution characteristics and potential ecological risk assessment of Cr、Hg and As in soils of the Salt Lack Basin in northwest China. Acta Ecologica Sinica，2019，39（7）：2532—2544. [高瑞忠，張阿龍，張生，等. 西北內(nèi)陸鹽湖盆地土壤重金屬鉻、汞、砷空間分布特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 生態(tài)學(xué)報(bào)，2019，39（7）：2532—2544.

［23］ Yang X Y，Yang G Z. Distribution and numerical test of soil background values. Environmental Science，1983，4（2）：17—22. [楊學(xué)義，楊國(guó)治. 土壤背景值的布點(diǎn)和數(shù)值檢驗(yàn). 環(huán)境科學(xué)，1983，4（2）：17—22.]

［24］ Xia J Q. Detailed understanding of soil environmental quality standards. Beijing：China Agricultural Press，1994. [夏家淇. 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)詳解. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1994.]

［25］ Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control：A sedimentological approach. Water Research，1980，14（8）：975—1001.

［26］ Zhang A L，Gao R Z，Zhang S，et al. Pollution load characteristics and health risk As sessment of heavy metals Cr，Hg and As in salt lake basin of the northwest arid area，China. Arid Zone Research，2018，35（5）：1057—1067. [張阿龍，高瑞忠，張生，等. 吉蘭泰鹽湖盆地土壤鉻、汞、砷污染的負(fù)荷特征與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 干旱區(qū)研究，2018，35（5）：1057—1067.]

［27］Zhou C S，Zou S Z，Li L J，et al. Comparison of evaluation methods for soil heavy metals contamination. Earth and Environment，2015，43（6）：709—713. [周長(zhǎng)松，鄒勝章，李錄娟，等. 幾種土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法的對(duì)比. 地球與環(huán)境，2015，43（6）：709—713.]

［28］ Xie Z Y，Zhang Y J，Chen D Q，et al. Research on assessment methods for soil heavy metal pollution：A case study of Guangzhou. Journal of Agro-Environment Science，2016，35（7）：1329—1337. [謝志宜，張雅靜，陳丹青，等. 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法研究——以廣州市為例. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（7）：1329—1337.]

［29］Yu G，Lai G Y，Liu J，et al. Late MIS 3 climate simulations. Quaternary Sciences，2003，23（1）：12—24. [于革，賴格英，劉健，等. MIS3晚期典型階段氣候模擬的初步研究. 第四紀(jì)研究，2003，23（1）：12—24.]

［30］ Shi Y F，Kong Z C，Wang S M，et al. Climates and environments of the holocene Mega thermal maximum in China. Science in China，1994，37（4）：481—493.

［31］ Gao R Z，Qin Z Y，Zhang S，et al. Health risk assessment of Cr6+，As and Hg in groundwater of Jilantai salt lake basin，China. China Environmental Science，2018，38（6）：2353—2362. [高瑞忠，秦子元，張生，等. 吉蘭泰鹽湖盆地地下水Cr6+、As、Hg健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2018，38（6）：2353—2362.]

Evaluation Using Numerous Methods of Distribution of Heavy Metals Cr , Hg and As in Jilantai Salt Lake Basin

ZHANG Along1, GAO Ruizhong1, 2?, ZHANG Sheng1, 2, JIA Debin1, 2, DU Dandan1, 2, QIN Ziyuan1, WANG Xixi3

(1. Institute of Water Conservancy and Civil Engineering,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010018 China; 2. Inner Mongolia Key Laboratory of Water Resources Protection and Utilization,Hohhot 010018, China; 3. Old Dominion University,Norfolk 23529, USA)

In recent years, the study on heavy metal pollution in soil has become popular. Although quite a number of scholars reported achievements in this field, they have not overcome the defects in regional background value and evaluation method, especially in salt lake basins in the arid region. So, it was difficult for them to achieve accurate results. The objective of this paper is to characterize spatial distribution and determine environmental background values of heavy metals pollutants, to evaluate soil quality using different methods, and to investigate sources of heavy metals pollution in salt lake basins, in an expectation to provide certain scientific reference for researchers in studies on accumulating basic data, determining environmental capacity, setting up soil environmental standards, protecting soil environment, eliminating soil environmental risks, rationalizing utilization of soil resources and so on and for government policy-makers in all these fields.The Jilantai Salt Lake Basin, located in the arid region of Northwest China, was selected as the object for the study. Soil samples were collected from topsoil (0 to 10 cm), subsoil (50 cm) and substrate (100 cm) in the study area using the random arrangement method. Heavy metals (e.g. Cr, Hg and As) for analysis of chemical composition in the Inner Mongolia Key Laboratory of Water Resources Protection and Utilization. Spatial distribution of Cr, Hg and As was characterized through geo-statistical interpolation maps and background values of the elements in the soil environment were determined as benchmarks for evaluation of soil quality. Six commonly used methods (i.e. single factor index, geo-accumulation index, ecological risk index method, Nemero index, potential ecological risk integration index and pollution load index) were used to evaluate soil quality for comparison analysis.Results show that the three heavy metal elements, Cr, Hg, and As, in the Jilantai Basin, were on the whole quite similar in spatial distribution characteristic; the background value of Cr, Hg and As in the soil of the basin was 27.89 mg·kg–1, 0.039 mg·kg–1and 12.83 mg·kg–1, respectively; Cr was higher in the Bayinwula Mountain Region, the Wulanbuhe Desert Region, and the hilly southwestern part of the study area; Hg was higher only in the northeastern and the hilly southwestern parts of the study area; and As was higher areas near the lake, the Helan Mountain Region, the Bayinwula Mountain Region, and the Wulanbuhe Desert Region. The evaluation based on background value reveals that the three pollution elements in the topsoil of the study area followed a decreasing order of Hg > Cr > As in pollution level; the evaluation using the simple factor index method shows that Cr, Hg and As were all light in pollution level in the study area; the evaluation using the ecological risk method indicates that Hg was higher than Cr and As in ecological risk; and the evaluation using the comprehensive pollution index method suggests that the pollution of the three elements, when talked about separately, was slight in the topsoil, but their comprehensive ecological risk was high. The pollution level evaluated with the simple factor index methods was higher than that evaluated with the comprehensive pollution index method, Furthermore, the correlation coefficients of the evaluations using the two methods, simple and comprehensive, reached over 0.80 and 0.65 (=0.01), respectively. In evaluating Hg, all the evaluations using the three comprehensive pollution index methods were significantly correlated with those using the three simple factor index methods, with correlation coefficient being 0.53 (=0.01), while no significant correlations were found with the other two heavy metal elements.It can be concluded from the spatial distribution characteristics and the evaluations that the presence of Cr, Hg and As in the surface soil of the salt lake basin is subject to the comprehensive impact of soil-forming parent material, natural hydro-geochemistry and climatic conditions, and partially to the disturbance of human activities.

Heavy metals in soil; Spatial distribution; Background value; Evaluation

P285.1；S159.9

A

10.11766/trxb201810160364

張阿龍，高瑞忠，張生，賈德彬，杜丹丹，秦子元，王喜喜. 吉蘭泰鹽湖盆地土壤重金屬鉻、汞、砷分布的多方法評(píng)價(jià)[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2020，57（1）：130–141.

ZHANG Along，GAO Ruizhong，ZHANG Sheng，JIA Debin，DU Dandan，QIN Ziyuan，WANG Xixi. Evaluation Using Numerous Methods of Distribution of Heavy Metals Cr，Hg and As in Jilantai Salt Lake Basin[J]. Acta Pedologica Sinica，2020，57（1）：130–141.

* 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51969022）、內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2018MS05006）和美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（100653-010）資助Supported by the National Natural Science Foundation（No. 51969022），the Inner Mongolia Natural Science Foundation of China（No. 2018MS05006）and the National Science Foundation of the United States（No. 100653-010）

，E-mail：ruizhonggao@qq.com

張阿龍（1992─），男，漢族，內(nèi)蒙古呼和浩特市人，碩士研究生，主要從事干旱半干旱地區(qū)氣候-水文-土壤特征解析與診斷性方面的研究。E-mail：562061251@qq.com

2018–10–16；

2018–11–22；

2019–04–03

（責(zé)任編輯：盧 萍）